《光纖通信技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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1、光纖通信實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 編寫人:王慧敏 審核人：朱東弼 延邊大學(xué)工學(xué)院 電子信息通信學(xué)科 目　 錄 一、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)一　 模擬信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn)……………………………………　…………………1 實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn)…………………………… …………………………3 實(shí)驗(yàn)三 電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)………………………………………………… ……5 實(shí)驗(yàn)四 圖像光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)………………　……… …………………… ………7 實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)接口碼型變換實(shí)驗(yàn)………………………………………9 二、選做實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)六　 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實(shí)驗(yàn)……………　

2、…………………………1１ 實(shí)驗(yàn)七 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)…………………………… ………………１4 三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)八　 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)…………………　……………………………１6 15 / 17 實(shí)驗(yàn)一 模擬信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解模擬信號(hào)光纖系統(tǒng)的通信原理 2. 了解完整的模擬信號(hào)光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 １．光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱　 一臺(tái) 2。　示波器 一臺(tái) 三、 預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)模擬光纖通信系統(tǒng)工作原理 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)系統(tǒng)傳輸信號(hào)不同,光纖通信系統(tǒng)可分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信

3、系統(tǒng)。由于發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器的輸出光功率（對(duì)激光器來(lái)說(shuō)，是指閾值電流以上線性部分）基本上與注入電流成正比，而且電流的變化轉(zhuǎn)換為光頻調(diào)制也呈線性，所以可以直接調(diào)制對(duì)于半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)行發(fā)光二極管及半導(dǎo)體激光器調(diào)制時(shí)采用的就是直接調(diào)制. I P 圖1-1 發(fā)光二極管模擬調(diào)制原理圖 從調(diào)制信號(hào)的形式來(lái)看，光調(diào)制可分為模擬信號(hào)調(diào)制和數(shù)字信號(hào)調(diào)制.模擬信號(hào)調(diào)制直接用連續(xù)的模擬信號(hào)（如話音、模擬圖像信號(hào)等）對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制.圖1－1就是對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行模擬調(diào)制的原理圖。 連續(xù)的模擬信號(hào)電流疊加在直流偏置電流上,適當(dāng)?shù)剡x擇直流偏置電流的大小，可

4、以減小光信號(hào)的非線性失真。電路實(shí)現(xiàn)上，ＬEＤ的模擬信號(hào)調(diào)制較為簡(jiǎn)單,利用其P—I的線性關(guān)系，可以直接利用電流放大電路進(jìn)行調(diào)制,一般來(lái)說(shuō),半導(dǎo)體激光器很少用于模擬信號(hào)的直接調(diào)制,半導(dǎo)體激光器模擬調(diào)制要求光源線性度很高。而且要求提高光接收機(jī)的信噪比比較高。與發(fā)光二極管相比，半導(dǎo)體激光器的V-I線性區(qū)較小,直接進(jìn)行模擬調(diào)制難度加大。 測(cè)試端口 圖1-2 模擬信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)框圖 模擬信號(hào)源 信號(hào)處理單元 光發(fā)送器件 光接收器件 信號(hào)處理單元 光纖 本實(shí)驗(yàn)通過完成各種不同模擬信號(hào)的LＥD光纖傳輸(如正弦波，三角波,外輸入音樂信號(hào)),了解模擬信號(hào)的調(diào)制過程及調(diào)制系統(tǒng)組成。模擬信號(hào)

5、光纖通信系統(tǒng)組成如圖1-2所示。 在ＬD模擬信號(hào)調(diào)制實(shí)驗(yàn)中，采用預(yù)失真補(bǔ)償電路對(duì)模擬信號(hào)波形進(jìn)行失真補(bǔ)償，觀察補(bǔ)償后的傳輸效果與補(bǔ)償前的效果。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1． 各種模擬信號(hào)ＬＥＤ模擬調(diào)制：三角波，正弦波，語(yǔ)音信號(hào)(外輸入語(yǔ)音信號(hào)） 2. 各種模擬信號(hào)LD模擬調(diào)制：三角波，正弦波，語(yǔ)音信號(hào)（外輸入語(yǔ)音信號(hào)） 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1． 記錄并畫出各模擬信號(hào)的波形，對(duì)模擬信號(hào)光傳輸前后的波形進(jìn)行比較. 2。 簡(jiǎn)述模擬信號(hào)光纖傳輸過程。 3. 比較LD與ＬEＤ模擬信號(hào)調(diào)制的效果。 六、思考題 分析和比較LD模擬信號(hào)調(diào)制與LED模擬信號(hào)調(diào)制的異同點(diǎn)，并指出其優(yōu)缺點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字信號(hào)光纖

