研究生光通信试验教材综述

1、实验一 固定及变速率时分复用、解复用实验第一部分 固定速率时分复用 / 解复用实验实验目的1. 掌握固定速率时分复用 / 解复用的同步复接 / 分接原理。2. 掌握帧同步码的识别原理。3. 掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。实验内容1. 搭建一个理想信道固定速率时分复用数字通信系统，使系统正常工作。2. 搭建一个理想信道固定速率时分解复用数字通信系统，使系统正常工作。3. 用示波器观察集群信号（ FY_OUT）、位同步信号（ BS）及帧同步信号（ FS），熟悉它们的对 应关系。4. 观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，直接观察时分复用与解复用的实验效果。三、实验仪器示波器，

2、 RC-GT-II 型光纤通信实验系统。四、基本原理1同步复接 / 分接原理固定速率时分复用 /解复用通常也称为同步复接/分接。 在实际应用中， 通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器（ 缩写为 Muldex） 。图 1.1 数字复接器的基本组成图 1. 2 数字分接器的基本组成图 数字复接器的基本组成如图 1.1 所示。数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号 按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。定时 单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。调整单元 的作用是对各输入支路

3、数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信号。复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号数字分接器的基本组成如图 1.2 所示。数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支 路的数字信号。数字分接器由 同步、定时、分接和恢复单元所组成。定时单元的作用是为分接和 恢复单元提供基准时间信号，它只能由接收的时钟来推动。同步单元的作用是为定时单元提供控制 信号，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。分接单元 与复接单元相对应， 分接单元的作用是把输入的合路数字信号（高次群 ）实施时间分离。 分接器的恢复单元与复接器的

4、调整单元相对应， 恢复单元的作用是把分离后的信号恢复成为原来的支路数字信号。将低次群复接成高次群的方法有三种；逐比特复接；按码字复接：按帧复接。在本实验中，由 于速率固定，信息流量不大，所以我们所应用的方式为按码字复接，下面我们把这种复接方式作简 单介绍。按码字复接：对本实验来说，速率固定，信息结构固定，每 8 位码代表一“码字” 。这种复接方 式是按顺序每次复接 1 个信号的 8 位码，输入信息的码字轮流被复接。复接过程是这样的：首先取 第一路信息的第一组 “码字”，接着取第二路信息的第一组 “码字”，再取第三信息的第一组 “码字”， 轮流将 3 个支路的第一组“码字”取值一次后再进行第二组

5、“码字”取值，方法仍然是：首先取第 一路信息的第二组码，接着取第二路信息的第二组码，再取第三路信息的第二组码，轮流将 3 个支 路的第二组码取值一次后再进行第三组码取值，依此类推，一直循环下去，这样得到复接后的二次 群序列（ d）。这种方式由于是按码字复接，循环周期较长，所需缓冲存储器的容量较大，目前应用 的很少。图 1.3 按码字复接示意图（ a）第一路信息； （ b）第二路信息； （ c）第三路信息； （d）复接后2本实验所用的同步复接模块的结构原理本实验所用到的固定速率时分复用端的原理方框图如图 1.4 所示。这些模块产生三路信号时分 复用后的 FY_OUT信号，信号码速率约为 32KB

6、，帧结构如图 1.5 所示。帧长为 24 位，其中首位无定 义，第 2 位到第 8 位是帧同步码（ 7 位巴克码 1110010），另外 16 位为 2 路数据信号，每路 8 位。此 FY_OUT信号为集中插入帧同步码时分复用信号。同时通过发光二极管来指示码型状态：发光二极管 亮状态表示 1 码，熄状态表示 0 码。本实验中用到的电路，除并行码产生器和 8 选一电路是由分立器件组成的外，其他电路全都在两片大规模集成电路XC95XL144TQ100-5（以下简称 CPLD）内部。面对时钟信号源、分频器、八选一、调整器及复接器等单元作进一步说明。20.48MHz 时钟经 CPLD分1）时钟信号源时

7、钟是由晶振 X1（ 20.48MHz）提供，它也是整个系统的时钟信号源。频得到本实验所需的时钟信号CLK1， FCLK1=4.096KHz。10010图 1.5 帧结构（2）分频器分频器一首先进行 16 分频，输出信号频率为 256kHz。然后采用另一分频器二完成 2、 4、 8、16 运算，输出 BS、S1、S2、S3等 4个信号。 BS为位同步信号，频率为 128kHz。S1、S2、 S3为3个选通信号，作为八选一的选通信号，频率分别为BS信号频率的 1/2 、1/4 和 1/8。分频器三是一个二一十进制加计数器，对 BS信号进行 24 分频，分别输出选通信号 S4、S5，这 两个信号的频

