光纤通信实训报告.doc

1、摘要光纤通信自问世以来，给整个通信领域带来了一场革命，它使高速率，大容量的通信成为可能。目前它已经成为一种不可替代的、最主要的信息传输技术。本次实训做了PCM编译码实验；数字信号电-光、光-电转换传输实验；模拟信号电-光、光-电转换传输实验和电话语音光传输系统实验，掌握光纤通信系统的基本原理，在课程学习的基础上，进一步巩固和加深对光纤通信系统组成的理解，熟悉有源光器件、无源光器件等使用。关键字 PCM编译码; 光传输 ;光电电光转换目录1. PCM编译码实验11.1实验目的11.2实验仪器11.3基本原理11.4实验步骤61.5实验结论72 数字信号的电-光、光-电转换传输实验82.1实验目的

2、82.2实验内容82.3实验仪器82.4实验原理82.5实验步骤102.6实验后的数据处理113 模拟信号电光、光电传输实验133.1实验目的133.2实验内容133.3实验仪器133.4实验原理133.5实验步骤143.6实验结论144 电话语音光纤传输系统实验154.1实验目的154.2实验内容154.3实验仪器154.4实验原理154.5实验步骤174.6实验结论18心得体会19参考文献201. PCM编译码实验1.1实验目的 1. 掌握PCM编译码原理。 2. 掌握PCM基带信号的形成过程及分接过程。 3. 掌握语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。 1.2实验

3、仪器示波器，RC-GT-(+)型光纤通信实验系统。1.3基本原理 1. 点到点PCM多路电话通信原理 脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(M)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用M。目前速率在155MB以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在A律和律两种PCM编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。而M在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。 点到点PCM多路电话通信原理可用图11-1表示。对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤

4、波器等。对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。图1-1 点到点PCM多路电话通信原理框图 本实验模块可以传输两路话音信号。采用MC145503编译器，它包括了图11-1中的收、发低通滤波器及PCM编译码器。编码器输入信号可以是本实验系统内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。 2. PCM编译码模块原理 本模块的原理方框图及电路图如图11-2及图11-3所示。图1-2 PCM编译码原理方框图 该模块上有以下测试点和输入点： BSPCM基群时钟信号

5、(位同步信号)测试点 SL0PCM基群第0个时隙同步信号 SLA信号A的抽样信号及时隙同步信号测试点 SLB信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点 SRB信号B译码输出信号测试点 STA输入到编码器A的信号测试点 SRA信号A译码输出信号测试点 STB输入到编码器B的信号测试点 PCM_OUTPCM基群信号输出点 PCM_IN PCM基群信号输入点 PCM A OUT信号A编码结果输出点（不经过复接器） PCM B OUT信号B编码结果输出点（不经过复接器） PCM A IN 信号A编码结果输入点（不经过复接器） PCM B IN信号B编码结果输入点（不经过复接器）本模块上有S2这个拨码开关，用

6、来选择SLB信号为时隙同步信号SL1、SL3、SL5、SL6中的任一个。图1-2各单元与图1-3中的元器件之间的对应关系如下： 晶振X1：4.096MHZ晶振 分频器1/2 U1:74LS193； U6：74HC4060 抽样信号产生器 U5：74HC73；U2：74HC164 PCM编译码器AU10：PCM编译码集成电路MC145503 PCM编译码器BU11：PCM编译码集成电路MC145503 帧同步信号产生器U3：8位数据产生器74HC151；U4:A：与门7408 复接器 U9：或门74LS32 晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译

7、码器提供2.048MHZ的时钟信号和8KHZ的时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取，方法如实验五及实验六所述。此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。 由于时钟频率为2.048MHZ，抽样信号频率为8KHZ，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。 PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码(1110010)时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1(或第3、第5、或第

8、6由拨码开关S2控制)时隙为信号B的时隙。 本实验产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群的第0时隙的信号也不完全相同。 由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A和PCM-B进行线或。本模块中用或门74LS32对PCM A、PCM B及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对PCM进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。 在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器的性能。 动态范围的定义是译码器输

