光通信實(shí)驗(yàn)講義重點(diǎn)講義

1、光纖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成介紹RZ8644型光纖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是為了配合光纖通信系統(tǒng)的理論教學(xué)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它一方面結(jié)合了當(dāng)今光纖通信原理課程的教學(xué)與改革，另一方面結(jié)合了當(dāng)今光纖通信發(fā)展方向和工程實(shí)際應(yīng)用狀況。這套系統(tǒng)采用功能模塊化設(shè)計(jì)，各模塊對外開放。除了配合完成理論教學(xué)外，還可以訓(xùn)練增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，完成模塊的二次性開發(fā)。一、結(jié)構(gòu)簡介本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可分為電端機(jī)模塊、光通信模塊、管理控制模塊、電源供給模塊等四大功能模塊，每個功能模塊又是由許多子模塊組成：（一）電端機(jī)模塊1. 電話用戶接口模塊此模塊為電話輸入、輸出接口，由電話專用接口芯片PBL38710實(shí)現(xiàn)。它包含向用戶話機(jī)恒流饋電、向被叫用戶話機(jī)饋送

2、鈴流、用戶摘機(jī)后自行截除鈴流，摘掛機(jī)的檢測及音頻或脈沖信號的識別，用戶線是否有話機(jī)的識別，語音信號的2/4線混合轉(zhuǎn)換，外接振鈴繼電器驅(qū)動輸出等功能。其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合郵電部制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 本模塊分為用戶A，B兩個模塊，默認(rèn)號碼為48、49。2. PCM編譯碼模塊此模塊采用專用芯片TP3057來實(shí)現(xiàn)PCM編譯碼功能，可完成用戶A、B兩路話音信號的編譯碼功能。3. DTMF雙音多頻檢測模塊此模塊由專用芯片MT8870來完成DTMF分組濾波和DTMF譯碼功能，輸出相應(yīng)16種DTMF頻率組合的4位并行二進(jìn)制碼。實(shí)際應(yīng)用中，一片MT8870可以最多接入檢測16路用戶電路的DTMF信號。4. 記發(fā)器模塊

3、此模塊主要完成局內(nèi)、局間電話用戶撥叫號碼的識別、交換控制功能。5. 計(jì)算機(jī)通信接口模塊此模塊由USB和RS232串口兩通信接口組成，完成計(jì)算機(jī)與本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換傳輸功能。也為學(xué)生開發(fā)上層通信軟件提供了良好的硬件平臺。6. 數(shù)據(jù)發(fā)送單元模塊此模塊主要完成各種測試信號產(chǎn)生、各種線路編碼、數(shù)據(jù)復(fù)接及一些輔助性功能。 產(chǎn)生的數(shù)字信號有：各種頻率的時鐘、方波、M序列、矩形窄脈沖等、 線路編碼功能有：AMI碼、HDB3碼、CMI碼、5B6B碼、5B1P碼、擾碼等。 數(shù)據(jù)的復(fù)接：多種類型數(shù)據(jù)進(jìn)行時分復(fù)接輸出。7. 數(shù)據(jù)接收單元模塊此模塊主要完成接收數(shù)據(jù)的時鐘提取再生、各種線路編碼的譯碼、復(fù)用數(shù)據(jù)的分解及

4、一些輔助性功能。8. 眼圖觀測模塊此模塊主要完成調(diào)節(jié)接收電路均衡特性、接收數(shù)字序列的眼圖觀測等功能。9. 誤碼測試儀模塊此功能由多個模塊組成，完成通信線路的誤碼測試功能，各測試參數(shù)可設(shè)。10.模擬信號源模塊此模塊產(chǎn)生輸出頻率、幅度可調(diào)的正弦波、三角波、方波信號。（二） 光通信模塊1光信道一一體化數(shù)字光端機(jī)，包括光發(fā)射端機(jī)和光接收端機(jī)。半導(dǎo)體激光二極管LD、工作波長1550nm，頻帶為DC到5MHZ，方便配套低端測量儀器使用。 光端機(jī)的光輸入、輸出接口都由單模尾纖引出至固定于底板的法蘭，方便連接其它光器件。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。2光信道二及LD性能測試模塊

