光纤通信课程设计报告书.docx

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光纤通信课程设计报告书

课程设计报告

课程名称光纤通信

课题名称通信系统综合实验

专业

班级

学号

姓名

指导教师

2015年12月12日

工程学院

课程设计任务书

课程名称光纤通信

课题通信系统综合实验

专业班级

学生

学号

指导老师

审批

任务书下达日期2015年11月26日任务完成日期2015年12月11日

1、实验目的.

................................................

错误!

未定义书签。

2、实验容...................................................

错误!

未定义书签。

3、实验仪器与设备

...........................................

错误!

未定义书签。

4、实验原理.

................................................................

4.1

、多路数据＋多路光纤综合传输系统总体框图..............................

4.1.1

Pcm

编码模块...................................................

4.1.2

光波分复用模块.................................................

4.1.3

变速率时分复用模块.............................................

4.1.4

HDB3

编码模块..................................................

4.2

、多路数据＋多计算机＋单路图像图像

/语音全双工光纤综合传输系统.........

4.2.1

固定速率时分复用模块...........................................

4.2.2

视频信号源模块.................................................

4.3

多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统......................

4.3.1

位时钟提取模块.................................................

4.3.2

解固定速率时分复用模块.........................................

5、所实现的系统功能描述、相关数据测试结果等实验报表以及实验数据分析

........

5.1

多路数据＋多路光纤综合传输系统......................................

5.1.1

接线步骤......................................................

5.1.2

测试结果......................................................

5.2

多路数据＋多计算机＋单路图像图像

/语音全双工光纤综合传输系统.........

5.2.1

接线步骤......................................................

5.2.2

实验结果......................................................

5.3

多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统.....................

5.3.1

接线步骤......................................................

5.3.2

测试结果......................................................

6、心得体会

.................................................................

7、评分表...................................................................

