综合实验指导书(总2011).doc

光纤通信系统实验指导书2011年第二版南京捷辉科技有限公司2011年10月目录前 言2第一章 JH5002A+实验系统概述4第二章 通信原理终端实验9实验1 电终端PCM编译码实验9实验2 E1帧成形及其传输实验13实验3 E1帧同步提取系统实验21实验4 加扰码实验25实验5 5B6B码型变换实验30实验6 CMI码型变换实验43实验7 5B6B线路编码通信系统综合测试49实验8 CMI线路编码通信系统综合测试51第三章 光纤传输系统实验53实验9 激光器P-I特性曲线绘制实验53实验10 自动功率控制（APC）原理实验58实验11 光器件寿命检测及无光检测报警实验68实验12 数字光发送接口指标测试实验72实验13 光接收机电路原理测试实验75实验14 光可变衰减器性能测试实验80实验15 无源光耦合器的特性测试83实验16 光纤连接器和光跳线性能测试实验89实验17 光波分复用器特性测试实验98实验18 光纤传输特性测量实验（扰模器的使用）104实验19 光无源器件在光链路中的连接和调整实验110实验20 数字信号电光、光电转换传输实验113实验21 模拟信号电光、光电传输实验115实验22 数字光接收机接口指标测试实验117实验23 图像光传输系统实验120实验24 波分复用（WDM）光纤通信系统实验124实验25 语音、图像的单/双光纤传输系统实验130实验26 TDM数据、模拟图像双/单光纤传输实验134实验27 副载波PFM调制光纤图像传输实验139实验28 10/100M自适应以太网光收发器实验144前 言JH5002/A+新型光纤通信实验系统是南京捷辉科技有限公司最新推出的通信综合实验系统之一，该新型光纤通信实验系统紧密配合当前大学光纤通信专业课程各章节的主要教学内容，力求涵盖与光纤通信相关的各个基本知识点，使学生在课堂理论教学的基础上有条件、有机会亲自动手了解和熟悉光纤通信系统的基本结构、基本工作原理、基本调试和测量方法，增加实践知识，提高学习兴趣和动手能力，为今后从事光纤通信专业领域和其他相关领域的工作积累经验。该系统把当今高新技术和新兴器件融入光纤通信原理实验，具有以下特性：先进性：该实验系统采用了先进的设计理念，将实验内容与光纤通信设备紧密结合。给学生展示了当今最先进、最实用的光纤通信技术，是一种高科技含量、高性能的通信专业实验设备。实验系统在同一箱体中集成了两套标配基本光纤收发系统和一套可选光纤收发系统，因而实验内容涵盖面广。本光纤通信实验系统兼顾了基本结构、基本工作原理与系统实际应用两方面的教学要求。标配的两套光收发系统模块的设计传输速率为E2速率，其中一套采用1310nm波长，另一套采用1550nm波长，因此既可以供两位学生在同一时间分别进行实验，也可供两位学生合作进行与WDM相关的各类综合性实验。系统性：本光纤通信实验系统与目前大专院校中最实用的光纤通信专业课程教材配合十分紧密。这方面较为典型的的教材有北邮顾畹仪等编著的光纤通信系统、南邮杨祥林编著的光纤通信系统、东南大学张明德等编著的光纤通信原理与系统等。这些教材尽管具体内容各有差别，但都贯穿着这样一条主线，即光纤及其传输特性、各类光无源器件的结构与应用、光源与光发射机、光检测器与光接收机、系统性能分析、设计与测试方法、系统在点到点通信和组网通信方面的实际应用等。为紧密配合教学需求，本新型光纤通信实验系统包含了上述各章节的绝大部分可操作实验，电路功能是按一个个电路测试模块进行划分，通过对这些模块的测试，可以让学生对每一种电路模块的功能和性能指标有一个全面的了解；实验教材中各实验项目内容详细，电路详实，实验步骤、操作过程清楚明了，系统概念突出、完整、清晰是该设备的一个突出点。同时，每个电路模块可接入多个系统中进行综合实验，形成一个较完整的光纤通信系统测试平台。便于学生理解光纤通信的组成和工作过程。可测性：企业运营中实际的光纤通信运营设备并不是为了满足实验的要求而设计的，因此若利用实际的光纤通信运营设备来进行教学，最突出困难是实验的可测量性较弱。JH5002A+型光纤通信综合实验系统在各功能电路模块上都设有关键信号测试点，并在电路功能基础上还增设特殊的测试环境，便于学生能用常规的测量仪表对信号的变化过程进行跟踪观察和对性能指标的测量，帮助学生理解掌握各功能电路的工作原理等。从信号的信源编码开始，经各类电接口、光接口处理和光纤传输后，解码还原出原始信号的整个路由内，系统的组成部分一目了然，设置了尽可能多的信号观察点和测试点，使学生通过试验，不仅能熟悉整个光纤通信系统的结构，还能直观的了解各处信号的形态特点；实验系统涉及基本原理的模块中，还设置了较多的调节旋钮，使学生可以安全地灵活改变系统主要参数，观察参数变化后对系统性能的影响，进一步加深对基本知识点的理解。同时，实验内容从电路到光路，从简单到复杂，从基础型到综合应用型的划分，便于老师对实验内容进行合理的组织和实施。