光纖通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告

光纖通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：通信1101班姓名：廖喜君學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：郭淑琴目錄HYPERLINK實(shí)驗(yàn)1半導(dǎo)體激光器及光無(wú)源器件測(cè)試 3HYPERLINK實(shí)驗(yàn)1.1半導(dǎo)體LD光源的P-I曲線繪制實(shí)驗(yàn) 3HYPERLINK實(shí)驗(yàn)1.2光衰減器的性能指標(biāo)測(cè)量 6HYPERLINK實(shí)驗(yàn)2光纖傳輸系統(tǒng)及眼圖觀測(cè) 9HYPERLINK實(shí)驗(yàn)2.1加擾、解擾原理及光傳輸實(shí)驗(yàn) 9HYPERLINK實(shí)驗(yàn)2.2光纖信道眼圖觀察 15HYPERLINK實(shí)驗(yàn)3模擬/數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 19HYPERLINK實(shí)驗(yàn)4數(shù)字時(shí)分復(fù)接系統(tǒng)光通信實(shí)驗(yàn) 30實(shí)驗(yàn)1半導(dǎo)體激光器及光無(wú)源器件測(cè)試實(shí)驗(yàn)1.1半導(dǎo)體LD光源的P-I曲線繪制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解半導(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入電流的關(guān)系；2．掌握半導(dǎo)體激光器P-I曲線的測(cè)試及繪制方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.光纖通信實(shí)驗(yàn)箱（激光/探測(cè)器性能測(cè)試模塊）2.20M雙蹤示波器3.光功率計(jì)4.電流表。5.小平口螺絲刀6.信號(hào)連接線1根三、實(shí)驗(yàn)原理1．半導(dǎo)體激光器的功率特性示意圖：ppIthI自發(fā)輻射受激輻射輸入電信號(hào)輸入光信號(hào)圖2.3.1激光器的功率特性示意圖半導(dǎo)體激光器的輸出光功率P與驅(qū)動(dòng)電流I的關(guān)系如圖2.3.1所示，該特性有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電流稱為門限電流（或稱閥值電流），用Ith表示。在門限電流以下，激光器工作于自發(fā)輻射，輸出熒光，功率很小，通常小于100pw；在門限電流以上，激光器工作于受激輻射，輸出激光，功率隨電流迅速上升，基本上成直線關(guān)系。激光器的電流與電壓的關(guān)系相似于正向二極管的特性，但由于雙異質(zhì)結(jié)包含兩個(gè)PN結(jié)，所以在正常工作電流下激光器兩極間的電壓為1.2V。P-I特性是選擇半導(dǎo)體激光器的重要依據(jù)，在選擇時(shí)，應(yīng)選閥值電流Ith盡可能小，Ith對(duì)應(yīng)P值小的半導(dǎo)體激光器，這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比大，而且不易產(chǎn)生光信號(hào)失真。且要求P-I曲線的斜率適當(dāng)。斜率太小。則要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)太大，給驅(qū)動(dòng)電路帶來(lái)麻煩：斜率太大，則會(huì)出現(xiàn)光反射噪聲及使自動(dòng)光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。半導(dǎo)體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點(diǎn)，微小的電流變化會(huì)導(dǎo)致光功率輸出變化，是光纖通信中最重要的一種光源，激光二極管可以看作為一種光學(xué)振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機(jī)制，也即激活介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。將開始出現(xiàn)凈增益的條件稱為閥值條件。一般用注入電流值來(lái)標(biāo)定，也即閥值電流Ith，當(dāng)輸入電流小于Ith時(shí)，其輸出光為非相干的熒光，類似于LED發(fā)出光，當(dāng)電流大于Ith時(shí)，則輸出光為激光，且輸入電流和輸出光功率成線性關(guān)系。該實(shí)驗(yàn)就是對(duì)該線性關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，以驗(yàn)證P-I的線性關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中所用到半導(dǎo)體激光器其輸出波長(zhǎng)為1310nm,帶尾纖及FC型接口。實(shí)驗(yàn)中半導(dǎo)體激光器電流的確定通過(guò)測(cè)量串聯(lián)在光端機(jī)信號(hào)輸入電路中電流表的電流值。電電光測(cè)試數(shù)據(jù)光發(fā)射端機(jī)P201PFC頭細(xì)尾纖圖2.3.2P-IIK02TP2020TP203四、實(shí)驗(yàn)步驟1.關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D2.3.2將激光/探測(cè)器性能測(cè)試模塊、光功率計(jì)、電流表連接好。2．將電流表（直流檔）接TP202，TP203，正表筆接TP202，負(fù)表筆接TP203，將K02跳線器拔掉。用尾纖將光功率計(jì)與TX1310法蘭輸出相連。3．用錨孔連接線將P201信號(hào)輸入口接地。4．將K01跳線器拔掉，加電后即可開始實(shí)驗(yàn)。5.按照下表調(diào)整W202，達(dá)到相應(yīng)的電流值（順時(shí)針調(diào)激光管輸入電流減小），測(cè)出與電流相對(duì)應(yīng)的光功率。電流I（mA）4.65.05.56.06.57.07.58.08.59.0功率P（dB）電流I（mA）9.510.010.511.011.512.013.013.514.015.0功率P（dB）7．以橫軸為為電流I，縱軸為功率P，按照上表畫出其相應(yīng)的P-I曲線。另外，如果配置了LED擴(kuò)展模塊（選配），可以測(cè)試LED光源的P-I曲線。8．測(cè)試完畢后，關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽，插好K01、K02跳線器。