光纤通信课程设计报告书

1、.课程设计报告课程名称光纤通信课题名称通信系统综合实验专业班级学号姓名指导教师.2015年12月12日.工程学院课程设计任务书课程名称光纤通信课题通信系统综合实验专业班级学生学号指导老师审批任务书下达日期2015年 11月 26日任务完成日期2015年 12月 11日.目录1、 实验目的 .错误 ! 未定义书签。2、 实验容 .错误 ! 未定义书签。3、 实验仪器与设备. .错误 ! 未定义书签。4、 实验原理 .14.1、多路数据多路光纤综合传输系统总体框图.14.1.1Pcm编码模块 .34.1.2光波分复用模块 .34.1.3变速率时分复用模块 .34.1.4HDB3编码模块 .44.2

2、、多路数据多计算机单路图像图像/ 语音全双工光纤综合传输系统.54.2.1固定速率时分复用模块 .64.2.2视频信号源模块 .64.3多路计算机双路图像 / 语音全双工光纤综合传输系统.74.3.1位时钟提取模块 .94.3.2解固定速率时分复用模块 .95、 所实现的系统功能描述、相关数据测试结果等实验报表以及实验数据分析.115.1多路数据多路光纤综合传输系统.115.1.1接线步骤 .115.1.2测试结果 .125.2多路数据多计算机单路图像图像/ 语音全双工光纤综合传输系统.155.2.1接线步骤 .155.2.2实验结果 . .165.3多路计算机双路图像 / 语音全双工光纤综合

3、传输系统.185.3.1接线步骤 .185.3.2测试结果 . .196、心得体会. .197、评分表 .20.1、实验目的掌握变速率时分复用的原理、实现方法。学习并掌握计算机RS232通信技术。掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用。实现数字和语音同时通信2、实验容多路数据多路光纤综合传输系统的实现多路数据多计算机单路图像/ 语音全双工光纤综合传输系统的实验多路计算机双路图像/ 语音全双工光纤综合传输系统的实现3、实验仪器与设备1.光纤通信实验系统2台。2.示波器 1 台。3.波分复用器 2 个。4.2部。5.示波器 2 台。6.计算机若干台串口通信电缆若干根。7.1310nm/155

4、0nm 波长波分复用器2 个。8.FC/FC 光纤跳线 2 根。9. 摄像头 1 个。10. 监视器 1 个（或用代替） 。4、实验原理4.1多路数据多路光纤综合传输系统多路数据多路光纤综合传输系统综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统。.数字信号源电话电话变速率时分复用模块甲乙HDB3 编码模块PCM 编PCM 编码模块一码模块二HDB3 译码模块PCM 编码复扰码模块用模块CMI 编码模块1550nm1310nm光发模块光发模块WDMWDM1550nm1310nm光收模块光发模块PCM 编码解复 CMI 译码模块用模块解扰码模块PCM 解PCM 解码

5、模块一码模块二HDB3 编码模块电话甲电话乙HDB3 译码模块电解变速率时分端复模块用模块图 1 多路数据多路光纤综合传输系统框图电端DPLL光端DPLL光端DPLL四路输出.编码模块PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号；量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散幅度的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。脉码调制的过程如下图所示：模拟信源x(t )预滤波器抽样器x(n)波形编码器量化、编码光发射机tp3067光纤)模拟终端x(t)重建滤波器抽样保持、 x/sinx 低通)x(n)光接收机波形解码器光波分复用模块

6、光波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带有各种类型的信息），在发送端经复用器（也叫合波器，multiplexer）把这些光载波信号汇合在一起，并耦合到光线路中同一根光纤中进行传输；在接收端经分波器（也叫解复用器，demultiplexer）将各种波长的光载波进行分离，然后由光接收机做相应的处理恢复原信号。这种复用方式称作波分复用。可以单向传输，也可以双向传输。如下图所示：变速率时分复用模块各组成模块的功能说明如下：码速调整：将输入信号用128kbit/s的时钟进行CMI编码。使输入信号具有同码速。.输出信号的速率为256kbit/s。复接器：将 4 个支路已经同步的信码流和四位巴克码

7、复接成一个高速率的信号。输出信号的速率为2048kbit/s。时钟源：为整个复接电路提供稳定的时钟信号。时钟四路数据输入码速调整按复用输出位四位巴克码复编码模块1）、二进制序列中的“ 0”码在 HDB3码中仍编为“ 0”码，但当出现四个连“ 0”码时，用取代节 000V 或 B00V代替。取代节中 V 码、 B 码均代表“ 1”码，它们可正可负（即V+= 1， V-= 1， B+= 1， B-= 1）。2）、取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V，000V 取代节的安排要满足以下两个要求：各取代节之间的V 码要极性交替出现（为了保证传极性交替出现，不引入直流成份）。V 码

