大學(xué)畢業(yè)設(shè)計光纖作業(yè)指導(dǎo)書

1、實驗十 AMI/HDB3終端接口實驗一、實驗原理和電路說明AMI碼的全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼。這是一種將消息代碼“0”（空號）和“1”（傳號）按如下規(guī)則進(jìn)行編碼的碼：代碼的“0”不變，仍為“0”；代碼中的“1”則交替地變換為傳輸碼的“+1”和“1”。如：消息代碼：100100011101A M I碼：+100-1000+1-1+10-1由于AMI碼的傳號交替反轉(zhuǎn)，故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負(fù)脈沖交替，而0電位保持不變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號無直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜在不允許這些成分通過的信道中傳輸。由AMI碼的編碼規(guī)則看出，它已從一個二進(jìn)制符號序列變成了一個三進(jìn)制符號

2、序列，即把一個二進(jìn)制符號變換成一個三進(jìn)制符號。把一個二進(jìn)制符號變換成一個三進(jìn)制符號所構(gòu)成的碼稱為1B/1T碼型。AMI碼除有上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點，它是一種基本的線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI碼有一個重要缺點，即接收端從該信號中來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連“0”串，因而會造成提取定時信號的困難。為了保持AMI碼的優(yōu)點而克服其缺點，人們提出了許多種類的改進(jìn)AMI碼，HDB3碼就是其中有代表性的一種。HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼。它的編碼原理是這樣的：先把消息代碼變換成AMI碼，然后去檢查AMI碼的連0串情況，當(dāng)沒有四個以上連“0”串時，則這

3、時的AMI碼就是HDB3碼；當(dāng)出現(xiàn)四個以上連“0”串時，則將每四個連“0”小段的第四個“0”變換成與其前一非“0”符號（“1”或“1”）同極性的符號。顯然，這樣做可能破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)律。這個符號就稱為破壞符號，用V符號表示（即“+1”記為+V, “”記為V）。為使附加V符號后的序列不破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”造成的無直流特性，還必須保證相鄰V符號也應(yīng)極性交替。這一點，當(dāng)相鄰符號之間有奇數(shù)個非“”符號時，則是能得到保證的；當(dāng)有偶數(shù)個非“0”符號時，則就得不到保證，這時再將該小段的第1個“0”變換成+B或B符號的極性與前一非“0”符號的相反，并讓后面的非“0”符號從V符號開始再交替變化。雖然HD

4、B3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單。從上述原理看出，每一個破壞符號V總是與前一非“0”符號同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連“0”符號，從而恢復(fù)四個連“0”碼，再將所有“1”變成“+1”后便得到原消息代碼。HDB3碼是CCITT推薦使用的線路編碼之一。HDB3碼的特點是明顯的，它除了保持AMI碼的優(yōu)點外，還增加了使連“0”串減少到至多3個的優(yōu)點，避免了長連“0”時定時不易恢復(fù)同步的情況，這對于定時信號的恢復(fù)是十分有利的。但傳輸中出現(xiàn)單個誤碼時會在接收端譯碼產(chǎn)生一個以上的誤碼，即誤碼擴(kuò)散。HDB3碼的平均誤碼擴(kuò)

5、散系數(shù)在1.21.7之間，有時高達(dá)2，這取決于譯碼方案。AMI/HDB3頻譜示意圖參見圖1。HDB3碼編碼原理方框圖2所示。HDB3碼編碼器主要由四連“0”檢測及補(bǔ)“1”碼電路、破壞點形成電路、取代節(jié)選擇電路和單/雙極性變換電路組成。HDB3碼流為歸零碼（RZ）。HDB3碼譯碼原理方框圖3所示。HDB3碼譯碼器主要由雙/單極性變換電路、判決電路、破壞點檢測電路和去除取代節(jié)電路組成。此外，位定時恢復(fù)電路也是十分重要的。實驗設(shè)備的AMI/HDB3碼編、譯碼系統(tǒng)組成原理框圖見圖4所示。電終端機(jī)和光終端機(jī)AMI/HDB3碼編、譯碼模塊電路原理圖見圖5和圖6所示。在該實驗箱中，采用了CD22103專用芯

6、片（U601）實現(xiàn)AMIHDB3的編譯碼實驗，HDB3與AMI工作方式由跳線開關(guān)K602選擇。來自E1復(fù)接模塊的發(fā)送數(shù)據(jù)碼流（TP601：TTL）進(jìn)入U601的1腳，在2腳輸入時鐘信號（TP602：TTL）的推動下進(jìn)入U601的編碼單元，編碼之后的結(jié)果在U601的14（TP603）、15（TP604）腳差動輸出，并通過線路送往光終端機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)輸入端口。在光終端機(jī)進(jìn)行譯碼（U701）轉(zhuǎn)換為TTL信號電平輸出（TP707），送往后續(xù)處理電路。運算放大器（U602）將AMI/HDB3輸出的兩路差動信號轉(zhuǎn)換為一路雙極性碼信號進(jìn)行觀測。同樣，光端機(jī)接收到的數(shù)據(jù)碼流送往電終端機(jī)也采用HDB3接口碼。在光

