光纤通信实验指导书含原理文档格式.docx
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注：
本实验也可选择工作波长为1310nm和扩展模块的光信道。
五、实验结果
1.画出实验过程中测试波形，标上必要的实验说明。
2.结合实验步骤，叙述光通信的信号变换、传输过程。
3.画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图，标上必要的实验说明。
实验2CMI编译码原理及光传输实验
1.掌握CMI编译码规则。
2.了解CMI编译码的性能。
3.了解光纤通信中CMI的选码原则。
3.FC-FC单模光跳线
4.信号连接线2根
在本实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块：
8位的自编数据功能和CMI线路编码功能。
涉及的电接收部分就是时钟提取和再生功能、相应的CMI线路译码功能。
CMI码光纤通信基本组成结构如下图所示：
图6.1.1CMI码光纤通信基本组成结构
下面对数字信号CMI码编码译码进行分析和讨论：
数字光纤通信传输信道中，对于低速率系统采用CMI（CodedMarkInversion）码,传号翻转码，即“1”码交替地用“00”和“11”表示，而“0”码则固定用“01”表示，因此在1个时钟周期内，CMI编码器输入1bit的时间内输出变为2bit。
CMI码属于二电平的不归零（NRZ）的1B2B码型，图6.1.2为CMI码变换规则示例，这种码的特点是:
（1）不出现连续4个以上的“0”码或“1”，易于定时提取。
（2）电路简单，易于实现。
（3）有一定的纠错能力。
当编码规则被破坏后，即意味着误码产生，便于中继监测。
（4）有恒定的直流分量，且低频分量小，频带较宽。
（5）传输速率为编码前的2倍，适用于低速率的光纤传输系统。
CMI译码的设计思路：
是采用串并变换电路把串行码变成并行码，即把CMI码的每一组00、11、或01码中的奇数码与偶数码分离开来，变成奇偶分列的、时序一致的码序列，再用判决电路逐一加以比较，判决输出传号还是空号，从而解出单极性信码。
0010111010
图6.1.2CMI码变换规则示例
CMI的连“0”连“1”为3，故这种线路码含有丰富的定时信息，便于定时提取。
这种码都容许进行不中断业务的误码检测。
CMI码在ITU-TG.703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和155.520Mbit/s数字光纤传输系统就用CMI作为光线路码型。
除了上述优点外，直接将四次群复用设备送来的CMI码直接调制到光器件上，接收端把还原的CMI码直接送给四次群解复用设备，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。
1．关闭系统电源，按照图6.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、1550nm光接收端机的RX1550法兰接口连接好。
注意收集好器件的防尘帽。
2．打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验--CMI码设置”确认，即在P101铆孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。
P103为对应的CMI编码输出。
3．示波器测试P101、P103铆孔波形，确认有相应的波形输出。
4．用信号连接线连接P103、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有相应的波形输出，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度最大（不超过5V），记录信号电平值。
连接P204、P111两铆孔，即将光电转换信号送入数据接收单元。
信号转换过程如图6.1.1。
5．注意观测P204测试点对接收的的数据是否与发端的TX1550测试点波形一样。
6．注意观测P115测试点为CMI译码输出波形是否与发端的P101波形一样。
7．SW101拨码器设置其它数字序列组合，对比P103编码输出波形，分析熟悉CMI编码规则。
8．按返回键，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。
9．对应P102码元同步时钟读出码序列，根据CMI编码规则，写出对应的编码序列。
10．观察P103输出编码波形，验证你的序列。
11．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。
本实验也可选择工作波长为1310nm的LD光发射端机，也可选择扩展模块。
五、测量点说明
P101：
菜单设置的数字序列输出序列波形测试点。
P102：
P101对应的码元时钟测试点。
P103：
对应的CMI编码信号。
P111：
数据接收单元的电信号接收铆孔。
P115：
CMI译码输出。
P203：
光发射端机的外部电信号输入铆孔。
TX1550：
输入1550nm光发射端机的电信号。
P204:
1550nm光接收端机输出的电信号。
六、实验结果
1．记录实验中得到的数据和波形，标上必要的实验说明。
2．长连“0”、长连“1”的数字信号不利于接收端的位同步提取，CMI编码是怎样解决这个问题。
实验35B6B编码原理及光传输实验
1．掌握5B6B编译码规则；
2．了解5B6B编译码的性能；
3．了解光纤通信中5B6B的选码原则。
1．光纤通信实验箱
2．20M双踪示波器
3．FC-FC单模光跳线
4．信号连接线1根
8位的自编数据功能和5B6B线路编码功能。
5B6B码光纤通信基本组成结构如下图所示：
图6.2.1CMI码光纤通信基本组成结构
下面对数字信号5B6B码编码译码进行分析和讨论：
5B6B线路码型是国际电报电话咨询委员会（CCITT）推荐的一种国际通用光纤通信系统中采用的线路码型，也是光纤数字传输系统中最常用的线路码型。
5B6B线路码型有很多优点：
码率提高的不多，便于在不中断业务情况下进行误码监测，码型变换电路简单，它是我国及世界各国四次群光纤数字传输系统中最常采用一种码型。
5B6B线路码型编码是将二进制数据流每5bit划分为一个字组，然后在相同时间段内按一个确定的规律编码为6bit码组代替原来5bit码组输出。