8、要与前一个传的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传，哪个是V 码和 B 码，以恢复成原二进制码序列）。当上述两个要求能同时满足时，用000V 代替原二进制码序列中的4 个“ 0”（用000V+或 000V- ）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（ B+00V+或 B-00V- ，实质上是将取代节000V 中第一个“ 0”码改成B 码）。3）、HDB3码序列中的传（包括“ 1”码、 V 码和 B 码）除 V 码外要满足极性交替出现的原则。下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。二进制码序列 :10000 10 1 00000 1 1 10000 000

9、0 01HDB3码序列 :V+-1000V-+101B+00V01+1 1000V- B+00V+0 14.2 多路数据多计算机单路图像图像/ 语音全双工光纤综合传输系统.多路数据多计算机单路图像图像/ 语音全双工光纤综合传输系统拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。计算计算计算机一机二机三数字信号固定速率时分复源用模块变速率时分复用电模块端HDB3 编码模块电话甲 /视频信号源1550nm 光发模块WDMWDM1550nm 光收模块HDB3 译码模块光扰码模块端CMI 编码模块1310nm 光发模块1310nm 光收模块电话乙 /视频终端光端CMI 译码

10、模块解扰码模块数字信号源固定速率时分复终端用解复用模块HDB3 编码模块电HDB3 译码模块端解变速率时分复用模块计算 计算 计算机三 机二 机一.图 2多路数据多计算机单路图像图像/ 语音全双工光纤综合传输系统框图在实际应用中， 通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器。数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。复接器是由FPGA实现的，其框图为：固定速率时分复用模块时钟定时入四复用输出路调复输整接其中， 在固定速率时分复用时，先要对四路输入信号进行时隙的调整，调整前后波形如下图所示：D4DDDDDDDD整 调D3D

11、DDDDDDDD2DDDDDDDDD1DDDDDDDDD 4D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6D7后 调D 3D0D1D2 D3D4 D5 D6D7整D 2D 0D1 D2 D3D4 D5 D6 D7D 1D 0D1D2 D3D4 D5 D6 D7最后，将四路数据相与就得到复接信号了。四路数据输出的帧结构是：帧同步码数据一数据二数据三0111 0010其中，帧同步码可以是数字信号源四路输出中的任意一路。改变帧同步码的位置，数字信号源终端的显示位置也将改变。视频信号源模块视频信号的带宽为0 6Mhz相对于语音信号的0 3Khz 来说宽了许多， 因此光发射机和光接收机的要求更加严格。在实验中

12、应该认真仔细的调整才能得到满意的图像传输效果。.摄像头光发模块激光器模拟信号输入端光纤监视器光收模块光检测器模拟信号输出端光纤图像传输框图4.3 多路计算机双路图像/ 语音全双工光纤综合传输系统多路计算机双路图像 / 语音全双工光纤综合传输系统综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环 DPLL）原理及实现五个实验.计计计计算算算算计计计计算算算算电变速率时解变速率时分端分电HDB3编 码端HDB3译 码HDB3译码模HDB3编码模光扰 码 模电话甲 /电话甲 /光解扰码模端端视频信号视频终CMI编码模CMI 译码模1310nm 光发模

13、1550nm1550nm光发模光收模1310nm光收模WDWDWDWD1310nm光收模1550nm1550nm1310nm光 发CMI 译码模光收模光发模光CMI 编码模端电话乙 /电话乙光解扰码模/扰码模端视频终视频信号HDB3 编 码HDB3译 码电HDB3译 码HDB3编 码端电解变速率时端变速率时分分计计计计计计计计算算算算算算算算图 3多路计算机双路图像/ 语音全双工光纤综合传输系统框图.位时钟提取模块数字锁相环 (DPLL) 是一种相位反馈控制系统。它根据输入信号与本地估算时钟之间的相位误差对本地估算时钟的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位的目