7、端機(jī)端內(nèi)的HDB3模塊首先將接收數(shù)據(jù)在U701進(jìn)行編碼，編碼后的HDB3信號通過U701的14（TP703）、15（TP704）腳差動輸出，并通過線路送往電終端機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端口（U601的11、13腳），在譯碼輸入時鐘（TP606：TTL）的推動下進(jìn)入譯碼器譯碼，譯碼輸出數(shù)據(jù)經(jīng)4腳（TP607）輸出。AMI/HDB3輸出為歸零碼，數(shù)據(jù)碼流中含有豐富的時鐘分量，因此可以接收端設(shè)備可圖5 電終端機(jī)AMI/HDB3編譯碼模塊電路原理圖圖6 光終端機(jī)AMI/HDB3編譯碼模塊電路原理圖以直接從接收到的數(shù)據(jù)中利用鎖相環(huán)（PLL）提取同步時鐘。由于HDB3編碼器需要檢測四連零碼型，并插入B+、B-破壞碼，

8、接收端同樣要檢測并去除B+、B-破壞碼，因而HDB3的編譯碼器時延較大。具體時延參數(shù)可以通過實驗測量獲得。電端機(jī)“HDB3編譯碼”模塊跳線開關(guān)K601用于輸入編碼信號選擇：當(dāng)K601設(shè)置在Dt位置時（左端），輸入編碼信號來自E1復(fù)接模塊的復(fù)接信號（2.048Mpbs）；當(dāng)K601設(shè)置在m位置時（右端），輸入編碼信號來自本地的特殊測試碼序列，該測試碼序列用于對HDB3編碼規(guī)則的驗證測量。本地的測試碼序列格式受跳線選擇開關(guān)K603中的Hm_Sel0、Hm_Sel1控制，跳線器狀態(tài)與輸出的測試碼序列件表所示。跳線開關(guān)K602用于AMI或HDB3方式選擇：當(dāng)K602設(shè)置在HDB3狀態(tài)時（左端），U60

9、1提供HDB3編譯碼功能；當(dāng)K602設(shè)置在AMI狀態(tài)時（右端），U601提供AMI編譯碼功能。注意：光端機(jī)內(nèi)的AMI/HDB3方式選擇開關(guān)K702與電端機(jī)內(nèi)的K602開關(guān)應(yīng)同步設(shè)置。插拔光端機(jī)與電端機(jī)之間的連接電纜時應(yīng)注意：插入時，需用手抓住根部的橡膠柱，將插頭上的定位槽對準(zhǔn)主板上插座的定位銷插入。拔出時，需用手抓緊插頭上的防滑齒垂直向上拔出即可。主板上的HDB3插座和HDB3連接電纜參見圖7和圖8所示：電端機(jī)HDB3模塊內(nèi)各測試點的安排如下：1、 TP601：輸入數(shù)據(jù)（2.048Mbps）2、 TP602：輸入時鐘（2.048MHz）3、 TP603：HDB3 +輸出4、 TP604：HDB

10、3輸出5、 TP605：HDB3輸出（雙極性歸零碼）6、 TP606：譯碼輸入時鐘（2.048MHz）7、 TP607：譯碼輸出數(shù)據(jù)（2.048Mbps）光端機(jī)HDB3模塊內(nèi)各測試點的安排如下：1、 TP701：接收數(shù)據(jù)（2.048Mbps）2、 TP702：接收時鐘（2.048MHz）3、 TP703：HDB3 +輸出4、 TP704：HDB3輸出5、 TP705：HDB3輸出（雙極性歸零碼 ）6、 TP706：發(fā)送時鐘（2.048MHz）7、 TP707：發(fā)送數(shù)據(jù)（2.048Mbps）二、實驗儀器1、 JH5002型光纖通信原理綜合實驗系統(tǒng)一臺2、 DS5062C 100MHz雙蹤示波器一

11、臺3、 SP1631A 函數(shù)信號發(fā)生器一臺三、實驗?zāi)康?、 了解二進(jìn)制單極性碼變換為AMI/HDB3碼的編碼規(guī)則；2、 熟悉HDB3碼的基本特征；3、 熟悉HDB3碼的編譯碼器工作原理和實現(xiàn)方法；4、 根據(jù)測量和分析結(jié)果，畫出電路關(guān)鍵部位的波形；四、實驗內(nèi)容1. AMI碼編碼規(guī)則驗證（1） 首先將輸入信號選擇跳線開關(guān)K601設(shè)置在m位置（右端）、AMI/HDB3編碼開關(guān)K602、K702設(shè)置在AMI位置（右端），使電路模塊工作在AMI碼方式。（2） 將電端機(jī)內(nèi)“HDB3編譯碼”的測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1拔下，產(chǎn)生10000000測試序列。用示波器同時觀測輸

12、入數(shù)據(jù)TP601和AMI輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TP605波形，觀測時用TP601同步。分析觀測輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)關(guān)系是否滿足AMI編碼關(guān)系，畫下一個序列周期的測試波形。（3） 改變測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1的狀態(tài)，分別產(chǎn)生不同的碼型序列。重復(fù)上述測試步驟，記錄測試結(jié)果。（4） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān)K601撥除，將示波器探頭從TP601測試點移去，使輸入數(shù)據(jù)端口懸空產(chǎn)生全1碼。重復(fù)上述測試步驟，記錄測試結(jié)果。2. 全0碼輸入時的AMI編碼輸出信號觀測改變測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1的狀態(tài)，使其產(chǎn)生全0測試數(shù)據(jù)輸出。用示波器觀測A

13、MI輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TP605波形，記錄分析測試結(jié)果。3. 全1碼輸入時的AMI編碼輸出信號觀測將K601跳線開關(guān)拔下，使輸入端懸空產(chǎn)生全1碼輸入數(shù)據(jù)。用示波器觀測AMI輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TP605波形，記錄分析測試結(jié)果。4. AMI碼編碼、譯碼及時延測量（1） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān)K601設(shè)置在m位置（右端）；設(shè)置測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1在非全零碼狀態(tài)。（2） 用示波器同時觀測輸入數(shù)據(jù)TP601和AMI編碼輸出數(shù)據(jù)TP605波形，觀測時用TP601同步。觀測AMI編碼輸出數(shù)據(jù)是否正確，畫下測試波形。問：AMI編碼的數(shù)據(jù)時延是多少？（3） 用示波器同時