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.整理P、I數(shù)據(jù)，繪制P-I曲線。2.若配置的LED的850nm光傳輸系統(tǒng)模塊，測(cè)試LED光源的P-I曲線，對(duì)比測(cè)試的1310nmLD的P-I曲線有什么不同，得出你的結(jié)論。1、P、I實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電流I（mA）4.65.05.56.06.57.07.58.08.59.0功率P（dBm）-53.00-52.25-51.37-50.48-49.40-48.26-47.10-45.80-43.70-38.94電流I（mA）9.510.010.511.011.512.013.013.514.015.0功率P（dBm）-33.60-30.42-28.64-27.28-26.18-25.39-24.18-23.69-23.10-22.41電流I（mA）4.65.05.56.06.57.07.58.08.59.0功率P（uw）0.00490.005750.007280.008890.0110.01490.01950.02620.04250.128電流I（mA）9.510.010.511.011.512.013.013.514.015.0功率P（uw）0.4370.941.391.892.392.873.874.384.765.168圖如下所示2、實(shí)驗(yàn)1.2光衰減器的性能指標(biāo)測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解光衰減器的指標(biāo)要求；2.掌握光衰減器的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.光纖通信實(shí)驗(yàn)箱2.20M雙蹤示波器3.光功率計(jì)（FC-FC單模尾纖）4.光衰減器(1310nm/1550nm)5.信號(hào)連接線2根三、基本原理（一）一般地光衰減器可分為兩類，即固定光衰減器和可變光衰減器。1.固定光衰減器固定光衰減器是一種可根據(jù)工程需要提供不同衰減量的精密器件，可分為在線式和法蘭式。主要的用途是：（1）調(diào)整光中繼器之間的增益，以便建立適當(dāng)?shù)墓廨敵?；?）光傳輸系統(tǒng)設(shè)備的損耗評(píng)價(jià)及各種實(shí)驗(yàn)測(cè)試要求。2.可變光衰減器 （1）可對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行連續(xù)可變和步進(jìn)調(diào)節(jié)的衰減，主要用途和設(shè)計(jì)目標(biāo)：評(píng)價(jià)光纖傳輸系統(tǒng)中作為誤碼率函數(shù)的信噪比S/N。光功率計(jì)制造中標(biāo)志刻度。光纖傳輸設(shè)備損耗的評(píng)價(jià)。光端機(jī)中作為光接收機(jī)接口擴(kuò)大接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。用于光纖測(cè)量?jī)x器，做光線路試驗(yàn)與測(cè)試用。為此，可變光衰減器應(yīng)有高的精度和寬的可調(diào)衰減范圍。（2）結(jié)構(gòu)與工作原理 可變光衰減器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.2.1所示：光纖透鏡反射光束可旋轉(zhuǎn)衰耗板圖光纖透鏡反射光束可旋轉(zhuǎn)衰耗板（二）光固定/可調(diào)衰減器測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖，如下圖所示：電電光偽隨機(jī)碼序列光發(fā)射端機(jī)TX1550P光固定/可調(diào)衰減器圖3.2.2平均光功率測(cè)試結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1.關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照前面實(shí)驗(yàn)中的圖3.1.2(a)將1550nm光發(fā)射端機(jī)的TX1550法蘭接口、FC-FC單模尾纖、光功率計(jì)連接好，注意收集好器件的防塵帽。2.打開系統(tǒng)電源，液晶菜單選擇“光纖測(cè)量實(shí)驗(yàn)—平均光發(fā)功率”確認(rèn)，即在P103（P108）鉚孔輸出32KHZ的31位m序列。3.示波器測(cè)試P103（P108）鉚孔波形，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。4.用信號(hào)連接線連接P103（P108）、P203兩鉚孔，示波器A通道測(cè)試TX1550測(cè)試點(diǎn)，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出，調(diào)節(jié)W205即改變送入光發(fā)端機(jī)信號(hào)（TX1550）幅度最大（不超過(guò)5V），記錄信號(hào)電平值。即將32KHZ的31位m序列電信號(hào)送入1550nm光發(fā)端機(jī)，并轉(zhuǎn)換成光信號(hào)從TX1550法蘭接口輸出。5.調(diào)節(jié)光功率計(jì)工作波長(zhǎng)“1550nm”、單位“mW”，讀取此時(shí)光功率，即為1550nm光發(fā)射端機(jī)在正常工作情況下，對(duì)于31位m序列的平均光功率，記錄光功率P1。6.關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D3.2.2將固定（可調(diào)）衰減器串入光發(fā)射端機(jī)與光功率計(jì)之間，注意收集好器件的防塵帽。7.重復(fù)步驟2、4，測(cè)得衰減后的光功率P2，按公式計(jì)算即為衰減器的衰減量。若為固定衰減器，則將測(cè)得值與其標(biāo)注的衰減量進(jìn)行比較，算出其衰減精度（一般±10%）。若為可調(diào)衰減器，慢慢調(diào)節(jié)其衰減量，記下P2的變化范圍，算出此可調(diào)衰減器的衰減范圍。8.關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。注：本實(shí)驗(yàn)也可選擇工作波長(zhǎng)為1330nm的LD光發(fā)射端機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.通過(guò)測(cè)試得出待測(cè)固定衰減器的衰減量，計(jì)算出其衰減精度，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。2.若為可調(diào)衰減器，記錄其衰減量范圍。3.查找資料,陳述固定衰減器和可變衰減器主要的用途和指標(biāo)。加光衰減器之前：P1=