5、由激光管、光探測器及外圍電路構(gòu)成的光發(fā)射端機(jī)和光接收端機(jī)，關(guān)鍵電氣參數(shù)都可調(diào)節(jié)。可傳輸模擬和數(shù)字信號，測試LD的P-I曲線，具有無光告警、自動功率控制APC等功能。激光管工作波長為1310nm，頻帶為DC到3MHz。激光管的輸出和光探測器的輸入連接至固定于底板上的法蘭，方便連接其它光器件。3LED+多模光纖傳輸擴(kuò)展模塊由發(fā)光二極管、光檢測器及外圍電路構(gòu)成的光發(fā)射端機(jī)和光接收端機(jī)，關(guān)鍵電氣參數(shù)都可調(diào)節(jié)?？蓚鬏斈M和數(shù)字信號，測試LED的P-I曲線，具有視頻圖像傳輸?shù)裙δ?。發(fā)光二極管發(fā)光波長為850nm，頻帶為DC到1GHZ。本模塊為選配。（三） 管理控制模塊1.中央處理器模塊此模塊主要由單片機(jī)8

6、9C51/52編程實(shí)現(xiàn)。完成整個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制協(xié)調(diào)功能，如測量信號的輸入、輸出控制、功能選擇、工作狀態(tài)檢測等。2.液晶顯示模塊此模塊主要完成工作狀態(tài)的顯示，誤碼測試數(shù)據(jù)的顯示等功能，屬字符型液晶。3.鍵盤模塊此模塊主要配合液晶顯示模塊工作，通過上、下、確認(rèn)等鍵選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。 （四） 電源供給模塊 提供+12V、+5V、+3.3V、-5V、-12V、-24V -48V等直流電源。二、配套儀器最低配置儀器：20M通用雙蹤示波器或虛擬儀器，單模尾纖建議配置器件：計(jì)算機(jī)；光功率計(jì)、多種接口標(biāo)準(zhǔn)的光跳線（法蘭）、波分復(fù)用/解復(fù)用器一對、光可調(diào)衰減器、光固定衰減器、光分路器、光隔離器等，根據(jù)學(xué)校情況

7、選配（會影響一些光器件的測試實(shí)驗(yàn)）；可選配儀器：外置誤碼測試儀光纜施工工具箱、光纖熔接機(jī)、穩(wěn)定光源、光時域反射儀等。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖請見圖1電話用戶APCM編譯碼記發(fā)器DTMF檢測電話用戶BPCM編譯碼數(shù)據(jù)發(fā)送單元數(shù)字信號發(fā)生器線路編碼器數(shù)據(jù)復(fù)接數(shù)據(jù)接收單元時鐘提取、再生線路譯碼器數(shù)據(jù)解復(fù)接USB接口RS232串口中央處理器功能擴(kuò)展口模擬信號源LD光端機(jī)工作波長1550nmLD激光/探測器工作波長1310nm 鍵盤液晶顯示電源模塊 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖四、系統(tǒng)特點(diǎn)1采用模塊化設(shè)計(jì)信號接口開放。各模塊功能既可單獨(dú)做實(shí)驗(yàn)又可組合完成系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。2自帶數(shù)字信號源、模擬信號源，可外加信號，配有計(jì)算機(jī)串口

8、、USB接口。適應(yīng)各種實(shí)驗(yàn)需求。3采用液晶鍵盤顯示管理實(shí)驗(yàn)參數(shù)，取代原有的接插件，實(shí)驗(yàn)方便直觀。4電端機(jī)部分功能強(qiáng)大，電話交換系統(tǒng)，多種線路編碼，完善的數(shù)字時分復(fù)接系統(tǒng)，功能可定制升級。5電信號、光信號均由實(shí)驗(yàn)者連接。光輸入、輸出接口設(shè)計(jì)朝外，方便連接其它光器件。6整板采用有機(jī)玻璃覆蓋保護(hù)，便于實(shí)驗(yàn)室管理。五、液晶顯示菜單本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置的菜單顯示如下。按“ ”、“ ”鍵即可選擇不同的菜單；按“確認(rèn)”鍵，即進(jìn)入箭頭指向的下一級菜單；按“返回”鍵，即返回上一級菜單，如此類推。詳細(xì)菜單顯示如下：“復(fù)位”鍵：歡迎使用光纖通信系統(tǒng)平臺解放軍理工大學(xué) 南京潤眾科技公司 “開始”鍵：1：碼型變換

