光纖通信實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(新格式)

1、光纖通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)劉偉群編寫(xiě)適用專(zhuān)業(yè):計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)應(yīng)用湖南人文科技學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系2008年9 月前言光纖通信是大容量信息傳輸?shù)闹饕侄?光纖通信技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)的主要支柱技術(shù)之一,光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)遍布全球。為了滿足社會(huì)對(duì)人才的需求,各大學(xué)的許多專(zhuān)業(yè)(如電子與通信工程、光電子技術(shù)、電子信息工程和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等紛紛開(kāi)設(shè)了有關(guān)光纖通信技術(shù)的專(zhuān)業(yè)理論課程,以培養(yǎng)這方面的專(zhuān)業(yè)人才。由于光纖通信是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的技術(shù),除了課堂理論學(xué)習(xí)外,還需要實(shí)驗(yàn)性環(huán)節(jié)與之配合,否則學(xué)習(xí)效果會(huì)受到很大的影響。由于種種原因,光纖實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)很困難,許多學(xué)校只停留在課堂的理論教學(xué)。為了克服這些不足,我們經(jīng)過(guò)多年的研究

2、,研制成功了這個(gè)光纖通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái),多次獲軍內(nèi)外教學(xué)成果獎(jiǎng),現(xiàn)已廣泛用于我們和兄弟院校的教學(xué),取得了良好的教學(xué)效果,為光纖通信實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)提供了一種全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可置于一個(gè)便攜式的實(shí)驗(yàn)箱內(nèi),配合常用的電子信號(hào)源、示波器和常用的光纖通信儀表就可以開(kāi)設(shè)光纖通信系統(tǒng)原理的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。其突出的優(yōu)點(diǎn)為:1、平臺(tái)緊扣光纖通信系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富,波形測(cè)試點(diǎn)多。2、采用了模塊化設(shè)計(jì)思想和數(shù)字化、軟件化的實(shí)現(xiàn)手段,性能穩(wěn)定可靠。3、具有友好的人機(jī)界面,操作維護(hù)方便。4、具有專(zhuān)業(yè)的指導(dǎo)老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)箱的培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)課的指導(dǎo)。5、具有配套的實(shí)驗(yàn)教材和光盤(pán),由人民郵電等出版社正式出版。由于實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)

3、設(shè)與理論課相比,存在的問(wèn)題較多,加上我們的經(jīng)驗(yàn)和水平有限,肯定存在許多不足,歡迎與我們交流共同開(kāi)設(shè)好實(shí)驗(yàn)課,讓學(xué)生滿意。2008.6目錄實(shí)驗(yàn)一:光纖損耗特性測(cè)量 (1實(shí)驗(yàn)二:光源P-I曲線測(cè)試 (1實(shí)驗(yàn)三:光纖機(jī)械接續(xù)與熔接 (1實(shí)驗(yàn)四:線路碼型實(shí)驗(yàn) (5實(shí)驗(yàn)五:光接收機(jī)靈敏度測(cè)試 (112M (11實(shí)驗(yàn)六:模擬話音光傳輸實(shí)驗(yàn) (14實(shí)驗(yàn)七:2M數(shù)字光纖通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) (18實(shí)驗(yàn)八:計(jì)算機(jī)串口數(shù)據(jù)光纖傳輸實(shí)驗(yàn) (24實(shí)驗(yàn)一:光纖損耗特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求:必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解光纖的損耗2、光纖損耗的常用測(cè)試方法3、插入法測(cè)試實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 插入法原理上類(lèi)似于截?cái)喾?只

4、不過(guò)用帶活接頭的連接軟線代替短纖進(jìn)行參考測(cè)量,計(jì)算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間(參考條件由于插入被測(cè)光纖引起的功率損耗。顯然,功率P 1、P 2的測(cè)量沒(méi)有截?cái)喾ㄖ苯?而且由于連接的損耗會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差,精度比截?cái)喾ú钜恍?。所以該方法不適用于光纖光纜制造長(zhǎng)度衰減的測(cè)量。但由于它具有非破壞性不需剪斷和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn),用該方法做成的便攜式儀表,非常適用于中繼段長(zhǎng)總衰減的測(cè)量。圖2.13示出了兩種參考條件下的測(cè)試原理框圖。圖2.13 (a情況下,首先將注入系統(tǒng)的光纖與接收系統(tǒng)的光纖相連,測(cè)出功率P 1然后將待測(cè)光纖連到注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間,測(cè)出功率P 2,則被測(cè)光纖段的總衰減A 可由下式給

5、出(2121/log 10C C C P P A r -+= (dB (2.11式中C r 、C 1、C 2分別是在參考條件、試驗(yàn)條件下光纖輸入端、輸出端連接器的標(biāo)稱(chēng)平均損耗圖6.13 典型的插入損耗法測(cè)試裝置(a(b圖2.13 典型插入損耗法測(cè)試裝置值(dB。圖2.13 (b情況下,首先將參考系統(tǒng)連在注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間,測(cè)出功率P 1;然后,同圖(a一樣,測(cè)出功率P 2,則被測(cè)光纖段的總衰減由下式給出(21/log 10P P A =(dB (2.12情形(a中,由于連接器的質(zhì)量可能會(huì)影響測(cè)試精度;情形(b中,采用了光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行精密耦合,代替了連接器的耦合,可以得到精確的測(cè)量結(jié)果,當(dāng)只需

6、要知道光纖的實(shí)際衰減時(shí),它比較合適。當(dāng)被測(cè)光纖段帶有半個(gè)連接器而且需要和其它元件串在一起時(shí),情形(a的測(cè)試結(jié)果更有意義。三、儀器、設(shè)備和材料光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及附件,光功率計(jì),光衰減器,光纖。四、實(shí)驗(yàn)原理 五、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中我們可以采用插入法測(cè)量光纖的損耗,實(shí)驗(yàn)框圖如2.14所示:六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖6.14 插入損耗測(cè)試框圖TP501(a(b擾模器圖2.14實(shí)驗(yàn)二:光源P-I曲線測(cè)試實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求:必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解半導(dǎo)體光源的特性。2、掌握光源P(平均發(fā)送光功率-I(注入電流特性曲線的測(cè)試方法。3、掌握光功率計(jì)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容半導(dǎo)體光源的特性。光源P(平均

7、發(fā)送光功率-I(注入電流特性曲線的測(cè)試方法。光功率計(jì)的使用方法。三、儀器、設(shè)備和材料光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及附件,光功率計(jì),光源,光衰減器,光纖。四、實(shí)驗(yàn)原理主要介紹實(shí)驗(yàn)原理,及實(shí)驗(yàn)原理圖。五、實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)試框圖如圖1.2所示。其中S、R為活動(dòng)連接器(ST型,RP501為可變電阻位于數(shù)字光發(fā)電路的上方。P-I曲線測(cè)試步驟為:碼型發(fā)生器自A點(diǎn)(對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試點(diǎn)TP501給光發(fā)送機(jī)送方波信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)。大家可以借助鍵盤(pán)和液晶來(lái)選擇方波信號(hào)(實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電后,先按復(fù)位鍵復(fù)位系統(tǒng),屏幕出現(xiàn)“請(qǐng)選擇”提示后,按鍵選擇“方波”,此時(shí),TP501點(diǎn)應(yīng)能測(cè)試到方波信號(hào)。參考附錄B 中光發(fā)模塊甲的原理框圖可知,為了把

