光纖通信實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書含原理

實(shí)驗(yàn)1電光、光電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)；2.初步了解完整光通信的基本組成結(jié)構(gòu)；3.掌握光通信的通信原理。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單模尾纖1根4.信號(hào)連接線2根三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)重要由兩大部分組成：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)接受兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接受端機(jī)三個(gè)子部分。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)（光通信）如下圖所示：光電光電電光電發(fā)射電接收光發(fā)射光接受P203P204光纖1550nmLD+單模圖1.2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，電發(fā)射部分可以是M序列，可以是各種線路編碼（CMI、5B6B、5B1P等），也可以是語(yǔ)音編碼信號(hào)或者視頻信號(hào)等，光信道可以是1550nmLD+單模光纖組成，可以是1310nm激光/探測(cè)器組成，也可以是850nmLED+多模光纖（選配）組成。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中提供的1550nmLD光端機(jī)是一體化結(jié)構(gòu)，光端機(jī)涉及光發(fā)射端機(jī)TX（集成了調(diào)制電路、自動(dòng)功率控制電路、激光管、自動(dòng)溫度控制等），光接受端機(jī)RX（集成了光檢測(cè)器、放大器、均衡和再生電路）。其數(shù)字電信號(hào)的輸入輸出口，都由銅鉚孔開放出來，可自行連接。一體化數(shù)字光端機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如下：P204P203TX光接受輸入光發(fā)射輸出光纖圖1.2.2一體化數(shù)字光端機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1.關(guān)閉系統(tǒng)電源，將光跳線分別連接TX1550、RX1550兩法蘭接口（選擇工作波長(zhǎng)為1550nm的光信道），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“碼型變換實(shí)驗(yàn)—CMI碼PN”。確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的15位m序列。3.示波器測(cè)試P101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P101、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5V。即將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.示波器B通道測(cè)試光收端機(jī)輸出電信號(hào)的P204試點(diǎn)，看是否有與TX1550測(cè)試點(diǎn)同樣或類似的信號(hào)波形。6.按“返回”鍵，選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)—CMI碼設(shè)立”并確認(rèn)。改變SW101撥碼器設(shè)立（往上為1，往下為0），以同樣的方法測(cè)試，驗(yàn)證P204和TX1550測(cè)試點(diǎn)波形是否跟著變化。7.輕輕擰下TX1550或RX1550法蘭接口的光跳線，觀測(cè)P204測(cè)試點(diǎn)的示波器B通道是否尚有信號(hào)波形？重新接好，此時(shí)是否出現(xiàn)信號(hào)波形。8.以上實(shí)驗(yàn)都是在同一臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱上自環(huán)測(cè)試，假如規(guī)定兩實(shí)驗(yàn)箱間進(jìn)行雙工通信，如何設(shè)計(jì)連接關(guān)系，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。9.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1310nm和擴(kuò)展模塊的光信道。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.畫出實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)試波形，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說明。2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，敘述光通信的信號(hào)變換、傳輸過程。3.畫出兩實(shí)驗(yàn)箱間進(jìn)行雙工通信的連接示意圖，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說明。實(shí)驗(yàn)2CMI編譯碼原理及光傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握CMI編譯碼規(guī)則。2.了解CMI編譯碼的性能。3.了解光纖通信中CMI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)重要由兩大部分組成：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)接受兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接受端機(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CMI線路編碼功能。涉及的電接受部分就是時(shí)鐘提取和再生功能、相應(yīng)的CMI線路譯碼功能。