2.857

uw

加光衰減器之后：擰緊：P2=

2.782

uw

未擰緊：P2’

插入損耗：Li

=10*log(2.781/2.875)=

-0.14

dB

Li’=10*log(1.532/2.875)=

-5.33

dB

3、作用：消除通信線路中的過(guò)大信號(hào)指標(biāo)：衰減量和插入損耗、光衰減器的衰減精度、

回波損耗實(shí)驗(yàn)2光纖傳輸系統(tǒng)及眼圖觀測(cè)實(shí)驗(yàn)2.1加擾、解擾原理及光傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握擾碼規(guī)則；2．了解擾碼的性能；3．了解光纖通信中擾碼的選碼原則。二、實(shí)驗(yàn)儀器1．光纖通信實(shí)驗(yàn)箱2．20M雙蹤示波器3．FC-FC單模光跳線4．信號(hào)連接線2根三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機(jī)部分、光信道部分。電端機(jī)又分為電信號(hào)發(fā)射和電信號(hào)接收兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接收端機(jī)三個(gè)子部分。在本實(shí)驗(yàn)中，涉及的電發(fā)射部分有兩個(gè)功能模塊：8位的自編數(shù)據(jù)功能和擾碼功能。涉及的電接收部分就是時(shí)鐘提取和再生功能、相應(yīng)的解擾功能。擾碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)如下圖所示：解擾線路譯碼解擾線路譯碼光電電光光纖1310nmLD+單模加擾線路編碼光發(fā)射光接收TP201TP202自編數(shù)據(jù)判決再生圖6.4.1CMI碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)下面對(duì)數(shù)字信號(hào)加擾碼進(jìn)行分析和討論：減少連“0”碼（或連“１”碼）以保證位定時(shí)恢復(fù)質(zhì)量是數(shù)字基帶信號(hào)傳輸中的一個(gè)重要問題。將二進(jìn)制數(shù)字信息先作“隨機(jī)化”處理，變?yōu)閭坞S機(jī)序列，能限制連“0”碼（或連“１”碼）的長(zhǎng)度。這種“隨機(jī)化”處理常稱為“擾碼”。擾碼雖然“擾亂”了數(shù)字信息的原有形式，但這種“擾亂”是有人為規(guī)律的，因而是可以解擾的。在接收端這種解“擾亂”的過(guò)程叫“解擾”。擾碼和解擾原理擾碼原理是以線性反饋移位寄存器理論作為基礎(chǔ)的。在圖6.4.2線性反饋移位寄存器的反饋邏輯輸出與第一級(jí)寄存器輸入之間引入一個(gè)模二和相加電路，以輸入數(shù)據(jù)作為K圖6.4.2擾碼器的一般形式K模二和的另一個(gè)輸入端，即可得到圖6.4.2所示擾碼器一般形式。分析擾碼器的工作原理時(shí)引入一個(gè)運(yùn)算符號(hào)“D”表示將序列延時(shí)一位，DS表示將序列延時(shí)K位。采用延時(shí)算符后，可得以下表達(dá)式：這里，求和號(hào)∑也是模二和運(yùn)算，C是線性反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式的系數(shù)，上式也可表達(dá)為：以4級(jí)移位寄存器構(gòu)成的擾碼器為例，在圖6.4.2基礎(chǔ)上可得到圖6.4.3（a）結(jié)構(gòu)形式的擾碼器。假設(shè)各級(jí)移位寄存器的初始狀態(tài)為全0，輸入序列為周期性的101010……，則輸出序列及各反饋抽頭處的序列如下所示；3序號(hào)344輸出序列(a)(b)圖6.4.3（a）四級(jí)移位寄存器構(gòu)成的擾碼器；(b)相應(yīng)的解擾碼器由上例可知，輸入周期性序列經(jīng)擾碼器后變?yōu)橹芷谳^長(zhǎng)的偽隨機(jī)序列。不難驗(yàn)證，輸入序列中有連“1”或連“0”串時(shí)，輸出序列也將會(huì)呈現(xiàn)出偽隨機(jī)性。顯然，只要移位寄存器初始狀態(tài)不為全0，則當(dāng)輸入序列為全0時(shí)（即無(wú)數(shù)據(jù)輸入），擾碼器就是一個(gè)線性反饋移位寄存器序列發(fā)生器，選擇合適反饋邏輯即可得到m序列偽隨機(jī)碼。在接收端可以采用圖6.4.3（b）所示的解擾碼，這是一個(gè)前饋移位寄存器結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)地將擾碼后序列恢復(fù)為原始的數(shù)據(jù)序列。我們?nèi)圆捎醚訒r(shí)算符來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。由圖6.4.3(b)可得如下關(guān)系式：或因此解擾器輸出序列與擾碼器輸入序列完全相同。由于擾碼器能使包括連“0”碼（或連“1”碼）在內(nèi)的任何輸入序列變?yōu)閭坞S機(jī)碼，因而可以在基帶傳輸系統(tǒng)中代替旨在限制連“0”碼的各種復(fù)雜的碼型變換。采用擾碼方法的主要缺點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)的誤碼性能有影響。在傳輸擾碼序列過(guò)程中產(chǎn)生的單個(gè)誤碼會(huì)在接收端解擾器的輸出端產(chǎn)生多個(gè)誤碼，這是因?yàn)榻鈹_時(shí)會(huì)導(dǎo)致誤碼的增殖。對(duì)于圖6.4.3那樣的擾碼器，相應(yīng)解擾器的誤碼增殖系數(shù)是3，即單個(gè)誤碼解擾后會(huì)產(chǎn)生3個(gè)誤碼。一般說(shuō)來(lái)，誤碼增殖系數(shù)與線性反饋移位寄存器的特征方程式的項(xiàng)數(shù)相等。擾碼器的另一個(gè)缺點(diǎn)是，當(dāng)輸入序列為某些偽隨機(jī)碼形式時(shí)，擾碼器的輸出可能是全0碼或全1在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，擾碼原理是以線性反饋移位寄存器理論作為基礎(chǔ)的。擾碼數(shù)據(jù)是15位的偽隨機(jī)序列，測(cè)試點(diǎn)為P106。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D6.4.1將1310nm光發(fā)射端機(jī)的TX1310法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1310nm光接收端機(jī)的RX1310法蘭接口連接好。注意收集好器件的防塵帽。2．打開系統(tǒng)電源，在液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)-擾碼設(shè)置”的子菜單，確認(rèn)；SW101撥碼器設(shè)置數(shù)據(jù)為全“0”或全“1”，P101測(cè)試點(diǎn)觀測(cè)自編數(shù)據(jù)，3．用信號(hào)連接線連接P103、P201兩鉚孔，示波器A通道測(cè)試TP201測(cè)試點(diǎn)，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。連接P202、P111兩鉚孔，即將光電轉(zhuǎn)換信號(hào)送入數(shù)據(jù)接收單元。信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖6.4.1。4．對(duì)照加擾規(guī)則，觀測(cè)P103測(cè)試點(diǎn)的加擾后序列信號(hào)，是否符合其規(guī)則?？床ㄐ未a型時(shí)可用其時(shí)鐘進(jìn)行同步。P102為數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘，P106為擾碼數(shù)據(jù)。5．示波器B通道測(cè)試P202測(cè)試點(diǎn)，看是否有與TP201測(cè)試點(diǎn)一樣或類似的信號(hào)波形。測(cè)試P115譯碼輸出測(cè)試點(diǎn)，看是否跟發(fā)端設(shè)置的基帶數(shù)據(jù)P101測(cè)試點(diǎn)一樣或類似的信號(hào)波形。6．輕輕擰下TX1310或RX1310法蘭接口的光跳線，觀測(cè)P202測(cè)試點(diǎn)的示波器B通道是否還有信號(hào)波形？重新接好，此時(shí)是否出現(xiàn)信號(hào)波形。7．重復(fù)步驟2，設(shè)置其它數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。8．按返回鍵，液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)—擾碼PN”確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的15位m序列。9．對(duì)應(yīng)P102碼10．觀察P103輸出編碼波形，驗(yàn)證你的序列。11．關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。注：本實(shí)驗(yàn)也可選擇工作波長(zhǎng)為1550nm的LD光發(fā)射端機(jī)，也可選擇擴(kuò)展模塊。五、測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明P101：菜單設(shè)置的數(shù)字序列輸出序列波形測(cè)試點(diǎn)。P102：P101對(duì)應(yīng)的碼元時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)。P103：對(duì)應(yīng)的加擾后信號(hào)。P106：擾碼數(shù)據(jù)序列。P111：數(shù)據(jù)接收單元的電信號(hào)接收鉚孔。P115：解擾輸出。P201：光發(fā)射端機(jī)的外部電信號(hào)輸入鉚孔。TP201：輸入1310nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。P202:1310nm光接收端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1．記錄實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)和波形，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。P106擾碼數(shù)據(jù)序列P103對(duì)應(yīng)的加擾信號(hào)、P2025與P201波形一致2．長(zhǎng)連“0”、長(zhǎng)連“1答：偽隨機(jī)序列會(huì)減少連0、1的長(zhǎng)度，而且隨著M序列的長(zhǎng)度的增加，這種概率變得很小。實(shí)驗(yàn)2.2光纖信道眼圖觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解眼圖產(chǎn)生原理；2．用示波器觀測(cè)擾碼的光纖信道眼圖。二、實(shí)驗(yàn)儀器1．光纖通信實(shí)驗(yàn)箱2．20M雙蹤示波器3．FC-FC單模光跳線4．信號(hào)連接線3根三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機(jī)部分、光信道部分。電端機(jī)又分為電信號(hào)發(fā)射和電信號(hào)接收兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接收端機(jī)三個(gè)子部分。