8、率相等、等于 BS信号频率的 1/24 。其中 S5作为帧同步时钟 FS。S1S2S3S3(a)S4S5(b)图 1.6 分频器输出信号波形分频器输出的 S1、S2、S3、S4、S5等 5 个信号的波形如图 1.6 （a）和 1.6 （ b）所示。（ 3）八选一采用 8 路数据选择器 74LS151，它内含了 8 路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器， 其真值表如表 1-1-1 所示。 U100、U101和 U102的地址信号输入端 A、B、C并连在一起并分别接 S1、 S2、S3信号，它们的 8个数据信号输入端 x0 x7分别与 K100、 K101、K102输出的 8个并行信号连 接。由

9、表 1.1 可以分析出 U100、 U101、 U102输出信号都是码速率为 128KB、以 8 位为周期的串行信 号。表 1.1 74151 真值表CBAINHDISZ00000x000100x101000x201100x310000x410100x511000x611100x71001高阻（ 4）调整器 调整器的作用是将输入的 3 路串行信号进行速率及时隙调整，以达到复接的时序要求。5）复接器如图 1.3 中所示，三路串行信号 a,b,c 经复接口后的复接输出信号 FY_OUT见波形 d。 复接器主要有两种复接电路：一种为同步复接电路，一种为异步复接电路，在固定速率时分复用时，由于被复接的

10、三个支路是同步的信号，所以本实验采用的是同步复接电路，而异步复接电路 将在变速率时分复用实验中进行细述。D1D2D3F1F2F3FY_OUT图 1.7 复接波形示意图 在本实验中，送入复接器的三路信号为同频同相的信号，且帧长一样，我们所使用的复接方式 为按码字复接，即一次复接 8 位码，示意图如图 1.7 所示。其中： F1、F2、F3 分别为复接时钟， D1、 D2、D3 为调整后的三路数据， FY_OUT为复接后的信号。 FS 信号可用作示波器的外同步信号，以便 观察 FY_OUT的帧结构。FS信号、 FY_OUT信号之间的相位关系如图 1.8 所示，图中 FY_OUT的无定义位为 0，帧

11、同步码 为 1110010，数据 1 为 11110000，数据 2为 00001111。FS信号的低电平、高电平分别为 8 位和 16 位数字信号时间，其上升沿比 NRZ-OUT码第一位起始时间超前一个码元。FS图 1.8 FS 、 FY-OUT波形3. 本实验所用的同步分接模块的结构原理分接端原理方框图如图 1.9 所示。它输入单极性非归零信号（帧结构如图 1.10 所示），由位同 步信号提取电路和帧同步信号产生器产生位同步时钟信号（BS）和帧同步信号（ FS），通过 BS、 FS这把两路数据信号从时分复用信号中分离出来， 两个 8位的并行数据信号， 两个并行信号驱动 16 个 发光二极管

12、，左边 8 个发光二极管显示第一路数据，右边 8 个发光二极管显示第二路数据，二极管 亮状态表示“ 1”，熄灭状态表示“ 0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3 。图 1.9 分接端原理方框图图 1.10 FY_OUT 信号帧结构 本实验用到的电路中，除了显示电路是由分立器件组成的外，其他电路全都在两片大规模集成 电路 XC95XL144TQ100-5（以下简称 CPLD）内部。各组成模块功能说明：1）位同步提取器（全数字锁相环） ：位同步提取器的作用是：从输入的 FY_IN 信号中提取位同步信息，通过数字锁相环产生本地的接收码元位同步脉冲图 1.116位同步器方框图位同步

13、时钟信号 BS，该位同步信号（ BS）为整个解复用电路的主要时钟信号。 数字锁相的原理方框图如图 1.11 所示，它由稳定度振荡器、分频器、相位比较器和控制器组 成。其中，控制器包括图中的扣除门、附加门和“或门” 。高稳定度振荡器产生的信号经整形电路变 成周期性脉冲， 然后经控制器再送入分频器， 输出位同步脉冲序列。 若接收码元的速率为 F（波特）， 则要求位同步脉冲的重复速率也为F（赫）。这里晶振的振荡频率设计在 nF（赫），由晶振输出经整形得到重复频率为 nF（赫）的窄脉冲（图 1.11 中的 b（b ） ）。如果接收端晶振输出经 n 次分频后， 不能准确地和收到的码元信号同频同相，这时就

14、要根据相位比器输出的误差信号，通过控制器对分 频器进行调整。从经微分、调整后的码元信息中就可以获得接收码元所有过零点的信息，其工作波 形如图 1.12 所示。得到接收码元的相位后，再将它加于相位比较器去比较。首先，先不管图中的迟延 3，设接收信号为不归零脉冲（波形a），我们将每个码元的宽度分两个区，前半码元称为“滞后区” ，即若位同步脉冲波形 b 落入此区，表示位同步脉冲的相位滞后于 接收码元的相位；同样，后半码元称为“超前区” 。接收码元经微分调整，并经迟延 4 电路后，输出 如波形 e 所示的脉冲。当位同步脉冲波形 b（它是由 n 次分频器 d 端的输出，取其上升沿而形成的 脉冲）位于超前