实用性： JH5002A+型光纤通信综合实验系统中的数电处理模块具有简单的电话交换功能，使用两台实验系统通过一根光纤即可以构成一个双向的、远距离（30Km）的临时应急通信系统；或通过同步数据接口（速率：2.048Mbps），外接数据电视系统，提供双向的、远距离的（30Km）数据电视服务；也可作为以太网光纤收发器进行远距离宽带联网设备，或连接其它数据终端设备构成有效的光纤传输系统。开放性：实验设计资料的完整性（准确、实用）、实验的可测性和正确性、设备使用的安全性是衡量其今后能否成为开放实验室设备的一个必备的基本条件。“JH5002A+型光纤通信综合实验系统”给学生和老师提供了完备的实验资料（实验指导书与实验电原理图），同时给实验箱配备了可靠的透明保护盖板，为建立开放的一流实验室提供了必备的基本条件。系统数电控制处理部分采用了大规模可编程逻辑器件，并为学生进行自主学习和课外创新活动提供了开放的二次开发接口。可扩展性：系统采用超前化设计思路和模块化结构，可根据需求组成各类系统并平滑升级。系统可根据需要选配各类扩展型光收发模块，例如高速光纤收发端机采用单纤双工WDM结构，设计传输速率为SDH系统155Mbps速率，在同一光纤上可支持双向传输快速Ethernet网数据、PFM副载波调制的高质量电视信号、高速USB接口图像数据、时分复用型的多路RS-232计算机串行数据等。再例如，由一对LD/四象限PIN组件和机械准直机构组成的非导波光通信系统，主要用于进行非光纤传输的拓展性光信息技术实验场合，如光电定位、光电告警、自由空间光通信（FSO）的原理性实验等，以提供课外科技活动的平台，开阔学生眼界，提高学习光通信技术的兴趣。第一章 JH5002A+实验系统概述一、本实验系统的结构特色1、 根据目前大专院校中光纤通信专业实际应用的课程教材各章节内容定制。在基础实验方面，设置的各类信号观察点和测试点远远多于其他公司目前类似产品；还设置了较多的调节旋钮，使学生可以灵活而安全地改变系统主要参数，观察参数变化对系统性能的影响。线性通道输出采用信号基线和判决电平分别独立可调的结构，很好的兼顾了模拟和数字信号接收，也便于教师从系统平台的构建是否合理，各部件的运行参数调整是否正确这硬软两方面对学生进行综合考察。2、电话用户接口、信令及PCM编解码均采用标准的专业芯片，数字处理电路中TDM复接信号各时隙包含有实际话路PCM编码、可手工设置的8位开关量、伪随机码信号等各种组合，可分别采用打电话、观察8个指示灯状态变化或用误码仪测试的方法进行各类实验。3、信号处理过程包括加/解扰、CMI码和5B6B码两种线路编/解码方式，其中加/解扰和5B6B编/解码方式因相对复杂，其他公司的设备采用较少。4、妥善解决了基本结构、基本工作原理等基础实验与实际综合应用系统实验之间的矛盾。在同一箱体中集成了两套不同波长的标配基本光纤收发系统，另采用可选方式扩充一套高速的单光纤WDM收发系统，可在同一光纤上支持双向快速Ethernet网数据、PFM副载波调制电视信号、高速USB接口数据等信息的传输。因此综合性实验涵盖面广，实验内容范围大于其他公司一般类似的实验系统。5、系统不采用一般常用的大平板结构，而采用各部分独立的模块化小板结构，小板规格一致，采用不同搭配满足用户需求；不但便于更换时携带，还可节省用户维修成本，更有利于系统的平滑扩充和升级。例如扩充LD/四象限光电定位、光电告警、自由空间光通信（FSO）的原理性实验等，以提供课外科技活动的平台，开阔学生眼界，提高学习光通信技术的兴趣。6、系统电气处理部分采用了大规模可编程逻辑器件，并为学生进行自主学习和课外创新活动提供了开放的二次开发接口，并提供二次开发的相关指导。二、电路组成概述图1 JH5002A+型光纤通信综合实验系统布局图JH5002/A+光纤通信实验系统包含有数字电路处理模块、基本光通信实验收发端机、扩展型综合应用实验光收发端机、函数信号发生器和扩展内置式光功率计等组成部分。为体现各个组成部分在实际应用中的相对独立性，各部分电路在该硬件平台均独立PCB制版，板上以清晰的白色字体标明功能。对各部分电路的功能的进一步细化则按电路测试模块划分，在PCB板上均由白色细线条将其明显分割开来，对于每一个电路测试模块都能单独开设实验，便于教学、实验和实验内容的组织、划分。实验平台上电路测试模块布局见图1所示。数字电路处理模块主要由下列功能模块组成：1、 用户电话接口模块2、 DTMF（双音多频）信令模块3、 PCM语音编/译码器模块4、 帧传输复接模块（E1成形模块）5、 帧传输解复接模块（E1解复接模块）6、 加扰/解扰码模块7、 CMI光纤线路编/译码模块8、 5B6B光纤线路编/译码模块9、 数字传输主控模块基本光通信实验收发端机主要由下列功能模块组成：1、 1310nm波长光发送/接收机模块（单模，FC型光接口）2、 1550nm波长光发送/接收机模块（单模，FC型光接口）扩展型综合应用实验光收发端机主要由下列功能模块组成：1、 1310nm/1550nm波长光发送/接收一体化模块（一对， SC型光接口）2、 自适应以太网光纤收发模块（一对）3、 副载波频率调制（PFM）/解调模块（一对）函数信号发生器模块用于产生作为测试信号的函数波形，包括正弦波、三角波、方波等，各信号的频率、输出幅度均可调整。