在本實(shí)驗(yàn)中，涉及的電發(fā)射部分有兩個(gè)功能模塊：8位的自編數(shù)據(jù)功能和擾碼功能。涉及的電接收部分就是收端均衡濾波器電路、時(shí)鐘提取、再生、相應(yīng)的解擾功能。眼圖觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)如下圖所示：TP106光TP106光電電光光纖1310nmLD+單模數(shù)字序列光發(fā)射光接收TP201P112均衡濾波器圖6.5.1CMI碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)在整個(gè)通信系統(tǒng)中，通常利用眼圖方法估計(jì)和改善傳輸系統(tǒng)性能。我們知道，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)非理想的傳輸系統(tǒng)必定要產(chǎn)生畸變，也會(huì)引入噪聲和干擾，也就是說(shuō)，總是在不同程度上存在碼間串?dāng)_。在碼間串?dāng)_和噪聲同時(shí)存在情況下，系統(tǒng)性能很難進(jìn)行定量的分析，常常甚至得不到近似結(jié)果。為了便于評(píng)價(jià)實(shí)際系統(tǒng)的性能，常用觀察眼圖進(jìn)行分析。眼圖可以直觀地估價(jià)系統(tǒng)的碼間干擾和噪聲的影響，是一種常用的測(cè)試手段。 什么是眼圖?所謂“眼圖”，就是由解調(diào)后經(jīng)過(guò)接收濾波器輸出的基帶信號(hào)，以碼元同步時(shí)鐘作為同步信號(hào)在示波器屏幕上顯示的波形。干擾和失真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來(lái)。6.5.2無(wú)失真及有失真時(shí)的波形及眼圖(a)無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)波形；無(wú)碼間串?dāng)_眼圖(b)有碼間串?dāng)_時(shí)波形；有碼間串?dāng)_眼圖在圖6.5.2中畫出兩個(gè)無(wú)噪聲的波形和相應(yīng)的“眼圖”，一個(gè)無(wú)失真，另一個(gè)有失真(碼間串?dāng)_)。圖6.5.2中可以看出，眼圖是由虛線分段的接收碼元波形疊加組成的。眼圖中央的垂直線表示取樣時(shí)刻。當(dāng)波形沒有失真時(shí)，眼圖是一只“完全張開”的眼睛。在取樣時(shí)刻，所有可能的取樣值僅有兩個(gè)：+1或-1。當(dāng)波形有失真時(shí)，在取樣時(shí)刻信號(hào)取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分閉合。這樣，保證正確判決所容許的噪聲電平就減小了。換言之，在隨機(jī)噪聲的功率給定時(shí)，將使誤碼率增加?！把劬Α睆堥_的大小就表明失真的嚴(yán)重程度。為便于說(shuō)明眼圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系，我們將它簡(jiǎn)化成圖6.5.3的形狀。6.5.3眼圖的重要性質(zhì)由此圖可以看出：(1)最佳取樣時(shí)刻應(yīng)選擇在眼睛張開最大的時(shí)刻；(2)眼睛閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差靈敏的程度，斜邊愈陡，對(duì)定位誤差愈敏感；(3)在取樣時(shí)刻上，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號(hào)失真量；(4)在取樣時(shí)刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判決；(5)陰影區(qū)與橫軸相交的區(qū)間表示零點(diǎn)位置變動(dòng)范圍，它對(duì)于從信號(hào)平均零點(diǎn)位置提取定時(shí)信息的解調(diào)器有重要影響。實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖如圖6.5.4所示。衡量眼圖質(zhì)量的幾個(gè)重要參數(shù)有：1．眼圖開啟度(U-2ΔU)/U指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度“張開”的程度。無(wú)畸變眼圖的開啟度應(yīng)為100%。其中U=U++U-2．“眼皮”厚度2ΔU/U指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比，無(wú)畸變眼圖的“眼皮”厚度應(yīng)等于0。3．交叉點(diǎn)發(fā)散度ΔT/T指眼圖過(guò)零點(diǎn)交叉線的發(fā)散程度，無(wú)畸變眼圖的交叉點(diǎn)發(fā)散度應(yīng)為0。4．正負(fù)極性不對(duì)稱度指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖正、負(fù)幅度的不對(duì)稱程度。無(wú)畸變眼圖的極性不對(duì)稱度應(yīng)為0。最后，還需要指出的是：由于噪聲瞬時(shí)電平的影響無(wú)法在眼圖中得到完整的反映，因此，即使在示波器上顯示的眼圖是張開的，也不能完全保證判決全部正確。不過(guò)，原則上總是眼睛張開得越大，誤判越小。在圖6.5.4中給出從示波器上觀察到的比較理想狀態(tài)下的眼圖照片。(a)二進(jìn)制系統(tǒng)(b)隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入后的二進(jìn)制系統(tǒng)圖6.5.4實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1．關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D6.5.1將1310nm光發(fā)射端機(jī)的TX1310法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1310nm光接收端機(jī)的RX1310法蘭接口連接好。注意收集好器件的防塵帽。2．打開系統(tǒng)電源，在液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)-擾碼PN”的子菜單，確認(rèn)；P101測(cè)試點(diǎn)觀測(cè)菜單選擇的基帶數(shù)據(jù)序列。3．用信號(hào)連接線連接P103、P201兩鉚孔，示波器A通道測(cè)試TP201測(cè)試點(diǎn)，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。注意插好KO1、KO2、KO3跳線器。連接P202、P111兩鉚孔，即將光電轉(zhuǎn)換信號(hào)送入數(shù)據(jù)接收單元。信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖6.5.14．對(duì)照加擾規(guī)則，觀測(cè)P103測(cè)試點(diǎn)的加擾后序列信號(hào)，是否符合其規(guī)則?？床ㄐ未a型時(shí)可用其時(shí)鐘進(jìn)行同步。P102為數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘，P106為擾碼數(shù)據(jù)。5．示波器B通道測(cè)試P202測(cè)試點(diǎn)，看是否有與TP201測(cè)試點(diǎn)一樣或類似的信號(hào)波形。注意看K05插入右側(cè)，測(cè)試P115譯碼輸出測(cè)試點(diǎn)，看是否跟發(fā)端設(shè)置的基帶數(shù)據(jù)P101測(cè)試點(diǎn)一樣或類似的信號(hào)波形。6．連接P202、P112，即1310nm光接收端機(jī)光電轉(zhuǎn)換加擾后數(shù)據(jù)自動(dòng)送往均衡濾波器電路。示波器A通道（觸發(fā)TRTIGGER檔）測(cè)試P102測(cè)試點(diǎn)（與碼元同步的時(shí)鐘T），示波器B通道測(cè)試TP106測(cè)試點(diǎn)（均衡濾波器輸出波形）7．調(diào)節(jié)調(diào)整示波器的掃描周期（=nT），使TP106的升余弦波波形的余輝反復(fù)重疊（即與碼元的周期同步），則可觀察到n只并排的眼圖波形。眼圖上面的一根水平線由連1引起的持續(xù)正電平產(chǎn)生，下面的一根水平線由連0碼引起的持續(xù)的負(fù)電平產(chǎn)生，中間部分過(guò)零點(diǎn)波形由1、08．調(diào)整W901直到TP106點(diǎn)波形出現(xiàn)過(guò)零點(diǎn)波形重合、線條細(xì)且清晰的眼圖波形（即無(wú)碼間串?dāng)_、無(wú)噪聲時(shí)的眼圖）。在調(diào)整W901過(guò)程中，可發(fā)現(xiàn)眼圖過(guò)零點(diǎn)波形重合時(shí)W901的位置不是唯一的，它正好驗(yàn)證了無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸特性不唯一。9．關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。五、測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明P101：菜單設(shè)置的數(shù)字序列輸出序列波形測(cè)試點(diǎn)。P102：P101對(duì)應(yīng)的碼元時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)。P103：對(duì)應(yīng)的加擾后信號(hào)。P106：擾碼數(shù)據(jù)序列。P111：數(shù)據(jù)接收單元的電信號(hào)接收鉚孔。P112：均衡濾波器的信號(hào)輸入鉚孔。P115：解擾輸出。P201：光發(fā)射端機(jī)的外部電信號(hào)輸入鉚孔。TP201：輸入1310nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。P202:1310nm光接收端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)。TP106：通過(guò)均衡濾波器輸出波形，眼圖觀測(cè)點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1．繪出實(shí)驗(yàn)觀察到的幾種情況下的升余弦波形及眼圖形狀，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。2．?dāng)⑹鲅蹐D的產(chǎn)生原理以及它的作用。答：眼圖是一系列數(shù)字信號(hào)在示波器上累積而顯示的圖形，它包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)整體的特征，從而估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)劣程度，因而眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號(hào)完整性分析的核心。另外也可以用此圖形對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_，改善系統(tǒng)的傳輸性能。

