光通信实验指导书Word下载.docx
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实验内容涵盖光纤通信的主要知识点,可进行光器件性能测试、光收发端机的性能测试,数字、模拟系统实验;
配合ZS-9006光纤无源器件实验系统可进行光路设计和测试。
图1.1和图1.2分别为ZS-9005光纤通信实验系统和ZS-9006光纤无源器件实验系统实物照片。
图1.1ZS-9005光纤通信实验系统
图1.2ZS-9006光纤无源器件实验系统
ZS-9005光纤通信实验系统具有如下特色:
1、国内首家将SOPC技术用于实验系统的设计,保证了系统的先进性,提高了系统的稳定性,大大增强了系统的可扩展性。
系统性价比极高。
2、实验项目多,涉及到光纤通信的方方面面。
系统集成了1310/1550波长和850波长的光收发模块,包括单模和多模的光纤传输,可进行数字语音传输、计算机数据传输及模拟话音、模拟图像的传输实验。
3、系统完整性:
实验箱有较强的系统性,各实验模块除可单独开设实验进行测量外,同时每个实验模块都可以串入系统中进行测试,让学生了解该模块在系统中的发挥的作用、所处的地位,以及性能变化对系统性能带来的影响。
提高学生动手能力和综合知识运用的能力。
4、先进性:
近十几年来通信技术发生了巨大变化,特别是波分复用技术的发展。
系统很好地将近年来技术的发展容纳到实验中来。
5、完整的E1传输系统:
在实验系统中实现了标准的一次群传输功能;
6、每台系统都配有下载线,可进行在线二次开发(国内独有);
系统用芯片容量极大,片上资源丰富,除可满足课程设计和毕业设计的二次开发要求,还能满足科研开发的要求。
7、配有扩展模块接口,根据教学需要,教师可自行设计电路,连接到系统;
同时,厂家也可根据学校的教学要求,定制功能模块,使系统做到无限可扩展。
1.2电路组成概述
ZS-9005光纤通信实验系统的功能模块及其布局如图1.3所示。
ZS-9005光纤通信实验系统包括两个独立的数字光纤通信系统,分别由一块Cyclone二代Sopc芯片(EP2C5Q208)实现系统控制和信号处理,系统间由单模光纤采用波分复用技术实现数字语音双工通信。
每个数字传输系统包括的功能模块和实现的通信功能为:
1、用户电话接口模块
2、双音多频(DTMF)检测模块
3、PCM语音编译码器模块
4、帧传输复接模块(E1成形模块)
5、帧传输解复接模块(E1解复接模块)
6、CMI编码模块
7、CMI译码模块
8、5B6B编码模块
9、5B6B译码模块
10、加扰码模块
11、解扰码模块
12、光纤收发模块(单模)
ZS-9005光纤通信实验系统还包括一个模拟图像/语音的传输系统,采用直接调制技术实现视频图像的传输,由模拟光纤发送模块和模拟光纤接收模块组成。
ZS-9005光纤通信实验系统包括两个扩展模块,通过标准接口与主芯片连接,用户可根据自身的教学需求定制实验系统,该扩展模块的标准配置为两个RS422接口,用于光系统误码特性的测试。
图1.3ZS-9005光纤通信实验系统的功能模块及其布局
ZS-9005光纤通信实验系统电源插座与电源开关在机箱的后面,电源模块在该实验平台电路板的下面,它主要完成交流220V到+5V、+12V、-12V、-48V的直流变换,给整个硬件平台供电。
ZS-9005光纤通信实验系统通过下面几个端口与外部通信终端或测量设备进行连接:
1.两个电话接口连接自动电话机,实现数字语音双工通信。
2.同步数据接口(在实验箱上端的扩展模块内):
同步数据接口方式。
该接口电平特性为RS422,通过该端口接收外部来的发送数据,并送入光终端机中;
同时将光终端机接收的数据通过该端口送往外部设备。
3.两个尾纤FC连接端口UK02/ULK02:
用单模光纤通过该端口实现两个光纤模块单纤双向光纤通信;