15、区时，波形 e 和分频器 d 端的输出波形 d 使与门 A有输出，该输出再经过迟延 1 就 产生一超前脉冲（波形 f ）。若位同步脉冲波形 b（图中的虚线表示）落于滞后区，分频器c 端的输出波形（ c 端波形和 d 端波形为反相关系）如波形 c所示，则与门 B有输出，再经过迟延 2 产生一 滞后脉冲（波形 g）。这样，无论位同步脉冲超前或滞后，都会分别送出超前或滞后脉冲对加于分频 器的脉冲进行扣除或附加，因而达到相位调整的目的。图 1.12 波形图现在讨论图中的迟延 3 的作用。同波形图看到，位同步脉冲帅分频器 d 端输出波形（波形 d） 的正沿而形成的，所以相位调整的最后结果应该合波形 d

16、的正沿对齐窄脉冲 e（即 d 的正沿位于窄 脉冲之内）。若 d 端产输出波形最后调整到如波形图 d 所示的位置，则 A、B 两个与门都有输出；先是通过与门 B 输出一个滞后脉冲，后是通过与门 A 输出一超前脉冲。这样调整的结果使位同步信号 的相位稳定在这一位置，这是我们所需要的。然而，如果 d 端的输出波形调整到波形图 d的位置， 这时， A、B 两个与门出都有输出，只是这时是先通过A门输出一超前脉冲，而后通过 B 门输出一滞后脉冲。如果不采取措施，位同步信号的相位也可以稳定在这一位置，则输出的位同步脉冲（波形 b）就会与接收码元的相位相差 180。克服这种不正确锁定的办法，是利用在这种情况下

17、A 门先有输出的这一特点。当 A 门先有输出时，这个输出一方面产和超前脉冲对锁相环进行调整；另一方面，这个输出经迟延 3 产生一脉冲将与门 B封闭，不会再产生滞后脉冲。这样通过A 六不断输出超前脉冲，就可以高速分频器的输出的相位，直到波形 d 的正沿对齐窄脉冲（波形 e）为止。2）帧同步电路图 1.13 帧同步电路组成框图帧同步电路如图 1.13 可知，整个帧同步电路主要由分频器、帧同步码识别器、脉冲生成器和 同步保护器四大部分组成。各组成电路的作用分别如下：分频器：主要是将位同步信号进行 24 分频得到与信源的帧同步信号同频的准帧同步信号，然 后送入脉冲生成器进行相位调整。帧同步码识别器：

18、从串行信号（ FY_IN ）识别出同步码 （在我们系统中的同步码为： X1110010 ）， 当识别器识别到一组帧同步码时，它就输出一个脉冲，送入同步保护器；若输入的信号中没有同步 码，则其始终输出低电平。同步保护器：当没有帧识别脉冲输入时，始终输出一低电平，使脉冲生成器停止工作，这样就 没有 FS 信号输出；当有连续的识别脉冲输入时， 保护器输出满足时序要求的控制脉冲给脉冲生成器。脉冲生成器： 当分频器和同步保护器都输出满足要求的时钟信号时， 脉冲生成器才输出正确的 帧同步脉冲；当分频器和同步保护器输出的信号不满足时序要求时，则将输出错误的FS 信号。3）延迟器 1、2、 3，整形器：通过整

19、形器， 则可以将送来的 FS信号进行脉冲调整， 使其脉冲宽度刚好为 8 个码元宽度。 延 迟器主要是由移位寄存器组成，主要是对整形器送来的帧同步信号进行相位调整，以满足时序的需 要。波形如图 1.14 所示。4）串 /并变换：在 FD 及 FD_7 的作用下，串并转换器对输入的数据信号进行选通转换：当FD 为“ 1”时，转换器 1工作，将第一路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示；当FD_7 为“ 1”时，转换器 2 工作，将第二路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示。图 1.14 变换后的信号波形五、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。15

20、50nm光端机部分与其相同）1. 固定速率时分复用实验1）关闭系统电源，将固定速率数字信号源模块中的 端 D_IN1、 D_IN2、D_IN3。2）打开系统电源，用示波器双通道分别测量并记录 较波形的对应关系，分析波形和理论是否一致。2. 固定速率时分解复用实验1） 关闭系统电源，将固定速率时分复用复接端接口 FY_IN。2） 将 D3 端口所对应的八位拨码开关拨成帧同步码D1、D2、D3分别接到固定速率时分复用复接FS、BS、FY-OUT、D1、D2、D3 信号波形，比FY_OUT接到固定速率时分复用分接端接口7 位巴克码 1110010 ）。3）打开系统电源，观察实验结果，分析能否正常解复