9、出信噪比大于25dB时允许编码器输入信号幅度的变化范围。PCM编译码器的动态范围应大于图11-6所示的CCITT建议框架（样板值）。 当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度过大时量化信噪比急剧下降。MC145503编译码系统不过载输入信号的最大幅度为5VP-P。 由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的量化信噪比，MC145503可采用A律13折线对信号进行压扩。当信号处于某一段落时，量化噪声不变(因在此段落内对信号进行均匀量化)，因此在同一段落内量化信噪比随信号幅度减小而下降。13折线压扩特性曲线将正负信号各分为8段，第1段信号最小，第8段信号最

10、大。当信号处于第一、二段时，量化噪声不随信号幅度变化，因此当信号太小时，量化信噪比会小于25dB，这就是动态范围的下限。MC145503编译码系统动态范围内的输入信号最小幅度约为0.025Vp-p。图1-3 PCM编译码系统动态范围样板值 常用1KHZ的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范围。 语音信号的抽样信号频率为8KHZ，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4KHZ的低通滤波器处理后再进行A/D处理。语音信号的最低频率一般为300HZ。MC145503编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个滤波器的频率范围时，译码输出信号

11、幅度迅速下降。这就是PCM编译码系统频率特性的含义。图1-4 PCM编译码模块电原理图（1）时钟电路图SER图1-4 PCM编译码模块电原理图（2）编译码电路1.4实验步骤1 熟悉PCM编译模块 实验连线关闭系统电源，进行如下连接：源端口目的端口左正弦信号源：OUT1PCM编译码单元：PCM A IN右正弦信号源：OUT2PCM编译码单元：PCM B INPCM编译码单元：PCM OUT非集群方式集群方式PCM&ADPCM编译码单元：PCM IN2.打开电源开关。3用示波器观察A_IN、B_IN，将其幅度调至2V,用示波器观察PCM编码输出信号。 4. 用示波器观察B_OUT、B_IN，将其幅

12、度调至2V用示波器观察PCM编码输出信号。1.5实验结论用示波器观察A_IN、B_IN，将其幅度调至2V,用示波器观察PCM编码输出信号。发现频率发生了变化用示波器观察B_OUT、B_IN，将其幅度调至2V用示波器观察PCM编码输出信号。相位有所变化2 数字信号的电-光、光-电转换传输实验2.1实验目的1、了解数字光纤通信的通信原理2、掌握各种数字信号的传输机理3、初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构2.2实验内容1、用示波器观察各种传输信号的波形2、使用实验系统中的各种信号进行光传输实验,例如: NRZ、CMI、HDB3、PCM编码等。2.3实验仪器示波器，RC-GT-(+)型光纤通信实验

13、系统。2.4实验原理本实验主要完成各种数据编码的光纤传输，其原理如图所示，本次实验所用到的数字信号主要有：NRZ、FS、BS、CMI 码。各信号的详细介绍及各部分电路原理图请参看前面的实验讲解。数字信号光纤传输框图1CMI码和DMI码CMI码和DMI码是两种二电平传号交替反转码，的变换规则如表所示。变换后码率一倍。普通二进制CMIDMI模式1模式2模式1模式20010101（在1之后）10（在0之后）100110011CMI的连“0”连“1”数为3，DMI的连“0”连“1”数为2，故这两种线路码含有丰富的定时信息，便于定时提取。故两种码都容许进行不中断业务的误码监测。CMI码在ITU-TG.7

14、03建议中被规定为139.264Mbit/s和155.520Mbit/s的物理/电气接口的码型。因此有不少139.264Mbit/s数字光纤传输系统就用CMI码作为光线路码型。除上述优点外，直接将四次群复用设备送来的CMI码调制到光器件上，接收端把还原的CMI码直接送给四次群复用设备，这样做无需电接口和线路码型的变换/反变换，具有设备简单的优点。CMI码光纤传输示意图2三阶高密度双极性码HDB3的基本原理HDB3的编码规律HDB3码的编码规律是：4个连0信息码有取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1码是取代节为000V，有偶数个信息1码是（包括0个信息1码）时取代节为B