6、傳輸實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．　了解數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的通信原理 2. 掌握完整數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 １。 光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱 　一臺(tái) 2。 示波器 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的工作原理。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 數(shù)字信號(hào)的光源驅(qū)動(dòng)電路與模擬驅(qū)動(dòng)電路原理有一定區(qū)別。半導(dǎo)體激光器是利用其在有源區(qū)中受激發(fā)射的器件,只有在工作電流超過閾值電流的情況下，才會(huì)輸出激光（相干光）,因而是有閾值的器件。圖2-1為ＬD的Ｐ—I特性曲線及調(diào)制波形，圖中的Ith為L(zhǎng)D的閾值電流。由圖可見調(diào)制LD光源器件發(fā)光必須是直流偏置電流Iｂ和信號(hào)電流(即調(diào)制

7、電流Ｉｍ）的共同作用。 Ith Ib Im I P 圖2-1 LD的P-I特性曲線與調(diào)制波形 本實(shí)驗(yàn)利用光纖對(duì)各種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸,以了解和熟悉光纖傳輸數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的組成。用雙蹤示波器觀察光發(fā)模塊與光接收模塊各點(diǎn)的波形,并進(jìn)行比較。 圖2－３　 半導(dǎo)體激光器數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路 數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成框圖如圖２-2所示，對(duì)原始數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生模塊的信號(hào)進(jìn)行各種不同方式的編碼和譯碼，然后通過光纖傳輸，在測(cè)試端口觀測(cè)輸出端的信號(hào)波形，并且比較發(fā)光二極管的數(shù)字驅(qū)動(dòng)與半導(dǎo)體激光器數(shù)字驅(qū)動(dòng)效果的異同. 測(cè)試端口 圖2-2 數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成框圖 原始信號(hào) 信號(hào)處理單元

8、光發(fā)端機(jī) 光收端機(jī) 信號(hào)處理單元 編 碼 譯碼 光纖 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀察各種數(shù)字信號(hào)在LD（13１0nm)光纖傳輸系統(tǒng)中的波形 2. 觀察各種數(shù)字信號(hào)在LＥD(850ｎm）光纖傳輸系統(tǒng)中的波形(可選） 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 記錄并畫出LD(13１０nｍ）數(shù)字信號(hào)調(diào)制過程中各測(cè)試點(diǎn)波形. 2. 記錄并畫出LED（8５0nm）數(shù)字信號(hào)調(diào)制過程中各測(cè)試點(diǎn)波形。 六、思考題 1. 畫出光纖傳輸數(shù)字信號(hào)實(shí)驗(yàn)框圖,并簡(jiǎn)述數(shù)字信號(hào)光纖傳輸過程。 2． 比較LＤ數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)與LED數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)傳輸信號(hào)的效果,并分別分析優(yōu)缺點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)三 電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

9、的 1. 了解電話及語(yǔ)音信號(hào)通過光纖傳輸?shù)娜^程 2. 掌握模擬電話、數(shù)字電話光纖傳輸?shù)墓ぷ髟? 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1． 光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱　　一臺(tái) 2． 示波器 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)電話光纖傳輸系統(tǒng)的工作過程 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 　對(duì)于局間通信來(lái)說(shuō)，電話語(yǔ)音通信具有舉足輕重的作用。以電話通信網(wǎng)絡(luò)為載體,各種模擬（或數(shù)字）信號(hào)的傳輸系統(tǒng)已經(jīng)商用化。如電話、傳真、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)通信等業(yè)務(wù)都是在局間電話網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的。 電話語(yǔ)音信號(hào)的光纖傳輸分為兩種方式，一種方式為模擬電話光纖傳輸，即電話用戶接口輸出的模擬信號(hào)直接送入光纖模擬信號(hào)傳輸信道,從而實(shí)現(xiàn)兩部電話的

