光纤通信实验指导书2012版

1、光纤通信系统实验指导书姓 名 学 号 班 级 指导教师 目录实验一 E1帧成形及其传输实验 1实验二 E1帧同步提取系统实验 25实验三 电话交换呼叫处理通信系统综合实验28实验一 E1帧成形及其传输实验【预习要求】预习熟悉TDM帧的结构。一、实验目的l、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。二、实验原理在数字传输系统中，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

2、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、数据或图像)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帧（一次群）系统帧组成结构示意图见图1.1。图1.1 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。TIT15时

3、隙用于话音业务，分别对应第1路到第15路话音PCM码字。T16时隙用于信令信号传输，完成信令的接续。T17T31时隙用于话音业务，分别对应第16路到第30路话音PCM码字。本实验，采用“JH5002型光纤通信原理综合实验系统”实验平台，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8bit组分成了一个一个的固定时隙，各时隙分别记为T0、T1、和T3l。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7位Barker码(11100l0)，使接收端具有良

4、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；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。“JH5002型光纤通信原理综合实验系统”硬件平台仅提供一套电话接口和PCM编译码器模块，但话音业务编码数据信号的时隙位置可随意控制插入在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）。ToT31复合成一个2.048Mbps的标准数据流在同一信道上传输。TDM传输功能由E1复接模块工作原理框图见图1.2两个电路模块的工作过程描述如下：帧传输El复接模块主要由Barker码产生、同步调整、复接、

5、系统定时单元所组成。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“JH5002型光纤通信原理综合实验系统”中，复接模块是用一片现场可编程门阵列（CPLD）芯片来完成(U401)。U401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K403(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1.1所示表 1.1 跳线器K403与产生输出数据信号选项 K403设置状态m_Se10 m_Se11m序

6、列0码1码15位码长m序列码型可以在TP40l检测点观测。错码产生器可以通过跳线开关K403(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1.2所示。图1.2 复接模块工作原理组成框图表1.2 跳线器K403与插入错码信号选项 K403设置状态E_Se10 E_Se11错码无错码210-31.610-21.310-1 利用E1复接模块内富有电路资源，U401内部还构造了供测量HDB3编码规则的特殊码型信号发生器。图1.3解复接模块工作原理组成框图帧传输El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1.3。分接器的定时来自接收

7、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(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。跳线器K501用于解复接模块输入数据信号选择，当K501置于Dr(左端)时处于正常状态，输入数据来电终端机的HDB3编译模块的接收数据；当K501置于Dt(右端)时，解复接模块处于自环状态，输入数据直接来发端复接模块的复接数据。跳线器K502用于解复接模块输入时钟信号选择，当K502置于CLKR(左端)时处于正常状态，输

8、入数据来自接收定时模块恢复的同步时钟；当K502置于CLKT(右端)时, 输入时钟来发时钟做同步时钟。在El复接模块中，电路安排如下了测试点：l、TP401：发m序列2、TP402：复接数据3TP403：复接时钟4、TP404：加错指示5、TP405：帧指示在El解复接模块中，电路安排如下了测试点：6、TPS01：接收数据7、TP502：接收时钟8、TP503：输出m序列9、TP504：帧指示三、仪器设备 仪器名称 数量 l、JH5002型光纤通信原理综合实验系统 一台 2、20MHz双踪示波器 一台四、内容及步骤准备工作：首先将解复接模块内的输入信号和时钟选择跳线开关K501、K502分别设

9、置与Dt和CLKT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K403中的m序列选择跳线开关m_Sel0、m_sell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_Sell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帧复接模块帧同步指示测试点TP405与复接数据TP402的波形，观测时用TP405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复接帧中的位置。2、帧定位信号码格式测量用示波器同时观测帧复接模块同步指示测试点TP405与复接数据TP

10、402的波形，观测时用TP405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同步指示测试点TP405与复接数据TP402的波形，观测时用TP405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K402的设置相一致，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。4、帧内开关信息观测用示波器同时观测帧复接模块同步指示测试点TP405与复接数据TP402的波形，观测时用TP405同步。仔细调整示波器同步，找到并读

11、出帧内开关信号码格式。调整跳线开关K401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。、帧内m序列数据观测 用示波器同时观测帧复接模块同步指示测试点TP405与复接数据TP402的波形，观测时用TP405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K403中的“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。6、帧内信令信号观测用示波器同时观测帧复接模块同步指示测试点TP405与复接数据TP402的波形，观测时用TP405同步。提示：信令信号时隙与帧同步信号的下降沿对