15、00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1；HDB3码中1，B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻的V码的符号又是交替反转的；HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。信 （FS）号 或源（BS）HDB3编码信号处理光发送模块光接收模块信号处理HDB3译码测试端口光纤HDB3码光纤传输示意图32.5实验步骤（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）1、关闭实验箱系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。2、将固定速率数字信号源模块的D1或D2、D3、FS、BS连接到光发

16、送模块的数字信号输入端口（P202）。3、把开关S200拨到数字传输端（左边）。4、打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。5、通过调节电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。6、对于CMI的接线为：关闭系统电源，选数字信号模块的D1、D2、D3、FS、BS中的任意一个，连接到CMI模块的DIN，并选择合适的时钟信号（64K）与CLK_IN用导线相连，作为编/译码时钟，进行CMI码的编码。将CMI_OUT（编码后的信号）与光发送模块的数字信号输入端口（P202）相连接。将光接收模块的输出（IC202）与CMI模块（CMI_IN）

17、译码输入接口相连接进行译码，用示波器观看还原后的信号（DOUT）。7、打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。8、通过调节电位器R257（调节判决直流电平）来调节判决直流电平得到最佳传 输的数字信号。9、用双通道示波器观测编码前后的两波形。2.6实验后的数据处理CMI编码原波形1 0 0 1 1 0 0 1CMI编码后1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 020HDB3原波形0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 HDB3代码B 0 0 V 0 -1 1 -B 0 0 -V 1 0 0 0 V 3 模拟信号电光、光电传输实

18、验3.1实验目的1、了解模拟信号光纤系统的通信原理2、了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构3、掌握各种模拟信号的传输机理3.2实验内容1、通过不同频率的正弦信号、方波信号、三角波进行光传输实验2、正弦信号通过PCM编码后进行光传输实验3.3实验仪器示波器，GT-RC-II型光纤通信实验系统。 3.4实验原理本实验用示波器观察光发送模块和光接受模块的的模拟信号波信，并通过调节模拟信号源模块的频率进行对比、比较，以了解和熟悉光纤传输模拟信号系统的组成。其实验框图如下：模拟信号源信 号处 理光发送器件光纤光接受器件信 号处 理测试端口 模拟信号光纤传输方式一图1模拟信号源PCM编码信号处理光发送

19、器件光纤光接受器件信号处理PCM译码测试端口模拟信号光纤传输方式二图2模拟信号的传输，可以有多种方式，一种是直接用模拟信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把模拟信号数字化后，进行调制，然后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过解调，把模拟信号还原。现在使用最多的一种方式是PCM编译码方式，对于PCM编译码的详细资料请参考实验六-PCM编译码实验。3.5实验步骤（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）1、关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。2、将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入

20、端口（P203）。3、把开关S200拨到模拟传输端，短接跳线J200。4、打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。5、通过电位器R257（调节直流分量电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的模拟信号。6、对于PCM的接线为：关闭系统电源，将开关S200拨到数字传输端。集群通信实验接线方法：（1）左模拟信号源的输出-正弦波 PCM编译码单元的A_I（2）右模拟信号源的输出-正弦波 PCM编译码单元的B_IN（3）PCM编译码单元PCM_OUT光发送数字信号输入端（P202）（4）PCM编译码单元PCM_IN光接收数字信号输出端（P201/IC202）7、打开系统电源，

21、用示波器在光接收模块的数字信号输出端口观察输出信号与光发送的数字信号输入端信号。8、通过电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。9、用示波器观测PCM编码前译码后的波形，比较波形，是否有信号失真。3.6实验结论了解模拟信号光纤系统的通信原理以及了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构还掌握了各种模拟信号的传输机理。4 电话语音光纤传输系统实验4.1实验目的1、了解电话语音信号光纤系统的通信原理。2、了解完整的电话语音信号光纤通信系统的基本结构。3、掌握电话语音信号的多种传输机理。4.2实验内容1、通过不同方式对话音信号进行光纤传输实验。2、电话语音信号通