CMI碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)如下圖所示：CMI線路譯碼CMI線路譯碼光電電光光纖1550nmLD+單模CMI線路編碼光發(fā)射光接受TX1550P204自編數(shù)據(jù)判決再生圖6.1下面對(duì)數(shù)字信號(hào)CMI碼編碼譯碼進(jìn)行分析和討論：數(shù)字光纖通信傳輸信道中，對(duì)于低速率系統(tǒng)采用CMI(CodedMarkInversion)碼,傳號(hào)翻轉(zhuǎn)碼，即“1”碼交替地用“00”和“11”表達(dá)，而“0”碼則固定用“01”表達(dá)，因此在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CMI編碼器輸入1bit的時(shí)間內(nèi)輸出變?yōu)?bit。CMI碼屬于二電平的不歸零（NRZ）的1B2B碼型，圖6.1.2為CMI碼變換規(guī)則示例（1）不出現(xiàn)連續(xù)4個(gè)以上的“0”碼或“1”，易于定期提取。（2）電路簡(jiǎn)樸，易于實(shí)現(xiàn)。（3)有一定的糾錯(cuò)能力。當(dāng)編碼規(guī)則被破壞后，即意味著誤碼產(chǎn)生，便于中繼監(jiān)測(cè)。（4)有恒定的直流分量，且低頻分量小，頻帶較寬。（5)傳輸速率為編碼前的2倍，合用于低速率的光纖傳輸系統(tǒng)。CMI譯碼的設(shè)計(jì)思緒：是采用串并變換電路把串行碼變成并行碼，即把CMI碼的每一組00、11、或01碼00101110100010111010圖6.1CMI的連“0”連“1”為3，故這種線路碼具有豐富的定期信息，便CMI碼在ITU-TG.703建議中被規(guī)定為139.264Mbit/s和155.520Mbit/s的物理/電氣接口的碼型。因此有不少139.264Mbit/s和155.520Mbit/s數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)就用CMI作為光線路碼型。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，直接將四次群復(fù)用設(shè)備送來的CMI碼直接調(diào)制到光器件上，接受端把還原的CMI碼直接送給四次群解復(fù)用設(shè)備，這樣做無(wú)需電接口和線路碼型的變換/反變換，具有設(shè)備簡(jiǎn)樸的優(yōu)點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1．關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D6.1.1將1550nm光發(fā)射端機(jī)的TX1550法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1550nm光接受端機(jī)的RX1550法蘭接口連接好。2．打開系統(tǒng)電源，液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)--CMI碼設(shè)立”確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的SW101撥碼器設(shè)立的8比特周期性序列，如10001000。P103為相應(yīng)的CMI編碼輸出。3．示波器測(cè)試P101、P103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、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5V），記錄信號(hào)電平值。連接P204、P111兩鉚孔，即將光電轉(zhuǎn)換信號(hào)送入數(shù)據(jù)接受單元。信號(hào)轉(zhuǎn)換過程如圖6.15．注意觀測(cè)P204測(cè)試點(diǎn)對(duì)接受的的數(shù)據(jù)是否與發(fā)端的TX1550測(cè)試點(diǎn)波形同樣。6．注意觀測(cè)P115測(cè)試點(diǎn)為CMI譯碼輸出波形是否與發(fā)端的P101波形同樣。7．SW101撥碼器設(shè)立其它數(shù)字序列組合，對(duì)比P103編碼輸出波形，分析熟悉CMI編碼規(guī)則。8．按返回鍵，液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)—CMI碼PN”確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的15位m序列。9．相應(yīng)P102碼元同步時(shí)鐘讀出碼序列，根據(jù)CMI編碼規(guī)則，寫出相應(yīng)的編碼序列。10．觀測(cè)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1310nm的LD光發(fā)射端機(jī)，也可選擇擴(kuò)展模塊。五、測(cè)量點(diǎn)說明P101：菜單設(shè)立的數(shù)字序列輸出序列波形測(cè)試點(diǎn)。P102：P101相應(yīng)的碼元時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)。P103：相應(yīng)的CMI編碼信號(hào)。P111：數(shù)據(jù)接受單元的電信號(hào)接受鉚孔。P115：CMI譯碼輸出。P203：光發(fā)射端機(jī)的外部電信號(hào)輸入鉚孔。TX1550：輸入1550nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)。P204:1550nm光接受端機(jī)輸出的電信號(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)說明。2．長(zhǎng)連“0”、長(zhǎng)連“1實(shí)驗(yàn)35B6B編碼原理及光傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握5B6B編譯碼規(guī)則；2．了解5B6B編譯碼的性能；3．了解光纖通信中5B6B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1根三、基本原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)重要由兩大部分組成：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)接受兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接受端機(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5B6B線路編碼功能。