或为光无源器件实验提供测量光源。
4.两个尾纤ST连接端口U303/U401:
用多模光纤实现模拟图像的传输。
5.视频图像(语音)接口:
J001为视频图像(语音)输入接口、J002为视频图像(语音)输出接口。
6.面板上的测试钩为接地点,用于示波器接地。
ZS-9005光纤通信实验系统各项实验内容是以模块进行划分,每个测试模块可以单独开设实验。
各模块之间的系统连接见图1.4所示。
数字传输系统一到二的信号流程为:
用户电话接口一→话音编码→E1复接→数据扰码→线路编码(5B6B编码)→电光转换→波分复用→光纤→波分复用→光电转换→线路译码(5B6B译码)→数据解扰→E1解复接→PCM译码→用户电话接口二。
数字传输系统二到一的信号流程为:
用户电话接口二→话音编码→E1复接→数据扰码→线路编码(CMI编码)→电光转换→波分复用→光纤→波分复用→光电转换→线路译码(CMI译码)→数据解扰→E1解复接→PCM译码→用户电话接口一。
为便于学习和实验,请掌握和理解各标记的含义:
定义各跳线开关,跳线器插入为“1”,未插入跳线器为“0”;
Dt/m为各模块发送数据选择,选择跳线如插入Dt端,发送数据来自前面的系统模块,选择跳线如插入m端,发送数据为本模块的测试序列,并通过m_Sel0/m_Sel1的不同组合选择4种m序列;
E_sel0/E_sel1为误码选择标记,通过跳线E_sel0/E_sel1的不同组合给本模块数据加不同的误码,以测试在不同的误码情况下,模块的性能,其中E_sel0/E_sel1=“00”,误码为0;
Mode0/Mode1为5B6B编译码模块的模式选择开关,Mode0/Mode1的不同组合可选者4种编码模式。
时隙1/时隙2/时隙3/时隙4为电话时隙选择开关,4个开关的不同组合可将数字电话信号插入到一次群(E1)信号的16个时隙中去。
准备工作。
在做实验前,特别是数字传输系统实验时,请做以下准备工作:
(1)接通电源,给系统加点,绿色指示灯DC01和DC02亮,表示系统芯片UC01和UC03工作正常。
(2)用单模光纤连接收发一体模块中的激光收发模块UK02和ULK02,并将跳线KK02和KL02插入“系统入”,将跳线KK01和KL01插入“系统出”。
(3)将各功能模块中的数据选择开关插入Dt,并将5B6B编码模块中Mode0/Mode1与5B6B译码模块中Mode0/Mode1相对应,这时数字传输系统一中复接模块的开关数据选择开关K302与数字传输系统二中解复接模块的指示灯DG01~DG08应有对应关系,改变K302的跳线插入状态,即改变开关数据,指示灯DG01~DG08应作对应的变化;
同样数字传输系统二中复接模块的开关数据选择开关KD02与数字传输系统一中解复接模块的指示灯D601~D608应有对应关系。
(4)将电话机插入电话插座,分别摘机,如号码显示数码管最左边显示号码“2”表示系统摘挂机正常;
拨号码“811”,数码管有拨号显示,同时对方话机振铃,摘机通话,表示数字传输系统正常工作。
图1.4ZS-9005光纤通信实验系统各模块之间的系统连接
第二章数字传输系统实验
实验一信号复接(E1传输系统)实验
一、实验仪器
1、ZS-9005光纤通信实验系统一台
2、20MHz双踪示波器一台
二、实验目的
1、了解帧的概念和基本特性
2、了解帧的结构、帧组成过程
3、熟悉帧信号的观测方法
三、实验原理和电路说明
TDM制的数字通信系统,在国际上已逐步建立起标准并广泛使用。
TDM的主要特点是在同一个信道上利用不同的时隙来传递各路(语音、数据或图象)不同信号。
各路信号之间的传输是相互独立的,互不干扰。
32路TDM(一次群)系统帧组成结构示意见图2.1.1。
在一个帧中共划分为32段时隙(T0~T31),其中30个时隙用于30路话音业务。