1、实验目的

掌握变速率时分复用的原理、实现方法。

学习并掌握计算机RS232通信技术。

掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用。

实现数字和语音同时通信

2、实验容

多路数据＋多路光纤综合传输系统的实现

多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实验

多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现

3、实验仪器与设备

1.光纤通信实验系统

2台。

2.示波器1台。

3.波分复用器2个。

4.2部。

5.示波器2台。

6.计算机若干台串口通信电缆若干根。

7.1310nm/1550nm波长波分复用器

2个。

8.FC/FC光纤跳线

根。

9.摄像头1个。

10.监视器1个（或用代替）。

4、实验原理

4.1多路数据＋多路光纤综合传输系统

《多路数据＋多路光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、

PCM编译码、波分复用等几个子系统。

数字信号源

电话

变速率时分复用模块

甲

乙

HDB3编码模块

PCM编

码模块一

码模块二

HDB3译码模块

PCM编码复

扰码模块

用模块

CMI编码模块

1550nm

1310nm

光发模块

电

端

DPLL

光

端

1550nm

光收模块

PCM编码解复

用模块

PCM解PCM解

码模块一码模块二

电话甲电话乙

WDM

1310nm

光发模块

CMI译码模块

解扰码模块

HDB3编码模块

HDB3译码模块

电

解变速率时分

端

复模块用模块

DPLL

光

端

DPLL

四路输出

图1《多路数据＋多路光纤综合传输系统》框图

4.1.1Pcm编码模块

PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。

抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时

间连续幅度的抽样信号；量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散幅度的数字信

号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。

脉码调制的过程如下图所示：

模拟信源

x（t）

预滤波器

抽样器

x（n）波形编码器

量化、编码

光发射机

tp3067光纤

）

模拟终端x（t）

重建滤波器

抽样保持、x/sinx低通

）

x（n）

光接收机

波形解码器

4.1.2光波分复用模块

光波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带有各种类型的信息），在发送

端经复用器（也叫合波器，multiplexer）把这些光载波信号汇合在一起，并耦合到光线路

中同一根光纤中进行传输；在接收端经分波器（也叫解复用器，demultiplexer）将各种波

长的光载波进行分离，然后由光接收机做相应的处理恢复原信号。

这种复用方式称作波分复

用。

可以单向传输，也可以双向传输。

如下图所示：

4.1.3变速率时分复用模块

各组成模块的功能说明如下：

码速调整：

将输入信号用128kbit/s的时钟进行CMI编码。

使输入信号具有同码速。

输出信号的速率为256kbit/s。

复接器：

将4个支路已经同步的信码流和四位巴克码复接成一个高速率的信号。

输出信号

的速率为2048kbit/s。

时钟源：

为整个复接电路提供稳定的时钟信号。

时钟

四路数据输入

码速调整

按

复用输出

位

四位巴克码

复

4.1.4HDB3编码模块

1）、二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替。

取代节中V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即

V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。

2）、取代节的安排顺序是：

先用000V，当它不能用时，再用B00V，000V取代节的安排

要满足以下两个要求：

各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传极性交替出现，不引入直流成份）。

V码要与前一个传的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传，哪个是V码和B码，

以恢复成原二进制码序列）。

当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个“0”（用000V+

或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是

将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。

3）、HDB3码序列中的传（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。

下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。

二进制码序列:

10000101000001110000000001

HDB3码序列:

