实验八 光纤电话传输实验.doc

实验八 光纤电话传输实验实验8.1 模拟电话实验实验目的：1. 建立光纤通信系统的概念；2. 了解模拟话音光传输系统的组成；3掌握系统调试方法。实验仪器：1. 光纤通信实验箱2. 电话机 实验原理：传统的电话通信系统采用的是模拟传输的方式，称之为载波通信。随着数字通信技术的发展，模拟语音信号的数字传输技术已经成熟并大量实用化。在实验平台上，通过正确连线，模拟语音信号既可以直接通过光纤传输，又可以先进行数字化PCM后再上光路传输。模拟语音光纤传输系统如图8-1所示。大家都知道电话机是将我们所说的话语变为模拟电信号的一种装置，那么是否通过电话机后，我们所发出来的模拟语音信号就能够直接上光路传输了。图8-1 模拟电话光纤传输由图8-1可知：在电话机与光发送机之间还有一个被称之为用户线接口电路（SLIC）的装置。实验平台中的SLIC采用厚膜电路SJ0612B实现，主要完成向终端话机馈电（B）、过压保护(O)、振铃(R)、用户线通断检测(S)和二/四线转换(H)等功能。读者可以从程控数字交换机的硬件组成中找到SLIC的位置（虽然，我们的实验平台并不涉及交换的概念）。它属于程控交换机的用户级。用户级由用户电路和话务集中两部分组成。其主要任务是对电话用户线提供接口设备，将用户话机的模拟话音信号转换成数字信号，并将每个用户话机所发出的较小的呼叫话务进行集中，然后送至数字交换网络，从而提高了用户级和数字交换网络之间中继线的利用率。由于模拟用户电路在数字交换机中占的比例较大，对它的组成有一个基本功能要求，归纳起来，应具有BORSCHT七项功能，如图8-2所示。图8-2 模拟用户线接口的基本功能实验内容：1.调试光收发模块，使其工作正常。方法：以光收发模块甲为例，跳线XP501的2、3两脚相连，跳线XP502的2、3两脚相连，按键KS501选通模拟光源驱动电路，用一段光纤将光收发模块甲连接；利用跳线XP503选择OP07作为主放大器，并将XP505的1、2两脚相连；加电后复位系统，通过键盘输入传输正弦波或三角波或锯齿波等模拟波形；通过调节可变电阻RP301、RP502、RP504和RP503使得模拟光源驱动电路工作稳定，由于晶体管V501、V502工作在线性放大区，读者调节时应注意其直流偏置电压，测试点TP503可以测得送入驱动电路的模拟信号波形，TP502可以测得从驱动电路输出的波形；通过可变电阻RP505、RP509可以调节接收到的模拟信号波形，测试点TP504可以测得接收到的模拟信号波形，TP506可以测得放大后的模拟信号波形；依照这种思路调节光收发模块乙（乙中同样选择OP07作为主放大器）。如果模拟信号能够通过光收发模块正常传输，我们可以开始模拟语音光纤传输实验。2.正确连线：将两台电话机的RJ11插头插入实验平台中的RJ11插座；将跳线XP701的2、3两脚相连（模拟语音信号被送往模拟开关），光收发模块甲按上述步骤1连接，不过此时应将跳线XP505的25、26两脚相连，使信号传输到XP704的1脚，将跳线XP704的1、2两脚相连，这样发送端说话接收端即能听见。我们还需要连接回路使得接收端说话发送端能听到，此时利用光收发模块乙和跳线XP702（1、2相连）、XP703（2、3相连），连线思路同上。3.正确连线后，加电，复位后选择模拟电话，我们即能实现收发双方互通语音信息了。4.用示波器在线路中跳线处观察模拟话音的波形变化，比较讲话声音大或小时所测得的波形的变化。（注：话音通信为双工通信，如果所购的实验系统为单工方式，只有一对光收发模块，就可一个方向采用光收发对进行光纤传输，另一个方向采用电缆如导线直接传输，同样达到实验的目的。）5.如果是正弦波或三角波或锯齿波等模拟波形，观察模拟信号经过传输后的波形变化。