用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時(shí)示波器屏幕上看到的圖形就稱為眼圖。示波器一般測(cè)量的信號(hào)是一些位或某一段時(shí)間的波形，更多的反映的是細(xì)節(jié)信息，而眼圖則反映的是鏈路上傳輸?shù)乃袛?shù)字信號(hào)的整體特征，如下圖所示實(shí)驗(yàn)3模擬/數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解電話接口電路組成；2．了解電話呼叫接續(xù)過(guò)程；3．掌握電話呼叫時(shí)的各種可聞信號(hào)音的特征；4．了解記發(fā)器的工作過(guò)程；5．掌握PCM編譯碼原理；6．了解雙光纖全雙工通信的組成結(jié)構(gòu)。二、實(shí)驗(yàn)儀器1．光纖通信實(shí)驗(yàn)箱2．20M雙蹤示波器3．FC-FC單模光跳線2根4．小型電話單機(jī)2部5．鉚孔連接線若干三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機(jī)部分、光信道部分。電端機(jī)由電話用戶接口電路A、PCM編譯碼A、記發(fā)器電路、PCM編譯碼B、電話用戶接口電路B等組成，光信道為雙光纖通信結(jié)構(gòu)。電話語(yǔ)音信號(hào)的光纖傳輸，可以有多種方式，一種是原始語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)過(guò)光纖直接進(jìn)行傳輸；另一種方式是先把話音信號(hào)數(shù)字化，然后再經(jīng)過(guò)光纖傳輸，目前使用最多的是PCM編譯碼方式。下面先介紹本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上兩路電話電路接口示意圖。PCMPCM編碼PCM譯碼P601P602P603P604TP601用戶A：48PCMPCM編碼PCM譯碼TP801/802P801P802P804用戶B：49P803圖7.1.1電話用戶A、B結(jié)構(gòu)示意圖P601P601用戶A用戶BP804激光/探測(cè)器P201P205圖7.1.2電話用戶A、B模擬光傳輸結(jié)構(gòu)示意圖（A到B單工）光纖1310nmLD+單模PCM編譯碼光電電光光發(fā)射光接收P201P202光纖1550nmLD+單模電光光電光接收光發(fā)射PCM編譯碼P204P203電話用戶接口A電話用戶接口B圖7.1.3數(shù)字電話光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)示意圖（一）電話接口電路原理介紹用戶電路也可稱為用戶線接口電路（SubscriberLineInterfaceCircuit—SLIC）。任何交換機(jī)都具有用戶線接口電路。根據(jù)用戶電話機(jī)的不同類型，用戶線接口電路（SLIC）分為模擬用戶接口電路和數(shù)字用戶接口電路兩種。模擬用戶線接口電路在實(shí)現(xiàn)上的最大壓力是應(yīng)能承受饋電、鈴流和外界干擾等高壓大電流的沖擊，過(guò)去都是采用晶體管、變壓器（或混合線圈）、繼電器等分立元件構(gòu)成。在實(shí)際中，基于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用上的考慮，通常將BORSHCT功能中過(guò)壓保護(hù)由外接元器件完成，編解碼器部分另單成一體，集成為編解碼器（CODEC），其余功能由集成模擬SLIC完成。在布控交換機(jī)中，向用戶饋電，向用戶振鈴等功能都是在繩路中實(shí)現(xiàn)的，饋電電壓一般是-60V，用戶的饋電電流一般是20mA～30mA，鈴流是25Hz,90V左右，而在程控交換機(jī)中，由于交換網(wǎng)絡(luò)處理的是數(shù)字信息，無(wú)法向用戶饋電、振鈴等，所以向用戶饋電、振鈴等任務(wù)就由用戶線接口電路來(lái)承擔(dān)完成，再加上其它一些要求，程控交換機(jī)中的用戶線接口電路一般要具有B（饋電），R（振鈴）、S（監(jiān)視）、C（編譯碼）、H（混合）、T（測(cè)試）、O（過(guò)壓保護(hù)）七項(xiàng)功能。圖7.1.4為模擬用戶線接口功能框圖。模擬用戶線接口電路的功能可以歸納為BORSCHT七種功能，具體含義是：（1）饋電（B-Batteryfeeling）向用戶話機(jī)送直流電流。通常要求饋電電壓為—48伏或—24伏，環(huán)路電流不小于18m（2）過(guò)壓保護(hù)（O—Overvoltageprotection）防止過(guò)壓過(guò)流沖擊和損壞電路、設(shè)備。（3）振鈴控制（R—RingingControl）向用戶話機(jī)饋送鈴流，通常為25Hz/90Vrms正弦波。（4）監(jiān)視（S-Supervision）監(jiān)視用戶線的狀態(tài)，檢測(cè)話機(jī)摘機(jī)、掛機(jī)與撥號(hào)脈沖等信號(hào)以送往控制網(wǎng)絡(luò)和交換網(wǎng)絡(luò)。（5）編解碼與濾波（C-CODEC/Filter）在數(shù)字交換中,它完成模擬話音與數(shù)字碼間的轉(zhuǎn)換。通常采用PCM編碼器（Coder）與解碼器(Decoder)來(lái)完成,，統(tǒng)稱為CODEC。相應(yīng)的防混疊與平滑低通濾波器占有話路（300Hz-3400Hz）帶寬，編碼速率為64kb/s。（6）混合（H—Hyhird）完成二線與四線的轉(zhuǎn)換功能，即實(shí)現(xiàn)模擬二線雙向信號(hào)與PCM發(fā)送，接收數(shù)字四線單向信號(hào)之間的連接。過(guò)去這種功能由混合線圈實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在改為集成電路，因此稱為“混合電路”。（7）測(cè)試（T—Test）對(duì)用戶電路進(jìn)行測(cè)試。振鈴控制信號(hào)測(cè)試總線用戶線狀態(tài)信號(hào)模擬用戶線饋電電源鈴流發(fā)生器ba(編碼信號(hào))發(fā)送碼流接收碼流混合電路低通平衡網(wǎng)絡(luò)低通編碼器解碼器測(cè)試開關(guān)饋電電路振鈴繼電器過(guò)壓保護(hù)電路PBL38710TP3067振鈴控制信號(hào)測(cè)試總線用戶線狀態(tài)信號(hào)模擬用戶線饋電電源鈴流發(fā)生器ba(編碼信號(hào))發(fā)送碼流接收碼流混合電路低通平衡網(wǎng)絡(luò)低通編碼器解碼器測(cè)試開關(guān)饋電電路振鈴繼電器過(guò)壓保護(hù)電路圖7.1.4模擬用戶線接口功能框圖用戶線接口電路:在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，用戶線接口電路選用的是PBL38710。PBL38710是2/4線厚膜混合用戶線接口電路。它包含向用戶話機(jī)恒流饋電、向被叫用戶話機(jī)饋送鈴流、用戶摘機(jī)后自行截除鈴流，摘掛機(jī)的檢測(cè)及音頻或脈沖信號(hào)的識(shí)別，用戶線是否有話機(jī)的識(shí)別，語(yǔ)音信號(hào)的2/4線混合轉(zhuǎn)換，外接振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)輸出。PBL38710用戶電路的雙向傳輸衰耗均為﹣1dB，供電電源為+5V和﹣5V，PBL38710還將輸入的鈴流信號(hào)放大以達(dá)到電話振鈴工作的要求，即達(dá)到+75V的有效值。其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合郵電部制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（1）該電路的基本特性1．向用戶饋送鈴流2．向用戶恒流饋電3．過(guò)壓過(guò)流保護(hù)4．被叫用戶摘機(jī)自截鈴5．摘掛機(jī)檢測(cè)和LED顯示6．音頻或脈沖撥號(hào)檢測(cè)7．振鈴繼電器驅(qū)動(dòng)輸出8．語(yǔ)音信號(hào)的2/4線轉(zhuǎn)換9．能識(shí)別是否有話機(jī)10．無(wú)需耦合變壓器（2）用戶線接口電路主要功能內(nèi)部電源穩(wěn)壓電路內(nèi)部電源穩(wěn)壓電路輸入控制譯碼二/四線接口饋電與平衡電路話音通道傳輸振鈴控制語(yǔ)音發(fā)送支路語(yǔ)音接收支路振鈴控制電話接口控制信號(hào)1控制信號(hào)2控制信號(hào)2狀態(tài)指示狀態(tài)指示摘機(jī)檢測(cè)摘機(jī)檢測(cè)////圖7.1.5PBL38710內(nèi)部電路方框圖1.向用戶話機(jī)供電，PBL38710可對(duì)用戶話機(jī)提供恒流饋電，饋電電流由VBAT以及VDD供給。