14、觀測輸入數(shù)據(jù)TP601和AMI譯碼輸出數(shù)據(jù)TP707波形，觀測時用TP601同步。觀測AMI譯碼輸出數(shù)據(jù)是否正確，畫下測試波形。問：AMI譯碼的數(shù)據(jù)時延是多少？經(jīng)AMI編、譯碼器后的總延時是多少？5. HDB3碼變換規(guī)則驗證（1） 首先將輸入信號選擇跳線開關(guān)K601設(shè)置在m位置（右端）、AMI/HDB3編碼開關(guān)K602、K702設(shè)置在HDB3位置（左端），使電路模塊工作在HDB3碼方式。（2） 將測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1拔下，產(chǎn)生10000000測試序列。用示波器同時觀測輸入數(shù)據(jù)TP601和HDB3輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TP605波形，觀測時用TP601同步。

15、分析觀測輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)關(guān)系是否滿足HDB3編碼關(guān)系，畫下一個序列周期的測試波形。（3） 改變測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1的狀態(tài)，分別產(chǎn)生不同的碼型序列。重復(fù)上述測試步驟，記錄測試結(jié)果。6. 全0碼輸入時的HDB3編碼輸出信號觀測改變測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1的狀態(tài)，使其產(chǎn)生全0測試數(shù)據(jù)輸出。用示波器觀測HDB3輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TP605波形，記錄分析測試結(jié)果。7. 全1碼輸入時的HDB3編碼輸出信號觀測將K601跳線開關(guān)拔下，使輸入端懸空產(chǎn)生全1碼輸入數(shù)據(jù)。用示波器觀測HDB3輸出雙極性編碼數(shù)據(jù)TP605波形，記錄分析

16、測試結(jié)果。根據(jù)第6步、第7步測量結(jié)果，分析、總結(jié)HDB3碼與AMI碼的差異。8. HDB3碼編碼、譯碼及時延測量（1） 將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān)K601設(shè)置在m位置（右端）；設(shè)置測試碼序列選擇跳線開關(guān)K603的Hm_Sel0、Hm_Sel1在非全零碼狀態(tài)。（2） 用示波器同時觀測輸入數(shù)據(jù)TP601和AMI編碼輸出數(shù)據(jù)TP605波形，觀測時用TP601同步。觀測HDB3編碼輸出數(shù)據(jù)是否正確，畫下測試波形。問：HDB3編碼的數(shù)據(jù)時延是多少？（3） 用示波器同時觀測輸入數(shù)據(jù)TP601和HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)TP707波形，觀測時用TP601同步。觀測HDB3譯碼輸出數(shù)據(jù)是否正確，畫下測試波形。問：AMI

17、譯碼的數(shù)據(jù)時延是多少？經(jīng)HDB3編、譯碼器后的總延時是多少？五、實驗報告根據(jù)實驗結(jié)果，畫出主要測量點波形；六、 結(jié)果討論HDB3碼的信號特征實驗十一 加擾與解擾實驗一、 實驗原理和電路說明在數(shù)字通信中，如果數(shù)據(jù)信息連“0”碼或連“1”碼過長將會影響接收端位定時恢復(fù)質(zhì)量，造成抽樣判決時刻發(fā)生變化，對系統(tǒng)誤碼率的產(chǎn)生影響。也就是說，數(shù)字通信系統(tǒng)的性能變化與數(shù)據(jù)源的統(tǒng)計特性有關(guān)。采用有冗余的傳輸編碼可消除數(shù)據(jù)源一部分信息模式對系統(tǒng)性能的影響，但這是要以增加傳輸符號速率為代價。在實際中，常使用擾碼器將數(shù)據(jù)源變換成近似于白噪聲的數(shù)據(jù)序列（增加定時的同步信息），消除信息模式對系統(tǒng)誤碼的影響。在通信中擾碼技

18、術(shù)的采用保證了對信息的透明性：即在發(fā)端擾碼的加入，在接收端可以從加擾的碼流中恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)流，而對輸入信息的模式無特殊要求。常用擾碼器的實現(xiàn)可采用m序列進(jìn)行。擾碼器是在發(fā)端使用移位寄存器產(chǎn)生m序列，然后將信息序列與m序列作模二加，其輸出即為加擾的隨機(jī)序列。一般擾碼器的結(jié)構(gòu)圖1所示：解擾器（也稱去擾器）是在接收機(jī)端使用相同的擾碼序列與收到的被擾信息模二加，將原信息得到恢。其結(jié)構(gòu)如圖2所示：本設(shè)備的m序列本征多項式G(x)=x7+x4+1。在實際光纖通信設(shè)備中，為避免m序列發(fā)生器處于“閉鎖”狀態(tài)，即當(dāng)輸入序列為全“0”碼時，移位寄存器各級的起始狀態(tài)也恰好是“0”，使輸出序列也變成全“0”，或當(dāng)輸