在JH5002A+光纤通信综合实验系统中，电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在该实验平台电路板的下面，它主要完成交流220V到+5V、-5V、+12V、-12V、-48V的直流变换，给整个硬件平台供电。JH5002光纤通信原理综合实验系统”通过下面几个端口与外部通信终端或测量设备进行连接：1. 电话接口：连接自动电话机，与对端用户进行通话实验及测量。2. 光发送模块的“模拟输入”、“ 数字输入”接口：用于接入准备通过光纤发送的电信号。3. 光接收模块的“模拟输出”、“ 数字输出”接口：用于将光纤接收并恢复的电信号送到电接收终端。4. 尾纤FC型（或SC型）光端口（包括转接法兰盘）：用该端口连接外部单模光纤。若是光发送端口，可通过光纤与本设备同波长光接收模块的光接口连接，也可与本设备其他不同波长光接收模块的光接口连接，或与波分复用器相连构建WDM光纤通信系统；也可通过该端口为光无源器件实验提供测量光源。5. 可选的一对波分复用一体化光收发模块SC型光路接口，用于单纤双工光路连接。6. 可选的副载波频率调制（PFM）/解调模块中的“视频入”、“视频出”接口，连接视频信号源设备与视频监视设备。7. 可选的自适应快速Ethernet网光纤收发模块的RJ45网线接口，连接Ethernet网络终端接口或计算机网卡。注：本实验教程虽已经过多次修正但难免有所纰漏，请您在使用过程中提出宝贵建议和意见，以便再版时进行修正第二章 通信原理终端实验实验1 电终端PCM编译码实验一、 实验目的1、 了解语音编码的工作原理，验证PCM编译码方法2、 熟悉PCM抽样时钟、编码和输入/输出码数据时钟间的关系3、 了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用4、 熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法二、 实验内容与要求1、 学习语音编码的工作原理，验证PCM编译码2、 测量PCM抽样时钟、编码和输入/输出码数据时钟间的关系三、 实验仪器1、 JH5002A+型光纤通信实验系统一台2、 20MHz双踪示波器一台3、 函数信号发生器一台4、 音频信道传输损伤测试仪一台四、 基本原理PCM编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行PCM编译码，该模块采用TP3067集成电路完成PCM编译码功能。该器件具有多种工作模式和功能，因此工作前将其配置成直接PCM模式（直接将PCM码进行打包传输），使其具有以下功能：1、 对来自接口模块发支路的模拟信号进行PCM编码输出。2、 将输入的PCM码字进行译码（即通话对方的PCM码字），并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块。PCM编译码模块的电路框图见图 12所示。PCM编译码器模块电路主要由语音编译码集成电路U201（TP3067）、运放U203（TL082）及相应的跳线开关、电位器组成。PCM编译码模块的电路原理图见图 12所示。电路工作原理如下：PCM编译码模块中，由收、发两个支路组成。在发送支路上发送信号经U203运放后放大后，送入U201的18脚进行PCM编码。编码输入时钟为BCLK（2.048MHz），编码数据从U201的5脚输出（VFRO），FSX为编码抽样时钟（8KHz）。编码之后的数据结果送入后续数据复接模块进行处理，或直接送到对方PCM译码单元。在接收支路中，收数据是来自解数据复接模块的信号（ADPCM_DR），或是直接来本地自环测试用PCM编码数据（ADPCM_DT），在接收帧同步时钟FSX（8KHz）与接收输入时钟BCLK（2.048MHz）的共同作用下，将接收数据送入U201中进行PCM译码。译码之后的模拟信号经运放U203B放大缓冲输出，送到用户接口模块中。PCM编译码模块中的各跳线功能如下：1、 跳线器K201用于设置PCM译码器的输入数据信号选择，当K201置于1_2（左端）时处于正常状态，解码数据来自解数据复接模块的信号；当K201置于2_3（右端）时，PCM单元将处于自环状态。图 11 PCM模块电路组成框图PCM模块的电路组成框图如下图所示：图 12 PCM模块电路组成框图 在该模块中，各测试点的定义如下：1、 TP201：发送模拟信号测试点2、 TP202：发送PCM编码抽样时钟3、 TP203：PCM接收码字4、 TP204：接收PCM编码抽样时钟5、 TP205：PCM发送码字6、 TP206：PCM编码器输入/输出时钟7、 TP207：接收模拟信号测试点五、 实验步骤（一）PCM编码器1. 