10、通話（由于模擬信號(hào)無(wú)法直接進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，因此模擬電話光纖傳輸只能傳輸一路電話語(yǔ)音信號(hào)，另一路電話語(yǔ)音信號(hào)直接用連接導(dǎo)線代替光纖），實(shí)驗(yàn)方框圖如圖3—1所示. 電話用戶接口 電話 電話 電話用戶接口 光發(fā)送 光接收 光纖 圖3-1 電話模擬光纖傳輸 另一種方式為數(shù)字電話光纖傳輸，即電話用戶接口輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過ＰCM編碼以后,利用時(shí)分復(fù)用的方式，將兩路信號(hào)數(shù)字調(diào)制成一路信號(hào),然后送入光發(fā)端機(jī)中進(jìn)行光纖傳輸，光收端機(jī)接收的信號(hào)通過時(shí)分解復(fù)用,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分離,分別送入兩個(gè)電話用戶接口電路中，實(shí)現(xiàn)兩部電話的全雙工通話,其方框圖如圖3—2所示. 電話用戶接口 電話 電話 電

11、話用戶接口 光發(fā)送 光接收 光纖 PCM 編譯碼 圖3-2 電話數(shù)字光纖傳輸 時(shí)隙3 時(shí)隙2 時(shí)隙1 時(shí)隙0 一幀 圖3-3 PCM編碼幀結(jié)構(gòu)示意圖 在PCM編譯碼中，幀同步信號(hào)為8KHz,一幀信號(hào)分為四個(gè)時(shí)隙,分別為時(shí)隙０、時(shí)隙１、時(shí)隙2和時(shí)隙3;時(shí)隙0為幀同步信號(hào),其同步碼為固定的碼流“０ 1?。?１ 0 0 1 0”，時(shí)隙１和時(shí)隙２分別為兩路電話語(yǔ)音調(diào)制數(shù)據(jù)，時(shí)隙３為空時(shí)隙,在本實(shí)驗(yàn)中沒有用到(用低電平表示）,圖3－３為PCM編碼一幀的結(jié)構(gòu)示意圖。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 模擬電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 2. 數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1.

12、記錄實(shí)驗(yàn)過程中各點(diǎn)的波形。 2. 評(píng)估模擬電話通話和數(shù)字電話通話的質(zhì)量. 3. 評(píng)估850ｎm電話光纖傳輸系統(tǒng)和１310nm電話光纖傳輸系統(tǒng)的性能。 六、思考題 1。 能否用一根光纖傳輸兩路模擬信號(hào)，如果可以，如何實(shí)現(xiàn)？如果不行,說(shuō)明理由. 2．　與模擬電話相比，數(shù)字電話有哪些優(yōu)點(diǎn)？ ３． 畫出ＰCM編碼輸出一幀的結(jié)構(gòu)示意圖，用示波器觀察各幀的波形，說(shuō)明一幀信息中各時(shí)隙代表的意義. 實(shí)驗(yàn)四　圖像光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 學(xué)習(xí)模擬視頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成 2. 熟悉圖象信號(hào)在光纖系統(tǒng)中的傳輸過程 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1。　光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái) 2。

13、 示波器 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)模擬視頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成及傳輸過程 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 視頻信號(hào)的傳輸量日益增長(zhǎng)，尤其是有線電視（CＡTV），需要將幾十路電視信號(hào)送到千家萬(wàn)戶。視頻信號(hào)的光纖傳輸也是人們非常關(guān)注的課題。 小攝像頭 光纖 光發(fā)送 光接收 小電視機(jī)（監(jiān)視器） 圖4-1 圖象光纖傳輸系統(tǒng) 本實(shí)驗(yàn)主要采用模擬信號(hào)直接調(diào)制的方法進(jìn)行視頻信號(hào)的光纖傳輸。系統(tǒng)主要由小攝像頭（電視信號(hào)發(fā)生器）、小型電視機(jī)（視頻監(jiān)視器)和模擬光纖通信系統(tǒng)組成。通過觀察視頻信號(hào)的光纖傳輸,測(cè)試光纖傳輸模擬信號(hào)的性能.該實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上也就是光纖傳輸模擬信號(hào)。實(shí)驗(yàn)框圖如圖4—1所示。