8、數(shù)字信號(hào)發(fā)往線路,除了用短接帽將跳線XP500的1-2腳相連外,還需要通過(guò)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)KS501選通模擬光源驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路。本實(shí)驗(yàn)中選擇數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路(按鍵KS501抬起即可。從發(fā)送模塊甲的光源組件(如1414T/1312T的連接器S中取出保護(hù)塑料套,用光纖跳線分別插入發(fā)送端連接器S與光功率計(jì)的輸入連接器插頭,連接光發(fā)送端的光輸出與光功率計(jì),此時(shí)從光功率計(jì)讀出的功率就是光端機(jī)的平均發(fā)送光功率P 。 3、用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間電壓(紅色表筆接電源VCC ,附近找不到電源可以將紅色表筆接觸SN75452的8腳或2腳;黑色表筆接觸測(cè)試點(diǎn)TP502。測(cè)得的電壓值除以電阻值R=R501+

9、RP501(測(cè)RP501的電阻值時(shí)應(yīng)該將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的供電切斷,其中R501是51的固定電阻,即可得到注入電流I 。改變RP501的阻值,將得到一組測(cè)得的P 、I 的值記錄下來(lái),我們便可以描繪P-I 曲線。這里需說(shuō)明的是這里測(cè)得的是P-I 曲線的一段(功率調(diào)節(jié)范圍約4個(gè)dB ,為了防止燒壞光發(fā)送組件,電流I 的調(diào)節(jié)范圍有限(電流調(diào)節(jié)范圍約為20mA ,但不妨礙整個(gè)P-I 曲線的測(cè)量,因?yàn)闇y(cè)試方法是一樣的,只是多測(cè)幾組值而已。4、在調(diào)節(jié)電位器的過(guò)程中,最好讓光功率值在-18dB -22dB 變化,以免損壞器件。 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖5.2 數(shù)字光發(fā)送機(jī)P-I曲線測(cè)試框圖圖1.2 數(shù)字光發(fā)送機(jī)P-I 曲

10、線測(cè)試框圖 TP501:方波信號(hào)實(shí)驗(yàn)三:光纖機(jī)械接續(xù)與熔接實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:(綜合實(shí)驗(yàn)要求:(必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆展饫w切割與熔接技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容光纖切割、熔接。三、儀器、設(shè)備和材料光纖,光纖熔接機(jī),光纖切割機(jī),酒精,紙巾。四、實(shí)驗(yàn)原理接合技術(shù)分為熔接和機(jī)械拼接(固定連接器兩種。下面我們便分別來(lái)看看怎樣才能將兩段光纖連接起來(lái)。不論采用何種技術(shù),接合過(guò)程中的第一步都是末端預(yù)處理。包括剝離光纜的護(hù)套、緩沖管和涂敷層。這些剝離步驟的每一步都需要專(zhuān)用的工具。不過(guò),大家不用擔(dān)心,所有用來(lái)進(jìn)行末端處圖2.2 理的工具都可以買(mǎi)到。其種類(lèi)的繁多令人驚訝,從簡(jiǎn)單的僅能完成一種操作(例如剝離涂層的手工操作便攜

11、式剝離器到一步就可以完成所有操作的全自動(dòng)儀器插入一根完整的光纜即可得到準(zhǔn)備接合的裸光纖。剝離器可以用來(lái)剝除所有型號(hào)的光纜。剝離暴露了裸光纖,當(dāng)把兩根光纖連接起來(lái)之前,必須先制備光纖的端面,否則會(huì)有可能帶來(lái)很大的連接損耗。為了使光線在連接點(diǎn)處不發(fā)生偏轉(zhuǎn)或散射,光纖端面必須平整光滑并與軸線垂直。一般使用的方法有:研磨、拋光與有控制的折斷。研磨和拋光可以得到與光纖軸線垂直的光滑端面。但研磨工藝費(fèi)時(shí)費(fèi)事,不易用于現(xiàn)場(chǎng)。可控制的折斷法或稱(chēng)“劃痕折斷”法,首先在待折斷的光纖上刻一道劃痕,然后如圖2.2 (a所示進(jìn)行操作,以使表面產(chǎn)生應(yīng)力集中而折斷,由此獲得良好的端面。如果折痕不合適、應(yīng)力控制不好,會(huì)使光纖

12、中的裂紋分叉,成為若干條裂紋,叉形裂紋會(huì)在光纖端面上產(chǎn)生唇形或鋸齒部分,見(jiàn)圖2.2 (b。為了去除光纖末端表面上的外來(lái)微粒,必須用專(zhuān)門(mén)的方法和布料來(lái)清潔光纖。經(jīng)過(guò)剝離、切割和清潔后的兩根光纖便可以用來(lái)接合了。固定連接器的種類(lèi)很多,圖2.3給出了常見(jiàn)的幾種固定連接器的外形圖。圖2.3 (a是依靠毛細(xì)管定位的固定連接器,圖2.3 (b、(c和(d所示固定連接器的關(guān)鍵部位是V 型槽,它能保圖6.3 幾種固定連接器示意圖(a(d (c圖2.3 (a(b持發(fā)射光纖與接收光纖相互對(duì)準(zhǔn)。V 型槽可以用鉛板作主要材料,用沖模沖出V 型槽,也可以用單晶硅材料以化學(xué)腐蝕法刻蝕出V 型槽。V 型槽對(duì)準(zhǔn)基于外固定位,

13、在切點(diǎn)A 、B 處保持接觸,如圖2.4 (b所示,角度的選擇有一定的要求。如果發(fā)射光纖與接收光纖的包層圓與纖芯圓均處于理想狀態(tài),則切點(diǎn)A 、B 可以保證發(fā)射纖芯與接收纖芯對(duì)準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)低衰耗連接。如果發(fā)射光纖與接收光纖外徑不一致,即使在切點(diǎn)A 、B 保持接觸,纖芯也不可能對(duì)準(zhǔn),因此必然引入損耗。適當(dāng)選擇值,可以把這類(lèi)損耗降低,又考慮到V 型槽加工條件,值一般選在60º左右。機(jī)械拼接通常用于快速維修且只需少量接合的場(chǎng)合。對(duì)單模光纖進(jìn)行熔接,主要包括光纖端面制備、纖芯對(duì)準(zhǔn)、熔接與接頭增強(qiáng)等幾個(gè)步驟。其中光纖端面制備已在上文討論過(guò)。纖芯對(duì)準(zhǔn)是關(guān)鍵內(nèi)容,要求有非常高的精度。多模光纖可以采用外徑對(duì)

14、合法,而單模光纖必須采用芯軸對(duì)合(見(jiàn)圖 2.5。外徑對(duì)合可以由普通的顯微鏡肉眼觀察來(lái)確定,而芯軸對(duì)合則必須用功率法或折射率差透鏡效果法來(lái)確定。 熔接的過(guò)程首先讓發(fā)射光纖和接收光纖的間隙維持幾十微米,然后進(jìn)行預(yù)熱,最后使間隙逐漸縮小而熔合在一起。圖2.6表示安置光纖預(yù)熱、壓入和整形各個(gè)階段示意圖,最后是光纖接頭的增強(qiáng)。光纖之間的接續(xù)增強(qiáng)是不可缺少的環(huán)節(jié)。電弧熔接后光纖用玻璃毛細(xì)管或不銹鋼管增強(qiáng),也可以用熱縮塑料管增強(qiáng)。具體的實(shí)驗(yàn)步驟,要視所擁有的熔接機(jī)類(lèi)型而定。五、實(shí)驗(yàn)步驟圖6.5 光纖芯軸對(duì)合示意圖圖2.5六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 圖6.6 光纖熔接步驟對(duì)準(zhǔn)壓入整形圖2.6實(shí)驗(yàn)四:線路碼型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