V+-1000V-+10–1B+00V0–1+1–1000V-B+00V+0

–1

4.2多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统

《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图

像、数据在同一光纤中传输。

即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。

计算计算计算

机一机二机三

数字信号

固定速率时分复

源

用模块

变速率时分复用

电

模块

端

HDB3编码模块

电话甲/

视频信号源

1550nm光发模块

WDM

1550nm光收模块

HDB3译码模块

光

扰码模块

端

CMI编码模块

1310nm光发模块

1310nm光收模块

电话乙/

视频终端

光

端

CMI译码模块

解扰码模块

数字信号源

固定速率时分复

终端用解复用模块

HDB3编码模块

电

HDB3译码模块

端

解变速率时分复

用模块

计算计算计算

机三机二机一

图2《多路数据＋多计算机＋单路图像图像

/语音全双工光纤综合传输系统》框图

在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，

分接器。

数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单

一的合路数字信号。

复接器是由FPGA实现的，其框图为：

称为复接

4.2.1固定速率时分复用模块

时钟定时

入四

路

调

复

复用输出

输

整

接

其中，在固定速率时分复用时，

先要对四路输入信号进行时隙的调整，

调整前后波形如下图

所示：

整调

D0D1D2D3D4D5D6D7

后调

D0D1D2D3D4D5D6D7

整

D0D1D2D3D4D5D6D7

D1D2D3D4D5D6D7

最后，将四路数据相与就得到复接信号了。

四路数据输出的帧结构是：

帧同步码

数据一

数据二

数据三

01110010

其中，帧同步码可以是数字信号源四路输出中的任意一路。

改变帧同步码的位置，数字

信号源终端的显示位置也将改变。

4.2.2视频信号源模块

视频信号的带宽为0～6Mhz相对于语音信号的0～3Khz来说宽了许多，因此光发射机和

光接收机的要求更加严格。

在实验中应该认真仔细的调整才能得到满意的图像传输效果。

摄像头

光发模块

激光器

模拟信号输入端

光纤

监视器

光收模块

光检测器

模拟信号输出端

光纤图像传输框图

4.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统

《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验

计

算

计

算

电

变速率时

解变速率时

分

端

分

电

HDB3

编码

端

HDB3

译码

HDB3

译码模

HDB3

编码模

光

扰码模

电话甲/

光

解扰码模

端

视频信号

视频终

CMI

编码模

CMI译码模

1310nm光发模

1550nm

光发模

光收模

1310nm

光收模

1310nm

光收模

1550nm

1310nm

光发

CMI译码模

光收模

光发模

光

CMI编码模

端

电话乙/

电话乙

光

解扰码模

扰码模

端

视频终

视频信号

HDB3编码

HDB3

译码

电

HDB3

译码

HDB3

编码

端

电

解变速率时

端

变速率时

分

计

算

图3《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》框图

4.3.1位时钟提取模块

数字锁相环（DPLL）是一种相位反馈控制系统。

它根据输入信号与本地估算时钟之间的

相位误差对本地估算时钟的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地估算时钟相位跟

踪输入信号相位的目的。

DPLL通常有三个组成模块：

数字鉴相器（DPD）、数字环路滤波

器（DLF）、数控振荡器（DCO）。

根据各个模块组态的不同，DPLL可以被划分出许多不同

的类型。

根据设计的要求，本实验系统采用超前滞后型数字锁相环（LL－DPLL）作为解决方

案，图1是其实现结构。

在LL－DPLL中，DLF用双向计数逻辑和比较逻辑实现，DCO

采用加扣脉冲式数控振荡器。

这样设计出来的DPLL具有结构简洁明快，参数调节方便，工

作稳定可靠的优点。

DPLL实现框图如下：

数据输入时钟输出

鉴相器滤波器数控振荡器

时钟1

时钟2

数字锁相环框图

4.3.2解固定速率时分复用模块

解固定速率时分复用部分包括分解器、数字锁相环和帧同步码提取三个部分，其框图如

下：

帧同步码提取

数字锁相环

BSFS

信号输入

分解器三路数据输出

解固定速率时分复用框图

因为一路数字信号源用做帧同步码，因此，只显示了三路数据。

下面介绍一下帧同步码：

目前已经找到的最常用的群同步码字，就是“巴克码”。

巴克码是一种具有特殊规律的二

进制码字。

它的特殊规律是：

若一个n位的巴克码，每个码元只可能取值+1或-1，则它必

然满足条件

25-1

式（25-1）中，R（j）称为局部自相关函数。

从巴克码计算的局部自相关函数可以看到，

它满足作为群同步码字的第一条特性，也就是说巴克码的局部自相关函数具有尖锐单峰特

性，从后面的分析同样可以看出，

它的识别器结构非常简单。

目前人们已找到了多个巴克码

字，具体情况如下表所示。

表中

+表示+1，–示–1。

位数n

巴克码字

++；–+

++–

+++–；++–+

+++–+

+++––+–

+++–––+––+–

+++++––++–+–+

巴克码码字表

以n=7的巴克码为例，它的局部自相关函数计算结果如下当j=0时：

当j=1时：

当j=2时：

同样可以求出j=3、4、5、6、7，以及j=-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7时R（j）的值为

j=0R（j）=7

j=±1,3,±±5,7,±R（j）=0

j=±2,4,±6±R（j）=-1

根据上式计算出来的这些值，可以作出7位巴克码关于R（j）与j的关系曲线，如下图

所示。

可以看出，自相关函数在j＝0时具有尖锐的单峰特性。

局部自相关函数具有尖锐的单峰特性正是连贯式插入群同步码字的主要要求之一。

帧同步码识别后的波形如图所示：

分解器主要由移位寄存器构成，框图如下：

八位移

八路数据

八位

数字信

位寄

锁存

号源显

数据输入

存器

器

示终端

5测试结果及分析

5.1多路数据＋多路光纤综合传输系统

用示波器在

1310nm光发模块的数字信号输入端口

TP103的信号和

1310nm光收模块的

数字信号输出端口

TP109。

调节

1310nm

光收端电位器

RP106、RP108

和

1310nm

光发端电

位器RP100得到最佳数字信号。

甲乙两路同时摘起，按其中一路的数字键，在另一部的听

筒听是否有拨号音。

5.1.1接线步骤

甲连线方式

甲

P514—P500

PCM编译码模块一

（模拟语音信号输出）

————→

（PCM编码数据输入端）

PCM编码复用解复用模块

P644—P505

PCM编译码模块一

（位时钟输出）

————→

（PCM译码位时钟）

PCM编码复用解复用模块

P637—P504

PCM编译码模块一

（提取的帧同步信号）

————→

（PCM译码帧同步信号）

PCM编译码模块一

P503—P643

PCM编码复用解复用模块

（PCM码输出）

————→

（PCM编码复用输入端）

PCM编码复用解复用模块

P638—P506

PCM编译码模块一

（PCM编码复用输出端）

————→

（PCM译码输入）

PCM编译码模块一

（PCM译码输出）

乙连线方式

乙

（模拟语音信号输出）

PCM编码复用解复用模块

（位时钟输出）PCM编码复用解复用模块

（提取的帧同步信号）

PCM编译码模块二

（PCM码输出）

PCM编码复用解复用模块

（PCM编码解复用输出端）

PCM编译码模块二

（PCM译码输出）

光端连线方式

PCM编码复用解复用模块（PCM编码复用输出端）

1310nm光收模块

（数字信号输出端）

表一

P501—P515————→

P516—P512

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