14、 小攝像頭產(chǎn)生視頻信號(hào)（模擬信號(hào)）,經(jīng)過模擬調(diào)制送入光發(fā)端機(jī)，經(jīng)光纖傳輸后,由光收端機(jī)監(jiān)測(cè)到視頻信號(hào)并輸出到電視機(jī)接收端，觀測(cè)光纖傳輸視頻信號(hào)的效果以及特點(diǎn)，以了解光纖傳輸電視信號(hào)的特點(diǎn).在實(shí)驗(yàn)過程中圖象效果越好也就說(shuō)明光纖傳輸模擬信號(hào)的性能就越好，性能越穩(wěn)定。在進(jìn)行光纖傳輸視頻信號(hào)之前，先調(diào)節(jié)正弦波模擬傳輸，使得Vｐ-p=２V的正弦波正常傳輸，此時(shí)視頻信號(hào)傳輸效果最佳。實(shí)驗(yàn)時(shí)可以比較半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管光纖通信系統(tǒng)傳輸視頻信號(hào)的效果. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 模擬視頻信號(hào)進(jìn)行ＬEＤ調(diào)制光纖傳輸 2. 模擬視頻信號(hào)進(jìn)行LD調(diào)制光纖傳輸 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 觀察圖像信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后的效果

15、，評(píng)估光纖傳輸圖像信號(hào)的性能。 2. 比較ＬEＤ與LD視頻傳輸效果。 六、思考題 1. 能否采用視頻信號(hào)數(shù)字光纖傳輸？若能，則還應(yīng)該具備哪些實(shí)驗(yàn)器材? 2. 試設(shè)計(jì)一種方法，利用本實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行電視圖像信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的光纖傳輸。 ?實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)接口碼型變換實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解接口碼型在光纖傳輸中的作用 2. 了解HＤB3碼編譯電路實(shí)現(xiàn)原理 3. 掌握HDB3碼的編譯碼規(guī)則及編譯碼過程 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1. 光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱　 一臺(tái) 2. 示波器 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)光纖通信系統(tǒng)的傳輸碼型 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 接口碼型變換電路包

16、括輸入接口碼型變換和輸出接口碼型變換兩部分內(nèi)容。這種變換電路完全是為了適應(yīng)數(shù)字傳輸?shù)男枰O(shè)置的，接口碼型從我國(guó)所采用的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)制式來(lái)看有兩種，即HＤB3碼型和CMI碼型,這兩種接口碼型也就是數(shù)字通信的線路傳輸碼型,但是HDB3碼不能用作光纖數(shù)字通信的線路碼型，因此在光發(fā)機(jī)模塊必須要有接口碼型變換電路.ＨDB３碼是三階高密度雙極性碼（Hiｇh Densitｙ?。耰ｐolar　Cｏdｅs）的簡(jiǎn)稱。所謂三階,即最大允許連“0”數(shù)為3個(gè)。這種碼型為PCＭ一次群、二次群和三次群的電線路傳輸碼型.在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，HDB3碼就是相應(yīng)的ＰＣM設(shè)備與數(shù)字光纖通信設(shè)備之間的接口碼型.輸入接口碼型變換電

17、路就是將HDB3碼變換為PCM碼，此PCM碼經(jīng)過光纖傳輸后再經(jīng)輸出接口碼型變換電路進(jìn)行碼反變換，得到ＨDB3碼。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖如5—1。 數(shù)字基帶信號(hào) HDB3編碼 HDB3譯碼 傳輸信道 圖5-1 HDB3編譯碼實(shí)驗(yàn)框圖 1、HDB3碼有如下特點(diǎn)： a) HDB３碼的功率譜中無(wú)直流分量,高低頻成分少，定時(shí)信息豐富,有利于定時(shí)提取。 b) HDB3碼是偽三進(jìn)制碼，它的狀態(tài)用B＋，B—，和０表示. c) HDB3碼的最大連0數(shù)等于3 d) HDＢ3碼中任意兩個(gè)相鄰“V”脈沖（破壞點(diǎn)）之間的傳號(hào)“Ｂ”脈沖數(shù)目（不包括“V”脈沖本身）為奇數(shù)。 e) ＨDB3碼可以

18、利用其破壞點(diǎn)規(guī)則檢測(cè)線路傳輸中產(chǎn)生的誤碼。 ２、HDB３碼編碼 HＤB3碼的編碼規(guī)則：二進(jìn)制中的傳號(hào)，在HDＢ3碼中編成交替反轉(zhuǎn)碼。當(dāng)二進(jìn)制信號(hào)為全“1”碼時(shí),ＨDB３碼與一般的ＡＭI碼相同。二進(jìn)制中的空號(hào),在HDB3碼中仍編為空號(hào),但在二進(jìn)制中出現(xiàn)四空號(hào)串,則用以下四連“０”取代節(jié)代替,其取代節(jié)形式如下:000V或B0０Ｖ。其中,V為雙極性碼中極性交替改變法則的破壞點(diǎn),B為雙極性碼中極性交替改變法則中的非破壞點(diǎn)，0為雙極性碼中的0碼。 　 　 　 　 　 　 　　 同一個(gè)取代節(jié)中的 “Ｂ”， “Ｖ”脈沖在HDＢ