19、入序列為全“1”碼時，移位寄存器各級的起始狀態(tài)也恰好是“1”，使輸出序列也變成全“1”。因此，在擾碼器中加入有各級移位寄存器狀態(tài)監(jiān)視電路。當(dāng)發(fā)生特殊狀態(tài)時，能自動補(bǔ)入一個“1”或一個“0”碼，改變這種狀態(tài)。當(dāng)然，在解擾碼器電路中也應(yīng)通過電路扣除這個補(bǔ)入碼。應(yīng)該指出，采用擾碼技術(shù)會帶來誤碼擴(kuò)散。即在信道傳輸中出現(xiàn)一個誤碼時，在還原后的序列中會出現(xiàn)多個誤碼，使信道誤碼率增加。在誤碼率不高時，誤碼擴(kuò)散數(shù)近似擾碼器所對應(yīng)的模二加算式的項數(shù)。因此，為減少誤碼擴(kuò)散，應(yīng)盡量減少m序列產(chǎn)生器的反饋抽頭數(shù)。圖是加擾模塊的組成原理框圖。“加擾模塊”的功能實現(xiàn)采用用一片 CPLD器件（EPM7032）來完成。同時，

20、為便于實驗的測量和開設(shè)，CPLD器件還提供了一個測試碼序列發(fā)生器。模塊中輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) K801用于選擇需擾碼的輸入信號：當(dāng) K801設(shè)置在 Dt位置時（上端），輸入信號來自“信道 HDB3編譯碼模塊”輸出數(shù)據(jù)（2.048Mbps）；當(dāng) K801設(shè)置在 DT_SYS位置時（中間），輸入信號來“數(shù)據(jù)接口模塊”輸出的發(fā)送數(shù)據(jù)（2.048Mbps）；當(dāng) K801設(shè)置在 m位置時（下端），輸入信號來自本地的特殊測試碼序列。該測試碼序列用于對加擾器的性能測量，其測試碼序列格式受 m序列選擇跳線開關(guān) K802 的 m_Sel0、m_Sel1控制，跳線器狀態(tài)與輸出的測試碼序列件表 3.1.1所示。“解

21、擾模塊”的功能實現(xiàn)同樣采用用一片 CPLD器件（EPM7032）來完成。模塊中輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) K803用于選擇需解擾碼的輸入信號：當(dāng) K803設(shè)置在 CMI位置時（上端），輸入信號來自“CMI譯碼模塊”輸出數(shù)據(jù)（2.048Mbps）；當(dāng) K803設(shè)置在 5B6B位置時（中間），輸入信號來自“5B6B譯碼模塊”輸出的發(fā)送數(shù)據(jù)（2.048Mbps）；當(dāng) K803設(shè)置在 DT位置時（下端），輸入信號直接來自發(fā)端的“擾碼模塊”輸出的發(fā)送數(shù)據(jù)（2.048Mbps），此時電路模塊構(gòu)成自環(huán)工作方式。輸入時鐘選擇跳線開關(guān) K804用于選擇解擾電路的工作時鐘。當(dāng)解擾電路的輸入數(shù)據(jù)來自“CMI譯碼模塊”和“

22、5B6B譯碼模塊”時，K804應(yīng)設(shè)置在 CLKR位置（左端），該時鐘與 CMI和 5B6B譯碼模塊送來的數(shù)據(jù)同步；當(dāng)構(gòu)成自環(huán)測試時（K803設(shè)置在 DT位置），K804應(yīng)設(shè)置在 CLKT位置（右端），該時鐘來自發(fā)送端電路。圖5是加擾模塊、解擾模塊的組成電原理圖?！凹訑_模塊”內(nèi)各測試點的安排如下：1、 TP801：輸入數(shù)據(jù)（2.048Mbps）2、 TP802：輸入時鐘（2.048MHz）3、 TP803：加擾輸出（2.048Mbps）“解擾模塊“內(nèi)各測試點的安排如下：1、 TP804：輸入數(shù)據(jù)（2.048Mbps）2、 TP805：輸入時鐘（2.048MHz）3、 TP806：解擾輸出（2.0

23、48Mbps）圖 加擾模塊、解擾模塊電路原理圖二、 實驗儀器1、 JH5002型光纖通信原理綜合實驗系統(tǒng) 一臺2、 100MHz數(shù)字存儲示波器 一臺三、 實驗?zāi)康?、 擾碼的基本原理；2、 擾碼0狀態(tài)的消除；四、 實驗內(nèi)容1、 擾碼序列測試 1）首先將“加擾模塊”中輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) K801設(shè)置在 m 位置（下端），使輸入信號來自本地的特殊測試碼序列；將 m序列選擇跳線開關(guān) K802 的 m_Sel0、m_Sel1拔掉，產(chǎn)生全“1”碼數(shù)據(jù)輸出2）用示波器同時測量輸入數(shù)據(jù)和加擾數(shù)據(jù)測試點TP801、TP803的波形，測量時TP803點信號做示波器同步觸發(fā)信號。調(diào)整合適的示波器時基（10S /

24、DIV）和觸發(fā)電平，使在示波器上觀測到穩(wěn)定的周期波形。用時基乘 10倍（或乘 5）擴(kuò)展擋展開波形，讀取并畫下測量波形。3）將 m_Sel0、m_Sel1設(shè)置在不同狀態(tài)，觀測并分析測試結(jié)果是否滿足擾碼關(guān)系。 2、 0狀態(tài)現(xiàn)象觀測1）用示波器同時測量輸入數(shù)據(jù)和加擾數(shù)據(jù)測試點TP801、TP803的波形，測量時TP803點信號做示波器同步觸發(fā)信號。2）輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) K801拔下，使輸入數(shù)據(jù)為“0”。關(guān)機(jī)后再開機(jī)，觀測 TP803點信號的變化。3）自行設(shè)計一個消除“0”狀態(tài)的電路。3. 解擾數(shù)據(jù)測試1）將“解擾模塊”中輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān) K803設(shè)置在 DT位置（下端），輸入信號直接來自發(fā)端