5B6B碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)如下圖所示：光電光電電光光纖1310nmLD+單模5B6B線路編碼光發(fā)射光接受TP201P202自編數(shù)據(jù)判決再生圖6.2下面對(duì)數(shù)字信號(hào)5B6B碼編碼譯碼進(jìn)行分析和討論：5B6B線路碼型是國(guó)際電報(bào)電話征詢委員會(huì)（CCITT）推薦的一種國(guó)際通用光纖通信系統(tǒng)中采用的線路碼型，也是光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中最常用的線路碼型。5B6B線路碼型有很多優(yōu)點(diǎn)：碼率提高的不多，便于在不中斷業(yè)務(wù)情況下進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)，碼型變換電路簡(jiǎn)樸，它是我國(guó)及世界各國(guó)四次群光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中最常采用一種碼型。5B6B線路碼型編碼是將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流每5bit劃分為一個(gè)字組，然后在相同時(shí)間段內(nèi)按一個(gè)擬定的規(guī)律編碼為6bit碼組代替本來5bit碼組輸出。原5bit二進(jìn)制碼組有2^5共32種不同組合，而6bit二進(jìn)制碼組有2^6

共64種不同組合。若將編譯碼組一一相應(yīng)，則有32個(gè)冗余碼組未被運(yùn)用?？捎眠@些碼組改善編碼性能。一般情況下把nB碼字中“1”、“0”個(gè)數(shù)懸殊的碼字作為禁字，而把選用的“1”、“0”個(gè)數(shù)不均字分為兩種模式，并使“1選擇六位碼組的原則是，使線路碼型的誤碼擴(kuò)展及數(shù)字和變差盡也許小，編碼和譯碼器以及判決電路簡(jiǎn)樸且造價(jià)低廉，定期信息最豐富，功率譜密度中無(wú)直流分量。6bit碼組的64種組合中碼組數(shù)字和d值（1、0個(gè)數(shù)差）分布情況是：d=0的碼組有20個(gè)d=±2的碼組有30個(gè)d=±4的碼組有12個(gè)d=±6的碼組有2個(gè)根據(jù)這些原則選擇6bit碼組的方法為：d=±4，d=±6的6bit碼組舍去（共14種），作為嚴(yán)禁碼組（或稱“禁字”）解決。d=0,d=±2的六位碼組都也許有取舍，并且取兩種編碼模式：一種模式是d=0、+2,稱模式I；另一種模式是d=0、d=-2,稱模式II。當(dāng)用模式I編碼時(shí)，碰到d=+2的碼組后，后面編碼就自動(dòng)轉(zhuǎn)換到模式II，在模式II編碼中碰到d=-2的碼組時(shí)編碼又自動(dòng)轉(zhuǎn)到模式I。mB碼字到nB碼字的變換及逆變換是按預(yù)定的碼表進(jìn)行的，不同的碼表產(chǎn)生不同的線路碼性能。mBnB碼中，5B6B碼被認(rèn)為是在編碼復(fù)雜性和比特冗余度之間最合理的折中。它的線路碼速只比原始碼速增長(zhǎng)20%，而變換、逆變換電路也不復(fù)雜。001001111000圖6.3.25B6B碼變換規(guī)則示例本實(shí)驗(yàn)中5B數(shù)據(jù)信息是5位的自編數(shù)據(jù)（本是8位撥碼器，最后5位有效），其自編數(shù)據(jù)和編碼數(shù)據(jù)輸出波形在示波器窗口顯示為：高位在左，低位在右。采用編碼對(duì)照表為5B6B-1。表格5B6B編碼表輸入模式Ⅰ模式Ⅱ0000011001011001000001110011100001000101101101000100001110001110001100100110101100100001011001011001010011010011010011000111100111000111010001010111010000100110100110100101010101010101010010110010110010110110010110010110001101101101000101011101011100001100111100111000111010000110001110001100011110010100011001011101001001010011010011010011101001101001101001010101010101010110110010110010110101110101110101001100011100001100011001011001011001110100110100110101101101101100101011100011100011100111010111010010011111001111000110011111001101001101四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1．關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D6.22．打開系統(tǒng)電源，在液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)-5B6B碼設(shè)立”的子菜單，確認(rèn)；SW101撥碼器（后5位有效）設(shè)立數(shù)據(jù)為全“0”或全“13．連接P103、P201兩鉚孔，即將自編5B數(shù)據(jù)的6B編碼序列送往1310nm光發(fā)射端機(jī)。4．對(duì)照5B6B編碼表，觀測(cè)P103測(cè)試點(diǎn)的5B6B編碼信號(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5B數(shù)據(jù)相應(yīng)的時(shí)鐘，P104為6B數(shù)據(jù)相應(yīng)的時(shí)鐘。5．示波器A通道測(cè)試TP201測(cè)試點(diǎn)。6．跳線器插入K05右側(cè)（數(shù)字信號(hào)輸出），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)同樣或類似的信號(hào)波形。（假如波形有失真可調(diào)節(jié)W203,注意插好K01、K02、K03跳線器。）7．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通道是否尚有信號(hào)波形？重新接好，此時(shí)是否出現(xiàn)信號(hào)波形。8．反復(fù)環(huán)節(jié)2，設(shè)立其它數(shù)據(jù)，完畢實(shí)驗(yàn)，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。9．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)說明P101：SW101撥碼器設(shè)立輸出序列5B信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。P102：P101相應(yīng)的碼元時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)。