15、:2 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:(驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求:(必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解常用的光纖線路碼型如NRZ 、CMI 、5B6B 等 。2、 掌握CMI 編解碼的規(guī)則。3、了解線路碼的傳輸特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、儀器、設(shè)備和材料包括所需儀器設(shè)備、低值易耗品等。四、實(shí)驗(yàn)原理主要介紹實(shí)驗(yàn)原理,及實(shí)驗(yàn)原理圖。 碼型變換含義廣泛,本節(jié)中我們將要介紹的碼型變換 指的是線路碼型的編碼和譯碼。我國(guó)郵電部從管理的角度出發(fā),規(guī)定了幾種在公用網(wǎng)上使用的碼型(專(zhuān)用網(wǎng)也可以參照使用:5B6B 、CMI 、擾碼二進(jìn)制、1B1H 以及565Mbit/s 光纖傳輸系統(tǒng)用的8B1H 。本節(jié)中將以CMI 的編解碼為例介紹碼型變換實(shí)驗(yàn)。CMI 碼即是

16、Coded MarkInversion (編碼傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的縮寫(xiě),表1-1中給出了其變換規(guī)則,傳號(hào)1交替地用00和11表示(若一個(gè)傳號(hào)編為00,則下一個(gè)傳號(hào)必須編為11,也就是交替反轉(zhuǎn),而空號(hào)0則固定用01表示,圖1.3中給出了波形的例子。由于一個(gè)碼元變成了兩個(gè)碼元,所以它屬于二電平的NRZ 的1B-2B 碼型。CMI 碼具有雙相碼的優(yōu)點(diǎn),且不怕信道相位反轉(zhuǎn)(信息碼為“1”時(shí),兩個(gè)線路碼相同;信息碼為“0”時(shí),兩個(gè)線路碼相反。信道相位反轉(zhuǎn)后,仍有此性質(zhì),具有一定的糾錯(cuò)能力,易于實(shí)現(xiàn),易于定時(shí)提取,因此在低速系統(tǒng)中選為傳輸碼型。在ITU-T 的G.703建議中,規(guī)定CMI 碼為四次群(139.26

17、4Mbit/s 的接口碼型。日本電報(bào)電話公司在32Mbit/s 及更低速率的光纖通信系統(tǒng)中也采用了CMI 碼。圖4-1給出了CMI 編碼的原理框圖。編碼電路接收來(lái)自信號(hào)源的單極性非歸零碼(NRZ碼,并把這種碼型變換為CMI 碼送至光發(fā)送機(jī)。輸入若是傳號(hào),則翻轉(zhuǎn)輸出;若是空號(hào),則打開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān),使時(shí)鐘的反向輸出。其電路原理如圖4-2所示。需要注意,輸入的單時(shí)鐘二元碼CMI100000000001111111111111極性碼已經(jīng)與時(shí)鐘同步。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用可編程邏輯器件(PLD 來(lái)實(shí)現(xiàn)CMI 的編譯碼。CMI 編碼的VHDL 源程序如下: library ieee;port(invert,clk:i

18、n std_logic; q:buffer std_logic; end df; architecture df of df is signal d:std_logic; begind<=q xor invert; process beginwait until clk='1' q<=d; end process; end df; library ieee;port (nrz,clk:in std_logic;cmi:out std_logic; end cmi_code;architecture cmi_code of cmi_code is component

19、dfport(invert,clk:in std_logic; q:buffer std_logic; end component; signal a,b:std_logic; begincmi<=a when nrz='1' else b; b<= not clk;u:df port map(nrz,clk,a;圖5.4 CMI編碼框圖圖4-2 圖5.5 CMI編碼原理電路圖1.5 編碼原理電路圖4-3end cmi_code;解碼采用的思想很簡(jiǎn)單:當(dāng)時(shí)鐘和信碼對(duì)齊時(shí),如果輸入的是11或00,則輸出為1;如果輸入為01,則輸出為0。但是問(wèn)題的關(guān)鍵在于怎樣才可將一序

20、列的碼元正確地兩個(gè)兩個(gè)分組。經(jīng)過(guò)傳輸處理后的CMI 碼首先要提取位同步時(shí)鐘,接著抽樣判決。此時(shí)CMI 碼流和發(fā)送的碼流在波形上沒(méi)有區(qū)別(暫時(shí)忽略誤碼的情況,但將其兩個(gè)兩個(gè)分組,卻有兩種不同的情況。當(dāng)然,其一是正確的,可以得到正確的譯碼結(jié)果,如果接下來(lái)的工作亦是正確的話;而另一種在絕大多數(shù)的情況下將導(dǎo)致譯碼工作的失敗。結(jié)合CMI 碼流的特點(diǎn),這里提供了兩種可以正確分組的方法:如果在碼流中檢測(cè)到了0101的話,那么就可以將緊接著它們的兩個(gè)碼元分為一組,以此類(lèi)推;另一種方法更為簡(jiǎn)單易行,那就是在碼流中檢測(cè)1到0的跳變后,就可以將下降沿后的兩個(gè)碼元分為一組了。一般情況下,第二種方法可以盡快地實(shí)現(xiàn)正確的

21、分組。下面的例子具體說(shuō)明了這兩種方法的使用。如圖4-4所示:接下來(lái)就是依據(jù)編碼規(guī)則進(jìn)行譯碼了。這里列舉了三種具體的解決方案: 第一種方案:其原理框圖如圖4-57所示,原理電路如圖4-6所示。從位同步時(shí)鐘中分離出兩路時(shí)鐘,它們和位同步時(shí)鐘同頻,但是占空比不一樣,兩路時(shí)鐘信號(hào)的占空比都是25%。其區(qū)別在于它們的相位相差半個(gè)周期。將每組中的兩個(gè)碼元分開(kāi),從而形成了第一路信號(hào)和第二路信號(hào),在兩路時(shí)鐘的正確作用下比較這兩路信號(hào),便可以將CMI 碼解譯出來(lái)。這種方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,各部分功能清晰,易于理解和操作。 CMI 圖5.7 方案一的原理框圖圖4-5第二種方案:解碼方法的本質(zhì)和第一種相似,差別主要在于

22、找到正確分組的方法不同,它分別用二分頻后的時(shí)鐘的上升沿和下降沿來(lái)讀取兩路信號(hào),其原理框圖如圖4-7所示。 第三種方案:這里的譯碼思路稍有變化。CMI 碼流經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后,在二分頻后的位同步時(shí)鐘作用下讀出,進(jìn)行比較譯碼,其原理框圖如圖4-8所示。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 實(shí)驗(yàn)框圖如下圖所示。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:2、 首先要做的是:在斷開(kāi)電源的情況下,通過(guò)正確的跳線來(lái)建立一個(gè)數(shù)字光纖通信系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)在本實(shí)驗(yàn)中傳輸?shù)氖荂MI 碼(速率為64kbit/s ,所要完成的功能是對(duì)CMI 的編譯碼。由附錄B 中的原理電路圖集,可以知道:光發(fā)模塊甲中,首先通過(guò)短接帽將跳線XP500的1、2腳相連,開(kāi)關(guān)KS501要選