9、實(shí)驗(yàn)2：光纖傳輸實(shí)驗(yàn)3：光纖測量實(shí)驗(yàn)4：光纖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 子菜單：1：碼型變換實(shí)驗(yàn)01 CMI碼PN（固定碼型、速率的m序列，下同）02 CMI碼設(shè)置（由SW101撥碼器設(shè)置的8比特?cái)?shù)據(jù)，下同）03 5B1P碼設(shè)置04 5B6B碼設(shè)置05 擾碼PN06 擾碼設(shè)置07 HDB3碼PN08 HDB3碼設(shè)置09 AMI碼PN0A AMI碼設(shè)置2：光纖傳輸實(shí)驗(yàn)01 窄脈沖（頻率256K，脈寬：15ns）02 USB數(shù)據(jù)03 串口數(shù)據(jù)04 PCM數(shù)據(jù)（A/D轉(zhuǎn)換）05 E1數(shù)據(jù)傳輸（標(biāo)準(zhǔn)的2.048MHZ數(shù)據(jù)）3：光纖測量實(shí)驗(yàn)01 平均發(fā)光功率02 接收靈敏度正常/誤碼03 誤碼0/10000（誤碼測試）收

10、數(shù)據(jù)：誤碼數(shù)： 04 誤碼1/10000（誤碼測試）收數(shù)據(jù)：誤碼數(shù)：4：光纖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)） 時隙1時隙2時隙3時隙4時隙5時隙6時隙7時隙8幀頭PCM1PCM2空空設(shè)置信令數(shù)據(jù)六、使用注意點(diǎn)1. 進(jìn)行鉚孔連接時，務(wù)必注意鉚孔標(biāo)注的箭頭方向：指向鉚孔，說明此鉚孔為信號輸入孔；背離鉚孔，說明此鉚孔為信號輸出孔。請勿將兩輸出鉚孔短接。2. 進(jìn)行鉚孔連接時，連接線接頭插入鉚孔后，輕輕旋轉(zhuǎn)一個小角度，接頭將和鉚孔鎖死；拔出時，回轉(zhuǎn)一個小角度即可輕松拔出，切勿使用莽力，以免插頭針斷在鉚孔中。使用方法可參考光盤中的影象片段。3. 光器件連接：在摘掉光接口保護(hù)套前，請確保實(shí)驗(yàn)臺板面清潔，注意收集好接

11、口保護(hù)套；光接頭連接時，請預(yù)先了解接頭的結(jié)構(gòu)，手持接頭金屬部分，按接口的軸線方向輕插輕拔，防止損壞纖芯；4. 使用光纖時，注意不要過度彎曲（直徑不得小于4cm）、扭曲、擠壓或拉扯光纖。因?yàn)槔w芯玻璃細(xì)纖維，非常的脆弱，使用時請務(wù)必注意。纖芯斷開或出現(xiàn)傷痕，光信號的功率將嚴(yán)重衰耗，出現(xiàn)斷路或增加誤碼等情況。5. 數(shù)據(jù)發(fā)送單元的SW101紅色撥碼器，有8位獨(dú)立的開關(guān)組合。若不作特殊說明，白色開關(guān)往上，對應(yīng)的輸出序列為1；白色開關(guān)往下，對應(yīng)的輸出序列為0。設(shè)置時需輕輕撥動。6. 若不作特殊說明，本實(shí)驗(yàn)平臺輸出的串行數(shù)字序列，低位在前，高位在后。在示波器上觀測到的波形即低位在窗口的左端，高位在窗口的右端

12、。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)又分為電信號發(fā)射和電信號接收兩子部分，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 電電 光電發(fā)射電接收光發(fā)射光接收P203P204 光纖 1550nmLD+單模圖1.1 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

13、以是各種線路編碼（CMI、5B6B、5B1P等），也可以是語音編碼信號或者視頻信號等，光信道可以是1550nmLD+單模光纖組成，可以是1310nm激光/探測器組成，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)包括光發(fā)射端機(jī)TX（集成了調(diào)制電路、自動功率控制電路、激光管、自動溫度控制等），光接收端機(jī)RX（集成了光檢測器、放大器、均衡和再生電路）。其數(shù)字電信號的輸入輸出口，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： P204P203 TX光接收輸入光發(fā)射輸出光纖圖1.2 一體化數(shù)字光端機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟

14、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. 示波器測試P101鉚孔波形，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。4. 用信號連接線連接P101、P203兩鉚孔，示波器A通道測試TX1550測試點(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（TX1550）幅度，最大不超過5V。即將m序列電信號送入1550nm光發(fā)端機(jī)，并轉(zhuǎn)換成光信號從TX1550法蘭接口輸出。5.示波器B通道測試光收端機(jī)輸出

15、電信號的P204試點(diǎn)，看是否有與TX1550測試點(diǎn)一樣或類似的信號波形。6.按“返回”鍵，選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)CMI碼設(shè)置”并確認(rèn)。改變SW101撥碼器設(shè)置（往上為1，往下為0），以同樣的方法測試，驗(yàn)證P204和TX1550測試點(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P204測試點(diǎn)的示波器B通道是否還有信號波形？重新接好，此時是否出現(xiàn)信號波形。8.以上實(shí)驗(yàn)都是在同一臺實(shí)驗(yàn)箱上自環(huán)測試，如果要求兩實(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)也可選擇工作波長為1310nm和擴(kuò)展模塊的

16、光信道。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.畫出實(shí)驗(yàn)過程中測試波形，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說明。2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟，敘述光通信的信號變換、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)2 CMI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)又分為電信號發(fā)射和電信號接收兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接收端機(jī)三個子部分。在本實(shí)驗(yàn)中，涉及的電發(fā)

17、射部分有兩個功能模塊： 8位的自編數(shù)據(jù)功能和CMI線路編碼功能。涉及的電接收部分就是時鐘提取和再生功能、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線路譯碼光 電電 光 光纖 1550nmLD+單模CMI線路編碼光發(fā)射光接收TX1550P204自編數(shù)據(jù)判決再生圖2.1 CMI碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)下面對數(shù)字信號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，對于低速率系統(tǒng)采用CMI(Coded Mark Inversion) 碼,傳號翻轉(zhuǎn)碼，即“1”碼交替地用“00”和“11”表示，而“0”碼則固定用“01”表示，因此在1個時鐘周期內(nèi)，CMI編碼器輸入1bi

18、t的時間內(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，這種碼的特點(diǎn)是:（1）不出現(xiàn)連續(xù)4個以上的“0”碼或“1”，易于定時提取。（2）電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)。（3) 有一定的糾錯能力。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。（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，適用于低速率的光纖傳輸系統(tǒng)。CMI譯碼的設(shè)計(jì)思路：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碼中的奇數(shù)碼與偶數(shù)碼分離開來，變成奇偶分列的、時序一致的碼序列，再用判決電路逐一加以比較，判決輸

19、出傳號還是空號，從而解出單極性信碼。0 0 1 0 1 1 1 0 1 0圖2.2 CMI碼變換規(guī)則示例CMI的連“0”連“1”為3，故這種線路碼含有豐富的定時信息，便于定時提取。這種碼都容許進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測。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，接收端把還原的CMI碼直接送給四次群解復(fù)用設(shè)備，這樣做無需電接口和線路碼型的變換/反

20、變換，具有設(shè)備簡單的優(yōu)點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照圖2.1將1550nm光發(fā)射端機(jī)的TX1550法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1550nm光接收端機(jī)的RX1550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，液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)- CMI碼設(shè)置” 確認(rèn)，即在P101鉚孔輸出32KHZ的SW101撥碼器設(shè)置的8比特周期性序列，如10001000。P103為對應(yīng)的CMI編碼輸出。3示波器測試P101、P103鉚孔波形，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。4用信號連接線連接P103、P203兩鉚孔，示波器A通道測試TX1550測試點(diǎn)，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出，調(diào)節(jié)W205使送入光發(fā)端機(jī)信號（T

21、X1550）幅度最大，記錄信號電平值。連接P204、P111兩鉚孔，即將光電轉(zhuǎn)換信號送入數(shù)據(jù)接收單元。信號轉(zhuǎn)換過程如圖2.1。5注意觀測P204測試點(diǎn)對接收的的數(shù)據(jù)是否與發(fā)端的TX1550測試點(diǎn)波形一樣。6注意觀測P115測試點(diǎn)為CMI譯碼輸出波形是否與發(fā)端的P101波形一樣。7 SW101撥碼器設(shè)置其它數(shù)字序列組合，對比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對應(yīng)P102碼元同步時鐘讀出碼序列，根據(jù)CMI編碼規(guī)則，寫出對應(yīng)的編碼序列。10觀察P103輸出編碼波形，驗(yàn)證你的序列。11