14、的。DPLL 通常有三个组成模块：数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF) 、 数控振荡器 (DCO)。根据各个模块组态的不同，DPLL 可以被划分出许多不同的类型。根据设计的要求， 本实验系统采用超前滞后型数字锁相环(LL DPLL)作为解决方案，图1 是其实现结构。在LL DPLL 中， DLF 用双向计数逻辑和比较逻辑实现，DCO采用加扣脉冲式数控振荡器。这样设计出来的DPLL具有结构简洁明快，参数调节方便，工作稳定可靠的优点。 DPLL实现框图如下：数据输入时钟输出鉴相器滤波器数控振荡器时钟1时钟2数字锁相环框图解固定速率时分复用模块解固定速率时分复用部分包括分解器、数字锁相环和

15、帧同步码提取三个部分，其框图如下：帧同步码提取BS数字锁相环BSFS信号输入分解器三路数据输出解固定速率时分复用框图因为一路数字信号源用做帧同步码，因此，只显示了三路数据。下面介绍一下帧同步码：目前已经找到的最常用的群同步码字，就是“巴克码”。巴克码是一种具有特殊规律的二进制码字。它的特殊规律是：若一个n 位的巴克码，每个码元只可能取值 +1 或 -1 ，则它必然满足条件25-1式（ 25-1 ）中，R（ j ）称为局部自相关函数。从巴克码计算的局部自相关函数可以看到，.它满足作为群同步码字的第一条特性，也就是说巴克码的局部自相关函数具有尖锐单峰特性，从后面的分析同样可以看出，它的识别器结构非

16、常简单。目前人们已找到了多个巴克码字，具体情况如下表所示。表中+表示 +1，示 1。位数 n巴克码字2+ +；+3+ + 4+；+5+7+11+ + + +13+ +巴克码码字表以 n = 7 的巴克码为例，它的局部自相关函数计算结果如下当 j = 0 时：当 j = 1 时：当 j = 2 时：同样可以求出j = 3 、 4、 5、 6、7，以及 j = -1 、 -2 、-3 、 -4 、 -5 、 -6 、 -7 时 R（ j ）的值为j=0R(j)=7j= ±1,±3,±5,±7, R(j)=0j= ±2,±4,±6

17、R(j)=-1根据上式计算出来的这些值，可以作出7 位巴克码关于R（ j ）与 j 的关系曲线，如下图所示。可以看出，自相关函数在j 0 时具有尖锐的单峰特性。局部自相关函数具有尖锐的单峰特性正是连贯式插入群同步码字的主要要求之一。.帧同步码识别后的波形如图所示：分解器主要由移位寄存器构成，框图如下：FSBS八位移八路数据八位数字信数据输入位寄锁存号源显存器器示终端5 测试结果及分析5.1 多路数据多路光纤综合传输系统用示波器在 1310nm光发模块的数字信号输入端口 TP103的信号和 1310nm光收模块的数字信号输出端口 TP109。调节 1310nm 光收端电位器 RP106、 RP1

18、08 和 1310nm 光发端电位器RP100得到最佳数字信号。甲乙两路同时摘起，按其中一路的数字键，在另一部的听筒听是否有拨号音。接线步骤甲连线方式甲P514P500PCM编译码模块一（模拟语音信号输出）（ PCM编码数据输入端）.PCM 编码复用解复用模块P644P505PCM编译码模块一（位时钟输出）（ PCM译码位时钟）PCM 编码复用解复用模块P637P504PCM编译码模块一（提取的帧同步信号）（ PCM译码帧同步信号）PCM 编译码模块一P503P643PCM编码复用解复用模块（ PCM 码输出）（ PCM编码复用输入端）PCM编码复用解复用模块P638P506PCM编译码模块一

19、（ PCM编码复用输出端）（ PCM译码输入）PCM 编译码模块一P501P515甲（ PCM 译码输出）（模拟语音信号输入）乙连线方式乙P516P512PCM编译码模块二（模拟语音信号输出）（ PCM编码数据输入端）PCM 编码复用解复用模块P644P510PCM编译码模块二（位时钟输出）（ PCM译码位时钟）PCM 编码复用解复用模块P637P511PCM编译码模块二（提取的帧同步信号）（ PCM译码帧同步信号）PCM 编译码模块二P507P642PCM编码复用解复用模块（ PCM 码输出）（ PCM编码复用输入端）PCM编码复用解复用模块P639P509PCM编译码模块二（ PCM编码解

20、复用输出端）（ PCM译码输入）PCM 编译码模块二P513P517甲（ PCM 译码输出）（模拟语音信号输入）光端连线方式PCM编码复用解复用模块P641P1001310nm光发模块（ PCM编码复用输出端）（数字光发数据输入）1310nm 光收模块P106P640PCM编码复用解复用模块（ PCM编码解复用数据输入（数字信号输出端）端）表一实验一接线步骤测试结果两台机可以进行通话，测试结果如下图所示：.图 4线路连线图图 5 光端 HDB3译码图 6 光端 HDB3编码信号输出.图 7 光端扰码信号输出图 8 光端 CMI 编码信号输出.图 9 光端 CMI译码输出5.2多路数据多计算机单