实验报告要求：1. 用示波器观测测试点的波形。观察说话声音大小不同时信号的变化。实验8.2 数字电话实验实验目的：1. 了解数字语音光传输系统的构成；2. 了解模拟语音的数字化的方案；3. 掌握系统调试方法。实验仪器：1. 光纤通信实验箱2. 电话机实验原理：模拟语音的数字化有多种方案，大致可以分为波形编码和参量编码两类。波形编码是对统计特性经处理后的信号波形进行编码。PCM就是其中较好的一种，其特点是重建信号具有较高的质量（信噪比S/N）。参量编码是直接提取语音信号的一些特征参量，并对其进行编码。也就是说，由信号源产生语音信号的条件，找出语音信号产生的物理模型，然后提取出语音信息中的某些主要参量，经编码后传到接收端；接收端经解码恢复成与发送相应的特征参量，然后根据信号产生的物理模型合成相应的语音，这就是语音的分析与合成方法。声码器即属此类，其特点是可以大大地压缩数码率，但与波形编码相比质量要差一些。本实验平台中所采用的编译码方案是广泛应用的PCM。从理论上讲，PCM包括三个过程：抽样、量化和编码。然而随着超大规模集成电路的发展，其实只需要通过一个仅有20条腿（或更少）的芯片来完成。我们采用单片PCM编译码器TP3067，进行模拟与数字语音信号之间的转换。该芯片内置了开关电容、带通和低通滤波器，其中带通滤波器是为了滤除发端50Hz电源的干扰和3400Hz以上的频率成分信号；低通滤波器用于恢复低频模拟语音信号。时钟源负责提供编译码时所需的2MHz的主时钟和8KHz的帧同步脉冲波。经过编码后的信号即可进入光发送机驱动电路调制光源，接收到的信号经译码后，通过SLIC送往收端话机。这样数字语音光纤传输系统便建立了。实验中，大家需要通过键盘来选择传输数字电话还是传输模拟电话，然后根据原理图通过跳线来建立数字或模拟语音光纤传输系统，之后才可以相互通话。图8-3 数字PCM电话光纤传输图8-4 PCM语音光纤传输系统电话机把话音转换为频率范围为0.33.4kHz的模拟基带信号，电发射机把这种模拟信号转换为数字信号，并把多路数字信号组合在一起。模/数转换目前普遍采用脉冲编码调制（PCM）方式，这种方式是通过对模拟信号进行抽样、量化和编码而实现的。模拟信号采用数字传输时，其比特率取决于模拟信号的抽样定理以及编码体制。根据抽样定理，如果抽样速率至少是该信号包含的最高频率的两倍，则这个模拟信号可以准确地再现。正因为如此，标准的4kHz电话信道每秒抽样8000次，并使用8比特代表每个抽样幅度值的编码程序。由此，传输单个电话信息的速率为64kb/s 。然后用数字复接器把24路或30路PCM信号组合成1.544Mb/s或2.048Mb/s的一次群甚至高次群的数字系列，最后输入光发射机。实验内容：1.跳线XP701的1、2两脚相连（使模拟语音送往PCM编码芯片），XP500的1、2两脚相连，按键KS501选择数字光源驱动电路，光收模块同样选择MAX435作为主放大器，XP505的9、10两脚相连（使数字语音信号送往PCM编译码芯片），跳线XP704的2、3两脚相连（译码后的模拟语音信号被送往SLIC）。同理，我们还需要建立一条回路，此时利用光收发模块乙和跳线XP702、XP703，具体连线思路同上，不再赘述。（注：MAX435输出信号幅度和直流电位均可调节，直到PCM回路工作正常。）2.正确连线后，实验平台加电，复位系统后选择传输数字电话，此时，收发双方便能互通语音信息，读者可以比较模拟语音与数字语音传输质量的差异。也可以通过测试点TP701观察PCM信号的波形，测试点TP702和TP703分别为PCM编译码所必须的2MHz时钟信号和8kHz的脉冲信号。大家可以比较跳线XP701处的模拟语音信号波形与测试点TP701处的数字语