23、擇為傳輸數(shù)字信號(hào)(按鍵抬起即選中數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路;光收發(fā)模塊甲之間用光纖跳線連接;光收模塊甲中,通過(guò)短接帽將跳線XP503的5、6腳相連、XP504的2、3腳相連(選擇主放大器MAX435放大信號(hào)以及XP505的“CMI ”傳輸,放圖5.10 方案三的原理框圖圖4-7圖5.10 方案三的原理框圖圖4-8TP401 大后的信號(hào)流向誤碼檢測(cè)模塊譯碼。3、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)建立起來(lái)后,同學(xué)們可以通過(guò)鍵盤(pán)和液晶來(lái)選擇所要傳輸?shù)拇a型,本實(shí)驗(yàn)中選擇CMI碼(同樣,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電后,先按復(fù)位鍵,再選擇所要傳輸?shù)拇a型。此時(shí),測(cè)試點(diǎn)TP501、TP502應(yīng)該能測(cè)到編好的CMI碼的波形。此時(shí)應(yīng)注意的是:PLD對(duì)輸入信

24、號(hào)的幅度有一定要求,必須調(diào)節(jié)光發(fā)模塊甲的可調(diào)電阻RP501、光收模塊甲的可調(diào)電阻RP505、RP506和RP508,充分放大接收信號(hào)。我們可以在測(cè)試點(diǎn)TP504、TP505測(cè)試到經(jīng)過(guò)光纖跳線傳輸后的CMI碼波形;跳線后,可在TP507測(cè)試到放大后的CMI碼,可在TP601探測(cè)到譯碼后的PN(偽隨機(jī)序列;在測(cè)試點(diǎn)TP602我們可以探測(cè)到用來(lái)譯碼的64KHz位同步時(shí)鐘(此時(shí)鐘由誤碼檢測(cè)模塊中的數(shù)字鎖相環(huán)提供,因?yàn)殒i相環(huán)會(huì)帶來(lái)抖動(dòng),所以比較TP602與TP401的波形時(shí)同學(xué)們會(huì)觀察到抖動(dòng)現(xiàn)象。測(cè)試點(diǎn)TP401輸出的信號(hào)是發(fā)送端的PN偽隨機(jī)序列,系統(tǒng)正是對(duì)這個(gè)序列進(jìn)行CMI 編譯碼的。讀者可以比較TP

25、601與TP401的信號(hào)(想想為什么兩個(gè)波形會(huì)有時(shí)延,也可以比較TP501和TP401的信號(hào),從而驗(yàn)證自己所編寫(xiě)的CMI編譯碼程序是否正確。各點(diǎn)的參考小型如下:4、的“CMI”傳輸,放大后的信號(hào)流向誤碼檢測(cè)模塊譯碼。5、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)建立起來(lái)后,同學(xué)們可以通過(guò)鍵盤(pán)和液晶來(lái)選擇所要傳輸?shù)拇a型,本實(shí)驗(yàn)中選擇CMI碼(同樣,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電后,先按復(fù)位鍵,再選擇所要傳輸?shù)拇a型。此時(shí),測(cè)試點(diǎn)TP501、TP502應(yīng)該能測(cè)到編好的CMI碼的波形。此時(shí)應(yīng)注意的是:PLD對(duì)輸入信號(hào)的幅度有一定要求,必須調(diào)節(jié)光發(fā)模塊甲的可調(diào)電阻RP501、光收模塊甲的可調(diào)電阻RP505、RP506和RP508,充分放大接收信號(hào)

26、。我們可以在測(cè)試點(diǎn)TP504、TP505測(cè)試到經(jīng)過(guò)光纖跳線傳輸后的CMI碼波形;跳線后,可在TP507測(cè)試到放大后的CMI碼,可在TP601探測(cè)到譯碼后的PN(偽隨機(jī)序列;在測(cè)試點(diǎn)TP602我們可以探測(cè)到用來(lái)譯碼的64KHz位同步時(shí)鐘(此時(shí)鐘由誤碼檢測(cè)模塊中的數(shù)字鎖相環(huán)提供,因?yàn)殒i相環(huán)會(huì)帶來(lái)抖動(dòng),所以比較TP602與TP401的波形時(shí)同學(xué)們會(huì)觀察到抖動(dòng)現(xiàn)象。測(cè)試點(diǎn)TP401輸出的信號(hào)是發(fā)送端的PN偽隨機(jī)序列,系統(tǒng)正是對(duì)這個(gè)序列進(jìn)行CMI 編譯碼的。讀者可以比較TP601與TP401的信號(hào)(想想為什么兩個(gè)波形會(huì)有時(shí)延,也可以比較TP501和TP401的信號(hào),從而驗(yàn)證自己所編寫(xiě)的CMI編譯碼程序是

27、否正確。各點(diǎn)的參考小型如下:時(shí)鐘二元碼CMI100000000001111 111111111圖5.3 CMI碼與二元碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系圖4-10六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)五:光接收機(jī)靈敏度測(cè)試實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:(驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求:(必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解光接收機(jī)靈敏度的概念2、掌握光接收機(jī)靈敏度的測(cè)試方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容光接收機(jī)靈敏度的測(cè)試。三、儀器、設(shè)備和材料光纖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),光功率計(jì),光衰減器,示波器,信號(hào)發(fā)生器,誤碼儀。四、實(shí)驗(yàn)原理計(jì)算用dBm表示的靈敏度P R 。例如,測(cè)得P min =9.3nW ,則9-=-。在靈敏度測(cè)試時(shí),一定要注意測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短。誤碼率是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均的參數(shù),為了確定測(cè)試時(shí)間,

28、我們將之寫(xiě)成為:tf mP b e =(5.1 式中m 是誤碼個(gè)數(shù),f b 是系統(tǒng)碼速,t 是測(cè)試時(shí)間。由上式可知,在碼速確定的情況下,只要在某一定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)所記錄的誤碼個(gè)數(shù)少于某一數(shù)值,就可以表示出要求的誤碼率。其最小測(cè)試時(shí)間應(yīng)是能檢測(cè)到誤碼個(gè)數(shù)為1(無(wú)誤碼的情況除外的時(shí)間,即(3.1式中m =1時(shí)所得到的測(cè)試時(shí)間,它可以表示為:eb P f t 1=(5.2 由上式可見(jiàn),最小測(cè)試時(shí)間與碼速和誤碼率有關(guān)。各類(lèi)系統(tǒng)誤碼率不同時(shí),光接收機(jī)靈敏度測(cè)試的最小時(shí)間t 如表3-1所示。表5-1 靈敏度測(cè)量的最小時(shí)間 應(yīng)該指出,t 是要求某一誤碼率時(shí),光接收機(jī)靈敏度測(cè)試的最小時(shí)間。但實(shí)際上,測(cè)試的時(shí)間應(yīng)

29、大于此時(shí)間,才能使測(cè)試的結(jié)果更為準(zhǔn)確。光接收機(jī)靈敏度測(cè)試框圖如圖5.1所示。: 五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 按圖3.1要求將誤碼測(cè)試儀和光可變衰減器與光纖數(shù)字通信系統(tǒng)連接。2、 誤碼測(cè)試儀向光端機(jī)送入測(cè)試信號(hào),PCM 測(cè)試信號(hào)為偽隨機(jī)碼,長(zhǎng)度為(2N -1,N 的選擇與平均發(fā)送光功率測(cè)試相同。3、 調(diào)整光衰減器,逐步增大光衰減,使輸入光接收機(jī)的光功率逐步減小,使系統(tǒng)處于誤碼狀態(tài)。然后,逐步減小光衰減器的衰減,逐漸增加光接收機(jī)的輸入光功率,使誤碼逐漸減少,當(dāng)在一定的觀察時(shí)間內(nèi),使誤碼個(gè)數(shù)少于某一要求時(shí),即達(dá)到系統(tǒng)所要求的誤碼率。4、 在穩(wěn)定工作一段時(shí)間后,從R 點(diǎn)斷開(kāi)光端機(jī)的連接器,用光纖測(cè)試線連接R 點(diǎn)