25、的“加擾模塊”輸出的發(fā)送數(shù)據(jù)（2.048Mbps）；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)來自“CMI譯碼模塊”和“5B6B譯碼模塊”時，輸入時鐘選擇 K804對應(yīng)設(shè)置在 CLKT位置（右端），該時鐘來自發(fā)送端電路。此時“加擾模塊”和“解擾模塊”構(gòu)成自環(huán)工作方式。2）用示波器同時測量“加擾模塊”輸入數(shù)據(jù)和“解擾模塊”解擾輸出數(shù)據(jù)測試點 TP801、TP806的波形，測量時 TP801點信號做示波器同步觸發(fā)信號。 3）將 m_Sel0、m_Sel1設(shè)置在不同狀態(tài)，觀測加擾和解擾電路是否正常工作。 4）通過 5B6B編譯碼模塊重復(fù)上述實驗，設(shè)置由同學(xué)根據(jù)電路框圖自己考慮解決。 五、實驗報告 1、 根據(jù)實驗結(jié)果，畫出主要測量點

26、波形； 2、 根據(jù)測量結(jié)果分析擾碼器在全“1”碼輸入時的均衡特性（平衡性）和游程特性； 3、 設(shè)計一個消除“0”狀態(tài)的電路； 六、結(jié)果討論分析、總結(jié)擾碼器的作用及特性實驗十二 CMI編解碼實驗一、實驗原理和電路說明在實際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有碼字都能在信道中傳輸。例如，含有豐富直流和低頻成分的基帶信號就不適宜在信道中傳輸，因為它有可能造成信號嚴(yán)重畸變。同時，一般基帶傳輸系統(tǒng)都從接收到的基帶信號流中提取收定時信號，而收定時信號卻又依賴于傳輸?shù)拇a型，如果碼型出現(xiàn)長時間的連“0”或連“1”符號，則基帶信號可能會長時間的出現(xiàn)0電位，從而使收定時恢復(fù)系統(tǒng)難以保證收定時信號的準(zhǔn)確性。實際的基帶傳輸系

27、統(tǒng)還可能提出其他要求，因而對基帶信號也存在各種可能的要求。歸納起來，對傳輸用的基帶信號的主要要求有兩點：1、對各種代碼的要求，期望將原始信息符號編制成適合于傳輸用的碼型；2、對所選碼型的電波波形要求，期望電波波形適宜于在信道中傳輸。前一問題稱為傳輸碼型的選擇；后一問題稱為基帶脈沖的選擇。這是兩個既有獨立性又有互相聯(lián)系的問題，也是基帶傳輸原理中十分重要的兩個問題。傳輸碼（傳輸碼又稱為線路碼）的結(jié)構(gòu)將取決于實際信道特性和系統(tǒng)工作的條件。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸碼的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有下列主要特性：1、不受信息源統(tǒng)計特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；2、接收端定時設(shè)備簡單，使其能方便地從相應(yīng)的基帶信號中獲

28、取定時信息；3、盡可能地提高傳輸碼型的傳輸效率；4、具有內(nèi)在的檢錯能力；5、 信息傳號密度均勻，使信息變化不引起光功率輸出變化，相應(yīng)保持激光二極管（LD）發(fā)熱溫度恒定，提高LD使用壽命；6、功率譜密度中無直流成分和只有很小的低頻成分，可以改善發(fā)端光功率檢測電路的靈敏度，使輸出光功率穩(wěn)定；7、使可檢測的光功率較小，即提高了系統(tǒng)接收靈敏度等等。滿足或部分滿足以上特性的傳輸碼型種類繁多，主要有：CMI碼、mBnB等等，下面將主要介紹CMI碼。根據(jù)CCITT建議，CMI碼一般作為PCM四次群數(shù)字中繼接口的碼型。同時，CMI碼也是我國目前主要采用的傳輸碼之一。CMI編碼規(guī)則見表1所示：表1 CMI的編碼

29、規(guī)則輸入碼字編碼結(jié)果001100/11交替表示因而在CMI編碼中，輸入碼字0直接輸出01碼型，較為簡單。對于輸入為1的碼字，其輸出CMI碼字存在兩種結(jié)果00或11碼，因而對輸入1的狀態(tài)必須記憶。同時，編碼后的速率增加一倍，因而整形輸出必須有2倍的輸入碼流時鐘。在這里CMI碼的第一位稱之為CMI碼的高位，第二位稱之為CMI碼的低位。在CMI解碼端，存在同步和不同步兩種狀態(tài)，因而需進(jìn)行同步。同步過程的設(shè)計可根據(jù)碼字的狀態(tài)進(jìn)行：因為在輸入碼字中不存在10碼型，如果出現(xiàn)10碼，則必須調(diào)整同步狀態(tài)。在該功能模塊中，可以觀測到CMI在譯碼過程中的同步過程。CMI碼具有如下特點：1、 不存在直流分量，并且具

30、有很強(qiáng)的時鐘分量，有利于在接收端對時鐘信號進(jìn)行恢復(fù)；2、 具有檢錯能力，這是因為1碼用00或11表示，而0碼用01碼表示，因而在CMI碼流中不存在10碼，且無00與11碼組連續(xù)出現(xiàn)，這個特點可用于檢測CMI的部分錯碼。本設(shè)備CMI碼通過CMI編碼模塊和CMI譯碼模塊來完成CMI的編碼與解碼功能。CMI編碼模塊組成框圖如圖1所示。CMI編碼模塊電路原理參見圖2所示，其工作原理如下：CMI編碼器由：1碼編碼器、0碼編碼器、輸出選擇器組成。1、 1編碼器：因為在CMI編碼規(guī)則中，要求在輸入碼為1時，交替出現(xiàn)00、11碼，因而在電路中必須設(shè)置一狀態(tài)來確認(rèn)上一次輸入比特為1時的編碼狀態(tài)。這一機(jī)制是通過一