T0为帧定位时隙(亦称报头),用于接收设备做帧同步用。
在帧信号码流中除有帧定位信号外,随机变化的数字码流中也将会以一定概率出现与帧定位码型一致的假定位信号,它将影响接收端帧定位的捕捉过程。
在搜索帧定位码时是连续的对接收码流搜索,因此帧定位码要具有良好的自相关特性。
时隙T1~T15用于话音业务,分别对应第1路到第15路话音PCM码字。
时隙T16用于信令信号传输,完成信令的接续。
时隙T17~T31用于话音业务,分别对应第16路到第30路话音PCM码字。
在“ZS-9005光纤通信实验系统”中,E1复接信号传输上采用了标准的TDM传输格式。
一帧共有32个时间间隔,按8个bit一组分成了一个一个的固定时隙,各时隙分别记为T0、T1……和T31。
T0时隙为帧定位码,帧定位的码型和码长选择直接影响接收端帧定位搜索和漏同步性能,Barker码具有良好的自相关特性。
本同步系统中帧定位码选用7位Barker码(1110010),使接收端具有良好的相位分辨能力;
T1时隙为开关信号,8位跳线开关数据全可变,便于学生对信号传输的观测;
T17时隙为特殊码序列,共4种码型可选;
“ZS-9005型光纤通信实验系统”硬件平台仅提供一套电话接口和PCM编译码器模块,通过K301上的跳线开关时隙1/时隙2/时隙3/时隙4的不同组合,可将话音业务PCM编码数据信号的时隙位置随意控制插入在T2、T3、……T9或T18、T19、……T26任一位置。
T0~T31复合成一个2.048Mbps的标准数据流在同一信道上传输。
TDM传输功能由E1复接模块工作原理框图见图2.1.2。
该电路模块的工作过程描述如下:
通过跳线开关K301上的m_Sel0/m_Sel1可以选择4种m序列码型,当m_Sel0/m_Sel1=“00”和“10”,m序列码型为全“0”码;
当m_Sel0/m_Sel1=“01”发“01”码;
当m_Sel0/m_Sel1=“11”时,发152-1位长的m序列。
为让学生了解帧传输解复接器在误码环境下接收端帧同步的过程和抗误码性能,系统可加误码。
错码产生器可以通过跳线开关K301上的E_Sel0/E_Sel1设置4种不同信道误码率,E_Sel0/E_Sel1=“00”,无误码;
E_Sel0/E_Sel1=“10”,误码率为10-3;
E_Sel0/E_Sel1=“01”,误码率为10-2;
E_Sel0/E_Sel1=“11”,误码率为10-1。
通过测量可知道:
在小误码时能锁定;
误码加大,无法同步时,可看到帧同步电路在扫描。
Vcc
失步指示
帧传输E1解复接模块(亦称分接器)是由同步、定时、分接和恢复单元组成.其工作帧传输E1解复接模块(亦称分接器)是由同步、定时、分接和恢复单元组成.其工作原理框图见图2.1.3。
分接器的定时来自接收定时模块从接收信号中恢复的同步时钟,在同步单元的控制下,使分接器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系,即保持同步。
当未同步时,将给出失步告警指示(红灯亮)。
分接单元的作用是把合路的数字信号实施分离形成同步的支路数字信号,然后再经过恢复单元恢复出原来支路的数字信号。
四、实验内容
准备工作:
首先按本实验指导书的1.2节的要求,将数字传输系统一和数字传输系统二连成互通状态;
将数字传输系统一复接模块内K301中的m序列选择跳线开关m_Sel0、m_Sel1拔下,使m序列发生器产生全0码,将加错码选择跳线开关E_Sel0、E_Sel1拔下,不在传输帧中插入误码。
1、发送传输帧结构观察
用示波器同时观测帧复接模块帧同步指示测试点TP303与复接数据
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- 光通信 实验 指导书