输出时钟和帧同步时隙信号观测用示波器同时观测抽样时钟信号（TP204）和输出时钟信号（TP206），观测时以TP204做同步。分析和掌握PCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等）及输出时钟的对应关系。2. 输出时钟和编码输出数据信号观测用示波器同时观测抽样时钟信号（TP204）和编码输出数据信号端口（TP205），观测时以TP204做同步，分析和掌握PCM编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。（二）PCM译码器将跳线开关K201设置在自环位置2_3（右端）。此时将PCM输出编码数据直接送入本电路板上的译码器TP3067（JH5002A+电终端的电路板分为数字传输系统一、二两部分，下同），构成自环。用函数信号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口TP201（模拟发送端口），另一端接地。1. PCM译码器输出模拟信号观测（1） 用示波器同时观测解码器输出信号端口（TP205）和编码器输入信号端口（TP201），观测信号时以TP201做同步。定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。（2） 将测试信号频率固定在1000Hz，改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。观测信噪比随输入信号电平变化的相关关系。（3） 将测试信号电平固定在2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。观测信噪比与输入信号频率变化的相关关系。六、 实验结果分析与处理1、 整理实验数据，画出相应的曲线和波形。2、 对PCM和M系统的系统性能进行比较，总结它们各自的特点。3、 思考在通信系统中PCM接收端应如何获得接收输入时钟和接收帧同步时钟信号？实验2 E1帧成形及其传输实验一、 实验目的1、 了解帧的概念和基本特性2、 了解帧的结构、帧组成过程3、 熟悉帧信号的观测方法4、 熟悉接收端帧的同步过程和扫描状态二、 实验内容与要求1、 学习时分复用通信系统中一次群系统帧的组成结构2、 掌握时分复用信号复接、解复接工作原理3、 测量一次群系统帧传输格式三、 实验仪器1、 JH5002A+型光纤通信实验系统一台2、 20MHz双踪示波器一台四、 基本原理（1） TDM帧复接在数字传输系统中，几乎所有业务均以一定的格式出现（例PCM以8比特一组出现）。因而在信道上对各种业务传输之前要对业务的数据进行包装。信道上对业务数据包装的过程称之为帧组装。不同的系统、信道设备帧组装的格式、过程不一样。TDM制的数字通信系统，在国际上已逐步建立起标准并广泛使用。TDM的主要特点是在同一个信道上利用不同的时隙来传递各路（语音、数据或图象）不同信号。各路信号之间的传输是相互独立的，互不干扰。32路TDM（一次群）系统帧组成结构示意见图 2。图 21 32路TDM帧组成结构示意图在一个帧中共划分为32段时隙（T0T31），其中30个时隙用于30路话音业务。T0为帧定位时隙（亦称报头），用于接收设备做帧同步用。在帧信号码流中除有帧定位信号外，随机变化的数字码流中也将会以一定概率出现与帧定位码型一致的假定位信号，它将影响接收端帧定位的捕捉过程。在搜索帧定位码时是连续的对接收码流搜索，因此帧定位码要具有良好的自相关特性。时隙T1T15用于话音业务，分别对应第1路到第15路话音PCM码字。时隙T16用于信令信号传输，完成信令的接续。时隙T17T31用于话音业务，分别对应第16路到第30路话音PCM码字。在“JH5002A+型光纤通信原理综合实验系统”中，E1复接信号传输上采用了标准的TDM传输格式：定长组帧、帧定位码与信息格式。一帧共有32个时间间隔，按8个bit一组分成了一个一个的固定时隙，各时隙分别记为T0、T1和T31。T0时隙为帧定位码，帧定位的码型和码长选择直接影响接收端帧定位搜索和漏同步性能，Barker码具有良好的自相关特性。本同步系统中帧定位码选用7位Barker码（1110010），使接收端具有良好的相位分辨能力；T1 时隙为开关信号，8位跳线开关数据全可变，便于学生对信号传输的观测；T2时隙为特殊码序列，共4种码型可选；权衡实验箱的硬件成本和实验效果，“JH5002A+型光纤通信原理综合实验系统”硬件平台提供一套电话接口和PCM编译码器模块，但话音业务PCM编码数据信号的时隙位置可让学生随意控制插入在T3、T4、T15或T17、T18、T31任一位置（注：若插入到 T0、T1、T2和T16位置会对该时隙内数据形成干扰）。T0T31复合成一个2.048Mbps的标准数据流在同一信道上传输。