19、３碼中的極性相同。HＤＢ３碼中相鄰字節(jié)中的“V”脈沖符合交替反轉(zhuǎn)法則。 用取代節(jié)中的“B"脈沖來(lái)保證HDB3碼中任意兩個(gè)相鄰取代節(jié)的“V”脈沖之間的脈沖數(shù)目為奇數(shù)。即從二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行HDB3碼編碼的過程中，遇到一個(gè)四空號(hào)串,準(zhǔn)備用取代節(jié)代替時(shí)，要視相鄰前一個(gè)取代節(jié)中的“V”脈沖至準(zhǔn)備代替四空號(hào)串的取代節(jié)中的“Ｖ"脈沖之間已有的脈沖數(shù)目，如果為奇數(shù)，用０0０V取代節(jié)，若為偶數(shù),則用B00V取代節(jié)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 學(xué)習(xí)了解HDB3編碼規(guī)則 2. 觀察接口碼型的編譯碼過程 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1．記錄實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的波形。 2。分析各點(diǎn)的波形，比較實(shí)驗(yàn)所觀察到的波形與理論波形是否一致,如果不一

20、致分析其原因。 3.簡(jiǎn)要敘述HDB3碼的編碼規(guī)則。 六、思考題 1. 為什么HDB3碼不能在數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)中傳輸？ 2. 接口碼型變換電路在光纖傳輸系統(tǒng)中處于什么位置，有何作用？ ?實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解線路碼型在光纖傳輸系統(tǒng)中的作用 2. 掌握線路碼型的編譯碼過程以及電路實(shí)現(xiàn)原理 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1。 光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱　 一臺(tái) 2. 示波器 　一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)線路碼型的編譯碼過程 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 接口碼型HＤB３碼雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，如功率譜中無(wú)直流分量，高低頻成分少，定時(shí)信息豐富，有利于定時(shí)提取等

21、，但它不能在光纖中傳輸,當(dāng)通過接口碼型變換電路將其變換為PCＭ碼后，雖然能在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中傳輸，但在實(shí)際的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中并不采用這種碼型。本實(shí)驗(yàn)闡述了適合數(shù)字光纖通信系統(tǒng)所采用的三種線路碼型:①偽雙極性碼；②mＢnＢ碼;③附加奇偶位碼。還說(shuō)明了線路碼相對(duì)于接口碼型的優(yōu)點(diǎn)，并將一基帶信號(hào)NRZ碼變換為有利于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)木€路碼型:偽雙極性碼、ｍBｎB碼. 由于CMI碼有很多優(yōu)點(diǎn),它既為我國(guó)數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)制式所規(guī)定的兩種接口碼型之一，又是數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中所采用的線路碼型，它既屬于偽雙極性碼又屬于ｍBnＢ碼（１B2B碼）。所以，本實(shí)驗(yàn)中的線路碼型就采用CMI碼。 CMI碼為信號(hào)

22、反轉(zhuǎn)碼（Codｅ Maｒk Ｉnvｅrsion)，是一種二電平不歸零碼，是PＣM四次群的線路傳輸碼型,也就是四次群數(shù)字光纖通信設(shè)備與四次群PＣM設(shè)備之間的接口碼型。 1．　CMI碼的特點(diǎn) ① CMI碼編譯電路簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)與調(diào)試. ② CMＩ碼的最大連“0”和連“1”都是3個(gè) ③ 具有誤碼監(jiān)測(cè)能力,當(dāng)其編碼規(guī)則被破壞,就表示有誤碼產(chǎn)生，便于線路傳輸中的誤碼監(jiān)測(cè). ④ CＭI碼功率譜中的直流分量恒定,低頻分量小，fr（變換前的碼速率）頻率處有限譜,頻帶較寬,便于定時(shí)提取. ⑤ CＭI碼的速率是編碼前信號(hào)速率的兩倍。 2.ＣMI碼的編碼規(guī)則 ① 對(duì)于二進(jìn)制“0”被編碼成為前后得Ａ1