31、個D觸發(fā)器來實現(xiàn)，每次當(dāng)輸入碼流中出現(xiàn)1碼時，D觸發(fā)器進(jìn)行一次狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，從而完成對1碼編碼狀態(tài)的記憶（1狀態(tài)記憶）。同時，D觸發(fā)器的Q輸出端也將作為輸入比特為1時的編碼輸出（測試點TP905）。2、 0編碼器：當(dāng)輸入碼流為0時，則以時鐘信號輸出做01碼。圖2 CMI編碼模塊電路原理圖3、 輸出選擇器：由輸入碼流緩沖器的輸出Q用于選擇是1編碼器輸出還是0編碼器 輸出。輸入碼經(jīng)過編碼之后在測試點TP903上可測量出CMI的編碼輸出結(jié)果。m序列產(chǎn)生器：m序列產(chǎn)生器輸出受碼型選擇跳線開關(guān)K902控制，產(chǎn)生不同的特殊碼序列。當(dāng)K902設(shè)置在2_3位置（左端）時，輸出1110010PN序列；當(dāng)K902設(shè)置

32、在1_m位置時（右端），CMI編碼器輸入為m序列產(chǎn)生器輸出數(shù)據(jù)，此時可以用示波器觀測CMI編碼輸出信號，驗證CMI編碼規(guī)則。錯碼發(fā)生器：為驗證CMI編譯碼器系統(tǒng)具有檢測錯碼能力，可在CMI編碼器中人為插入錯碼。將K903設(shè)置在Error位置（右端）時，插入錯碼，否則設(shè)置在N位置（左端）時，無錯碼插入。隨機(jī)序列產(chǎn)生器：為觀測CMI譯碼器的失步功能，可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)送入CMI譯碼器，使其無法同步。先將輸入數(shù)據(jù)選擇跳線開關(guān)K901設(shè)置在Dt位置（左端），再將跳線開關(guān)K904設(shè)置在測試T位置（右端），CMI編碼器將選擇內(nèi)部一個不符合CMI編碼關(guān)系的隨機(jī)信號序列數(shù)據(jù)輸出。正常工作時，跳線開關(guān)K904設(shè)置

33、在使能EN位置（左端）。在CMI編碼模塊中，測試點的安排如下：1、 TP901：發(fā)送數(shù)據(jù)（1.024Mbps）2、 TP902：發(fā)送時鐘（1.024MHz）3、 TP903：編碼輸出（2.048Mbps）4、 TP904：輸出時鐘（2.048MHz）5、 TP905：1狀態(tài)6、 TP906：加錯指示CMI譯碼模塊組成框圖如圖3所示。CMI譯碼模塊電路原理參見圖4所示，其工作原理如下：CMI譯碼電路由串并變換器、譯碼器、同步檢測器、扣脈沖電路等電路組成。1、 串并變換器：輸入的2048Kbps的CMI碼流首先送入一個串并變換器，在時鐘的作用將CMI的編碼碼字的高位與低位碼子分路輸出。2、 CMI

34、譯碼器：當(dāng)CMI碼的高位與低位通過異或門實現(xiàn)CMI碼的譯碼。由于電路中的時延存在差異，輸出端可能存在毛刺，又進(jìn)行輸出整形。譯碼之后的結(jié)果可2.048Mbps1.024Mbps1.024Mbps2.048Mbps圖4 CMI編碼模塊電路原理圖在TPA03上測量出來，其與TP901的波形應(yīng)一致，僅存在一定的時延。3、 同步檢測器：根據(jù)CMI編碼的原理，CMI碼同步時不會出現(xiàn)10碼字（不考慮信道傳輸錯碼）；如果CMI碼沒有同步好（即CMI的高位與低位出現(xiàn)錯鎖），將出現(xiàn)多組10碼字，此時將不正確譯碼。同步檢測器的原理是：當(dāng)在一定時間周期內(nèi)，如出現(xiàn)多組10碼字則認(rèn)為CMI譯碼器未同步。此時同步檢測電路輸

35、出一個控制信號到扣脈沖電路扣除一個時鐘，調(diào)整1bit時延，使CMI譯碼器同步。CMI譯碼器在檢測到10碼字時，將輸出錯誤指示（TPA07）。4、 測試點TPA05是調(diào)整觀測周期。在CMI譯碼模塊中，測試點的安排如下：1、 TPA01：輸入數(shù)據(jù)（2.048Mpbs）2、 TPA02：輸入時鐘（2.048MHz）3、 TPA03：譯碼輸出（1.024Mpbs）4、 TPA04：輸出時鐘（1.024MHz5、 TPA05：檢測周期6、 TPA06：扣除時鐘7、 TPA07：錯誤指示二、實驗儀器1、 JH5002型光纖通信原理綜合實驗系統(tǒng)一臺2、 100MHz數(shù)字存儲示波器一臺三、實驗?zāi)康?、 掌握C