12、齐。7、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m序列信号测试点TP401与解复接输出m序列信号TP503波形，观测时用TP401同步。仔细调整示波器同步，观测解复接输出m序列信号是否正确。调整复接模块内的工作状态选择跳线开关K403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。五、报告要求1、 实验目的；2、 实验原理；3、 仪器设备；4、 实验内容及步骤，根据测试结果，记录波形：a) 发送传输帧结构（E1帧总体波形）观察；b) 帧定位信号码（T0时隙）格式测量，记录定位信号码波形；T0时隙波形 c) 帧

13、内话音数据观察，记录一种K402设置下的E1帧信号波形，说明语音信号的时隙位置以及K402设置，以及它们的对应关系；K402设置为 ，E1帧信号波形为说明：语音信号的时隙位置为 ，与K402设置 。d) 帧内开关信息（T1时隙）观测，记录一种K401设置下的E1帧信号波形，说明T1时隙波形以及K401设置，以及它们的对应关系；K401设置为 ，T1时隙波形为说明：T1时隙波形与K401设置的关系是 。e) 帧内m序列数据观测，记录输入不同m序列条件下，TP402的波形；m序列为 ，T2时隙波形为 f) 帧内信令信号观测，说明信令信号的时隙位置；说明：信令信号的时隙处于E1帧的第 个时隙。g)

14、解复接开关信号输出指示观测，说明二极管指示灯与K401设置的关系；说明：二极管指示灯D501D508与K401设置关系为 h) 解复接模块m序列数据输出测量，记录输入不同m序列条件下，TP503的波形。m序列为 实验二 E1帧同步提取系统实验【预习要求】预习逐码移位帧定位同步方法。一、实验目的l、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：)同步搜索方法；2)帧定位码型设计；

15、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。“JH5002型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

16、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

17、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。步搜索法系统组成框图见图5.1所示。 图2.1 逐码移位同步法电路组成框图 三、仪器设备 仪器名称 数量 1、JH5002型光纤通信原理综合实验系统 一台 2、20MHz双踪示波器 一台 3、函数信号发生器 一台四、内容及步骤准备工作：首先将解复接模块内的输入信号和时钟选择跳线开关

18、K501、K502分别设置于Dt和CLKT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K403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。l、帧同步过程观察(1)用示波器同时观测复接模块帧同步指示测试点TP405与解复接模块帧同步指示测试点TP504波形。观测时用TP405同步，调整示波器使观测信号同步。(2)将解复接模块内的输入数据选择跳线开关K501的短路器拔除，使传输信道断，观测解复接模块帧同步失步情况。反复插入和拔除K501的短路器

19、，观测同步和失步状态，记录测试结果。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同步指示测试点TP405与解复接模块帧同步指示测试点TP504波形。观测时用TP405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K403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Pe1.3l0-1。观测接收帧同步信号是否与发端同步。(3)将复接模块内的选择跳线开关K403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(Pe1.610-2)。观测接收帧同步信号是否与发端同步。(4)将复接模块内的选择跳线开关K4

20、03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(Pe2l0-3)。观测接收帧同步信号是否与发端同步。3、帧失步下对接收帧内数据信号传输的定性观测(1)将复模块内的选择跳线开关K403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El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(D501D508)与发端复接模块内跳线开关K401的状态位置一致。随意改变K401的状态位置，收端发光二极管指示灯(D501D508)将随之变化。(2)设置复接模块内的选择跳线开关K403中的错码选择开关(E_Sel0，E_

21、Sel1)，在El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2l0-3、1.6X10-2和1.310-1)，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(D501D508)的变化态，记录测试结果。五、报告要求1、 实验目的；2、 实验原理；3、 仪器设备；4、 实验内容及步骤，根据测试结果，记录波形：a) 帧同步过程观察，说明501短路器拔除和插入时，同步、失步状态变化情况；当m_Sel0，m_Sel1，E_Sel0，E_Sel1全拔除，501短路器拔除时，波形为当插入501短路器时，TP504波形 ，二极管指示灯D501D508 ，D509 ，再拔除5

22、01短路器时，TP504波形 ，二极管指示灯D501D508 ，D509 ，此时K401设置为 ，D501D508与K401设置 。b) 误码环境下帧同步性能测试，说明不同误码率下，接收帧同步信号是否与发端同步；c) 帧失步下对接收帧内数据信号传输的定性观测，说明误码率为0时，收端二极管指示灯于K401设置的关系，以及误码率为2l0-3、1.6X10-2和1.310-1，收端二极管指示灯变化状态。当E_Sel0= ，E_Sel1= ，误码为 时，波形是否同步，二极管指示灯D501D508 ，与K401设置 ，D509 。E_Sel0= ，E_Sel1= ，误码为 时，波形是否同步，二极管指示灯