23、和A2（A1為“0"電平,Ａ2為“1”電平)兩種幅值的電平,每種幅值占單位時(shí)間間隔的一半（T/2），即在CMＩ碼中為“０1”碼。 ② 對(duì)于二進(jìn)制“1”用幅值電平Ａ1和A２來(lái)編碼。Ａ1或A２都占滿了一個(gè)單位時(shí)間間隔（T），即在CMＩ碼流中為“00”或“1１”碼；對(duì)于相繼的二進(jìn)制“1”，這兩個(gè)電平相互交替。這也就是前一個(gè)二進(jìn)制“1”編為A１，（即“０0”）則后一個(gè)二進(jìn)制“1”就編A2，反之,前一個(gè)二進(jìn)制“1”編為A２，（即“1１”)則后一個(gè)二進(jìn)制“1"就編Ａ１，即在CＭI碼流中以“0０"和“11”信號(hào)相互交替。 3.　CMＩ碼編碼電路的方式。 CMI編碼電路比較簡(jiǎn)單,CMI碼的編碼規(guī)則是將二

24、值碼ＮＲZ序列中的“１”和“0”狀態(tài)進(jìn)行分離,然后按各自的編碼規(guī)則進(jìn)行編碼，最后由這兩種狀態(tài)的編碼合成輸出就成為ＣＭI碼. 4. CMＩ譯碼電路 CＭＩ譯碼不采用CMＩ編碼逆變換，而是采用延時(shí)ＣＭI碼Ｔ/２(即半比特時(shí)間)然后相加，時(shí)鐘讀出的方法。 ５．　mBnＢ碼和偽雙極性碼 mBｎＢ碼是將輸入的m比特（Biｔ)一組碼作為一個(gè)碼字，按變換表，在同樣長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)，變換成n比特一組的輸出碼字，因此又稱為字變換碼。這里ｍ，n均為正整數(shù)，且n〉m。 偽雙極性碼（ＣＭI和ＤMI）也是一種字變換碼，也可以認(rèn)為它們是1B2B碼，這種碼保留了電纜數(shù)字傳輸中常用的雙極性碼(常稱AMI碼)的優(yōu)點(diǎn)，如

25、表6.2所示。用兩個(gè)比特?cái)?shù)字脈沖表示AMI碼中的一個(gè)碼字,“1"碼時(shí)以“００”和“11"相互交替(對(duì)應(yīng)于AMI碼中“1”碼以“＋”和“-”電平相互交替），從而使碼流中“0”和“１”均等,消除直流基線的影響,連“0”整數(shù)和連“1”整數(shù)被限制在2或3，同時(shí)也可以自檢誤碼。但這種碼型的缺點(diǎn)是冗余度大，僅在基群和二次群系統(tǒng)中使用. 表６。1?。罬I碼和偽雙極性碼的變換規(guī)則 AMＩ CMI DMI + 11 11 0 0１ 0１在“＋”之后，10在“—”之后 ﹣ 0０ ００ 表6.2 二電平碼變?yōu)镃ＭI和DMI碼的規(guī)則 電平碼 CMＩ DＭI　 　 ＤMI 模式1

26、 模式2 模式1 模式２ ０ 0１ 01 01 10（連“０”模式不變） 1 00 11 00 1１ 圖6-1 CMI編碼譯碼實(shí)驗(yàn)框圖 數(shù)字基帶信號(hào) CMI編碼 光發(fā)送 CMI譯碼 光接收 光纖 實(shí)驗(yàn)中線路編碼將數(shù)字基帶信號(hào)NRＺ碼變換為適合數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)木€路碼型CＭI碼，ＣMI碼經(jīng)光纖傳輸后,再經(jīng)線路譯碼變換為基帶信號(hào)NＲZ碼。實(shí)驗(yàn)方框圖如圖6—1所示。觀察各點(diǎn)波形以理解CMI編譯碼規(guī)則。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 驗(yàn)證符合光纖傳輸系統(tǒng)的線路碼型 2. 觀察線路碼型的編譯碼過程 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 記錄實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的波形。 2. 分析各點(diǎn)的波

27、形,比較實(shí)驗(yàn)所觀察到的波形與理論波形是否一致，如果不一致分析其原因。 六、思考題 1. 為什么實(shí)際的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般不直接采用ＰCM碼型？ 2. CMI作為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的線路碼型有哪些優(yōu)點(diǎn)? ?實(shí)驗(yàn)七　計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．　學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信基本知識(shí) 2。　掌握計(jì)算機(jī)串口通信光纖傳輸系統(tǒng)組成 3.　進(jìn)一步理解CMI碼型在光纖通信系統(tǒng)中的作用 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1?！」饫w通信原理實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái) 2．　示波器　 一臺(tái) ３. 計(jì)算機(jī)　 二臺(tái) 4．　萬(wàn)用表 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)CMI編碼在光纖線路碼型中的作用 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)