图 22 复接模块工作原理组成框图TDM传输功能由E1复接模块工作原理框图见图 2。该电路模块的工作过程描述如下：帧传输E1复接模块主要由Barker码产生、同步调整、复接、系统定时单元所组成，各部分详细电路原理及完成的功能、作用参见相关教材。复接器系统定时用于提供统一的基准时间信号。同步调整单元的作用是把各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与内部定时信号完全同步的数字信号，然后由复接单元完成时间复用形成合路数字信号流。在“JH5002A+光纤通信原理综合实验系统”中，复接模块是用一片大规模可编程逻辑器件（FPGA）芯片来完成（UC01）。UC01内部还构造了一个m序列发生器，为便于观测复接信号波形，通过跳线开关K301（m_Sel0，m_Sel1）可以选择4种m序列码型，开关位置对应输出m序列码型见表 21所示。表 21 跳线器K301与产生输出数据信号错码产生器可以通过跳线开关K301（E_Sel0，E_Sel1）设置4种不同信道误码率，开关位置对应的插入错码率表2-2所示。便于学生了解帧传输解复接器在误码环境下接收端帧同步的过程和抗误码性能。通过测量可知道：在小误码时能锁定；误码加大，无法同步时，可看到帧同步电路在扫描。表2-2 跳线器K301与插入错码信号（2） TDM帧解复接Vcc失步指示帧传输E1解复接模块（亦称分接器）是由同步、定时、分接和恢复单元组成.其工作原理框图见图2-3。分接器的定时来自接收定时模块从接收信号中恢复的同步时钟，在同步单元的控制下，使分接器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系，即保持同步。当未同步时，将给出失步告警指示D609（红灯亮）。分接单元的作用是把合路的数字信号实施分离形成同步的支路数字信号，然后再经过恢复单元恢复出原来支路的数字信号，其各单元原理、完成的功能及作用详细描述参见相关教材。TDM实验系统是对基群（E1）传输方式的一种很好的仿真，能让学生完整地学习和掌握帧传输复接的工作原理、关键技术、实现的方法及性能。跳线器K201用于解复接模块输入数据信号选择，当K201置于正常（左端）时处于正常状态，输入数据来解扰模块的输出数据；当K201置于自环（右端）时，解复接模块处于自环状态，输入数据直接来自发端复接模块的复接数据。TDM传输功能由E1复接模块和E1解复接模块电原理图见图2-4和图2-5。在E1复接模块模块中，电路安排了如下测试点：1、 TP301：复接数据2、 TP302：复接时钟3、 TP303：帧指示4、 TP304： 加错指示在E1解复接模块中，电路安排了如下测试点：1、 TP601：接收时钟2、 TP602：接收数据3、 TP603：帧指示4、 D609：帧解复接失步指示五、 实验步骤准备工作：首先将PCM模块内的的输入信号选择跳线开关K201设置在自环位置（右端），使复接模块和解复接模块连接成自环测试方式；将复接模块内的工作状态选择跳线开关K301中的m序列选择跳线开关m_Sel0、m_Sel1拔下，使m序列发生器产生全0码，将加错码选择跳线开关E_Sel0、E_Sel1拔下，不在传输帧中插入误码。1、 发送传输帧结构观察用示波器同时观测复接模块帧指示测试点TP303与复接数据TP301的波形，观测时用TP303同步。掌握帧结构的观测方法，注意分析E1帧结构的时序关系，判断帧同步码、开关状态、PCM编码等信号所在E1帧中的位置，画下E1帧复接信号一个周期的基本格式。2、 帧定位信号码格式测量用示波器同时观测帧复接模块帧指示测试点TP303与复接数据TP301的波形，观测时用TP303同步。仔细调整示波器同步，找到并读出帧定位信号码格式，记录测试结果。提示：帧定位信号码与帧同步信号的上升沿对齐。3、 帧内话音数据观察用示波器同时观测帧复接模块帧指示测试点TP303与复接数据TP301的波形，观测时用TP303同步。仔细调整示波器同步，找出帧内话音数据。分析话音PCM编码数据所在时隙位置是否与开关K301中时隙选择开关设置相一致？调整话音发送时隙选择开关的设置，重新寻找调整后的话音PCM编码数据所在时隙位置。如有存储示波器，以TP303做同步，同时观测复接数据TP301中帧内话音数据和PCM模块的测试点TP205（话音编码数据）波形，观测两者话音数据码字是否一致，数据速率差异等，记录测试结果。4、 帧内开关信号观测用示波器同时观测帧复接模块帧指示测试点TP303与复接数据TP301的波形，观测时用TP303同步。仔细调整示波器同步，找到并读出帧内开关信号码格式。调整跳线开关K302上短路器，改变开关信号格式，观测帧内开关信号码格式是否随之完全一致变化，记录测试结果。思考：当调整跳线开关K302中的设置位置为11100100码型时（与帧定位信号一致），系统会出现什么情况？5、 帧内m序列数据观测用示波器同时观测帧复接模块帧指示测试点TP303与复接数据TP301的波形，观测时用TP303同步。