30、與光功率計(jì),此時(shí)測(cè)得光功率為P min ,即為光接收機(jī)的最小可接收光功率。5、 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中,光接收機(jī)甲靈敏度測(cè)試步驟如下:6、 跳線XP401應(yīng)將1、2兩腳連接,這樣選擇傳輸?shù)氖窍到y(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的2M 偽隨機(jī)序列,N 的取值為4。7、 選擇光發(fā)模塊甲,將XP500的1、2兩腳相連,開(kāi)關(guān)KS501選擇傳輸數(shù)字信號(hào)。光收模塊甲中,選擇MAX435作為主放大器,AD603作為配合主放大器的AGC 放大器。通過(guò)跳線XP503的5、6腳相連,XP504的1、2腳相連、XP505將AD603的輸出(原理圖中對(duì)應(yīng)為:“PNOUT ”送往誤碼檢測(cè)模塊。8、 系統(tǒng)搭建好后,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電并復(fù)位液晶屏,從鍵盤(pán)輸入PN

31、,系統(tǒng)進(jìn)入誤碼檢測(cè)狀態(tài),此時(shí)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕上誤碼不斷,不要著急,這是光接收機(jī)工作還不正常。9、 在“PNOUT ”處測(cè)試AD603的輸出波形,調(diào)節(jié)可變電阻RP505、RP506使AD603的輸出信號(hào)為最佳(幅度適中,波形平滑,然后再通過(guò)跳線XP505將AD603的輸出送往誤碼檢測(cè)模塊,即把跳線的21、22兩腳連接起來(lái)。10、 調(diào)節(jié)可變電容C817和C823使鎖相環(huán)正常工作,即進(jìn)入鎖定狀態(tài);此時(shí)可以調(diào)節(jié)變阻器RP802減小位同步時(shí)鐘的抖動(dòng),現(xiàn)在你將發(fā)現(xiàn)液晶屏幕上的誤碼計(jì)數(shù)變得緩慢,或圖7.1 數(shù)字光收接口指標(biāo)測(cè)試框圖 圖5.1停止計(jì)數(shù)。通過(guò)鍵盤(pán)KS214(最后一排順數(shù)第2個(gè)清零誤碼計(jì)數(shù)。11、如

32、果實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有配備光衰減器,我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的電路衰減來(lái)模擬光路衰減。調(diào)節(jié)光收模塊甲的可調(diào)電阻RP506,降低MAX435的放大倍數(shù)來(lái)模擬線路上的衰減。當(dāng)衰減足夠大時(shí),將超出AD603的自動(dòng)增益控制范圍,致使其輸出信號(hào)幅度銳減,誤碼計(jì)數(shù)漸增。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的誤碼測(cè)試功能雖然不像誤碼分析儀那樣齊全,但讀者可以通過(guò)液晶屏幕顯示的誤碼個(gè)數(shù)來(lái)自定義誤碼率,比如說(shuō)1分鐘出現(xiàn)了10個(gè)誤碼。調(diào)節(jié)上述可調(diào)電阻,減少電路中衰減,直到誤碼符合我們剛自定義過(guò)的標(biāo)準(zhǔn),可以測(cè)試MAX435的輸出波動(dòng)很小,模擬了輸入光功率也很小。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析硬件方面,一般對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)六:模擬話音光傳輸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2

33、實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:(驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要求:(必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饽M電話的光纖傳輸系統(tǒng)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容傳統(tǒng)的電話通信系統(tǒng)采用的是模擬傳輸?shù)姆绞?稱(chēng)之為載波通信。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展,模擬語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字傳輸技術(shù)已經(jīng)成熟并大量實(shí)用化。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,通過(guò)正確連線,模擬語(yǔ)音信號(hào)既可以直接通過(guò)光纖傳輸,又可以先進(jìn)行數(shù)字化后再上光路傳輸。其中,模擬語(yǔ)音光纖傳輸系統(tǒng)如圖6.1所示?？吹竭@個(gè)系統(tǒng)后,大家可能會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)疑問(wèn):光纖的帶寬不是很寬嗎,而這個(gè)系統(tǒng)中怎么只傳輸1路語(yǔ)音信號(hào)?的確,在實(shí)際應(yīng)用中,模擬語(yǔ)音光纖傳輸系統(tǒng)中往往采用FDM 的技術(shù),將多個(gè)用戶的語(yǔ)音業(yè)務(wù)復(fù)用到一條光纖鏈路上傳輸;而在數(shù)字語(yǔ)音光纖傳輸系統(tǒng)中,人們則

34、采用TDM 技術(shù),將多個(gè)話路信號(hào)時(shí)隙和公務(wù)信號(hào)時(shí)隙復(fù)用在一起,形成所謂的E1(歐洲的30/32路PCM 或T1(北美的24路PCM 信號(hào)在一條光纖鏈路上傳輸。我們?yōu)榱私o大家演示一個(gè)基本的點(diǎn)到點(diǎn)的IM/DD 語(yǔ)音光纖傳輸系統(tǒng)的組成,從而僅采用了一路語(yǔ)音信號(hào)的基帶傳輸,而未考慮在電域的復(fù)用。大家都知道電話機(jī)是將我們所說(shuō)的話語(yǔ)變?yōu)槟M電信號(hào)的一種裝置,那么是否通過(guò)電話 機(jī)后,我們所發(fā)出來(lái)的模擬語(yǔ)音信號(hào)就能夠直接上光路傳輸了嗎?由圖6.1可知:在電話機(jī)與圖8.1 模擬語(yǔ)音光纖傳輸系統(tǒng)圖6.1光發(fā)送機(jī)之間還有一個(gè)被稱(chēng)之為用戶線接口電路(SLIC的裝置。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的SLIC采用厚膜電路SJ0612B實(shí)現(xiàn),

35、主要完成向終端話機(jī)饋電(B、過(guò)壓保護(hù)(O、振鈴(R、用戶線通斷檢測(cè)(S和二/四線轉(zhuǎn)換(H等功能。讀者可以從程控?cái)?shù)字交換機(jī)的硬件組成中找到SLIC的位置(雖然,我們的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并不涉及交換的概念。它屬于程控交換機(jī)的用戶級(jí)。用戶級(jí)由用戶電路和話務(wù)集中兩部分組成。其主要任務(wù)是對(duì)電話用戶線提供接口設(shè)備,將用戶話機(jī)的模擬話音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),并將每個(gè)用戶話機(jī)所發(fā)出的較小的呼叫話務(wù)進(jìn)行集中,然后送至數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò),從而提高了用戶級(jí)和數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)之間中繼線的利用率。由于模擬用戶電路在數(shù)字交換機(jī)中占的比例較大,對(duì)它的組成有一個(gè)基本功能要求,歸納起來(lái),應(yīng)具有BORSCHT 七項(xiàng)功能,如圖6.2所示。其中的BORS

