數(shù)字時(shí)分復(fù)接系統(tǒng)光通信實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)字時(shí)分復(fù)接系統(tǒng)光通信實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握數(shù)字時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用的概念和原理。2.掌握數(shù)字時(shí)分復(fù)接光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。3.掌握同步復(fù)接的幀結(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 4法蘭式可調(diào)衰減器5.光分路器 6.小型電話單機(jī) 2 7.計(jì)算機(jī)串口線 8.鉚孔連接線 若干三、基本原理在數(shù)字通信中，為擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率，通常需要把若干低速的數(shù)據(jù)碼流按一定格式合并為高速數(shù)據(jù)碼流，以滿足上述需要。數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理完成數(shù)碼合并的一種技術(shù)。在時(shí)分復(fù)用中，把時(shí)間劃分為若干時(shí)隙，各路信號(hào)在時(shí)間上占有各自的時(shí)隙，即多路信號(hào)在不同的時(shí)間內(nèi)被傳送，各路

2、信號(hào)在時(shí)域中互不重疊。把兩個(gè)或兩個(gè)以上的支路數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式合并成單一的合路數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字復(fù)接，其實(shí)現(xiàn)設(shè)備稱為數(shù)字復(fù)接器。在接收端把一路復(fù)合數(shù)字信號(hào)分離成各路信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字分接，其實(shí)現(xiàn)設(shè)備稱為數(shù)字分接器。數(shù)字復(fù)接器 、數(shù)字分接器和傳輸信道共同構(gòu)成數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，數(shù)據(jù)發(fā)送單元模塊的U101內(nèi)集成了數(shù)字復(fù)接器，數(shù)據(jù)接收單元的U105內(nèi)集成了數(shù)字分接器，連接好光傳輸信道即構(gòu)成了一個(gè)完整的數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)。數(shù)字復(fù)接的方法主要有按位復(fù)接、按字復(fù)接和按幀復(fù)接三種；按照復(fù)接時(shí)各路信號(hào)時(shí)鐘的情況，復(fù)接方式可分為同步復(fù)接、異步復(fù)接與準(zhǔn)同步復(fù)接三種。本實(shí)驗(yàn)中選擇了按字復(fù)接的方法和準(zhǔn)同步復(fù)

3、接的方式。本實(shí)驗(yàn)中數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖，如下圖7.3.1： 發(fā)定時(shí)調(diào)整復(fù)接收定時(shí)分接恢復(fù)同步 光傳輸系統(tǒng)PCM1PCM2PC機(jī)8BIT待用圖7.3.1 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖 定時(shí)單元給設(shè)備提供一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘。碼速調(diào)整單元把速率不同的各支路信號(hào)，調(diào)整成與復(fù)接設(shè)備定時(shí)完全同步的數(shù)字信號(hào)，以便由復(fù)接單元把各支路信號(hào)復(fù)接成一個(gè)數(shù)字流。本實(shí)驗(yàn)中，碼速調(diào)整單元將PCM1編碼數(shù)據(jù)、PCM2編碼數(shù)據(jù)、PC機(jī)數(shù)據(jù)和地址開(kāi)關(guān)（撥碼器）設(shè)置的8BIT數(shù)據(jù)都調(diào)整成速率為512KHZ的碼元，然后復(fù)接進(jìn)同一個(gè)數(shù)據(jù)碼流中。并在第1路時(shí)隙中加入幀同步信號(hào)，在第7路時(shí)隙中加入的有關(guān)數(shù)據(jù)信息的信令。本實(shí)驗(yàn)中同步復(fù)接的幀結(jié)構(gòu)如圖7

4、.3.2所示。PCM1PCM2PC機(jī)8BIT011111110XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX幀同步碼第1路PCM1第2路PCM2第3路信令第7路一幀 8路數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)第8路第4、5路待用，第6路：撥碼器設(shè)置 PC機(jī)數(shù)據(jù) 圖7.3.2 同步復(fù)接的幀結(jié)構(gòu)示意圖在出廠程序中僅提供了四路數(shù)據(jù)參加復(fù)接，加上同步幀頭，所以還有3路時(shí)隙空閑，可供升級(jí)。在默認(rèn)控制下，各路數(shù)據(jù)占據(jù)的時(shí)隙位置如下表7.3.1。表7.3.1數(shù)據(jù)類型幀頭PCM1PCM2空置空置8BIT撥碼器信令*PC數(shù)據(jù)*時(shí)隙位置第1路第2路第3路第4路第5路第6路第7路第8路數(shù)字分解器由同步、定時(shí)、分接和恢復(fù)單元組成。同步單元的功能