仔细调整示波器同步，调整复接模块内的工作状态选择跳线开关K301中的m序列选择跳线开关m_SEL0、m_SEL1状态，产生4种不同序列输出，观测帧内m序列数据是否随之变化，记录测试结果。使用数字存贮示波器测量可分析具体帧和相邻帧m序列格式。6、帧内信令信号观测用示波器同时观测帧复接模块帧指示测试点TP303与复接数据TP301的波形，观测时用TP303同步。仔细调整示波器同步，找到信令时隙，在话机摘机、挂机和拨号时观测信令信号时隙是否变化，记录测试结果。提示：信令信号时隙与帧同步信号的下降沿对齐。7、解复接帧同步信号指示观测用示波器同时观测帧复接模块帧指示测试点TP303与解复接模块帧同步指示测试点TP602波形，观测时用TP303同步。观测两信号之间是否完全同步，记录测试结果。8、解复接开关信号输出指示观测在解复接器同步时，观察解复接模块的开关信号指示发光二极管指示灯（D601D608）。随意改变复接模块内跳线开关K302中短路器状态，观测接收端发光二极管指示灯（D601D608）是否随之对应一致变化，记录测试结果。9、解复接模块m序列数据输出测量用示波器测量同时观测发端帧复接模块复接数据测试点TP301与解复接接收数据TP602波形，观测时用TP301同步。仔细调整示波器同步，观测解复接中输出m序列信号是否正确，经复接/解复接系统传输的时延是多少？。调整复接模块内的工作状态选择跳线开关K301中的m序列选择跳线开关m_Sel0、m_Sel1状态，产生4种不同序列输出，观测帧内m序列数据是否随之变化，记录测试结果。六、 实验结果分析与处理1、 分析帧的组成过程。2、 根据测试结果，画出帧结构波形。实验3 E1帧同步提取系统实验一、 实验目的与要求1、 了解帧同步的机理2、 熟悉帧同步的性能3、 熟悉帧失步对数据业务的影响二、 实验内容1、 采用逐码移位同步搜索法实现帧定位同步；2、 测量帧失步对数据业务的影响。三、 实验仪器1、 JH5002A+型光纤通信实验系统 一台2、 20MHz双踪示波器 一台3、 函数信号发生器 一台四、 基本原理在TDM复接系统中，要保证接收端分路系统和发送端一致，必须要有一个同步系统，以实现发送端和接收端同步。帧定位同步系统是复接/解复接设备中最重要的部分。在帧定位系统中要解决的设计问题有：1）同步搜索方法；2）帧定位码型设计；3）帧长度的确定；4）帧定位码的码长选择；5）帧定位保护方法；6）帧定位保护参数的选择；等等。这些设计完成后就确定了复接系统的下列技术性能：1）平均同步搜捕时间；2）平均发现帧时间；3）平均确认同步时间；4）平均发生失帧的时间间隔；5）平均同步持续时间；6）失帧引入的平均误码率，等等。通常帧定位同步方法有两种：逐码移位同步搜索法和置位同步搜索法。“JH5002A+光纤通信原理综合实验系统”中的解复接同步搜索方法采用逐码移位同步法。逐码移位同步搜索法的基本工作原理是调整收端本地帧定位码的相位，使之与收到的总码流中的帧定位码对准。同步后用收端各分路定时脉冲就可以对接收到的码流进行正确的分路。如果本地帧同步码的相位没有对准码流接收信号码流的帧定位码位，则检测电路将输出一个一定宽度的扣脉冲，将接收时钟扣除一个，这等效将数据码流前移一位码元时间，使帧定位检测电路检测下一位信码。如果下一位检测结果仍不一致，则再扣除一位时钟，这过程称“同步搜索”。搜索直至检测到帧定位码为止。因接收码流除有帧定位码型外，随机的数字码流也可能存在与帧定位码完全相同的码型。因此，只有在同一位置，多次连续出现帧定位码型，方可算达到并进入同步。这一部分功能由帧定位检测电路内的校核电路完成。无论多么可靠的同步电路，由于各种因素（例如强干扰、短促线路故障等），总会破坏同步工作状态，使帧失步。从帧失步到重新获得同步的这段时间（亦称同步时间）将使通信中断。误码也将会造成帧失步。因此，从同步到下一次失步的时间因尽量长一些，否则将不断的中断通信。这一时间的长短表示TDM同步系统的抗干扰能力。抗误码造成的帧失步主要由帧定位检测电路内的保护记数电路完成，只有当在一定的时间内在帧定位码位置多次检测不到帧定位码，才可判定为帧失步，需重新进入同步搜索状态。逐码移位同步搜索法系统组成框图见图3-1所示。语音信号的中断时间短于100ms，将不易被人耳分辨出来。但对某些数据终端传输却是不允许的。为能让学生能深入了解在有误码的环境下帧失步、同步和抗误码性能，在复接模块内专门设计了一个错码产生器（3种类型误码），通过设置工作状态选择跳线开关K301中的错码选择开关（E_Sel0，E_Sel1），可以在E1帧传输信道中插入不同数量级分布的错码（信道误码率分别约为2103、1.6102和1.3101）。使学生非常方便地观测到E1复接/解复接抗误码性能：在误码率较低时，接收端帧同步电路能正常锁定同步；逐步增加插入错码数量，使传输信道误码率增大，接收端帧同步电路将失步（帧失步），进入帧同步搜索（扫描）状态；另可测试不同误码和帧失步对话音业务的影响和观测对数据业务的影响。