23、D501D508 ，与K401设置 ，D509 。E_Sel0= ，E_Sel1= ，误码为 时，波形是否同步，二极管指示灯D501D508 ，与K401设置 ，D509 。实验三 电话交换呼叫处理通信系统综合实验【预习要求】预习程控交换的原理，以及电路交换的过程。一、实验目的1、了解程控交换的基本工作过程；2、掌握主叫用户的呼叫过程；3、了解在主叫呼叫过程中的信令处理过程；4、掌握主叫因被叫用户的状态在接续过程中信号音的变化；二、实验原理一般程控交换机组成见图3.1所示，它主要由(1)用户接口电路：(2)话路网络(交换网络)；(3)控制系统：(4)出入中继器；(5)话务台等功能模块组成。从图

24、中可以看出，话音通道与信令通道是两个独立的通道，它们在用户接口电路出口处分离，话音通道去话路网络(交换网络)，信令去控制系统的扫描器。图3.1 程控交换机组成框图对于用户接口上的信令可分为线路信令与地址信令(也称之为记发器信令)。线路信令主要反映了二线用户话机的状态：摘机或挂机，此类信令一般由SLIC电路检测；地址信令主要是用户发出的拨号信息，该类信令一般由双音多频(DTMF)检测器进行检测。用户线上的地址信令存在两种技术标准：脉冲拨号方式和DTMF方式。本系统中采用DTMF方式，并使用DTMF专用器件CM8870完成对DTMF信号的检测。话音编码采用PCM编码，本系统中采用MCl4Lc554

25、0器件完成PCM(或ADPCM)编码。电话的摘机挂机、DTMF信令信号的处理、对话机的振铃以及各种接续信号的处理都由交换处理模块来完成。交换处理模块功能利用设置在发送定时模块的UJ01富余电路资源实现。本地用户的电话号码由该模块的终端号码选择跳线开关KJ01确定：当KJ01设置在位置l时(左端)，本地主叫用户号码为1，被叫用户号码自动为2；设置在位置2时(右端)，本地主叫用户号码为2，被叫号码用户自动为1。主叫用户与被叫用户是相对的，通信的任何一方都可成为主叫用户或被叫用户。首先摘机呼叫对方用户的一方为主叫用户，另一方为被叫用户。三、仪器设备仪器名称 数量l、JH5002型光纤通信原理综合实验

26、系统 二台2、20MHz双踪示波器 一台3、电话机 二部四、实验内容准备工作：()首先，正确设置、检查两台“JH5002型光纤通信原理综合实验系统”。设备上的各跳线开关位置，并按下列方式设置：(2)用户电话接口模块内发、收增益选择跳线开关K101、K102设置在N位置(左端)：DTMF模块内增益选择跳线开关K201设置在N位置(左端)：PCM模块内输入信号选择跳线开关K301设置在N位置(左端)，发、收增益选择跳线开关K302、K303设置在N位置(1_2：左端)，输入数据选择跳线开关K304设置在N位置(1_2：左端)；将2部电话机分别接入各自的P1电话插座。将第一台实验箱发送定时模块内的主

27、叫号码选择跳线开关KJ01设置1位置(1_2：左端)号码为1；将第二台实验箱发送定时模块内的主叫号码选择跳线开关KJ01设置2位置(2_3：左端)号码为2。(3)将发时钟处理模块中的CMI/5B6B使能跳线开关KJ02设置在5B6B位置(右端)，通过发时钟处理模块向5B6B编码模块提供相关编码时钟。(4)将两台设备中复接模块话音发送时隙K402位置设置一致；将参数选择开关K403中误码插入开E_sel0、E_sel1断开(拔下)，m序列选择开关m_sel0、m_sel1位置任意；m序列数据接入开关K404插入。将解复接模块接收数据选择开关设置在Dr位置(左端)、接收时钟选择开关设置在CLKR位

28、置(左端)。(5)将终端HDB3编译码模块输入数据选择开关K601设置在Dt位置(左端)，线路码型选择开关K602设置在HDB3位置；对应将信道HDB3编译码模块发送数据选择开关K701设置在Dr位置(左端)，线路码型选择开关K702设置在l_2位置(左端：HDB3)；(6)将加扰模块输入数据选择开关K801设置在Dt位置(上端)：对应将解扰模块输入数据选择开关K803设置在5B6B位置(中间)，输入时钟选择开关K804设置在CLKR位置(左端)。(7)将586B编码模块输入信号选择跳线开关KB01设置在DT_SCR位置，使输入连接加扰模块的输出信号；将两台设备的参数设置开关中码表模式选择开关M0de0、Model位置设置一致，将误码插入选择跳线开关Error_Sel0、Error_Sel1断开(拔下)，不插入误码。(8)将接收定时模块信号输入选择开关KD03设置在DR位置，使接收定时同步在来自光纤收发模块的接收信号