28、驗(yàn)原理 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)通信越來(lái)越顯得重要。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳輸信息,所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進(jìn)行信息傳送，因此特別適合遠(yuǎn)距離傳送.對(duì)于那些與計(jì)算機(jī)相距不遠(yuǎn)的人機(jī)交互設(shè)備和串行存儲(chǔ)的外部設(shè)備如打印機(jī)、邏輯分析儀和磁盤等,采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普遍.所以串行接口是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口。 在并行通信中，傳輸線數(shù)目沒有限制，一般除了數(shù)據(jù)線外還有通信聯(lián)絡(luò)控制線。例如，在發(fā)送前,先問對(duì)方是否準(zhǔn)備就緒,或正在工作即忙，接收方收到數(shù)據(jù)后，要向發(fā)送方回送數(shù)據(jù)已經(jīng)收到的應(yīng)答信號(hào)。但是在串行通信中,由于信息在一個(gè)方向上串行傳輸，只占用一根通信線,因此這

29、根線既作數(shù)據(jù)線又作聯(lián)絡(luò)線,也就是說(shuō)要在一根傳輸線上既傳送數(shù)據(jù)信息，又傳送聯(lián)絡(luò)控制信息，這就是串行通信的首要特點(diǎn)。那么如何來(lái)識(shí)別在一根線上串行傳送的信息流中，哪一部分是數(shù)據(jù)信號(hào)，哪一部分是聯(lián)絡(luò)信號(hào)。為解決這個(gè)問題，就引出了串行通信的一系列約定。因此串行通信的第二個(gè)特點(diǎn)是它的信息格式有固定的要求，分同步和異步通信格式，與此對(duì)應(yīng)，就有異步通信與同步通信兩種方式.第三個(gè)特點(diǎn)是串行通信中對(duì)信息的邏輯定義與TＴL不兼容，因此需要進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換。 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖通信系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)串口電路、CMI編譯碼電路、光發(fā)端機(jī)和光收端機(jī)組成。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方框圖如圖7—１所示。 計(jì)算機(jī)接口甲 CMI編碼 CM

30、I譯碼 光發(fā)端機(jī) 光收端機(jī) CMI譯碼 CMI編碼 計(jì)算機(jī)接口乙 光收端機(jī) 光發(fā)端機(jī) 光纖 光纖 圖7-1 計(jì)算機(jī)串口通信實(shí)驗(yàn)方框圖 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)全雙工通信,必須有兩個(gè)數(shù)據(jù)通信信道,光纖通信系統(tǒng)中利用兩套光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行,即在通信的每一方加載光發(fā)和光收系統(tǒng)，在傳輸信號(hào)中可以有兩種方式，一種方式就是直接用兩根光纖傳輸,另一種方式就是利用波分復(fù)用(波分復(fù)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)見實(shí)驗(yàn)二十二)的方式進(jìn)行。在這里利用兩個(gè)光纖通信系統(tǒng)，即利用13１0nm光纖通信系統(tǒng)和1550nm光纖通信系統(tǒng)組成。同時(shí)用兩個(gè)光纖作為傳輸信號(hào)的通道。 進(jìn)行串口數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，采用ｗindｏwｓ系統(tǒng)附件中的超級(jí)終端

31、進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖通信的演示.可以進(jìn)行鍵盤數(shù)據(jù)傳輸,文件傳輸,傳輸速率可設(shè)定為9.６ＫB/ｓ或更高。調(diào)節(jié)傳輸波特率,并觀察實(shí)際傳輸文件時(shí)的傳輸速率。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1． 用光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)串口數(shù)據(jù)通信 ２． 進(jìn)一步加深了解ＣＭＩ編碼在光纖線路碼型中的作用 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1。 說(shuō)明計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)各組成部分的作用. ２.　根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明文件傳輸實(shí)際速率與設(shè)置波特率的關(guān)系. 六、思考題 １。說(shuō)明計(jì)算機(jī)串口通信基本原理。 2。 若計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖通信系統(tǒng)中沒有CMI編譯碼部分，則會(huì)出現(xiàn)什么情況? 實(shí)驗(yàn)八 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解數(shù)字光纖通