21、用。3. 实验所需端口说明D1、D2、D3：固定速率数字信号源输出端口D_IN1、 D_IN2、 D_IN3：复用模块数字信号输入端口FY-OUT：复用模块信号输出端口FY-IN ：解复用模块信号输入端口BS：位同步信号输出端口FS：帧同步信号输出端口六、注意事项1. 该实验设备系采用元件表面贴装方式制造， 务必注意 不能让金属导电物体掉落在电路板上 （特 别注意示波器地线夹） ，否则极易烧毁设备。2. 进行 接线操作前必须先关闭电源 （在箱体外部右侧） ，接线操作完成后检查无误再打开电源， 不可带电插拔 各类导线。3. 夹示波器的地线夹时要 注意看清 GND 地线标识 ，有的测试接线端子外形

22、与地线端子相同， 谨防夹错，造成不必要的电路损坏。10第二部分 变速率时分复用 / 解复用实验一、实验目的1. 掌握变速率时分复用的码速率调整原理。2. 掌握变速率时分复用的复接 / 分接原理3. 掌握逐比特复接的复接 /分接原理。二、实验内容1. 认真学习实验指导，学习时分复用的异步复接 / 分接原理。2. 搭建变速率时分复用 / 解复用实验连接电路。3. 用示波器观察输入信号、 调整速率后的信号、 复接时钟信号， 复接后的信号及分接后的信号 了解它们的对应关系。三、实验仪器示波器， RC-GT-II 型光纤通信实验系统。四、基本原理1变速率复接电路原理变速率复接电路组成框图如图 2.1 所

23、示。图 2.1 复接电路组成框图各组成模块的功能说明如下：线路编码器（前 4 个）：把被复接的 4 个不同速率数据编码成具有相同标称速率的信号。 正码速调整： 进行码速调整， 即把 4 个标称速率相同实际有容差的的信号都调整到同一速率上，使它们同步。11位同步复接器：将 4 个支路已经同步的信码流复接成一个高速率的二次群信号。线路编码器（最右边一个） ：对复接后的信号进行编码，以便在接收端提取时钟。在实验一中我们已经知道数字复接由数字复接器 （Digitalmultiplexer） 和数字分接器两部分组成， 且数字复接器是将同步的多路信号复接成一路信号，在本实验中，我们将讨论如何将异步的多路数

24、 字信号复接成一路信号，即异步复接。那么什么是异步复接呢？当输入支路数字信号不同步而与本机定时信号是异步的，即它们的对 应生效瞬间不一定以同一速率出现，那么调整单元就要对各个支路数字信号实施频率和相位调整， 使之成为同步信号，这种复接称为异步复接，这种复接器称为异步复接器。还有两种情况，即：如 果输入支路数字信号的生效瞬间相对于本机对应的定时信号是以同一标称速率出现，而速率的任何 变化都限制在规定的容差范围内，这种复接称为准同步复接，这种复接器称为准同步复接器；如果 被复接的各支路数字信号的时钟源是各自独立的，尽管它们的标称码率都相同，并允许在规定的容 差范围内变化，这种准同步复接一般又称为异

25、源复接。具有相同标称速率但不是由同一时钟源产生 的两个信号通常就是准同步的。2正码速调整原理：在实验一中的三路信号 （D1、D2、D3） 复接时，由于各路是使用同一个时钟源，且频率、相位相 同，是同步复接，因此实现起来较为简单。然而，在系统中，若要对四路不同计算机的串口数据进行复接，由于它们各自通信时的波特率 不同，所以对它们进行复接，应分三个步骤来进行：第一步将各输入信号进行编码，使它们速率的 标称值相同；第二步将各支路的编码后的信码变换成与一个标准信号同频同相的信码，即先对各支 路进行码速调整，使之达到码速同步；第三步进行同步复接，即将已同步的数码进行复接。后两个 步骤组合起来就称为准同步

26、复接，实现准同步复接，其重要概念是；先进行码速调整，再进行同步 复接。码速调整为同步复接提供条件。码速调整有三种方式：正码速调整；正负码速调整；正零负码速调整。ITUT 推荐使用正码速调整和正零负码速调整方式。我国大部分复用设备采用正码速调整方式，也有采用正零负码速调整方式的。目前应用的多是“脉冲插入同步”方式，这种方式是 利用插入脉冲的方法来实现调整的。所谓正码速调整就是将被复接的低次群的码速都提高，使其同步到某一规定的较高的码速上。例如在 PCM 基群的数码率标称值都是 2 048kb s，但由于各个独立的时钟源总是存在偏差，因此， 可根据复接帧的要求，确定脉冲的插入数目，使每个基群的数码