22、过PCM编码后进行光纤传输实验。4.3实验仪器示波器，RC-GT-(+)光纤通信实验仪，光跳线。4.4实验原理实验用电话接口模块监测光发送模块、光接收模块的语音传输，并通过与话音信号的PCM编码传输效果进行对比、比较，以了解和熟悉光纤传输话音信号系统的组成。其实验框图如上所示。图4-1 话音信号光纤传输方式一图1图4-2 话音信号光纤传输方式二图2图4-3 话音信号光纤传输方式三图3图4-4 话音信号光纤传输方式四图4电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式，一种是直接用原始话音信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把话音信号数字化后，进行调制，然后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过

23、解调，把话音信号还原，现在使用最多的一种方式是PCM编译码方式。4.5实验步骤（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验仪左边的模块；1550nm光端机部分与其相同。）第一部分：检测模拟传输通道，方法如下：1、关闭实验仪电源，把光跳线分别连接到1310nm光端机的TX和RX端。2、将模拟信号源模块的正弦波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203）。3、把开关S200拨到模拟传输端，短接电路中的跳线J200。4、打开实验仪电源，用示波器观察光接收模块的模拟信号输出端口（P200）和光发射模块的模拟信号输入端口（P203）的波形。5、通过调节光接收模块的可调电位器（R257、R242）

24、及光发送模块的可调电位器（R277、R258），得到最佳传输的模拟信号，画出模拟信号的输入、输出波形。 第二部分：传输模拟话音信号，方法如下：（以下连接线为图4-1的详细说明，其它方式请自行连接。）1、关闭实验仪电源，保持第一部分第一步的光路连接不变，用导线连接电话接口模块的输出TX到光发端的模拟信号输入端口（P203），RX到光收端的模拟信号输出端口（P200），将电话机接入电话机接口。2、开启实验仪电源，摘起话机，对送话器MIC端吹气，验证在喇叭端是否能听到有吹气声。第三部分：如图4-2，连接传输通道，请自行连接。第四部分：检测数字传输通道，（以1310nm光端机为例）方法如下：关闭实验仪

25、电源，保持第一部分光路连接，然后在进行适当的调整对于PCM的接线为：关闭系统电源，将开关S200拨到数字信号传输端。集群通信实验接线方法:左模拟信号源的输出-正弦波PCM编译码单元的A-IN右模拟信号源的输出-正弦波PCM编译码单元的B-INPCM编译码单元PCM-OUT光发送端的数字信号输入端（P202）PCM编译码单元PCM-IN光接收端的数字信号输入端（IC202）开启实验仪电源，用示波器观察光接收模块的数字信号输出端口（IC202）的波形和光发送模块的数字信号输入端口（P202）的波形。通过调节电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。用示波器观测

26、PCM编码前和译码后波形，并比较波形，看是否有信号失真。若有失真，调节电位器R257、R242。直到输出信号无失真。第五部分：话音信号的PCM数字传输，如图4-4，方法如下：关闭实验仪电源，保持第四部分光路连接，然后进行以下调整：左电话接口模块TXPCM编译码单元的A-IN左电话接口模块RXPCM编译码单元的A-OUT右电话接口模块TXPCM编译码单元的B-IN右电话接口模块RXPCM编译码单元的B-OUT2、开启实验仪电源，将电话一、电话二摘机，双方进行通话。实验结束后，关闭电源，拆除所有连接线，收拾整齐。4.6实验结论了解了电话语音信号光纤系统的通信原理和完整的电话语音信号光纤通信系统的基

27、本结构以及掌握电话语音信号的多种传输机理。电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式，一种是直接用原始话音信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把话音信号数字化后，进行调制，然后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过解调，把话音信号还原，现在使用最多的一种方式是PCM编译码方式。心得体会通过此次实训，使我更加扎实的掌握了有关光纤方面的知识，在实验过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。我认为，在这学期的实训实验中，不仅培养了独立思考、动手

28、操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起实训内容，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程实验使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在实验的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 此次实验也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。参考文献1 乔桂红.光纤通信M，第二版,北京：人民邮电出版社，2009年8月 2 黄一平.光纤通信M，第一版,北京：北京理工大学出版社，2008年1月