21、路图像图像/ 语音全双工光纤综合传输系统用串口线连接计算机上的串口和实验系统中计算机接口模块一的J402，在计算机上运行软件“串口调试助手v2.2 ”，将波特率设置为600，其他保持默认设置。调节光接收端电位器 rp106 、 rp107 、 rp108 ，使计算机能正常接收到发送的数据。接线步骤数字信号源模块P300 P741固定速率时分复用模块( 数字信号源一 )（复用输入信号一）数字信号源模块P301 P740固定速率时分复用模块( 数字信号源二 )（复用输入信号二）数字信号源模块P302 P739固定速率时分复用模块( 数字信号源三 )（复用输入信号三）数字信号源模块P303 P738

22、固定速率时分复用模块( 数字信号源四 )（复用输入信号四）固定速率时分复用模块P742 P603电端 FPGA（复用输出）（变速率时分复用输入信号一）光端 FPGAP720 P602电端 FPGA（ PN序列一信号输出）（变速率时分复用输入信号二）电端 FPGAP614 P618电端 FPGA（变速率时分复用复用信号输（ HDB3编码信号输入）.出）电端 FPGAP617 P8002M接口一（HDB3编码信号输出一）（电平变换信号输入一）电端 FPGAP616 P8022M接口一（HDB3编码信号输出二）（电平变换信号输入二）2M接口一P801 P8032M接口一（电平变换信号输出）（电平反变

23、换信号输入）2M接口一P805 P622电端 FPGA（电平反变换信号输出一）（HDB3译码信号输入一）2M接口一P804 P621电端 FPGA（电平反变换信号输出二）（HDB3译码信号输入二）2M接口一P805 P624电端 FPGA（电平反变换信号输出一）（数字锁相环信号输入）电端 FPGAP620 P626电端 FPGA（ HDB3译码信号输出）（帧同步提取信号输入）电端 FPGAP620 P632电端 FPGA（变速率时分复用解复用（ HDB3译码信号输出）信号输入）电端 FPGAP636 P745数字信号终端（变速率时分复用信号（固定速率时分复用解复用输出一）信号输入）电端 FPG

24、AP636-P744数字信号终端（变速率时分复用信号( 数字锁相环信号输入 )输出一）表二实验二接线步骤实验结果图 10 串口实物连接图.图 11 实验二测试结果（1）图 12 实验二测试结果（2）在调节那三个旋钮的时候，rp108 主要是控制是否会接收，只有把rp108 调节好后才能去调节 rp107 以达到能正确的接收到个数，然后再调节 rp106 。以达到能正确接收到对方计算机发来的信息。.5.3 多路计算机双路图像/ 语音全双工光纤综合传输系统用示波器观测1310nm 模拟信号输出端口P105。通过调节光收端电位器RP106、 RP108及 1310nm光发模块模拟部分电位器RP104

25、得到最佳传输的模拟信号。拆除 P410-P104 之间的连接线，用视频连接线连接摄像头和1310nm光发端模拟信号输入口P104。再用视频连接线连接 1310nm模拟输出和监视器。调节1310nm光收模块的电位器RP106、RP108使电视机的图像效果达到最好。接线步骤数字信号源模块P300 P741固定速率时分复用模块( 数字信号源一 )（复用输入信号一）数字信号源模块P301 P740固定速率时分复用模块( 数字信号源二 )（复用输入信号二）数字信号源模块P302 P739固定速率时分复用模块( 数字信号源三 )（复用输入信号三）数字信号源模块P303 P738固定速率时分复用模块( 数字信号源四 )（复用输入信号四）固定速率时分复用模块P742 P603电端 FPGA（复用输出）（变速率时分复用输入信号一）光端 FPGAP720 P602电端 FPGA（ PN序列一信号输出）（变速率时分复用输入信号二）电端 FPGAP614 P618电端 FPGA（变速率时分复用复用信号输（ HDB3编码信号输入）出）电端 FPGAP617 P8002M接口一（HDB3编码信号输出一）（电平变换信号输入一）电端 FPGAP616 P8022M接口一（HDB3编码信号输出二）（电平变换信号输入二）2M接口一P801 P8032M接口一（电平变换信号输出）（电平反变