36、MI碼的編碼規(guī)則2、 熟悉CMI編譯碼系統(tǒng)的特性四、實驗內(nèi)容首先，將“發(fā)送定時模塊”（面板左下方）方式選擇開關(guān) KJ02設(shè)置在 CMI位置（左端）；將“光纖收發(fā)模塊”（面板右邊中部）發(fā)送數(shù)據(jù)選擇開關(guān) KE01設(shè)置在 CMI位置（左端）；將“解擾模塊”（面板下邊中部）輸入數(shù)據(jù)選擇開關(guān) K803設(shè)置在 CMI位置（上端）；將“接收定時模塊”信號輸入選擇開關(guān) KD03設(shè)置在 DT位置（右端），建立自環(huán)信道。將“CMI編碼模塊”輸入信號選擇跳線開關(guān)K901設(shè)置在m位置（右端）；加錯使能跳線開關(guān)K903設(shè)置在無錯N位置（左端）；m序列碼型選擇開關(guān)K902設(shè)置在1_2位置（左端），產(chǎn)生7位周期m序列；將輸

37、出數(shù)據(jù)選擇開關(guān)K904設(shè)置在EN位置，選擇CMI編碼數(shù)據(jù)輸出。1. CMI碼編碼規(guī)則測試（1） 用示波器同時觀測CMI編碼器輸入數(shù)據(jù)（TP901）和輸出編碼數(shù)據(jù)（TP903）。觀測時用TP901同步，仔細(xì)調(diào)整示波器同步。找出并畫下一個m序列周期輸入數(shù)據(jù)和對應(yīng)編碼輸出數(shù)據(jù)波形。根據(jù)觀測結(jié)果，分析編碼輸出數(shù)據(jù)是否與編碼理論一致。（2） 將K902設(shè)置在2_3位置（右端），產(chǎn)生15位周期m序列，重復(fù)上一步驟測量。畫下測量波形，分析測量結(jié)果。2. 1碼狀態(tài)記憶測量（1） 用示波器同時觀測CMI編碼器輸入數(shù)據(jù)（TP901）和1碼狀態(tài)記憶輸出（TP905）。觀測時用TP901同步，仔細(xì)調(diào)整示波器同步。畫下

38、一個m序列周期輸入數(shù)據(jù)和對應(yīng)1碼狀態(tài)記憶輸出數(shù)據(jù)波形。根據(jù)觀測結(jié)果，分析是否符合相互關(guān)系。（2） 將K902設(shè)置在1_2位置，重復(fù)上述測量。畫下測量波形，分析測量結(jié)果。3. CMI碼解碼波形測試用示波器同時觀測CMI編碼器輸入數(shù)據(jù)（TP901）和CMI解碼器輸出數(shù)據(jù)（TPA03）。觀測時用TP901同步。驗證CMI譯碼器能否正常譯碼，兩者波形除時延外應(yīng)一一對應(yīng)。4. CMI碼編碼加錯波形觀測跳線開關(guān)K903是加錯控制開關(guān)，當(dāng)K903設(shè)置在ERROR位置時（右端），將在輸出編碼數(shù)據(jù)流中每隔一定時間插入1個錯碼。TP906是發(fā)端加錯指示測試點，用示波器同時觀測加錯指示點TP906和輸出編碼數(shù)據(jù)TP

39、903的波形，觀測時用TP903同步。畫下有錯碼時的輸出編碼數(shù)據(jù)，并分析接收端CMI譯碼器可否檢測出。5. CMI碼檢錯功能測試首先將輸入信號選擇跳線開關(guān)K901設(shè)置在Dt位置（左端）；將加錯跳線開關(guān)K903設(shè)置在Error位置，人為插入錯碼，模擬數(shù)據(jù)經(jīng)信道傳輸誤碼。（1） 用示波器同時測量加錯指示點TP906和CMI譯碼模塊中檢測錯碼指示點TPA07波形。（2） 將輸入信號選擇跳線開關(guān)K901設(shè)置在m位置（右端），將m序列碼型選擇開關(guān)K902設(shè)置在1_2位置（或2_3），重復(fù)（1）試驗。觀測測量結(jié)果有何變化。（3） 關(guān)機(jī)5秒鐘后再開機(jī)，重復(fù)（2）試驗。認(rèn)真觀測測試結(jié)果有何變化（注：可以重復(fù)多

40、測試幾次關(guān)機(jī)后再開機(jī)）。問題與思考：為什么有時檢測錯碼檢測點輸出波形與加錯指示波形不一致？6. CMI譯碼同步觀測CMI譯碼器是否同步可以通過檢測錯碼檢測電路輸出反映出。當(dāng)CMI譯碼器未同步時，錯碼將連續(xù)的檢測出。觀測時，將輸入信號選擇跳線開關(guān)K901設(shè)置在Dt位置（左端），輸出數(shù)據(jù)選擇開關(guān)K904設(shè)置在T位置（輸出非CMI碼數(shù)據(jù)流，使接收端無法同步）。（1） 用示波器測量失步時的檢測錯碼檢測點（TPA07）波形。（2） 將K904設(shè)置在EN位置，檢測錯碼檢測點波形應(yīng)立刻同步。7. 抗連0碼性能測試（1） 將輸入信號選擇跳線開關(guān)K901拔去，使CMI編碼輸入數(shù)據(jù)懸空（全0碼）。用示波器測量輸出

