光纤通信实训报告.doc
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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
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