P103：相應(yīng)的6B編碼信號(hào)。P104：6B數(shù)據(jù)的同步時(shí)鐘。P106：5B6B的數(shù)據(jù)幀，幀下沿開始新幀。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光接受端機(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)說明。2．長(zhǎng)連“0”、長(zhǎng)連“13．5B6B編碼是否有查錯(cuò)和糾錯(cuò)功能？實(shí)驗(yàn)4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．了解電話呼喊接續(xù)過程；3．掌握電話呼喊時(shí)的各種可聞信號(hào)音的特性；4．了解記發(fā)器的工作過程；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)重要由兩大部分組成：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)，通過光纖直接進(jìn)行傳輸；另一種方式是先把話音信號(hào)數(shù)字化，然后再通過光纖傳輸，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)射光接受P201P202光纖1550nmLD+單模電光光電光接受光發(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）。任何互換機(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功能中過壓保護(hù)由外接元器件完畢，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完畢。在布控互換機(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，而在程控互換機(jī)中，由于互換網(wǎng)絡(luò)解決的是數(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承擔(dān)完畢，再加上其它一些規(guī)定，程控互換機(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。通常規(guī)定饋電電壓為—48伏或—24伏，環(huán)路電流不小于18m（2）過壓保護(hù)（O—Overvoltageprotection）防止過壓過流沖擊和損壞電路、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)和互換網(wǎng)絡(luò)。（5）編解碼與濾波（C-CODEC/Filter）在數(shù)字互換中,它完畢模擬話音與數(shù)字碼間的轉(zhuǎn)換。通常采用PCM編碼器（Coder）與解碼器(Decoder)來完畢,，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）完畢二線與四線的轉(zhuǎn)換功能，即實(shí)現(xiàn)模擬二線雙向信號(hào)與PCM發(fā)送，接受數(shù)字四線單向信號(hào)之間的連接。過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)送碼流接受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)送碼流接受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)的辨認(rèn)，用戶線是否有話機(jī)的辨認(rèn)，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)成電話振鈴工作的規(guī)定，即達(dá)成+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．過壓過流保護(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．能辨認(rèn)是否有話機(jī)10．無(wú)需耦合變壓器（2）用戶線接口電路重要功能內(nèi)部電源穩(wěn)壓電路輸入控制譯碼內(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)音接受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供應(yīng)。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、不呼喊），-48V電源通過繼電器靜合接點(diǎn)至話機(jī)；C.在振鈴時(shí)，-48V電源通過振鈴支路經(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；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)電壓克制箝位二極管。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)表達(dá)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)表達(dá)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。回路斷開時(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PBL38710用戶電路的內(nèi)部調(diào)整，也可通過外部電路調(diào)整。8．PBL38710的四線端口可供語(yǔ)音信號(hào)編譯碼器或互換矩陣使用。（二）正常呼喊接續(xù)時(shí)傳送信號(hào)工作流程圖7.1.6為一次正常呼喊傳送信號(hào)流程圖，圖7.1.7是一次正常呼喊狀態(tài)分析圖。用戶線用戶線主叫用戶被叫用戶呼喊信號(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喊信號(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7.1.6一次正常呼喊傳送信號(hào)的流程圖當(dāng)主叫用戶電話摘機(jī)，話機(jī)聽筒傳來?yè)芴?hào)音。開始撥號(hào)，撥號(hào)音斷。撥號(hào)完畢，若呼喊存在，話機(jī)聽筒傳來回鈴音，被叫用戶話機(jī)振鈴，被叫用戶摘機(jī)，回鈴音斷；若呼喊號(hào)碼不存在，話機(jī)聽筒傳來忙音。