22、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)也可選擇工作波長為1310nm的LD光發(fā)射端機(jī)，也可選擇擴(kuò)展模塊。五、測量點(diǎn)說明P101：菜單設(shè)置的數(shù)字序列輸出序列波形測試點(diǎn)。 P102：P101對應(yīng)的碼元時鐘測試點(diǎn)。P103：對應(yīng)的CMI編碼信號。 P111：數(shù)據(jù)接收單元的電信號接收鉚孔。P115：CMI譯碼輸出。 P203：光發(fā)射端機(jī)的外部電信號輸入鉚孔。TX1550：輸入1550nm光發(fā)射端機(jī)的電信號。 P204: 1550nm光接收端機(jī)輸出的電信號。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長連“0”、長連“1”的數(shù)字信號不利于接收端的位同步提取，CMI編碼是怎

23、樣解決這個問題。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)過程；3掌握電話呼叫時的各種可聞信號音的特征；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220M雙蹤示波器3FC-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)。電話語音信號的光纖傳輸，可以有多種方式，一種是原始語音信號，經(jīng)過

24、光纖直接進(jìn)行傳輸；另一種方式是先把話音信號數(shù)字化，然后再經(jīng)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)平臺上兩路電話電路接口示意圖。PCM編碼PCM譯碼P601P602P603P604TP601用戶A：48PCM編碼PCM譯碼TP801/802P801P802P804用戶B：49P803圖3.1 電話用戶A、B結(jié)構(gòu)示意圖P601用戶A用戶BP804激光/探測器P201P205圖3.2 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

25、碼P204P203電話用戶接口A電話用戶接口B圖3.3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（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。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)由外接元器件完成，編解碼器部分

26、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20mA30mA，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（測試）、O（過壓保護(hù)）七項(xiàng)功能。圖3.4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

27、能，具體含義是：（1）饋電（B-Battery feeling）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 A.（2）過壓保護(hù)（OOvervoltage protection）防止過壓過流沖擊和損壞電路、設(shè)備。（3）振鈴控制（RRinging Control）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)，檢測話機(jī)摘機(jī)、掛機(jī)與撥號脈沖等信號以送往控制網(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

28、解碼器(Decoder)來完成,，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（HHyhird）完成二線與四線的轉(zhuǎn)換功能，即實(shí)現(xiàn)模擬二線雙向信號與PCM發(fā)送，接收數(shù)字四線單向信號之間的連接。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）測試（TTest）對用戶電路進(jìn)行測試。振鈴控制信號測試總線用戶線狀態(tài)信號模擬用戶線饋電電源鈴流發(fā)生器ba(編碼信號)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試開關(guān)饋電電路振鈴繼電器過壓保護(hù)電路 PBL 387 10 TP3067 圖3.4 模

29、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PBL 387 10。PBL 387 10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)的檢測及音頻或脈沖信號的識別，用戶線是否有話機(jī)的識別，語音信號的2/4線混合轉(zhuǎn)換，外接振鈴繼電器驅(qū)動輸出。PBL 387 10用戶電路的雙向傳輸衰耗均為1dB，供電電源為+ 5 V和5 V，PBL 387 10還將輸入的鈴流信號放大以達(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

30、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)檢測和LED顯示 6音頻或脈沖撥號檢測 7振鈴繼電器驅(qū)動輸出 8語音信號的2/4線轉(zhuǎn)換 9能識別是否有話機(jī) 10無需耦合變壓器 （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音發(fā)送支路語音接收支路振鈴控制電話接口控制信號1控制信號2狀態(tài)指示摘機(jī)檢測/ 圖3.5 PBL 387 10內(nèi)部電路方框圖1. 向用戶話機(jī)供電，PBL 387 10可對用戶話機(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2K時，饋電電流為18 mA。具體如下： A. 供電電源VBAT采