32、信系統(tǒng)的組成原理 2. 掌握各個(gè)模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 計(jì)算機(jī) 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成及工作原理 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)為了適應(yīng)數(shù)字光纖通信的需要，讓學(xué)生了解數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的完整硬件組成而設(shè)計(jì)的。實(shí)際完整的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的硬件組成,包括接口碼型變換電路、線路碼型變換電路、光接口變換電路。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)還模擬了實(shí)際PCＭ通信系統(tǒng)與數(shù)字光纖通信系統(tǒng)整個(gè)過程傳輸碼型的變換,從而讓學(xué)生對(duì)這兩個(gè)實(shí)際通信系統(tǒng)之間信息碼的變換有更深入和全面的理解. 首先將模擬信號(hào)(包括語(yǔ)音信號(hào))進(jìn)行PＣM編碼,在實(shí)際的PCM通信系統(tǒng)中傳輸?shù)牟⒉皇荘CM

33、碼，而是有很多優(yōu)點(diǎn)的HDB3碼,所以還要對(duì)其進(jìn)行HDB3編碼，此HDＢ3碼就是PＣM通信系統(tǒng)中實(shí)際傳輸?shù)拇a型，同時(shí)也是本實(shí)驗(yàn)中的接口碼型。在局間通信中此部分表現(xiàn)為用戶與電信局間的通信線路碼型，這段距離并不是以光纖為介質(zhì)進(jìn)行傳輸?shù)模〝?shù)字光纖通信系統(tǒng)不能傳輸HDB3碼）,為了在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中傳輸，必須將接口碼HDB3碼變換為光纖線路碼型CMI碼.具體過程為:先將按口碼型HDＢ３碼還原為ＰCM碼,再將此PCM碼變換為光纖線路碼型ＣＭI碼，此線路編碼電路硬件采用實(shí)驗(yàn)箱中CMI編譯碼電路,光纖線路碼ＣMI碼形成后，再送入到光接口數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行光纖傳輸。光發(fā)機(jī)按照光源器件的不同，有采用LEＤ作光源的

34、光發(fā)端機(jī)和采用LD作光源的光發(fā)端機(jī)兩種,本實(shí)驗(yàn)中光發(fā)端機(jī)的光源采用中心波長(zhǎng)為１５50nm的半導(dǎo)體激光器光源?！? 為了示波器觀察方便,實(shí)驗(yàn)中采用24位偽隨機(jī)碼代替PCM編碼進(jìn)行傳輸。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成應(yīng)該包括HＤB3編譯碼，CMI編譯碼，光發(fā)端機(jī)和光收端機(jī)及光纖光纜等部分組成.其實(shí)驗(yàn)框圖如圖8-1所示。 偽隨機(jī)碼 HDB3編碼 HDB3譯碼 CMI編碼 光發(fā)送 光接收 圖8-1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸示意圖 HDB3譯碼 HDB3編碼 CMI譯碼 光纖 實(shí)驗(yàn)箱中為了實(shí)驗(yàn)方便，提供一個(gè)HDB3編譯碼模塊，另一個(gè)HDB3編譯碼模塊予以省略，如圖中虛線所表示。數(shù)字光纖通

35、信系統(tǒng)中,在通信雙方都必須有HＤB３編譯碼部分，也就是說(shuō)利用光纖傳輸信號(hào)到達(dá)對(duì)方光收端機(jī)后，經(jīng)檢測(cè)還原成電信號(hào),并經(jīng)過CＭI譯碼,ＨＤB3編碼傳輸?shù)娇蛻簦诳蛻舳死^再進(jìn)行ＨＤＢ3譯碼,才能到達(dá)最終用戶。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 數(shù)字信號(hào)在光纖通信系統(tǒng)中的編譯碼過程. 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 記錄實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的波形； 2. 分析各點(diǎn)的波形,比較實(shí)驗(yàn)所觀察到的波形與理論波形是否一致，如果不一致分析其原因。 六、思考題 1.通過實(shí)驗(yàn),思考實(shí)際模擬信號(hào)的數(shù)字光纖傳輸過程，并畫出信號(hào)傳輸示意圖。 2.若給定一NRZ碼組“１111１0０111110”，試畫出傳輸過程中HＤＢ３編譯碼、CMI編譯碼的波形，通過實(shí)驗(yàn)觀察上述各波形. 文中如有不足，請(qǐng)您指教！