當(dāng)環(huán)路電阻為2KΩ時(shí)，饋電電流為18mA。具體如下：A.供電電源VBAT采用-48V；B.在靜態(tài)情況下（不振鈴、不呼叫），-48V電源通過(guò)繼電器靜合接點(diǎn)至話機(jī)；C.在振鈴時(shí)，-48V電源通過(guò)振鈴支路經(jīng)繼電器動(dòng)合接點(diǎn)至話機(jī)；D.用戶掛機(jī)時(shí)，話機(jī)叉簧下壓，饋電回路斷開，回路無(wú)電流流過(guò)；E.用戶摘機(jī)后，話機(jī)叉簧上升，接通饋電回路（在振鈴時(shí)接通振鈴支路）回路。2.PBL38710內(nèi)部具有過(guò)壓保護(hù)的功能，可以抵抗保護(hù)TIP--RING端口間的瞬時(shí)高壓，如結(jié)合外部的熱敏與壓敏電阻保護(hù)電路，則可抵抗保護(hù)250V左右高壓。3.振鈴電路可由外部的振鈴繼電器和用戶電路內(nèi)部的繼電器驅(qū)動(dòng)電路以及鈴流電源向用戶饋送鈴流：當(dāng)繼電器控制端(RC端)輸入高電平，繼電器驅(qū)動(dòng)輸出端(RD端)輸出高電平，繼電器接通，此時(shí)鈴流源通過(guò)與振鈴繼電器連接的15端(RV端)經(jīng)TIP--RING端口向被叫用戶饋送鈴流。當(dāng)控制端(RC端)輸入低電平或被叫用戶摘機(jī)都可截除鈴流。用戶電路內(nèi)部提供一振鈴繼電器感應(yīng)電壓抑制箝位二極管。4.監(jiān)視用戶線的狀態(tài)變化即檢測(cè)摘掛機(jī)信號(hào)，具體如下：A.用戶掛機(jī)時(shí)，用戶狀態(tài)檢測(cè)輸出端輸出低電平，以向CPU中央集中控制系統(tǒng)表示用戶“閑”；B.用戶摘機(jī)時(shí)，用戶狀態(tài)檢測(cè)輸出端輸出高電平，以向CPU中央集中控制系統(tǒng)表示用戶“忙”；C.用戶若撥電話號(hào)碼為脈沖撥號(hào)方式時(shí)，該用戶狀態(tài)輸出端應(yīng)能送出撥號(hào)數(shù)字脈沖?；芈窋嚅_時(shí)，送出低電平，回路接通時(shí)送出高電平（注：本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不選用脈沖撥號(hào)方式，只采用DTMF雙音多頻撥號(hào)方式）；5.在TIP--RING端口間傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)為對(duì)地平衡的雙向語(yǔ)音信號(hào)，在四線VR端與VX端傳輸?shù)男盘?hào)為收發(fā)分開的不平衡語(yǔ)音信號(hào)。PBL38710可以進(jìn)行TIP--RING端口與四線VR端和VX端間語(yǔ)音信號(hào)的雙向傳輸和2/4線混合轉(zhuǎn)換。6.PBL38710可以提供用戶線短路保護(hù)：TIP線與RING線間，TIP線與地間，RING線與地間的長(zhǎng)時(shí)間的短路對(duì)器件都不會(huì)損壞。7．PBL38710提供的雙向語(yǔ)音信號(hào)的傳輸衰耗均為－40dB。該傳輸衰耗可以通過(guò)PBL38710用戶電路的內(nèi)部調(diào)整，也可通過(guò)外部電路調(diào)整。8．PBL38710的四線端口可供語(yǔ)音信號(hào)編譯碼器或交換矩陣使用。（二）正常呼叫接續(xù)時(shí)傳送信號(hào)工作流程圖7.1.6用戶線用戶線主叫用戶被叫用戶呼叫信號(hào)撥號(hào)音信號(hào)號(hào)碼信號(hào)回鈴音信號(hào)話音信號(hào)忙音信號(hào)用戶線用戶線主叫用戶被叫用戶呼叫信號(hào)撥號(hào)音信號(hào)號(hào)碼信號(hào)回鈴音信號(hào)話音信號(hào)忙音信號(hào)掛機(jī)信號(hào)振鈴信號(hào)應(yīng)答信號(hào)通信建立掛機(jī)（先掛方）（用戶線信號(hào)）摘機(jī)掛機(jī)摘機(jī)機(jī)圖7.1.6一次正常呼叫傳送信號(hào)的流程圖當(dāng)主叫用戶電話摘機(jī)，話機(jī)聽筒傳來(lái)?yè)芴?hào)音。開始撥號(hào)，撥號(hào)音斷。撥號(hào)完畢，若呼叫存在，話機(jī)聽筒傳來(lái)回鈴音，被叫用戶話機(jī)振鈴，被叫用戶摘機(jī)，回鈴音斷；若呼叫號(hào)碼不存在，話機(jī)聽筒傳來(lái)忙音。在等待撥號(hào)、撥號(hào)、呼叫等每個(gè)狀態(tài)都有計(jì)時(shí)，若超過(guò)規(guī)定時(shí)間，則呼叫中斷，話機(jī)聽筒傳來(lái)忙音，催掛機(jī)。通話完畢，一方掛機(jī)，另一方送忙音。收第一位號(hào)轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)收號(hào)狀態(tài)掛機(jī)處理停撥號(hào)音收第一位號(hào)轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)收號(hào)狀態(tài)掛機(jī)處理停撥號(hào)音中途掛機(jī)輸入信息中途掛機(jī)輸入信息送忙音送忙音超時(shí)超時(shí)輸入收號(hào)轉(zhuǎn)通話狀態(tài)轉(zhuǎn)聽忙音狀態(tài)應(yīng)答接續(xù)輸入收號(hào)轉(zhuǎn)通話狀態(tài)轉(zhuǎn)聽忙音狀態(tài)應(yīng)答接續(xù)被叫摘機(jī)被叫摘機(jī)主叫掛機(jī)轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)主叫掛機(jī)轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)掛機(jī)處理輸入振鈴輸入信息掛機(jī)處理輸入振鈴輸入信息輸入信息通話超時(shí)轉(zhuǎn)聽忙音狀態(tài)通話超時(shí)轉(zhuǎn)聽忙音狀態(tài)送忙音送忙音輸入狀態(tài)輸入狀態(tài)主叫先掛主叫空閑狀態(tài)主叫先掛處理主叫先掛主叫空閑狀態(tài)主叫先掛處理被叫先掛處理被叫先掛處理被叫先掛被叫先掛鎖定狀態(tài)鎖定狀態(tài)圖7.1.7一次正常呼叫狀態(tài)分析圖（三）各種可聞信號(hào)音的特征在用戶話機(jī)與交換機(jī)之間的用戶線上，要沿兩個(gè)方向傳遞語(yǔ)言信息。但是，為了實(shí)現(xiàn)一次通話，還必須沿兩個(gè)方向傳送所需的控制信號(hào)。比如，當(dāng)用戶想要通話時(shí)，必須首先向程控機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，能讓交換機(jī)識(shí)別并使之準(zhǔn)備好有關(guān)設(shè)備，此外，還要把指明呼叫的目的地的信號(hào)發(fā)往交換機(jī)。當(dāng)用戶想要結(jié)束通話時(shí)，也必須向電信局交換機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，以釋放通話期間所使用的設(shè)備。除了用戶要向交換機(jī)傳送信號(hào)之外，還需要傳送相反方向的信號(hào)，如交換機(jī)要向用戶傳送關(guān)于交換機(jī)設(shè)備狀況，以及被叫用戶狀態(tài)的信號(hào)。由此可見，一個(gè)完整電話通信系統(tǒng)，除了交換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)外，還應(yīng)有信令系統(tǒng)。用戶向電信局交換機(jī)發(fā)送的信號(hào)有用戶狀態(tài)信號(hào)（一般為直流信號(hào)）和號(hào)碼信號(hào)（地址信號(hào)）。交換機(jī)向用戶發(fā)送的信號(hào)有各種可聞信號(hào)和振鈴信號(hào)（鈴流）兩種。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，電話呼叫接續(xù)時(shí)的各種可聞信號(hào)音由CPLD可編程邏輯器件EPM240產(chǎn)生，在記發(fā)器的控制下，將相應(yīng)的信號(hào)音送給電話用戶。A．各種可聞信號(hào)：一般采用頻率為500Hz的交流信號(hào)，例如：撥號(hào)音：（Dialtone）連續(xù)發(fā)送的500Hz信號(hào)。回鈴音：（Echotone）1秒送，4秒斷的5秒斷續(xù)的500Hz信號(hào)。忙音：（busytone）0.35秒送，0.35秒斷的0.7秒斷續(xù)的500Hz信號(hào)。B．振鈴信號(hào)（鈴流）：一般采用頻率為25Hz，幅度為75V±15V的交流電壓，以1秒送，4秒斷的5秒斷續(xù)方式發(fā)送。