在等待撥號(hào)、撥號(hào)、呼喊等每個(gè)狀態(tài)都有計(jì)時(shí)，若超過規(guī)定期間，則呼喊中斷，話機(jī)聽筒傳來忙音，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)解決停撥號(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)解決停撥號(hào)音半途掛機(jī)輸入信息半途掛機(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)解決輸入振鈴輸入信息輸入信息掛機(jī)解決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)主叫先掛解決主叫先掛主叫空閑狀態(tài)主叫先掛解決被叫先掛解決被叫先掛解決被叫先掛被叫先掛鎖定狀態(tài)鎖定狀態(tài)圖7.1.7一次正常呼喊狀態(tài)分析圖（三）各種可聞信號(hào)音的特性在用戶話機(jī)與互換機(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)，必須一方面向程控機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，能讓互換機(jī)辨認(rèn)并使之準(zhǔn)備好有關(guān)設(shè)備，此外，還要把指明呼喊的目的地的信號(hào)發(fā)往互換機(jī)。當(dāng)用戶想要結(jié)束通話時(shí)，也必須向電信局互換機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，以釋放通話期間所使用的設(shè)備。除了用戶要向互換機(jī)傳送信號(hào)之外，還需要傳送相反方向的信號(hào)，如互換機(jī)要向用戶傳送關(guān)于互換機(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)，除了互換系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)外，還應(yīng)有信令系統(tǒng)。用戶向電信局互換機(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)）?；Q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，電話呼喊接續(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)?；剽徱簦海‥chotone）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。程控互換機(jī)程控互換機(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主解決器）及外圍電路，重要由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，完畢對(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)碼的辨認(rèn)、互換命令發(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：接受各個(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，以辨認(rèn)主、被叫用戶摘掛機(jī)狀態(tài)。2.信號(hào)音控制電路：重要由單片機(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)互換時(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提高功率后，使其有效值達(dá)成75V左右，在CA的控制下送往電話機(jī)，驅(qū)動(dòng)振鈴。4.DTMF接受控制電路：重要由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，接受電話號(hào)碼數(shù)據(jù)（D1～D4）送給CPU（U501）和EPM240進(jìn)行解決。然后，CPU（U501）譯成互換命令（COMM字節(jié)表達(dá)）送往互換單元。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)撥號(hào)音回鈴音SELA控制信號(hào)振鈴音RING振鈴控制CA語(yǔ)音數(shù)據(jù)D4DTMF信號(hào)語(yǔ)音信號(hào)各種可聞信號(hào)忙音D2D3D1互換控制信號(hào)控制信號(hào)摘機(jī)信號(hào)DET12ENDTMF號(hào)碼檢測(cè)MT8870圖7.1.9記發(fā)器工作過程示意框圖（四）雙音多頻（DTMF）檢測(cè)DTMF接受器涉及DTMF分組濾波器和DTMF譯碼器，其基本原理如圖7-1所示。DTMF接受器先經(jīng)高、低群帶通濾器進(jìn)行fL/fH區(qū)分，然后過零檢測(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)成相應(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零檢測(cè)器過零檢測(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零檢測(cè)器過零檢測(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所示，圖7.1.10為雙音多頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電原理框圖。其中，數(shù)據(jù)輸出允許端EN和D1～D4見平臺(tái)上記發(fā)器模塊的左邊測(cè)試過孔。表7.1fL（Hz）fH(Hz)NO.END04D03D02D0169712091HLLLH69713362HLLHL69714773HLLHH77012094HLHLL77013365HLHLH77014776HLHHL85212097HLHHH85213368HHLLL85214779HHLLH94113360HHLHL9411209*HHLHH9411477#HHHLL6971633AHHHLH7701633BHHHHL8521633CHHHHH9411633DHLLLLLZZZZ三、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（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)呼喊，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、圖7.1.3將電話單機(jī)、信號(hào)連接線（P601—P602，P603-P201，P202-P802，P801-P203，P204-P604，P803-P804）、1