36、H功能一般由SLIC完成,目前可以購(gòu)買(mǎi)得到的SLIC 有單片半導(dǎo)體集成電路,也有傳統(tǒng)的厚膜混合集成電路。所謂厚膜混合集成電路,是具備一定特殊功能的模塊化電路,是將一些通用元器件(如片式電阻器、電容器、二極管、三極管、電路等元件二次集成,使其具有特殊的專(zhuān)用功能。由于厚膜電路的制造特點(diǎn)使其具有極高的穩(wěn)定性和較大的功率負(fù)載能力,適用各種環(huán)境條件。厚膜用戶線接口電路SJ0612B便是該工藝的一種典型應(yīng)用。七項(xiàng)功能里的另外兩項(xiàng)功能:CT,則需由單獨(dú)的CODEC(編譯碼集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果不經(jīng)過(guò)C模塊,模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)二/四線轉(zhuǎn)換后直接上光路傳輸,到達(dá)對(duì)端后,由用戶線接口電路接收至用戶終端話機(jī),那么,我們稱(chēng)

37、這樣的系統(tǒng)為模擬語(yǔ)音光纖傳輸系統(tǒng)。三、儀器、設(shè)備和材料光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),電話機(jī),連接線。四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)原理圖見(jiàn)實(shí)驗(yàn)步驟。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)試光收發(fā)模塊,使其工作正常。方法:以光收發(fā)模塊甲為例,跳線XP501的2、3兩腳相連,跳線XP502的2、3兩腳相連,按鍵KS501選通模擬光源驅(qū)動(dòng)電路,用一段光纖將光收發(fā)模塊甲連接;利用跳線XP503選擇OP07作為主放大器,并將XP505的1、2兩腳相連;加電后復(fù)位系統(tǒng),通過(guò)鍵盤(pán)輸入傳輸正弦波或三角波或鋸齒波等模擬波形;通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻RP301、RP502、RP504和RP503使得模擬光源驅(qū)動(dòng)電路工作穩(wěn)定,由于晶體管V501、V502工作

38、在線性放大區(qū),讀者調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意其直流偏置電壓,測(cè)試點(diǎn)TP503可以測(cè)得送入驅(qū)動(dòng)電路的模擬信號(hào)波形,TP502可以測(cè)得從驅(qū)動(dòng)電路輸出的波形;通過(guò)可變電阻RP505、RP509可以調(diào)節(jié)接收到的模擬信號(hào)波形,測(cè)試點(diǎn)TP504可以測(cè)得接收到的模擬信號(hào)波形,TP506可以測(cè)得放大后的模擬信號(hào)波形;依照這種思路調(diào)節(jié)光收發(fā)模塊乙(乙中同樣選擇OP07作為主放大器。如果模擬信號(hào)能夠通過(guò)光收發(fā)模塊正常傳輸,我們可以開(kāi)始模擬語(yǔ)音光纖傳輸實(shí)驗(yàn)。2、正確連線:將兩臺(tái)電話機(jī)的RJ11插頭插入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的RJ11插座;將跳線XP701的2、3兩腳相連(模擬語(yǔ)音信號(hào)被送往模擬開(kāi)關(guān),光收發(fā)模塊甲按上述步驟1連接,不過(guò)此時(shí)應(yīng)將

39、跳線XP505的25、26兩腳相連,使信號(hào)傳輸?shù)絏P704的1腳,將跳線XP704的1、2兩腳相連,這樣發(fā)送端說(shuō)話接收端即能聽(tīng)見(jiàn)。我們還需要連接回路使得接收端說(shuō)話發(fā)送端能聽(tīng)到,此時(shí)利用光收發(fā)模塊乙和跳線XP702(1、2相連、XP703(2、3相連,連線思路同上。 3、正確連線后,加電,復(fù)位后選擇模擬電話,我們即能實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方互通語(yǔ)音信息了。用示波器在線路中跳線處觀察模擬話音的波形變化,比較講話聲音大或小時(shí)所測(cè)得的波形的變化。(注:話音通信為雙工通信,如果所購(gòu)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為單工方式,只有一對(duì)光收發(fā)模塊,就可一個(gè)方向采用光收發(fā)對(duì)進(jìn)行光纖傳輸,另一個(gè)方向采用電纜如導(dǎo)線直接傳輸,同樣達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。如

40、果是正弦波或三角波或鋸齒波等模擬波形,觀察模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸后的波形變化。 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖8.2 模擬用戶線接口的基本功能用戶線路圖6.2對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)七:2M數(shù)字光纖通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:(綜合實(shí)驗(yàn)要求:(選修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆?M光傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2M光傳輸系統(tǒng)的構(gòu)造。三、儀器、設(shè)備和材料2M光纖,光纖通信系統(tǒng),電話機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)原理這是PULSE 公司生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)用于E1接口的通信類(lèi)變壓器。在介紹以下的功能模塊之前,有必要為大家介紹一下HDB 3碼的定義及其編譯碼。HDB 3碼變換規(guī)則如表8-2所示:當(dāng)連“0”小于或等于3個(gè),則按AMI 碼規(guī)則變換,即用0

41、表示“0”,+A 或-A 表示“1”,+A 與-A 應(yīng)交替出現(xiàn)。下面,我們對(duì)符合交替規(guī)則的+A 與-A 分別用B +與B -表示,違反交替規(guī)則的+A 與-A 分別用V +與V -表示。當(dāng)有4個(gè)連“0”時(shí),就代換為B00V 或000V ,其中B 是B +或B -,V (Violation 是V +或V -,代換碼的第一個(gè)取B 還是取0,應(yīng)使代換碼中的V 與前面的V 間有奇數(shù)個(gè)B (0作為偶數(shù)。這樣,V +與V -得以交替出現(xiàn)。 根據(jù)HDB 3的編碼原理,可得到HDB 3編碼的原理框圖如圖4.11所示,電路如圖4.12所示。HDB 3編碼電路主要由四連“0”檢出,取代節(jié)選取,極性控制和單/雙變換部

42、分等部分構(gòu)成。圖4.13給出了一個(gè)由二進(jìn)制NRZ 碼編成HDB 3碼的示例波形圖。 圖8.10 2M數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)方框圖圖7-1 圖8.11 編碼原理框圖3HDB圖8.12 編碼原理電路3 HDB NRZ3HDB 101111111 3HDB + V -V +V +B 圖8.13 編碼示例波形圖圖8.14 譯碼原理框圖3HDBHDB3譯碼電路完成編碼的逆變換,關(guān)鍵之處是檢出破壞點(diǎn)、取消“取代節(jié)”,即將“000V”或“B00V”還原成“0000”,其原理框圖如圖4.14所示。HDB3譯碼電路主要由破壞點(diǎn)檢出、取代節(jié)消除電路組成,原理電路如圖4.15所示。需要做的第二件事是:位同步提取。我們已經(jīng)

43、在第7章中介紹過(guò)用數(shù)字鎖相環(huán)來(lái)提取位同步信號(hào)的方法。這里為大家介紹實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中采用的另外一種方法:濾波法。濾波法的原理框圖如圖 4.16所示:全占空的基帶隨機(jī)脈沖序列,不論是單極性還是雙極性的,當(dāng)P(0=P(1=0.5時(shí)都沒(méi)有f b、2f b等頻率成分,因而不能直接濾波取出f b成分。但歸零的單極性隨機(jī)脈沖序列中包含有f b的成分,因此只要把基帶信號(hào)作一些變換,變成單極性歸零碼,即可直接用窄帶濾波器取出f b。如果發(fā)送的碼型就是RZ碼,那么就不需要進(jìn)行波形變換了。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中即采用了RZ格式的偽隨機(jī)序列作為光路上傳輸?shù)拇a型。因?yàn)槲覀儌鬏數(shù)乃俾适?.048Mb/s,所以采用了頻率為2.048Mb/s