5、是從接收信碼中提取與接收信碼同步的碼元時(shí)鐘信號(hào)。定時(shí)單元的功能是通過(guò)同步單元提取時(shí)鐘信號(hào)的推動(dòng)，產(chǎn)生分接設(shè)備所需要的各定時(shí)信號(hào)，如幀同步信號(hào)、時(shí)序信號(hào)。分接單元的功能是 把復(fù)接信號(hào)實(shí)施分離，形成同步支路數(shù)字信號(hào)。恢復(fù)電路的功能是把被分離的同步支路數(shù)字信號(hào)恢復(fù)成原始的支路信號(hào)。一般情況下，幀同步提取有時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏同步和假同步現(xiàn)象。圖7.3.3 PC機(jī)數(shù)據(jù)傳輸軟件界面四、實(shí)驗(yàn)步驟1.關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D7.3.1將1310nm光發(fā)射端機(jī)的TX1310法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1310nm光接收端機(jī)的RX1310法蘭接口連接好。注意收集好器件的防塵帽。實(shí)驗(yàn)箱接口DB701連接至PC機(jī)串口（連接：P

6、703，P702；P701，P704）。2.電話單機(jī)A、電話單機(jī)B分別接到用戶A與用戶B電話接口上；3.各路數(shù)據(jù)復(fù)接的連接：電話A（PCM1）：連接P601、P602；P603、P109；電話B（PCM2）：連接P801、P110；8BIT撥碼器：內(nèi)部讀取。復(fù)接數(shù)據(jù)發(fā)送：連接P108、P2014. 各路數(shù)據(jù)分接的連接：復(fù)接數(shù)據(jù)接收：連接P202、P111電話A（PCM1）：連接P114、P604電話B（PCM2）：連接P113、P802；P803、P8048BIT發(fā)光二極管顯示：內(nèi)部讀取，可從其亮滅狀態(tài)驗(yàn)證解復(fù)是否正確。解復(fù)接提取同步幀頭：P1155.打開(kāi)系統(tǒng)電源，在液晶菜單選擇“光纖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

7、”的子菜單，確認(rèn)；液晶將顯示幀頭、PCM1、PCM2、8BIT等的默認(rèn)復(fù)接時(shí)隙，詳細(xì)見(jiàn)表7.3.1。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)作。一旦系統(tǒng)開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)作，8BIT發(fā)光二極管正常顯示與SW101設(shè)置同，。6. 電話A（48）呼叫電話B（49），檢驗(yàn)其通話質(zhì)量。7.改變8BIT撥碼器的數(shù)據(jù)組合，檢驗(yàn)8BIT發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)是否符合撥碼器的數(shù)據(jù)組合。8.如圖7.3.3所示，在“發(fā)送數(shù)據(jù)” 窗口，如果通信信道沒(méi)有誤碼，在“接收數(shù)據(jù)”即可收到與“發(fā)送數(shù)據(jù)” 窗口中一樣的數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊“比較數(shù)據(jù)”按鈕，即可獲得接收數(shù)據(jù)的誤碼個(gè)數(shù)等傳輸狀態(tài)報(bào)告9.對(duì)照復(fù)接數(shù)據(jù)的幀同步矩形窄脈沖P115（收端提?。^測(cè)復(fù)接數(shù)據(jù)（稍有延時(shí)），

8、對(duì)照表7.3.1，檢驗(yàn)各路數(shù)據(jù)的時(shí)隙分配情況，記錄復(fù)接波形和數(shù)據(jù)。10.斷開(kāi)光路，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否還工作正常。11.在光路中串入可調(diào)衰減器，緩緩增加衰減量，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否還工作正常。五、測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明電話用戶A測(cè)試點(diǎn)：P601：電話A語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送連接鉚孔；TP601: 電話A接收的語(yǔ)音信號(hào)測(cè)試點(diǎn)； P602：PCM1編碼的模擬信號(hào)輸入鉚孔。 P603：PCM1編碼數(shù)據(jù)輸出連接鉚孔； P604：PCM1譯碼數(shù)據(jù)輸入連接鉚孔；電話用戶B測(cè)試點(diǎn)：TP801、TP802:電話B的模擬用戶線上測(cè)試點(diǎn)P801：PCM2編碼數(shù)據(jù)輸出連接鉚孔 P802：PCM1譯碼數(shù)據(jù)輸入連接鉚孔； P803：PCM2譯碼回復(fù)的模擬信