程控交換機(jī)程控交換機(jī)用戶狀態(tài)信息各種可聞信號(hào)圖7.1.8工作原理框圖記發(fā)器電路是記發(fā)器模塊（CPU主處理器）及外圍電路，主要由CPU芯片U501（AT89C51）、CPLD可編程器件EPM240、鎖存器74HC573等組成，它們?cè)谙到y(tǒng)軟件的作用下，完成對(duì)話機(jī)狀態(tài)的監(jiān)視、信號(hào)音及鈴流輸出的控制、電話號(hào)碼的識(shí)別、交換命令發(fā)送等功能。見圖7.1.9，具體敘述如下：1.用戶狀態(tài)檢測(cè)電路：接收各個(gè)用戶線接口電路輸出的用戶狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)DETX（X是話路的序號(hào)），可以是A、B，例如DETA是電話Ａ話路的用戶狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)（下面文字說(shuō)明中標(biāo)號(hào)的X含義與此處相同），信號(hào)直接送入CPU的P1口，以識(shí)別主、被叫用戶摘掛機(jī)狀態(tài)。2.信號(hào)音控制電路：主要由單片機(jī)U501及4066的電子開關(guān)組成，由CPU經(jīng)EPM240口輸出的撥號(hào)音控制信號(hào)（SELA1）、忙音控制信號(hào)（SELA2）、回鈴音控制信號(hào)（SELA3）的作用下，分別分時(shí)地將上述三種信號(hào)通過(guò)電子開關(guān)送入主叫用戶的電話收端(聽筒)。3．鈴流控制電路：由上述的單片機(jī)U501、EPM240和用戶線接口芯片PBL38710的有關(guān)電路等組成。自動(dòng)交換時(shí)，在單片機(jī)U501控制作用下，EPM240口輸出的振鈴音信號(hào)（RING），鈴流音控制信號(hào)(CA)送給PBL38710，RING信號(hào)由PBL38710提升功率后，使其有效值達(dá)到75V左右，在CA的控制下送往電話機(jī)，驅(qū)動(dòng)振鈴。4.DTMF接收控制電路：主要由EPM240可編程器件和CPU的中斷端口組成，當(dāng)MT8870收到電話號(hào)碼后，便發(fā)出使能信號(hào)（12EN或34EN）向CPU(U501芯片)申請(qǐng)中斷，接收電話號(hào)碼數(shù)據(jù)（D1～D4）送給CPU（U501）和EPM240進(jìn)行處理。然后，CPU（U501）譯成交換命令（COMM字節(jié)表示）送往交換單元。用戶接口電路用戶接口電路CPLD信號(hào)產(chǎn)生單元EPM240（U105）話音、信號(hào)音切換電子開關(guān)DTMF號(hào)碼檢測(cè)MT8870圖7.1.9記發(fā)器工作過(guò)程示意框圖（四）雙音多頻（DTMF）檢測(cè)DTMF接收器包括DTMF分組濾波器和DTMF譯碼器，其基本原理如圖7-1所示。DTMF接收器先經(jīng)高、低群帶通濾器進(jìn)行fL/fH區(qū)分，然后過(guò)零檢測(cè)、比較，得到相應(yīng)于DTMF的兩路fL、fH信號(hào)輸出。該兩路信號(hào)經(jīng)譯碼、鎖存、緩沖，恢復(fù)成對(duì)應(yīng)于16種DTMF信號(hào)音對(duì)的4比特二進(jìn)制碼（D1～D4）。信號(hào)輸入輸入電路鎖存與緩沖碼變換過(guò)零檢測(cè)器過(guò)零檢測(cè)器低頻帶通濾波器高頻帶通濾波器信號(hào)輸入輸入電路鎖存與緩沖碼變換過(guò)零檢測(cè)器過(guò)零檢測(cè)器低頻帶通濾波器高頻帶通濾波器圖7.1本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用MT8870進(jìn)行號(hào)碼檢測(cè)的，MT8870的譯碼表見7.1.1表7.1fL（Hz）fH(Hz)NO.END04D03D02D0169712091HLLLH69713362HLLHL69714773HLLHH77012094HLHLL77013365HLHLH77014776HLHHL85212097HLHHH85213368HHLLL85214779HHLLH94113360HHLHL9411209*HHLHH9411477#HHHLL6971633AHHHLH7701633BHHHHL8521633CHHHHH9411633DHLLLLLZZZZ三、實(shí)驗(yàn)步驟（一）模擬電話光纖傳輸（單工）1．關(guān)閉系統(tǒng)電源。按照?qǐng)D7.1.2所示連接好信號(hào)連接線（P601與P201相連，模擬信號(hào)的輸出口P205與P804相連），即構(gòu)成電話A到電話B的單工語(yǔ)音信號(hào)直接光纖傳輸通道。2．電話A、B接上電話單機(jī)，打開系統(tǒng)電源。3．K01、K02、K03插上跳線器，K05插入左側(cè)模擬信號(hào)輸出。4．電話A摘機(jī)（無(wú)需撥號(hào)呼叫，可直接語(yǔ)音通信）。5．電話B摘機(jī)，此時(shí)，如圖7.1.2，電話A到電話B通，反之不通。感受一下電話語(yǔ)音的傳輸效果。（二）數(shù)字電話光纖傳輸（雙工）1．關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D7.1.1注意K01、K02、K03插上跳線器，K05插入右側(cè)數(shù)字信號(hào)，收集好器件的防塵帽。2．打開系統(tǒng)電源，在液晶菜單選擇“光纖傳輸實(shí)驗(yàn)-PCM數(shù)據(jù)”的子菜單，確認(rèn)；電話A、B兩路“PCM編譯碼”正常工作，將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為64KHZ的數(shù)字信號(hào)輸出。3．電話A摘機(jī)，此時(shí)摘機(jī)信號(hào)DET通知記發(fā)器做好呼叫通話的一切準(zhǔn)備，同時(shí)，記發(fā)器給電話A送上撥號(hào)音信號(hào)，測(cè)試TP601點(diǎn)；4．電話A撥號(hào)（如：49），號(hào)碼信號(hào)（P601）傳送到DTMF接收器進(jìn)行譯碼，同時(shí)在撥第一個(gè)號(hào)碼時(shí)就通知記發(fā)器停止送撥號(hào)音信號(hào)；5．電話A撥號(hào)完畢，記發(fā)器單元給電話A送回鈴音信號(hào)（TP601等），同時(shí)給被呼叫方送振鈴信號(hào)；6．被叫方電話B摘機(jī)，摘機(jī)信號(hào)DET通知記發(fā)器。此時(shí)，電話A的回鈴音和電話B的振鈴信號(hào)結(jié)束。7．通話正常進(jìn)行，電話A的語(yǔ)音經(jīng)PCM1編碼，光纖1310nm信道傳輸后送至PCM2譯碼，恢復(fù)的語(yǔ)音信號(hào)從電話B聽筒播放出來(lái)；電話B的語(yǔ)音經(jīng)PCM2編碼，光纖1550nm信道傳輸后送至PCM1譯碼，恢復(fù)的語(yǔ)音信號(hào)從電話A聽筒播放出來(lái)。8．被叫方電話B掛機(jī)，通信結(jié)束。掛機(jī)信號(hào)（DET）通知記發(fā)器單元拆線，電話B空閑，同時(shí)給呼叫方電話A送忙音信號(hào)（P601）；9．電話A掛機(jī)，掛機(jī)信號(hào)（DET）通知記發(fā)器單元，電話A現(xiàn)在空閑；一次完整數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)過(guò)程結(jié)束。10．認(rèn)真思考整個(gè)呼叫的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)是怎樣處理各種突發(fā)現(xiàn)象的。測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)，敘述信號(hào)變化的過(guò)程。11．關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。注意：一般情況下，一體化數(shù)字光端機(jī)的輸入電平調(diào)節(jié)電位器，都右旋到底。如果配置了波分復(fù)用解復(fù)用器及法蘭1套，自行設(shè)計(jì)連接方案，實(shí)現(xiàn)兩路電話在光纖上的合波及解波的雙工通信，畫出你的實(shí)驗(yàn)方框圖。五、測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明電話用戶A測(cè)試點(diǎn)：P601：電話A語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送連接鉚孔；TP601:電話A接收的語(yǔ)音信號(hào)測(cè)試點(diǎn)（需撥通電話）；P602：PCM1編碼的模擬信號(hào)輸入鉚孔。