44、的石英晶體來(lái)完成窄帶濾波。石英晶體可以濾波,讀者不禁會(huì)問(wèn)。的確,它不僅可以濾波,還可以被用來(lái)構(gòu)成石英晶體正弦波振蕩電路。對(duì)這一現(xiàn)象的解釋,大家可以從模擬電子技術(shù)中找到。這里給大家一個(gè)簡(jiǎn)單的解釋:我們知道LC 回路能對(duì)特定的頻率產(chǎn)生諧振,從而達(dá)到濾波的作用。有趣的是,晶體所固有的壓電諧振效應(yīng)與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似,從而使人們想到了利用晶體來(lái)獲得高穩(wěn)定度的諧振濾波。讓我們?cè)倩氐轿煌教崛∵@個(gè)問(wèn)題上來(lái),所謂鎖相法即用鎖相環(huán)路替代一般窄帶濾波器以提取位同步信號(hào)。鎖相法的基本原理與載波同步類(lèi)似,在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信號(hào)的相位,若兩者相位不一致(超前或滯后,鑒相器就產(chǎn)生誤

45、差信號(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)的相位,直至獲得精確的同步為止。鎖相環(huán)技術(shù)不僅可以用于同步時(shí)鐘提取,還可以用于調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)等領(lǐng)域,它是一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)。我們可以采用傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)集成電路芯片,比如NE564、CD4046等進(jìn)行模擬鎖相,也可以利用PLD來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中,可以運(yùn)用這兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn) 2.048Mb/s信號(hào)的位同步提取,NE564可置于晶體濾波電路之后,用于形成位同步脈沖。我們也可以不需要模擬位同步提取電路,而是自行編寫(xiě)程序下載到PLD中以實(shí)現(xiàn)對(duì)接收2M信號(hào)的直接數(shù)字鎖相。通過(guò)實(shí)驗(yàn),大家將會(huì)發(fā)現(xiàn),雖然數(shù)字鎖相的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是,由于時(shí)鐘頻率不夠高而導(dǎo)致位同步時(shí)鐘的抖動(dòng)太大,

46、不宜用于后續(xù)電路。采用晶體濾波器加上模擬鎖相環(huán)芯片NE564提取位同步,雖然減少了系統(tǒng)的抖動(dòng),但是也增加了系統(tǒng)調(diào)試的難度。本實(shí)驗(yàn)中HDB3編譯碼電路由PLD來(lái)實(shí)現(xiàn),讀者可以自行編寫(xiě)程序,也可以直接利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中所提供的程序。值得一提的是,要達(dá)到一個(gè)目的地往往有很多條道路可以走,實(shí)現(xiàn)某種碼型的編譯碼同樣如此。我們所提供的方案僅是拋磚引玉,更多更好的編譯碼程序希望大家自己去研發(fā)。古人云:書(shū)上得來(lái)終覺(jué)淺,絕知此事須躬行。只有自己嘗試著編寫(xiě)并調(diào)試程序,才有可能真正深入了解PLD技術(shù)。 圖8.16 濾波器的原理方框圖如圖4.10所示,針對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已有的電路與程序,我們還可以開(kāi)設(shè)2M端機(jī)及電接口實(shí)驗(yàn)即HD

47、B3與NRZ之間變換實(shí)驗(yàn),它們之間的轉(zhuǎn)換常稱(chēng)為雙單變換。五、實(shí)驗(yàn)步驟雙單變換實(shí)驗(yàn)步驟如下:1、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電并復(fù)位后,選擇傳輸PN,將跳線XP401和XP500的1、2兩腳連接起來(lái),這樣系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的本地2M偽隨機(jī)序列將被送往數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路。用開(kāi)關(guān)KS501選通數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路,這樣2M信號(hào)將被發(fā)往光纖線路。光收模塊甲選擇MAX435作為主放大器或?qū)⒅cAD603配合(可測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍,放大輸出后通過(guò)跳線器XP505選通至誤碼檢測(cè)模塊。2、跳線XP601的1、2兩腳連接時(shí),經(jīng)過(guò)同步提取和判決后的信號(hào)將被送往誤碼測(cè)試, 2、3兩腳連接時(shí),信號(hào)將被編成HDB3碼輸出。此時(shí),應(yīng)將跳線XP803和XP8

48、04的2、3兩腳相連,這樣編好的碼字將經(jīng)PE-64952合路輸出。我們可以利用導(dǎo)線或同軸電纜將輸出端XS802的信號(hào)送往2M電接口輸入端XS801(注:即使跳線XP601的3腳空著,XS802仍能測(cè)試到編好的HDB3碼,這是因?yàn)橄到y(tǒng)默認(rèn)當(dāng)XP601的3腳沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)其電平為0,所以編碼模塊將對(duì)0電平進(jìn)行編碼,這一點(diǎn)從XS802的波形中也可以看出,這就是所謂的環(huán)回測(cè)試。將跳線XP801和XP802的1、2兩腳相連,此時(shí)輸入的2M信號(hào)將被送往HDB3譯碼模塊,讀者可以在XP401的3腳測(cè)試到譯碼以后的PN偽隨機(jī)序列,不妨將之與1、2兩引腳所發(fā)送的PN偽隨機(jī)序列比較,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它們相同。我們也可以

49、比較XS802與XP401的信號(hào),從而驗(yàn)證HDB3碼的編譯碼規(guī)則。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中還可以傳輸外界信號(hào)源產(chǎn)生的2M信號(hào)。外接信號(hào)源從同軸XS801輸入,此時(shí)跳線XP801和XP802的2、3兩腳相連,分別將兩路單極性碼送往光發(fā)送模塊,光發(fā)送模塊甲中跳線XP500的2、3兩腳相連,KS501選擇數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路,將其中一路2M信號(hào)發(fā)往光纖;光發(fā)送乙模塊中跳線XP506的9、10兩腳相連,KS502選通數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路,將另一路2M信號(hào)發(fā)往光路;光接收模塊均選擇MAX435對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,其輸出通過(guò)跳線XP505和XP511選通至單雙變換電路。此時(shí)將2M接口電路中,跳線XP803和XP804的1、2兩腳

50、相連,兩路單極性的2M信號(hào)便合路成為HDB3碼被送往外界。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析硬件方面,一般對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)八:計(jì)算機(jī)串口數(shù)據(jù)光纖傳輸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:(綜合實(shí)驗(yàn)要求:(選修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解232口的光傳輸特性。2、串口數(shù)據(jù)光纖傳輸?shù)挠猛?。二、?shí)驗(yàn)內(nèi)容隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量已經(jīng)接近于傳統(tǒng)的語(yǔ)音與圖像傳輸。計(jì)算機(jī)是該網(wǎng)絡(luò)中一種重要的信息終端,每臺(tái)主機(jī)都通過(guò)各種接口與外界進(jìn)行信息的交流。計(jì)算機(jī)對(duì)外的接口中按照傳輸方式來(lái)分,不外乎串行通信接口和并行通信接口兩種。串行通信是在單根導(dǎo)線上將二進(jìn)制數(shù)一位一位地順序傳送。它與并行通信相比,雖然速度低,但對(duì)遠(yuǎn)距離傳送來(lái)說(shuō)