五、 实验内容准备工作：首先将解PCM模块内的工作模式跳线开关K201分别设置在自环位置（右端），使复接模块和解复接模块连接成自环测试方式；将复接模块内的工作状态选择跳线开关K301中的m序列选择跳线开关m_Sel0、m_Sel1拔下，使m序列发生器产生全0码，将加错码选择跳线开关E_Sel0、E_Sel1拔下，不在传输帧中插入误码。1、 帧同步过程观察用示波器同时观测复接模块帧指示测试点TP303与解复接模块帧指示测试点TP603波形。观测时用TP303同步，调整示波器使观测信号同步，观察复接与解复接帧指示信号的波形，判断两者是否同步以及波形是否一致。用示波器同时观测复接模块复接时钟TP302与解复接解复接时钟TP601波形。观测时用TP302同步，调整示波器使观测信号同步，观察复接与解复接是时钟信号的波形，判断两者是否同步。思考：如果复接和解复接时钟不同步会带来什么问题？2、 误码环境下的帧同步性能测试（1） 用示波器同时观测复接模块帧指示测试点TP303与解复接模块帧指示测试点TP603波形。观测时用TP303同步，调整示波器使观测信号同步（2） 将复接模块内的选择跳线开关K301中的错码选择开关E_Sel0、E_Sel1插入，使传输信道中加入错码，此时信道误码率Pe1.3101。观测接收帧指示信号是否与发端同步，记录测试结果。（3） 将复接模块内的选择跳线开关K301中的错码选择开关E_Sel0拔除、E_Sel1插入，减小传输信道中误码率（Pe1.6102）。观测接收帧指示信号是否与发端同步，记录测试结果。（4） 将复接模块内的选择跳线开关K301中的错码选择开关E_Sel0插入、E_Sel1拔除，进一步减小传输信道中误码率（Pe2103）。观测接收帧指示信号是否与发端同步，记录测试结果。思考：何为接收帧同步的搜索（扫描）过程？3、 帧失步下对接收帧内数据信号传输的定性观测（1） 将复接模块内的选择跳线开关K301中的错码选择开关E_Sel0、E_Sel1拔下（传输信道误码率Pe为零），此时E1复接/解复接系统处于正常通信状态，解复接模块内的开关信号指示发光二极管指示灯（D601D608）与发端复接模块内跳线开关K302的状态位置一致。随意改变K302的状态位置，收端发光二极管指示灯（D601D608）将随之变化。（2） 设置复接模块内的选择跳线开关K301中的错码选择开关（E_Sel0，E_Sel1），在E1帧传输信道中插入不同数量级分布的错码（信道误码率分别约为2103、1.6102和1.3101），改变传输信道误码率，定性观测解复接模块内的开关信号指示发光二极管指示灯（D601D608）的变化态，记录测试结果。六、 实验结果分析与处理1、 分析总结实验测试结果；2、 分析：将复接模块内开关信号跳线开关K302中状态位置设置为11100100码型，使其与帧定位信号一致，对解复接模块可能会造成什么影响？ 3、思考：从发光二极管指示灯（D601D608）能定性的观测到误码和失步状态吗？实验4 加扰码实验一、 实验目的与要求1、 扰码的基本原理2、 扰码0状态的消除二、 实验内容1、 对发送端数据加扰，并进行测试2、 接收端数据解扰，并与发送端加扰前的数据进行比较三、 实验仪器1、 JH5002A+光纤通信原理实验箱 一台2、 20MHz双踪示波器 一台四、 基本原理在数字通信中，如果数据信息连“0”码或连“1”码过长将会影响接收端位定时恢复质量，造成抽样判决时刻发生变化，对系统误码率的产生影响。也就是说，数字通信系统的性能变化与数据源的统计特性有关。采用有冗余的传输编码可消除数据源一部分信息模式对系统性能的影响，但这是要以增加传输符号速率为代价。在实际中，常使用扰码器将数据源变换成近似于白噪声的数据序列（增加定时的同步信息），消除信息模式对系统误码的影响。在通信中扰码技术的采用保证了对信息的透明性：即在发端扰码的加入，在接收端可以从加扰的码流中恢复出原始的数据流，而对输入信息的模式无特殊要求。常用扰码器的实现可采用m序列进行。扰码器是在发端使用移位寄存器产生m序列，然后将信息序列与m序列作模二加，其输出即为加扰的随机序列。一般扰码器的结构图4-1所示：解扰器（也称去扰器）是在接收机端使用相同的扰码序列与收到的被扰信息模二加，将原信息得到恢。其结构如图4-2所示：本设备的m序列本征多项式G(x)=x7+x4+1。在实际光纤通信设备中，为避免m序列发生器处于“闭锁”状态，即当输入序列为全“0”码时，移位寄存器各级的起始状态也恰好是“0”，使输出序列也变成全“0”，或当输入序列为全“1”码时，移位寄存器各级的起始状态也恰好是“1”，使输出序列也变成全“1”。因此，在扰码器中加入有各级移位寄存器状态监视电路。当发生特殊状态时，能自动补入一个“1”或一个“0”码，改变这种状态。当然，在解扰码器电路中也应通过电路扣除这个补入码。应该指出，采用扰码技术会带来误码扩散。