31、用-48V； B. 在靜態(tài)情況下（不振鈴、不呼叫），-48V電源通過繼電器靜合接點(diǎn)至話機(jī)； C. 在振鈴時，-48V電源通過振鈴支路經(jīng)繼電器動合接點(diǎn)至話機(jī)； D. 用戶掛機(jī)時，話機(jī)叉簧下壓，饋電回路斷開，回路無電流流過； E. 用戶摘機(jī)后，話機(jī)叉簧上升，接通饋電回路（在振鈴時接通振鈴支路）回路。2. PBL 387 10內(nèi)部具有過壓保護(hù)的功能，可以抵抗保護(hù)TIP­­RING端口間的瞬時高壓，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)

32、 輸入高電平，繼電器驅(qū)動輸出端 (RD端) 輸出高電平，繼電器接通，此時鈴流源通過與振鈴繼電器連接的15端 (RV端) 經(jīng)TIP­­RING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)變化即檢測摘掛機(jī)信號，具體如下： A.用戶掛機(jī)時，用戶狀態(tài)檢測輸出端輸出低電平，以向CPU中央集中控制系統(tǒng)表示用戶“閑”； B.用戶摘機(jī)時，用戶狀態(tài)檢測輸出端輸出高電平，以向CPU中央集中控制系統(tǒng)表示用戶“忙”； C.用戶若撥電話號碼為脈沖撥號方式時，該用戶狀態(tài)輸出端應(yīng)能送出撥號數(shù)

33、字脈沖?；芈窋嚅_時，送出低電平，回路接通時送出高電平（注：本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不選用脈沖撥號方式，只采用DTMF雙音多頻撥號方式）；5. 在TIP­­RING端口間傳輸?shù)恼Z音信號為對地平衡的雙向語音信號，在四線VR端與VX端傳輸?shù)男盘枮槭瞻l(fā)分開的不平衡語音信號。PBL 387 10可以進(jìn)行TIP­­RING端口與四線VR端和VX端間語音信號的雙向傳輸和2 / 4線混合轉(zhuǎn)換。 6. PBL 387 10可以提供用戶線短路保護(hù)：TIP線與RING線間，TIP線與地間，RING線與地間的長時間的短路對器件都不會損壞。 7PBL 387 10提供的雙向語音信號的傳輸衰耗均

34、為40dB。該傳輸衰耗可以通過PBL 387 10用戶電路的內(nèi)部調(diào)整，也可通過外部電路調(diào)整。 8PBL 387 10的四線端口可供語音信號編譯碼器或交換矩陣使用。（二）正常呼叫接續(xù)時傳送信號工作流程圖3.6為一次正常呼叫傳送信號流程圖，圖3.7是一次正常呼叫狀態(tài)分析圖。用戶線用戶線主叫用戶被叫用戶呼叫信號撥號音信號號碼信號回鈴音信號話音信號忙音信號掛機(jī)信號振鈴信號應(yīng)答信號通信建立掛機(jī)（先掛方）（用戶線信號）摘機(jī)掛機(jī)摘機(jī)機(jī) 圖3.6 一次正常呼叫傳送信號的流程圖當(dāng)主叫用戶電話摘機(jī)，話機(jī)聽筒傳來撥號音。開始撥號，撥號音斷。撥號完畢，若呼叫存在，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

35、鈴音斷；若呼叫號碼不存在，話機(jī)聽筒傳來忙音。在等待撥號、撥號、呼叫等每個狀態(tài)都有計(jì)時，若超過規(guī)定時間，則呼叫中斷，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。收第一位號轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)收號狀態(tài)掛機(jī)處理停撥號音中途掛機(jī)輸入信息送忙音超時輸入收號轉(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)主叫掛機(jī)轉(zhuǎn)空閑狀態(tài)掛機(jī)處理輸入振 鈴輸入信息輸入信息通 話超時轉(zhuǎn)聽忙音狀態(tài)送忙音輸入狀態(tài)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鎖定狀態(tài)圖3.7 一次正常呼叫狀態(tài)分析圖（三）各種可聞信號音的特征在用戶話機(jī)與交換機(jī)之間的用戶線上，要沿兩個方向傳遞語言信息。但是，為了實(shí)現(xiàn)一次通話，還必須沿兩個方向傳

36、送所需的控制信號。比如，當(dāng)用戶想要通話時，必須首先向程控機(jī)提供一個信號，能讓交換機(jī)識別并使之準(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發(fā)往交換機(jī)。當(dāng)用戶想要結(jié)束通話時，也必須向電信局交換機(jī)提供一個信號，以釋放通話期間所使用的設(shè)備。除了用戶要向交換機(jī)傳送信號之外，還需要傳送相反方向的信號，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。由此可見，一個完整電話通信系統(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)送的信號有用戶狀態(tài)信號（一般為直流信號）和號碼信號（地址信號）。交換機(jī)向用戶發(fā)送的信號有各種可聞信號和振鈴信號（鈴流）兩種。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，電話呼