27、率均由 2 048kb s填充到所要求的 数码率，二次群复接时为 2112kb s。这样，码速都提高了，又达到了相互同步的目的。由于是用提 高码速来使其同步，故称为正码速调整。在系统中，首先对输入的四路信号按一定速率进行编码，以便使四路信号速率的标称值相同， 编码方式可以采用多种方式（如 CMI 、DMI ，5B6B ，4B1H 等等），然后再对编码后的信号进行脉冲 插入同步的正码速调整，下面，我们对正码速调整中插入脉冲部分的原理作简单介绍。12采用脉冲插入同步的正码速调整的原理如图2.2 所示。该图只绘出一个支路的码速调整插入部分情况，去插入部分和复接部分没有绘出。图 2.2 脉冲插入同步方

28、式插入部分的原理示意图方框图； (b)支路输入数码流 fi， (c)码速调整后的数码流 fm;基群输入的数字信号先写入到一个缓冲存储器，写入速率是编码速率，读出时钟频率则是码速 调整后的速率 fm，而 fmfi，所以存储器是读得快写得慢，即存储器处于“快读慢写”状态。快读慢 写会出现什么结果呢 ?从图中可以看出，第 1个脉冲经过一段时间后读出，第 2 个脉冲的读出，其经 过的时间长度比前者要短一些，因读出速度比写入速度快，以后的写入与读出时间差，即相位差愈 来愈小，在第 6 个脉冲时两者相位差已很小，即将出现取空状态，当相位差小到一定程度时，由相 位比较器 (在缓冲存储器中 )发出插入请求，

29、要求插入脉冲控制电路发出一个插入指令， 停止一次读出， 同时在此瞬间插入一个脉冲，如图中虚线位置所示。插入脉冲是不携带信息的，所以在接收端应把它去掉，为此，发送端在插入脉冲的同时，必须 发出一个标志信号通知接收端，据此判别出哪些是插入脉冲，然后把它去掉以恢复原始信号。正码速调整过程的要点如下：a) 输入的数码流以 fi 的速率写入缓冲存储器； 缓冲存储器以 fm 的速率读出， 即进行快读慢写。b) 当读时钟与写时钟的相差小到某一规定值时，由鉴相器检出其状态， 要求插入脉冲控制电路 发出一个指令， 此指令控制三个动作； 停止一次读出； 插入一个脉冲， 给插入脉冲作出标志。c) 4 个基群支路的速

30、率都正调整到 fm 后，再复接成二次群。即 fifmX44fm。 以上就是系统所采用的码速率调整部分、逐比特同步复接的原理介绍，通过这两部分的协同工 作，就可以将输入的四路异步信号复接成一路串行信号进行传输。3变速率分接电路原理分接端的原理框图如图 2.3 所示。13图 2.3 分接电路原理框图各组成模块的功能说明如下： 定时提取：从输入信号中提取定时信息，为其他模块提供时钟。线路译码(最左边一个) ：在时钟作用下，对输入信号进行译码，同步，最后供给分接器和去插 入控制器。分接器：把二次群数码流分接成 4 组，分路送入缓冲存储器。 缓冲存储器：在进行读、写时有一定的存储缓冲作用，分接侧的缓冲存

31、储器与复接侧的缓冲存 储器大体相同，所有不同是分接侧的缓冲存储器不包括相位比较器，比相工作由锁相环完成。分接定时器：为缓冲存储器提供一个已扣除插入脉冲的写脉冲。 去插入控制器：提供一种控制，通过它的控制把接收的数码流中的插入脉冲去掉。首先由它检 出插入标志信号脉冲，经过择多判决，如果判断出接收数据流中有插入脉冲，就进行消插，将插入 脉冲去掉。锁相环：为缓冲存储器提供读出时钟。去插入原理示意图如图 2.4 所示。在接收端，当收到发送端的标志信号后，它连同信号一起通 过一个标志信号检出电路而被检出，因而产生一个“消插指令” ，把写入脉冲禁掉一个，也就是不使 插入脉冲写入存储器。如图 (c) 所示，

32、即原虚线所示的位置空着了。这时，数码与原来的数码次序一 样 (因已扣除了插入脉冲 )，但时间间隔是不均匀的，中间有间隙。因此，在接收端，要恢复原数码， 必须从图 (c) 波形中，提取时钟 fi，即是将已去掉插入脉冲的数码流均匀化。这一任务用一个锁相环 来完成。锁相环框图如图 2.5 所示。由鉴相器、压控振荡器和低通滤波器组成。压控振荡器的输出是读出时钟 fi ，相位为 0。鉴相器有两个输入信号：一个是写入时钟fm，它是已扣除插入脉冲的序列，其相位为 i；另一个是压控振荡器的输出 fi 。鉴相器将两信号进行相位比较，14图 2.4 同步脉冲去插入原理示意图（ a）方框图；（b）码速调整后的数码流

