《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?！∈静ㄆ? 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)激光器來說，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)光二極管來說具有簡單、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,一般來說,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，語音信號(hào)(外輸入語音信號(hào)） 2. 各種模擬信號(hào)LD模擬調(diào)制：三角波，正弦波，語音信號(hào)（外輸入語音信號(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LD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，在測試端口觀測輸出端的信號(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)于局間通信來說，電話語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音信號(hào)，另一路電話語音信號(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 １ 0 0 1 0”，時(shí)隙１和時(shí)隙２分別為兩路電話語音調(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，尤其是有線電視（CＡTV），需要將幾十路電視信號(hào)送到千家萬戶。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)測到視頻信號(hào)并輸出到電視機(jī)接收端，觀測光纖傳輸視頻信號(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，接口碼型從我國所采用的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)制式來看有兩種，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. 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?！≌莆沼?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。　光纖通信原理實(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)檢測還原成電信號(hào),并經(jīng)過CＭI譯碼,ＨＤB3編碼傳輸?shù)娇蛻?，在客戶端繼再進(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！