即在信道传输中出现一个误码时，在还原后的序列中会出现多个误码，使信道误码率增加。在误码率不高时，误码扩散数近似扰码器所对应的模二加算式的项数。因此，为减少误码扩散，应尽量减少m序列产生器的反馈抽头数。图4-3是加扰模块的组成原理框图。“加扰模块”的功能实现采用用FPGA（UC01）来完成。同时，为便于实验的测量和开设，加扰模块中还提供了一个测试码序列发生器。模块中输入数据选择跳线开关 K401用于选择需扰码的输入信号：当 K401设置在 误码测试位置时（上端），输入信号来自误码测试仪的输出数据（2.048Mbps）；当 K401设置在 Dt位置时（中间），输入信号来“复接模块”输出的帧发送发送数据（2.048Mbps）；当 K401设置在 m位置时（下端），输入信号来自本地的特殊测试码序列。该测试码序列用于对加扰器的性能测量，其测试码序列格式受 m序列选择跳线开关K401的 m_Sel0、m_Sel1控制，跳线器状态与输出的测试码序列件表 4-1所示。图4-3 加扰模块的组成表4-1 跳线器K401与产生输出信号图4-4是解扰模块的组成原理框图。“解扰模块”的功能实现同样采用是用FPGA器件（UC01）来完成。当 K201设置在正常工作模式（左端）时，输入信号来自“5B6B译码模块”输出的发送数据（2.048Mbps），输入时钟来自“5B6B译码模块”送来的数据同步时钟；当K201设置在自环工作模式（右端）时，此时电路模块构成自环工作方式，输入信号直接来自本电路板上发端的“扰码模块”输出的发送数据（2.048Mbps），输入时钟也来自于“扰码模块”扰码所使用的时钟。图4-5是加扰模块、解扰模块的组成电原理图。“加扰模块”内各测试点的安排如下：1、 TP401：输入数据（2.048Mbps）2、 TP402：输入时钟（2.048MHz）3、 TP403：加扰输出（2.048Mbps）“解扰模块“内各测试点的安排如下：1、 TP701：输入数据（2.048Mbps）2、 TP702：输入时钟（2.048MHz）3、 TP703：解扰输出（2.048Mbps）五、 实验内容 1、 扰码序列测试 1）首先将“加扰模块”中输入数据选择跳线开关 K401设置在 m 位置（下端），使输入信号来自本地的特殊测试码序列；将 m序列选择跳线开关 K401 中 m_Sel0、m_Sel1拔掉，产生全“1”码数据输出2） 用示波器同时测量输入数据和加扰数据测试点TP401、TP403的波形，测量时TP403点信号做示波器同步触发信号。调整合适的示波器时基（10S /DIV）和触发电平，使在示波器上观测到稳定的周期波形。用时基乘 10倍（或乘 5）扩展挡展开波形，读取并画下测量波形。3）将 m_Sel0、m_Sel1设置在不同状态，观测并分析测试结果是否满足扰码关系。 2、 0状态现象观测 1） 用示波器同时测量输入数据和加扰数据测试点TP401、TP403的波形，测量时TP403点信号做示波器同步触发信号。2） 输入数据选择跳线开关 K401插到误码测试位置（上端），使输入数据为“0”。关机后再开机，观测 TP403点信号的变化。3）自行设计一个消除“0”状态的电路。3. 解扰数据测试1） 将“PCM模块”中输入数据选择跳线开关 K201设置在自环位置（右端），输入信号直接来自本电路板上发端的“加扰模块”输出的发送数据（2.048Mbps），此时“加扰模块”和“解扰模块”构成自环工作方式；将“PCM模块”中输入数据选择跳线开关 K201设置在正常位置（左端），输入数据来自“CMI译码模块”或“5B6B译码模块”的输出，此时“加扰模块”和“解扰模块”构成正常的信道工作方式。2）用示波器同时测量“加扰模块”输入数据和“解扰模块”解扰输出数据测试点（自环传输系统一为TP401和TP703、系统二为TPE01和TPH03，设为正常工作模式时为TP401和TPH 03、TPE01和TP703）的波形，测量时以加扰模块发端的输入数据信号做示波器同步触发信号。 3）将 m_Sel0、m_Sel1设置在不同状态，观测加扰和解扰电路是否正常工作。 六、实验结果分析与处理1、 根据实验结果，画出主要测量点波形； 2、 根据测量结果分析扰码器在全“1”码输入时的均衡特性（平衡性）和游程特性； 3、 设计一个消除“0”状态的电路； 4、 分析、总结扰码器的作用及特性。 实验5 5B6B码型变换实验一、 实验目的与要求1、 熟悉5B6B线路码型的特点及适用场合2、 掌握5B6B线路码型的编码、译码的基本原理3、 熟悉5B6B线路码型收端码组同步的调整原理4、了解误码识别的原理及误码扩散的机理二、 实验内容1、 对发送端数据进行5B6B编码，测试5B6B码的码型变换过程2、 接收端数据进行5B6B译码，测试并与发送端5B6B编码前的数据进行比较3、 测试5B6B编解码的误码检测性能三、 实验仪器1、 JH5002A+光纤通信原理实验箱 一台2、 20MHz双踪示波器（最好使用数字存储示波器）一台3、 J