33、 fm；（c）扣除插入脉冲后的接收信号； （ d）恢复后的原数码流 fi鉴相器的输出电压 ud 与它们的相差 e成比例，经过低通滤波器滤出的直流成分uc，即为其平均值。uc 作为 VCO 的控制电压， 通过环路的作用，使 fi 与 fm 同步，即振荡器振荡在平均频率 fi 上，使读 出脉冲的间隔均匀了。图 2.5 收端读出脉冲均匀化（a） fm（已扣除塞入脉冲 ）；（b） fm（写入 ）；（c） fi（读出 ）；（d） ud=kd e 为了使塞入脉冲的塞入和去塞入更可靠一些，往往采用定位塞入法。而塞入脉冲的标志信号往 往是与帧同步信号一起传送，这时数据信道与信息信道合成为一个信道。15综上所述

34、，接收端工作过程要点如下：1）定时再生电路再生 fm，作为写入时钟。2）由插入脉冲检测电路检测出插入脉冲后，发出扣除插入脉冲指令，把写入脉冲禁掉一个， 即不使插入脉冲写入存储器。3）将已扣除塞入脉冲的 fm 送到锁相鉴相器，通过锁相环的作用，获得读出时钟 fi ，即恢复 为原来支路的频率 fi 。4）由于锁相环的存在，不可避免要产生抖动。五、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变速率时分复用实验1）关闭系统电源，任取 4 路数字信号分别接到 AIN1、 AIN2、AIN3、AIN4 进行四路数据的复接。2）打开系统电源，

35、通过示波器双通道观察原始信号与复接信号的关系。3）把四路原始数据都设为全零，仔细观察复接后的码流结构，并结合复接电路组成框图，说明 其原因。4）测量原始数据流、复接后的码流各自的码元宽度（nS），换算出它们各自的码速（ Kb/S ）。（注意分析，不要误将几个连 “1或”连 “0码”总宽度当成单个码元的宽度） 。注：如果出现实验结果不正确，请关电给CPLD复位。2变速率时分解复用实验1）关闭系统电源，将复接信号连接到解复接输入端口进行解复接实验。2）用示波器分别观察各路信号编码前和译码后的波形是否一致，即能否正确接复接。3. 实验所需端口说明D1、D2、D3：固定速率数字信号源输出端口AIN1、

36、 AIN2、 AIN3、AIN4：（变速率复接解复接模块） 数字信号输入端口FJ_A_DOUT: 复接信号输出端口FJ_A_DIN: （解复接模块） 信号输入端口AOUT1、 AOUT、2 AOUT、3 AOUT：4（变速率复接解复接模块） 解复接信号输出端口六、注意事项1. 该实验设备系采用元件表面贴装方式制造，务必注意 不能让金属导电物体掉落在电路板上 （特别注意示波器地线夹） ，否则极易烧毁设备。2. 进行 接线操作前必须先关闭电源 （在箱体外部右侧） ，接线操作完成后检查无误再打开电源， 不可带电插拔 各类导线。3. 夹示波器的地线夹时要 注意看清 GND 地线标识 ，有的测试接线端子

37、外形与地线端子相同，16要谨防夹错，造成不必要的电路损坏。4. 如果出现实验结果不正确，请关电给 CPLD 复位 。17实验二 话音信号模拟、数字光通信实验第一部分 电话语音信号模拟光通信实验一、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二、实验内容1.通过不同的方式对话音信号进行光传输实验2.电话语音信号通过 PCM编码后进行光传输实验三、实验仪器示波器， GT-RC-II 型光纤通信实验系统。四、基本原理本实验用电话接口模块监测光发送模块、 光接受模块的语音传输， 并通过与话音信号的 PCM 编码传输效果

38、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。其实验框图如下：图 9.1 话音信号光纤传输方式一图 9.2 话音信号光纤传输方式18图 9.3 话音信号光纤传输方式三图 9.4 话音信号光纤传输方式四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。五、 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）第一部分：语音信号模拟传输1. 模拟传输通道检测：关闭系统电源，选取一路模

39、拟信号进行光纤传输，连接好相关实验线 路，分别调节模拟光发送端机和光接收端机工作状态， 使在接收端得到最佳传输模拟信号。2. 传输模拟话音信号：按照图 9.2 示意，分别用两根光纤交叉连接方式（ 1310 发送到 1550 接收； 1550 发送到 1310 接收），连接好相关实验线路，调节好光发送机和光接收机的工作 状态，实现两部电话互相通信。第二部分：语音信号数字化传输（以1310nm为例）1数字传输通道检测：1）关闭系统电源，将左右两侧模拟信号源输出的正弦波进行PCM编码，将编码后的集群信号连接到光发送端机进行数字化传输。2）打开系统电源，用示波器在光接收端的数字信号输出端口观察输出信号