P603：PCM1編碼數(shù)據(jù)輸出連接鉚孔；P604：PCM1譯碼數(shù)據(jù)輸入連接鉚孔；電話用戶B測(cè)試點(diǎn)：TP801、TP802:電話B的模擬用戶線上測(cè)試點(diǎn)P801：PCM2編碼數(shù)據(jù)輸出連接鉚孔P802：PCM1譯碼數(shù)據(jù)輸入連接鉚孔；P803：PCM2譯碼恢復(fù)的模擬信號(hào)輸出連接鉚孔；P804：電話B接收的語(yǔ)音信號(hào)的連接鉚孔；光信道測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明：TP201：輸入1310nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。P201:1310nm光發(fā)射端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸入連接鉚孔。P202：1310nm光接收端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)輸出連接鉚孔。TX1550：輸入1550nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。P203:1550nm光發(fā)射端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸入連接鉚孔。P204：1550nm光接收端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)輸出連接鉚孔。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1310nm光發(fā)射機(jī)輸入信號(hào) 1550nm接受端機(jī)輸出信號(hào)TP601通話時(shí) 電話APCM1編碼數(shù)據(jù)輸入信號(hào)實(shí)驗(yàn)4數(shù)字時(shí)分復(fù)接系統(tǒng)光通信實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握數(shù)字時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用的概念和原理；2．掌握數(shù)字時(shí)分復(fù)接光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；3．掌握同步復(fù)接的幀結(jié)構(gòu)。二、實(shí)驗(yàn)儀器1．光纖通信實(shí)驗(yàn)箱2．20M雙蹤示波器3．FC-FC單模光跳線4．法蘭式可調(diào)衰減器5．光分路器6．小型電話單機(jī)2部7．計(jì)算機(jī)串口線8．鉚孔連接線若干三、基本原理在數(shù)字通信中，為擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率，通常需要把若干低速的數(shù)據(jù)碼流按一定格式合并為高速數(shù)據(jù)碼流，以滿足上述需要。數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理完成數(shù)碼合并的一種技術(shù)。在時(shí)分復(fù)用中，把時(shí)間劃分為若干時(shí)隙，各路信號(hào)在時(shí)間上占有各自的時(shí)隙，即多路信號(hào)在不同的時(shí)間內(nèi)被傳送，各路信號(hào)在時(shí)域中互不重疊。把兩個(gè)或兩個(gè)以上的支路數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式合并成單一的合路數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字復(fù)接，其實(shí)現(xiàn)設(shè)備稱為數(shù)字復(fù)接器。在接收端把一路復(fù)合數(shù)字信號(hào)分離成各路信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字分接，其實(shí)現(xiàn)設(shè)備稱為數(shù)字分接器。數(shù)字復(fù)接器、數(shù)字分接器和傳輸信道共同構(gòu)成數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，數(shù)據(jù)發(fā)送單元模塊的U101內(nèi)集成了數(shù)字復(fù)接器，數(shù)據(jù)接收單元的U105內(nèi)集成了數(shù)字分接器，連接好光傳輸信道即構(gòu)成了一個(gè)完整的數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)。數(shù)字復(fù)接的方法主要有按位復(fù)接、按字復(fù)接和按幀復(fù)接三種；按照復(fù)接時(shí)各路信號(hào)時(shí)鐘的情況，復(fù)接方式可分為同步復(fù)接、異步復(fù)接與準(zhǔn)同步復(fù)接三種。本實(shí)驗(yàn)中選擇了按字復(fù)接的方法和準(zhǔn)同步復(fù)接的方式。本實(shí)驗(yàn)中數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖，如下圖7.4.1：發(fā)定時(shí)發(fā)定時(shí)調(diào)整復(fù)接收定時(shí)分接恢復(fù)同步光傳輸系統(tǒng)PCM1PCM2PC機(jī)8BIT待用圖7.4.1數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖PCM1PCM1PCM2PC機(jī)8BIT定時(shí)單元給設(shè)備提供一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘。碼速調(diào)整單元把速率不同的各支路信號(hào)，調(diào)整成與復(fù)接設(shè)備定時(shí)完全同步的數(shù)字信號(hào)，以便由復(fù)接單元把各支路信號(hào)復(fù)接成一個(gè)數(shù)字流。本實(shí)驗(yàn)中，碼速調(diào)整單元將PCM1編碼數(shù)據(jù)、PCM2編碼數(shù)據(jù)、PC機(jī)數(shù)據(jù)和地址開關(guān)（撥碼器）設(shè)置的8BIT數(shù)據(jù)都調(diào)整成速率為512KHZ的碼元，然后復(fù)接進(jìn)同一個(gè)數(shù)據(jù)碼流中。并在第1路時(shí)隙中加入幀同步信號(hào)，在第7路時(shí)隙中加入的有關(guān)數(shù)據(jù)信息的信令。本實(shí)驗(yàn)中同步復(fù)接的幀結(jié)構(gòu)如圖7.4.2所示。0011111110XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX幀同步碼第1路PCM1第2路PCM2第3路信令第7路一幀8路數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)第8路第4、5路待用，第6路：撥碼器設(shè)置PC機(jī)數(shù)據(jù)圖7.4.2同步復(fù)接的幀結(jié)構(gòu)示意圖在出廠程序中僅提供了四路數(shù)據(jù)參加復(fù)接，加上同步幀頭，所以還有3路時(shí)隙空閑，可供升級(jí)。在默認(rèn)控制下，各路數(shù)據(jù)占據(jù)的時(shí)隙位置如下表7.4.1。表7.4.1數(shù)據(jù)類型幀頭PCM1PCM2空置空置8BIT撥碼器信令*PC數(shù)據(jù)*時(shí)隙位置第1路第2路第3路第4路第5路第6路第7路第8路數(shù)字分解器由同步、定時(shí)、分接和恢復(fù)單元組成。同步單元的功能是從接收信碼中提取與接收信碼同步的碼元時(shí)鐘信號(hào)。定時(shí)單元的功能是通過(guò)同步單元提取時(shí)鐘信號(hào)的推動(dòng)，產(chǎn)生分接設(shè)備所需要的各定時(shí)信號(hào)，如幀同步信號(hào)、時(shí)序信號(hào)。分接單元的功能是把復(fù)接信號(hào)實(shí)施分離，形成同步支路數(shù)字信號(hào)?；謴?fù)電路的功能是把被分離的同步支路數(shù)字信號(hào)恢復(fù)成原始的支路信號(hào)。一般情況下，幀同步提取有時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏同步和假同步現(xiàn)象。圖7.4.3