37、叫接續(xù)時的各種可聞信號音由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)的信號音送給電話用戶。 A各種可聞信號：一般采用頻率為500Hz的交流信號，例如： 撥號音：（Dial tone）連續(xù)發(fā)送的500Hz信號。 回鈴音：（Echo tone）1秒送，4秒斷的5秒斷續(xù)的500Hz信號。 忙音： （busy tone）0.35秒送，0.35秒斷的0.7秒斷續(xù)的500Hz信號。B振鈴信號（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)用戶狀態(tài)信息各種可聞信號 圖3.8 工作原理框圖記發(fā)器電路是記發(fā)器模塊（C

38、PU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，它們在系統(tǒng)軟件的作用下，完成對話機(jī)狀態(tài)的監(jiān)視、信號音及鈴流輸出的控制、電話號碼的識別、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)檢測電路：接收各個用戶線接口電路輸出的用戶狀態(tài)檢測信號DETX（X是話路的序號），可以是A、B，例如DETA是電話話路的用戶狀態(tài)檢測信號（下面文字說明中標(biāo)號的X含義與此處相同），信號直接送入CPU的P1口，以識別主、被叫用戶摘掛機(jī)狀態(tài)。2.信號音控制電路：主要由單片機(jī)U501及4066的電子開關(guān)組成，由CPU經(jīng)EPM2

39、40口輸出的撥號音控制信號（SELA1）、忙音控制信號（SELA2）、回鈴音控制信號（SELA3）的作用下，分別分時地將上述三種信號通過電子開關(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PBL 38710的有關(guān)電路等組成。自動交換時，在單片機(jī)U501控制作用下，EPM240口輸出的振鈴音信號（RING），鈴流音控制信號(CA)送給PBL38710，RING信號由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)MT88

40、70收到電話號碼后，便發(fā)出使能信號（12EN或34EN）向CPU(U501芯片)申請中斷，接收電話號碼數(shù)據(jù)（D1D4）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CPLD信號產(chǎn)生單元EPM240（U105）話音、信號音切換電子開關(guān)交換控制單元撥號音回鈴音SELA控制信號振鈴音RING振鈴控制CA語音數(shù)據(jù)D4DTMF信號語音信號各種可聞信號主處理器89C51（記發(fā)器U501）忙音D2D3D1交換控制信號控制信號摘機(jī)信號DET12ENDTMF號碼檢測MT8870 圖3.9 記發(fā)器工作過程示意框圖（四）雙音多頻（DT

41、MF）檢測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，然后過零檢測、比較，得到相應(yīng)于DTMF的兩路fL、fH信號輸出。該兩路信號經(jīng)譯碼、鎖存、緩沖，恢復(fù)成對應(yīng)于16種DTMF信號音對的4比特二進(jìn)制碼（D1D4）。信號輸入輸入電路鎖存與緩沖碼變換過零檢測器過零檢測器低頻帶通濾波器高頻帶通濾波器圖3.10 典型DTMF接收器原理框圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用MT8870進(jìn)行號碼檢測的，MT8870的譯碼表見3.1所示，圖3.10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D1D4見平臺上記發(fā)器模塊的左邊

42、測試過孔。 表3.1 MT8870譯碼表fL（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。按照圖3.2所示連接好信號連接線（P601與P201相連，模擬信號的輸出口P205與P804相連），即構(gòu)成電話A到電話B的單工語音信號直接光纖傳輸通道。2電話A、B接上電話單機(jī)，打開系統(tǒng)電源。3K01、K02、K03插上跳線器，K05插入左側(cè)模擬信號輸出。4電話A摘機(jī)（無需撥號呼叫，可直接語音通信）。5電話B摘機(jī)，此時，如圖3.2，電話A到電話B通，反之不通。感受一下電話語音的傳輸效果。（二）數(shù)字電話光纖傳輸（雙工）1關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照圖3.1、圖3.3將電話單機(jī)、信號連接線（P601P602，P603-P201，P202-P802，P801-P203，P204-P604，P80