51、,可節(jié)省大量的線路成本。如串口(RS232、網(wǎng)絡(luò)接口(RJ45和通用串行總線(USB等都是采用串行通信方式的接口。串行通信適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸,如果能將接口信號(hào)引上光路,那么可以進(jìn)一步增大傳輸?shù)木嚯x。因此,本節(jié)中想引入計(jì)算機(jī)中的光接口這一概念,將上述串行通信接口轉(zhuǎn)化為光接口后,主機(jī)與外界之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光接口進(jìn)行信息的傳輸。目前,市場(chǎng)上已有的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)RS232接口轉(zhuǎn)光接口和RJ45接口轉(zhuǎn)光接口。按信道利用方式的不同,串行通信有三種基本的傳送方式:單工、半雙工和全雙工。單工傳送方式,即是任何時(shí)刻數(shù)據(jù)只在一個(gè)方向流動(dòng);半雙工就是通信的兩個(gè)設(shè)備都可發(fā)送或接收數(shù)據(jù),但它們不能同時(shí)發(fā)送;全雙工則是兩個(gè)設(shè)

52、備能同時(shí)發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。然而,對(duì)于一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的光纖通信系統(tǒng)而言,一條光纖鏈路則只能實(shí)現(xiàn)單向傳輸。所以在實(shí)現(xiàn)信號(hào)從串行接口上光路傳輸?shù)倪^(guò)程中,主要考慮的問(wèn)題便是如何實(shí)現(xiàn)半雙工傳送。下面開(kāi)始結(jié)合具體問(wèn)題,進(jìn)行具體分析。集成串行發(fā)送器/接收器的輸出信號(hào)(如MCS51的TXD線通常為T(mén)TL電平(典型值為3伏左右,它不適合遠(yuǎn)距離傳輸。在早期人們?yōu)榻柚娫捑W(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計(jì)制造了調(diào)制解調(diào)器(MODEM,為此就需要有關(guān)數(shù)據(jù)終端(如計(jì)算機(jī)與MODEM之間的接口標(biāo)準(zhǔn),EIA RS232C標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)時(shí)就是為此目的而產(chǎn)生的。目前RS232C已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE (如微機(jī)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(如MODEM的

53、接口標(biāo)準(zhǔn),不僅在遠(yuǎn)距離通信中要經(jīng)常用到它,就是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間的近距離串行連接也普遍采用RS232C接口。EIA RS232C(EIA為美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)縮寫(xiě),RS意思為推薦標(biāo)準(zhǔn),其英文為Recommended standard,232是一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)碼,字母C表示該標(biāo)準(zhǔn)已被修改的次數(shù)規(guī)定了一個(gè)25腳針狀的連接器,實(shí)際只用了21個(gè)引腳,這些引腳信號(hào)見(jiàn)表8-1。 盡管表中的信號(hào)很多,但在計(jì)算機(jī)和調(diào)制解調(diào)器的連接中通常僅用9個(gè)信號(hào),見(jiàn)圖4.7所示。下面對(duì)它們做一簡(jiǎn)單介紹: TXD ,RXD :分別為發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)線。TXD 即是計(jì)算機(jī)/終端的輸出,又是調(diào)制解調(diào)器MODEM 的輸入;對(duì)RXD 而言

54、,則正好相反。 RTS ,CTS :其中RTS 為請(qǐng)求發(fā)送,而CTS 為清除發(fā)送,它們涉及半雙工通信。當(dāng)有字符發(fā)送時(shí),終端用RTS 信號(hào)通知MODEM ,當(dāng)MODEM 可以接收DTE 的數(shù)據(jù)而向傳輸線發(fā)送時(shí)就用CTS 信號(hào)應(yīng)答終端,此時(shí)發(fā)送才可開(kāi)始。當(dāng)進(jìn)行全雙工通信時(shí),RTS 和CTS 線應(yīng)保持恒定的接通電平。 DTR :數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好。通常當(dāng)終端/計(jì)算機(jī)一加電,該信號(hào)就有效,表明終端/計(jì)算機(jī)可用。DSR :數(shù)據(jù)(通信裝置準(zhǔn)備好。通常表示調(diào)制解調(diào)器MODEM 已連到通信線路上,而且不是處于測(cè)試方式或斷開(kāi)狀態(tài)。DCD :載波檢測(cè)。當(dāng)遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器接收到正確的載波信號(hào)時(shí),調(diào)制解調(diào)器向DTE 發(fā)信號(hào)

55、。DTE 和MODEM 在傳送數(shù)據(jù)之前需要先收到DCD 信號(hào),在傳輸過(guò)程中DCD 信號(hào)也應(yīng)保持接通不變。RI :振鈴指示。在自動(dòng)應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器中用它來(lái)指示MODEM 正收到一個(gè)電話振鈴信號(hào)。GND :信號(hào)地。它是其它信號(hào)的公共參考點(diǎn)。 RS232C 除了規(guī)定連接信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)外,還規(guī)定了信號(hào)電平,即常說(shuō)的RS232電平。對(duì)TXD 和RXD 線如下:傳號(hào)MARK 狀態(tài)電平為-15-5V ;空號(hào)SPACE 狀態(tài)電平為+5+15V ?？刂菩盘?hào)的接通電平規(guī)定為+5+15V ,而斷開(kāi)電平是-15-5V 。需要說(shuō)明,PC 機(jī)中已用9芯針狀連接器取代25芯針狀連接器,9芯針包含了建立通信所必要數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)

56、線,具體定義可以查閱相關(guān)資料。RS232所用連接器在我國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中叫D 型或DB 型插件。以上介紹的通信方式是傳統(tǒng)的憑借MODEM 來(lái)實(shí)現(xiàn)串口間遠(yuǎn)距離通信,其實(shí)質(zhì)是:在用戶側(cè),利用電話線進(jìn)行模擬頻帶傳輸,出交換機(jī)后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)上數(shù)字信道傳輸。這種方式由于端到端之間要進(jìn)行多次數(shù)模和模數(shù)變換,量化噪聲所帶來(lái)的影響將使數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)越性得不到充分的發(fā)揮。為了使兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間的通信電路都是數(shù)字傳輸,下文介紹了一種使計(jì)算機(jī)中串口信號(hào)直接上光纖,從而進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)字基帶傳輸?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方案。如圖4.8所示, 由于串口輸出信號(hào)為RS232電平,而進(jìn)入光發(fā)送模塊所需的電平為T(mén)TL ,因此需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本方案采用

57、的電平轉(zhuǎn)換器件是MAX232CPE ,它既可以用于將TTL 電平轉(zhuǎn)換成RS232電平,又可以用于將RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL 電平。經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后的信號(hào)可以直接由光發(fā)送模塊送上光路。串口中,TXD 和RXD 是分開(kāi)的,即采用單工傳送方式,所以本方案中,用兩對(duì)光收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)與終端間串行數(shù)據(jù)的傳輸。對(duì)于其它與建立連接有關(guān)的狀態(tài)信號(hào),則采用本端環(huán)回的措施以“欺騙”主機(jī)或外設(shè):連接已經(jīng)建立。目前,已有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用以彌補(bǔ)RS232C 的不足,以獲得更長(zhǎng)的距離合更高速傳輸(RS232C 的傳輸距離限制在50英尺以內(nèi),傳輸速率限制在20Kb/s 以下。這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是RS-422、RS-423和RS-449。RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端(平衡式電氣接口特性,它的傳輸速率超過(guò)20Kb/s 。RS-449提供了這種接口的機(jī)械連接標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中即采用了圖4.8所示的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)RS232接口上光路。實(shí)驗(yàn)表明:如果通信雙方是主機(jī)與主機(jī),則無(wú)需考慮建立連接所要用的信號(hào),即可以采用圖中所示,最簡(jiǎn)單的三線連接:信號(hào)線交叉,地相連。當(dāng)實(shí)驗(yàn)速率為115.2kb/s 通信能正常進(jìn)行?？梢圆孪?這種通信方式的速率還可以上升,但所采用的電平轉(zhuǎn)換芯片需要更