原5bit二进制码组有2^5共32种不同组合，而6bit二进制码组有2^6
共64种不同组合。
若将编译码组一一对应，则有32个冗余码组未被利用。
可用这些码组改善编码性能。
一般情况下把nB码字中“1”、“0”个数悬殊的码字作为禁字，而把选用的“1”、“0”个数不均字分为两种模式，并使“1”多的模式与“0”多的模式交替出现。
这样就消除了线路码的直流电平浮动。
具体选择如下：
选择六位码组的原则是，使线路码型的误码扩展及数字和变差尽可能小，编码和译码器以及判决电路简单且造价低廉，定时信息最丰富，功率谱密度中无直流分量。
6bit码组的64种组合中码组数字和d值（1、0个数差）分布情况是：
d=0的码组有20个
d=±
2的码组有30个
4的码组有12个
6的码组有2个
根据这些原则选择6bit码组的方法为：
4，d=±
6的6bit码组舍去（共14种），作为禁止码组（或称“禁字”）处理。
d=0,d=±
2的六位码组都可能有取舍，并且取两种编码模式：
一种模式是d=0、+2,称模式I；
另一种模式是d=0、d=-2,称模式II。
当用模式I编码时，遇到d=+2的码组后，后面编码就自动转换到模式II，在模式II编码中遇到d=-2的码组时编码又自动转到模式I。
mB码字到nB码字的变换及逆变换是按预定的码表进行的，不同的码表产生不同的线路码性能。
mBnB码中，5B6B码被认为是在编码复杂性和比特冗余度之间最合理的折中。
它的线路码速只比原始码速增加20%，而变换、逆变换电路也不复杂。
图6.3.25B6B码变换规则示例
本实验中5B数据信息是5位的自编数据（本是8位拨码器，最后5位有效），其自编数据和编码数据输出波形在示波器窗口显示为：
高位在左，低位在右。
采用编码对照表为5B6B-1。
表格5B6B编码表
输入
模式Ⅰ
模式Ⅱ
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001001
11110
011110
001100
11111
001101
1．关闭系统电源，按照图6.2.1将1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、1310nm光接收端机的RX1310法兰接口连接好。
2．打开系统电源，在液晶菜单选择“码型变换实验-5B6B码设置”的子菜单，确认；
SW101拨码器（后5位有效）设置数据为全“0”或全“1”或其它复杂数据，P101测试点观测自编数据。
3．连接P103、P201两铆孔，即将自编5B数据的6B编码序列送往1310nm光发射端机。
4．对照5B6B编码表，观测P103测试点的5B6B编码信号，是否符合其规则。
看波形码型时可用其时钟进行同步。
P102为5B数据对应的时钟，P104为6B数据对应的时钟。
5．示波器A通道测试TP201测试点。
6．跳线器插入K05右侧（数字信号输出），示波器B通道测试P202测试点，看是否有与TP201测试点一样或类似的信号波形。
（如果波形有失真可调节W203,注意插好K01、K02、K03跳线器。
）
7．轻轻拧下TX1310或RX1310法兰接口的光跳线，观测P202测试点的示波器B通道是否还有信号波形？
8．重复步骤2，设置其它数据，完成实验，记录有关数据。
9．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。
本实验也可选择工作波长为1550nm的LD光发射端机，也可选择扩展模块。
SW101拨码器设置输出序列5B信号测试点。
对应的6B编码信号。
P104：
6B数据的同步时钟。
P106：
5B6B的数据帧，帧下沿开始新帧。
P201：
TP201：
输入1310nm光发射端机的电信号测试点。
P202:
1310nm光接收端机输出的数字信号。
2．长连“0”、长连“1”的数字信号不利于接收端的位同步提取，5B6B编码是怎样解决这个问题。
3．5B6B编码是否有查错和纠错功能？
实验4模拟/数字电话光纤传输系统实验
1．了解电话接口电路组成；
2．了解电话呼叫接续过程；
3．掌握电话呼叫时的各种可闻信号音的特征；
4．了解记发器的工作过程；
5．掌握PCM编译码原理；
6．了解双光纤全双工通信的组成结构。
3．FC-FC单模光跳线2根
4．小型电话单机2部
5．铆孔连接线若干
电端机由电话用户接口电路A、PCM编译码A、记发器电路、PCM编译码B、电话用户接口电路B等组成，光信道为双光纤通信结构。
电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式，一种是原始语音信号，经过光纤直接进行传输；
另一种方式是先把话音信号数字化，然后再经过光纤传输，目前使用最多的是PCM编译码方式。
下面先介绍本实验平台上两路电话电路接口示意图。
图7.1.1电话用户A、B结构示意图
图7.1.2电话用户A、B模拟光传输结构示意图（A到B单工）
图7.1.3数字电话光纤通信基本组成结构示意图
（一）电话接口电路原理介绍
用户电路也可称为用户线接口电路（SubscriberLineInterfaceCircuit—SLIC）。
任何交换机都具有用户线接口电路。
根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC）分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。
在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由集成模拟SLIC完成。
在布控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-60V，用户的馈电电流一般是20mA～30mA，铃流是25Hz,90V左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）、O（过压保护）七项功能。
图7.1.4为模拟用户线接口功能框图。
模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义是：
（1）馈电（B-Batteryfeeling）向用户话机送直流电流。
通常要求馈电电压为—48伏或—24伏，环路电流不小于18mA.