41、編碼數(shù)據(jù)（TP903）。輸出數(shù)據(jù)為01碼，說明具有豐富的時鐘信息。（2） 測量CMI譯碼輸出數(shù)據(jù)是否與發(fā)端一致。（3） 觀測譯碼同步信號。五、實驗報告1、 畫出主要測量點波形；2、 根據(jù)測量結(jié)果，總結(jié)接收時鐘受發(fā)送數(shù)據(jù)影響情況；六、結(jié)果討論CMI碼是否具有糾錯功能？實驗十三 5B6B編譯碼實驗一、實驗原理和電路說明5B6B線路碼型是國際電報電話咨詢委員會（CCITT）推薦的一種國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：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、碼型變換電路簡單，它是我國及世界各國四次、五次群光纖數(shù)字傳輸系

42、統(tǒng)最常采用的一種碼型。采用5B6B線路碼型的光纖通信系統(tǒng)中，設(shè)置在發(fā)端的5B6B編碼器，將要傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字信號碼流變換為5B6B編碼格式的信號碼流；設(shè)置在收端的5B6B譯碼器，將接收到的5B6B線路碼型信號還原成原二進(jìn)制數(shù)字信號。通常，編、譯碼器由碼型變換電路、時序控制電路、碼組同步電路以及誤碼監(jiān)測電路幾部分組成。（一）5B6B碼型編碼器1、 編碼規(guī)則及碼表選擇5B6B線路碼型編碼是將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流每5bit劃分為個字組，然后在相同時間段內(nèi)按一個確定的規(guī)律編碼為6bit碼組代替原5bit碼組輸出。原5bit二進(jìn)制碼組有25共32種不同組合，而6bit二進(jìn)制碼組有26共64種不同組合。6bit碼

43、組的64種組合中碼組數(shù)字和d值分布情況是：d0的碼組有C63 =20個d±2的碼組有C62 + C64=30個d±4的碼組有C61 +C65 =12個d±6的碼組有C60 +C66=2個選擇6bit碼組的原則是使線路碼型的功率譜密度中無直流分量，最大相同碼元連碼和小，定時信息豐富，編碼器、譯碼器和判決電路簡單且造價低廉等等。據(jù)此原則選擇6bit碼組的方法為：d±4、d±6的6bit碼組舍去（共14種），作為禁止碼組（或稱“禁字”）處理。d0、d±2的六位碼組都有取舍，并且取兩種編碼模式：一種模式是d0、2，稱模式I；另一種模式是d0、

44、2，稱模式II。當(dāng)采用模式I編碼時，遇到d2的碼組后，后面編碼就自動轉(zhuǎn)換到模式II，在模式II編碼中遇到d2的碼組時編碼又自動轉(zhuǎn)到模式I。表1 5B6B1和5B6B2編碼表序號輸入二元碼組（5bit）輸出二元碼組（6bit） 5B6B1 （00） 5B6B2 （01）模式1模式2模式1模式20000000001110001110101111010001000010111000111001001110110002000101100011100010110111001003000111010011010010001110001114001000110100110101010110101005001

45、010100110100110010110010116001101011001011000011010011017001111110010001100011100011108010001001101001101100110011009010010101010101010100110100111001010010111101000010101010101110101110011101100001011001011012011001010110101000110010110011301101011110100001011010011010140111010111001000101110001110

46、015011111101001101001011010100101610000001011001011011101100010171000101110110001010001110001118100100110111001001001011001011910011110101001010100110100110201010011011000100110100110100121101011110100001011010101010102210110101010101010101100101100231011101100101100111010100101024110001011010100101

47、100011100012511001001101001101110010110010261101011001011001011010011010027110110101100101101110010001102811100100101100101111000111000291110110001110001110111001000130111100011100011101101100010013111111111000111000111010000101把上述碼組進(jìn)行編碼能產(chǎn)生多種5B6B編碼表。一般常用的編碼表是5B6B1、5B6B2、5B6B3、5B6B4、5B6B5和5B6B6六種，其分別

48、見表、表3.3.2和表3.3.3所示。表2 5B6B3和5B6B4編碼表序號輸入二元碼組（5bit）輸出二元碼組（6bit） 5B6B3 （10） 5B6B4 （11）模式1模式2模式1模式2000000101011010100100010101011100001011100011100101010101010200010110001110001101001101001300011101001101001101000111000400100011010011010110010110010500101010011010011001010111010600110101100101100001011

49、001011700111111001000110011010011010801000100110100110100110100110901001010101010101100100101110100101001011110100010110010110011010111001110110001101001101001201100110011000111000110110110130110101111010000100111000111014011101011100100010101100101101501111110100110100010100011110161000000101100101

50、110001110001117100010111011000100001011101011810010011011100100001001111001191001111100000110000110100110120101001101100010010100011100112110101111010000101010101010101221011010101010101011000111000123101110110010110010110000111012411000101101010010100001100111251100100110100110110010110010126110101

51、1001011001001100101100127110110101100101100011001011012811100100101100101010011010011291110110001110001100011101011130111100011100011100100100110113111111110101001010011100011100表3 5B6B5和5B6B6編碼表序號輸入二元碼組（5bit）輸出二元碼組（6bit）5B6B55B6B6模式1模式2模式1模式2000000110010110010110101100010100001110011100001100111000

52、011200010110110100010101101000101300011100011100011001111000111400100110101100100011011001001500101100101100101001011001011600110100110100110001101001101700111100111000111001110001110801000101011101000010111010001901001101001101001010011010011100101010101010101001010101010111010110010110010110101100

53、101101201100101100101100011001011001130110110110100010101101001101014011101011100001100111000111001501111001110001110011110000110161000011000111000111100110000117100011110010100011000111000111810010111010010010100101100101191001101001101001110011010011020101001101001101001010011010012110101010101010101101010101010221011001011001011010110010110023101110101110101001011101010002411000111000011000110001110001251100101100101100111001011001026110100110100110101101001101002711011