9、號(hào)輸出連接鉚孔； P804：電話B接收的語(yǔ)音信號(hào)的連接鉚孔； 時(shí)分復(fù)接測(cè)試點(diǎn)：P108：數(shù)字時(shí)分復(fù)接輸出連接鉚孔P109：PCM1編碼數(shù)據(jù)復(fù)接輸入連接鉚孔P110：PCM2編碼數(shù)據(jù)復(fù)接輸入連接鉚孔時(shí)分分接測(cè)試點(diǎn)： P111：數(shù)字時(shí)分解復(fù)接數(shù)據(jù)輸入連接鉚孔P113：PCM1譯碼數(shù)據(jù)解復(fù)接輸出連接鉚孔P114 ：PCM2譯碼數(shù)據(jù)解復(fù)接輸出連接鉚孔P115：提取的幀同步窄脈沖光信道測(cè)試點(diǎn)說(shuō)明： TX1310：輸入1310nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。 P201: 1310nm光發(fā)射端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸入連接鉚孔。P202：1310nm光接收端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)輸出連接鉚孔。TX1550：輸入1310nm光

10、發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。 P203: 1550nm光發(fā)射端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸入連接鉚孔。P204：1550nm光接收端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)輸出連接鉚孔。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.畫(huà)出實(shí)驗(yàn)連接示意圖，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)接后在經(jīng)過(guò)波分復(fù)用傳輸（另一個(gè)數(shù)據(jù)可以為其它數(shù)據(jù)），畫(huà)出幾實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)框圖。實(shí)驗(yàn)1 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(guò)程。3.掌握電話呼叫時(shí)的各種可聞信號(hào)音的特征。4.了解記發(fā)器的工作過(guò)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

11、光跳線 24.小型電話單機(jī) 25、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(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)，經(jīng)過(guò)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，然后在經(jīng)過(guò)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。PCM編碼PCM譯碼P601P602P603P604TP601用戶A：48PCM編碼PCM譯碼TP801/802P801P802TP804用戶B：4

12、9TP803 圖7.1.1 電話用戶A、B結(jié)構(gòu)示意圖P601用戶A用戶BTP804擴(kuò)展光模塊P04P06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)射光接收P201P202 光纖 1550nmLD+單模電 光光 電光接收光發(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

13、，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(guò)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(guò)壓保護(hù)由外接元器件完成，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(wú)法

14、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(lái)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(cè)試）、O（過(guò)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-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(guò)壓保護(hù)（OOvervoltage protection）防止過(guò)壓過(guò)流沖擊和損壞電路、設(shè)備。（3）振鈴控制（RRingin

15、g 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(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）與解碼器(Decoder)來(lái)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(hào)與PCM發(fā)送，接收數(shù)字四線單向信號(hào)之間的連接。過(guò)去

16、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（TTest）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)送碼流接收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(kāi)關(guān)饋電電路振鈴繼電器過(guò)壓保護(hù)電路 PBL 387 10 TP3067 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(cè)及音頻或脈沖信號(hào)的識(shí)別，用戶線是否

17、有話機(jī)的識(shí)別，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。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(hào)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向用戶恒流饋電 3過(guò)壓過(guò)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能識(shí)別是否有話機(jī) 10無(wú)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

18、電 路話音通道傳輸振鈴控制語(yǔ)音發(fā)送支路語(yǔ)音接收支路振鈴控制電話接口控制信號(hào)1控制信號(hào)2狀態(tài)指示摘機(jī)檢測(cè)/ 圖7.1.5 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(duì)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(shí)，饋電電流為18 mA。具體如下： A. 供電電源VBAT采用-48V； B. 在靜態(tài)情況下（不振鈴、不呼叫），-48V電源通過(guò)繼電器靜合接點(diǎn)至話機(jī)； C. 在振鈴時(shí)，-48V電源通過(guò)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(kāi)，回路無(wú)電流流過(guò)； 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. PBL 387 10內(nèi)部具有過(guò)壓保護(hù)的功能，可以抵抗保護(hù)TIP­­RING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(guò)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