40、与光发送端输入的19 数字信号。3）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。4）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。若有失真，调节电 位器 R257、 R242，直到输出译码信号无失真。2. 语音信号的数字化传输（按照图 9.4 的示意）：1）保持以上系统的工作状态不变， 分别用左右两侧电话模块的话音信号输出口 TX 代替左右两 侧的模拟信号源输入到 PCM编码模块相应的输入端口；将PCM译码模块输出的相应译码信号分别送到左右两侧电话模块的话音信号接收端RX。2）开启系统电源，电话一、电话二摘机，双方进行通话。3）实

41、验结束，关闭电源，拆除所有连接线，收拾整齐。第三部分：实验所需端口说明R258：输入模拟信号衰减调节（模拟发送端）R277：激光器注入电流调节（模拟发送端）P203：模拟信号输入端口（模拟发送端）P202：数字信号输入端口（数字发送端）P200：光接收机模拟信号输出端口（模拟接收端）IC202 ：光接收机数字信号输出端口（数字接收端）R242：接收端放大器增益调节（接收端）R257：接收端判决电平调节（接收端）PCM编译码单元各端口左右两侧模拟信号源端口电话接口模块 （TX: 话筒信号输出， RX：听筒信号输入 ）六、 实验结果1. 记录并画出实验所用和所得到的波形，并进行比较。2. 按照图

42、9.2 和 9.4 的示意，实现两部电话的模拟方式和数字方式通信，总结光发送端机和光 接收端机相关旋钮在话音传输中的作用。20第二部分 电话语音信号数字光通信实验PCM编译码实验：一、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。二、实验内容1. 用示波器观测比较 PCM编码前、译码后的模拟正弦波形。2. 改变正弦信号源的输出频率， 测量频率低到何值时 （幅度大到何时） 对应译码波形开始出现 明显失真，频率高到何值（幅度小到何时）已无法正常译码，波形只剩下一片噪声。三、实验仪器示波器， RC-GT-II 型光纤通信实验系统。四、基本原理1 PCM编码原理

43、PCM编码需经过以下几个步骤：1）取样：间隔周期 125 S （ 8KHz ），模拟信号在时间上的离散化。示意图见图 8.1 。2）量化：通过 A/D转换逐次逼近过程， 实现模拟信号在幅度上的离散化。 示意图见图 8.2 。3）编码：进一步将样值编为 8 位码组，（ 20-2 8共 256个可能的取值） 。图 8.1 取样示意图212.话图 8.2 量化示意图多路复用 / 解复用：每路的 8 位码组占用 PCM一帧中的一个时隙，一帧中共有32 个时隙，可以同时复用传输 30帧同步信令信每时隙 8位码，每帧 32时隙，每秒8000帧码速：8 X 32 X 8000 帧 = 2048000 位 /

44、 秒 =2.048M图 8.3 帧结构示意图音。0 1 2 3 4 5 61616共32时隙29 30 31图 8.4 本实验箱的 PCM时隙分配示意图 3PCM系统传输方式的优点1) 可再生中继： 把模拟信号转换为数字信号传输， 可通过再生中继消除传输噪声的积累。2) TDM复接 / 分接：可采用 TDM方式，按各个信道时隙位置进行码组间插，实现多路信号 的复接 / 分接，包括时隙交换。3) 提高信噪比：可采用各类压扩方式(如 A 律、 律)，提高小信号时的信噪比 S/N 优化话音信号的实际传输效果。4) 便于系统兼容：采用统一的速率进行模 / 数转换、信道的复接、分接和传输，有利于实 现系

45、统兼容。225）线性度要求降低：编码数字信号对激光器的线性无特殊要求。4 本实验箱中的 PCM编译码模块原理本模块的原理方框图如图 8.4 所示。图 8.4 PCM 编译码原理方框图 该模块上有以下测试点和输入点：PCM_BS PCM 基群时钟信号 （ 位同步信号 ） 测试点 PCM_FS信号时隙同步信号测试点B_IN输入到编码器 B 的信号测试点B_OUT信号 B 译码输出信号测试点A_IN输入到编码器 A 的信号测试点A_OUT信号 A 译码输出信号测试点PCM-OUTPCM集群信号复接端输出 / 测试点PCM_INPCM集群信号分接端输入 / 测试点图 8.4 各单元与元器件之间的对应关