（2）过压保护（O—Overvoltageprotection）防止过压过流冲击和损坏电路、设备。
（3）振铃控制（R—RingingControl）向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/90Vrms正弦波。
（4）监视（S-Supervision）监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。
（5）编解码与滤波（C-CODEC/Filter）在数字交换中,它完成模拟话音与数字码间的转换。
通常采用PCM编码器（Coder）与解码器（Decoder）来完成,，统称为CODEC。
相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路（300Hz-3400Hz）带宽，编码速率为64kb/s。
（6）混合（H—Hyhird）完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送，接收数字四线单向信号之间的连接。
过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”。
（7）测试（T—Test）对用户电路进行测试。
PBL38710TP3067
图7.1.4模拟用户线接口功能框图
用户线接口电路:
在本实验系统中，用户线接口电路选用的是PBL38710。
PBL38710是2/4线厚膜混合用户线接口电路。
它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出。
PBL38710用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB，供电电源为+5V和﹣5V，PBL38710还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求，即达到+75V的有效值。
其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。
（1）该电路的基本特性
1．向用户馈送铃流
2．向用户恒流馈电
3．过压过流保护
4．被叫用户摘机自截铃
5．摘挂机检测和LED显示
6．音频或脉冲拨号检测
7．振铃继电器驱动输出
8．语音信号的2/4线转换
9．能识别是否有话机
10．无需耦合变压器
（2）用户线接口电路主要功能
图7.1.5PBL38710内部电路方框图
1.向用户话机供电，PBL38710可对用户话机提供恒流馈电，馈电电流由VBAT以及VDD供给。
当环路电阻为2KΩ时，馈电电流为18mA。
具体如下：
A.供电电源VBAT采用-48V；
B.在静态情况下（不振铃、不呼叫），-48V电源通过继电器静合接点至话机；
C.在振铃时，-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机；
D.用户挂机时，话机叉簧下压，馈电回路断开，回路无电流流过；
E.用户摘机后，话机叉簧上升，接通馈电回路（在振铃时接通振铃支路）回路。
2.PBL38710内部具有过压保护的功能，可以抵抗保护TIPRING端口间的瞬时高压，如结合外部的热敏与压敏电阻保护电路，则可抵抗保护250V左右高压。
3.振铃电路可由外部的振铃继电器和用户电路内部的继电器驱动电路以及铃流电源向用户馈送铃流：
当继电器控制端（RC端）输入高电平，继电器驱动输出端（RD端）输出高电平，继电器接通，此时铃流源通过与振铃继电器连接的15端（RV端）经TIPRING端口向被叫用户馈送铃流。
当控制端（RC端）输入低电平或被叫用户摘机都可截除铃流。
用户电路内部提供一振铃继电器感应电压抑制箝位二极管。
4.监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号，具体如下：
A.用户挂机时，用户状态检测输出端输出低电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“闲”；
B.用户摘机时，用户状态检测输出端输出高电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“忙”；
C.用户若拨电话号码为脉冲拨号方式时，该用户状态输出端应能送出拨号数字脉冲。
回路断开时，送出低电平，回路接通时送出高电平（注：
本实验系统不选用脉冲拨号方式，只采用DTMF双音多频拨号方式）；
5.在TIPRING端口间传输的语音信号为对地平衡的双向语音信号，在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡语音信号。
PBL38710可以进行TIPRING端口与四线VR端和VX端间语音信号的双向传输和2/4线混合转换。
6.PBL38710可以提供用户线短路保护：
TIP线与RING线间，TIP线与地间，RING线与地间的长时间的短路对器件都不会损坏。
7．PBL38710提供的双向语音信号的传输衰耗均为－40dB。
该传输衰耗可以通过PBL38710用户电路的内部调整，也可通过外部电路调整。
8．PBL38710的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。
（二）正常呼叫接续时传送信号工作流程
图7.1.6为一次正常呼叫传送信号流程图，图7.1.7是一次正常呼叫状态分析图。
图7.1.6一次正常呼叫传送信号的流程图
当主叫用户电话摘机，话机听筒传来拨号音。
开始拨号，拨号音断。
拨号完毕，若呼叫存在，话机听筒传来回铃音，被叫用户话机振铃，被叫用户摘机，回铃音断；
若呼叫号码不存在，话机听筒传来忙音。
在等待拨号、拨号、呼叫等每个状态都有计时，若超过规定时间，则呼叫中断，话机听筒传来忙音，催挂机。
通话完毕，一方挂机，另一方送忙音。
图7.1.7一次正常呼叫状态分析图
（三）各种可闻信号音的特征
在用户话机与交换机之间的用户线上，要沿两个方向传递语言信息。
但是，为了实现一次通话，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。
比如，当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把
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