46、系如下：晶振X1： 16.384MHZ分频器 1分频器 2 抽样信号产生器CHIP1(XC95144XLTQ100-10)CHIP1(XC95144XLTQ100-10)CHIP1(XC95144XLTQ100-10)PCM编译码器 AU4： PCM编译码集成电路 TP305723 PCM编译码器 BU5： PCM编译码集成电路 TP3057 帧同步信号产生器CHIP1（ XC95144XLTQ100-10） 复接器CHIP1（ XC95144XLTQ100-10）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 编译码器提供 2.048MHZ 的时

47、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，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。PCM 信号码速率是 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 5、或第 7 由开关 S1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

48、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）。本模块的核心器件是 A 律 PCM编译码集成电路 TP3057，它是 CMOS工艺制造的专用大规模集成 电路，片内带有输出输入话路滤波器，其引脚如图 8.5 所示。引脚功能如下：图 8.5 TP3057 引脚图(1) V-接 -5V 电源。(2) GND接地。(3) VFRO接收部分滤波器模拟信号输出端。(4) V+接+5V电源。(5) FSR接收部分帧同信号输入端，此信号为8KHZ 脉冲序列。(6) DR接收部分 PCM码流输入端。(7) BCLK/CLKSEL接收部分位时钟 （同步）信号输入

49、端， 此信号将 PCM码流在 FSR上升沿 后逐位移入 DR端。位时钟可以为 64KHZ到 2.048MHZ 的任意频率， 或 者输入逻辑“ 1”或“0”电平器以选择 1.536MHZ、1.544MHZ或 2.048MHZ 用作同步模式的主时钟，此时发时钟信号BCLKX同时作为发时钟和收24时钟。(8) MCLKR/PDN接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHZ、1.544MHZ或 2.048MHZ。可以和 MCLKX 异步，但是同步工作时可达到最佳状态。 当此端接低电平时，所有的内部定时信号都选择MCLKX 信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。(9) MCLK X发送

50、部分主时钟信号输入端， 此信号频率必须为 1.536MHZ、1.544MHZ 或 2.048MHZ。可以和 MCLKR异步，但是同步工作时可达到最佳状态。(10) BCLK X发送部分位时钟输入端，此信号将PCM码流在 FSX 信号上升沿后逐位移出 DX端，频率可以为 64KHZ到 2.04MHZ的任意频率， 但必须与 MCLKX 同步。(11) D X发送部分 PCM码流三态门输出端。(12) FS X发送部分帧同步信号输入端，此信号为8KHZ脉冲序列。(13) TS X漏极开路输出端，在编码时隙输出低电平。(14) GS X发送部分增益调整信号输入端。(15) VF Xi -发送部分放大器

51、反向输入端。(16) VF Xi 发送部分放大器正向输入端。五、实验步骤1. 实验步骤说明：1. 关闭电源， 分别从左右两侧模拟信号源选取两路模拟正弦波信号输入到PCM编译模块的输入端，连接好相关实验线路进行 PCM编译码。2. 用示波器观测比较 PCM编码前、译码后的模拟正弦波形。3. 改变任一个正弦信号源的输出频率，细心测量、记录：频率低到何值时（幅度大到何时）对 应译码波形开始出现明显失真，频率高到何值（幅度小到何时）已无法正常译码，波形只剩 下一片噪声。记录相应的信号源的频率和幅度。4. 用示波器观测 PCM编码信号每帧的时隙占用情况，判断A_IN 和 B_IN 分别占用了那个时隙。并

52、精确测出最小码元宽，从而计算出PCM复用后的信号的码速率。2. 实验所需端口说明：A_IN 、 B_IN: PCM 编码模块的信号输入端口PCM_OUT:PCM编码模块的编码信号输出端口PCM_IN:PCM译码模块的信号输入端口A_OUT:PCM译码信号输出端口（与B_IN 对应）B_OUT:PCM译码信号输出端口（与A_IN 对应）25六、实验数据处理及分析1. 绘出简化的实验连接框图，重点标明实际接线关系及连接点的名称。根据精确测出的最小 码宽算出系统码速。2. 填写表格：指定临界条件下 PCM 编码前的正弦波幅度、频率测量值条件第一次第二次平均值幅度频率幅度频率幅度频率译码波形开始出现明

53、显失真译码波形小到只剩一片噪声3 A_IN 占用时隙 ， B_IN 占用时隙 .4 PCM 复用后的信号码元宽度为 ，信号速率为七、实验思考题1. 分析上表反映特性的成因，说明使用PCM系统应注意什么？2. PCM 系统传输方式有何主要优点？26模拟信号的 PCM编码传输实验一、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二、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三、实验仪器示波器， GT-RC-II 型光纤通信实验系统。四、基本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：图 8.6 模拟信号光纤传输方式一图 8.7 模拟信号光纤传输方式二模拟信号的传输，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。27五、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. 模拟信