更改版：专业实验A(3)-603室肖—光纤通信(光信12级全部)

1、2015年第二学期12级光信1-2班实验课安排地点：实验四号楼603实验课程名称专业实验A(3)光纤通信实验项目1-3专业光信息科学与技术班级光信12级全部总人数100组数4每组人数25主要仪器设备光纤通信原理实验系统主要耗材实验类型普通综合实际实验学时8实验教师肖万iaown实验室人 员演示设计 时间安排（若有冲突，请学委协调，时间不变，但班级、组别可调整）实验一：第2周周四 13:50-16:00一班第一组；16:00-18:10一班第二组。实验一：第3周周四 13:50-16:00二班第一组；16:00-18:10二班第二组。实验二：第4周周四 13:50-16

2、:00二班第一组；16:00-18:10一班第一组。实验二：第4周周五 13:50-16:00二班第二组；16:00-18:10一班第二组。实验三：待定。注 意 事 项 1. 实验课开课前学生应将本班各实验课的分组名单交相应实验教师。进入实验室前必须做好预习，理解实验讲义，做好预习报告（每个实验的预习报告只需重点摘录200300字即可）。预习实验报告作为平时成绩的主要依据计入总分。2. 必须按要求填好仪器设备使用登记簿，否则算缺席。每实验小组做完实验后应将实验仪器按原样摆放整齐，经实验教师清点确认后离开实验室。3. 实验课结束后，学生按时完成实验报告。学生实验报告由班长收齐并按学号排序后交实验

3、教师。实验报告批改后，附上打印的成绩单，于本学期结束之前送实验中心。4. 以下电子讲义供大家课前预习，只需打印含实验步骤的页码即可。5. 仔细阅读讲义中“光纤实验箱使用注意事项”部分。6. 请备好拍摄设备以便记录某些示波器显示的实验结果。 2015-9-7目 录光纤通信系统简介- 3 -ZY1804I光纤通信原理实验系统简介- 5 -光纤实验箱使用注意事项- 9 -实验一 PCM 编译码实验- 10 -实验二 伪SDH帧结构及其传输实验- 16 -实验三 光纤线路接口码型HDB3编译码实验23光纤通信系统简介光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。光纤

4、通信使用的波长在近红外区，即波长8001800nm，可分为短波长波段（850nm）和长波长波段（1310nm和1550nm），这是目前所采用的三个通信窗口。光纤通信是人类通信史上一重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统，其主要优点是：1、光波频率很高，光纤传输频带很宽，故传输容量很大，理论上可通过上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制、打印等多种业务；2、不受电磁干扰，保密性好，且不怕雷击，可利用高压电缆架空敷设，用于国防、铁路、防爆等；3、耐高温、高压、抗腐蚀，不受潮，工作十分可靠；4、光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属（如铜、铝），且直径小、重量轻、可绕性好。在2

5、0世纪70年代，光纤通信由起步到逐渐成熟，这首先表现为光纤的传输质量大大提高，光纤的传输损耗逐年下降。19721973年，在850nm波段，光纤的传输损耗已下降到2dB/km左右；与此同时，光纤的带宽不断增加。光纤的生产从带宽较窄的阶跃型折射率光纤转向带宽较大的渐变型折射率光纤；另外，光源的寿命不断增加，光源和光检测器件的性能也不断改善。光纤和光学器件的发展为光纤传输系统的诞生创造了有利条件。到1976年，第一条速率为44.7MB/s的光纤通信系统在美国亚特兰大的地下管道中诞生。80年代是光纤通信大发展的年代。在这个时期，光纤通信迅速由850nm波段转向1310nm波段，由多模光纤传输系统转向

6、单模光纤传输系统。通过理论分析和实践摸索，人们发现，在较长波段光纤的损耗可以达到更小的值。经过科学家和工程技术人员的努力，很快在1300nm和1500nm波段分别实现了损耗为0.5dB/km和0.2dB/km的极低损耗的光纤传输。同时，石英光纤在1300nm波段时色度色散为零，这就促使1300nm波段单模光纤通信系统的迅速发展。各种速率的光纤通信系统如雨后春笋般在世界各地建立起来，显示出光纤通信优越的性能和强大的竞争力，并很快替代电缆通信，成为电信网中重要的传输手段。光纤通信技术的发展，大致可以分为三个阶段：第一阶段（19701979年）：光导纤维与半导体激光器的研制成功，使光纤通信进入实用化

7、。1977年美国亚特兰大的光纤市话局间中继系统称为世界上第一个光纤通信系统。第二阶段（19791989年）：光纤技术取得进一步突破，光纤损耗降至0.5dBm/km以下。由多模光纤转向单模光纤，由短波长向长波长转移。数字系统的速率不断提高，光纤连接技术与器件寿命问题都得到解决，光纤传输系统与光缆线路建设逐渐进入高速发展时期。第三阶段（1989年至今）：光纤数字系统由PDH向SDH过渡，传输速率进一步提高。1989年掺铒光纤放大器（EDFA）的问世给光纤通信技术带来巨大变革。EDFA的应用不仅解决了长途光纤传输损耗的放大问题，而且为光源的外调制、波分复用器件、色散补偿元件等提供能量补偿，这些网络元

8、件的应用，又使得光传输系统的调制速率迅速提高，并促成了光波分复用技术的实用化。随着我国国民经济建设的持续、快速发展，通信业务的种类越来越多，信息传送的需求量也越来越大，我国光通信的产业规模不断壮大，产品结构覆盖了光纤传输设备、光纤与光缆、光器件以及各类施工、测试仪表与专用工具。可以展望：光纤通信作为一高新技术产业，将以更快的速度发展，光纤通信技术将逐步普及，光纤通信的应用领域将更加广阔。一个实用的光纤通信系统，要配置各种功能的电路、设备和辅助设施才能投入运行。如接口电路、复用设备、管理系统以及供电设施等等。根据用户需求、要传送的业务种类和所采用传送体制的技术水平等来确定具体的系统结构。因此，光

9、纤通信系统结构的形式是多种多样的，但其基本结构仍然是确定的。图0-1给出了光纤通信系统的基本结构，也可称之为原理模型。光纤通信系统主要由三部分组成：光发射机、传输光纤和光接收机。其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。实现过程如下：输入电信号既可以是模拟信号（如视频信号、电话语音信号、正弦波或三角波信号），也可以是数字信号（如计算机数据、PCM编码信号、数字信号源信号）；调制器将输入的电信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能；光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端；在接收端，光电检

10、测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电信号处理过程，以弥补线路传输过程中带来的信号损伤（如损耗、波形畸变），最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传送过程。根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型和光接收方式的不同，光纤通信系统可分成：图0-1 光纤通信系统模型用户接口电发射端机输入接口光发端机用户接口电接收端机输出接口光收端机光缆光缆光中继器备用系统辅助系统（1）按光波长划分可以分为短波长和长波长光纤通信系统类别特点短波长光纤通信系统工作波长：800nm900nm；中继距离：£10km长波长光纤通信系统工作波长：1000nm

11、1600nm；中继距离：>100km超长波长光纤通信系统工作波长：³2000nm；中继距离：³1000km；采用非石英光纤（2）按光纤特点划分类别特点多模光纤通信系统传输容量：£100Mbit/s；传输损耗：较高单模光纤通信系统传输容量：³140Mbit/s；传输损耗：较低（3）按传输信号形式划分类别特点数字光纤通信系统传输信号：数字；抗干扰；可中继模拟光纤通信系统传输信号；模拟；短距离；成本低(4) 按光调制的方式划分类别特点强度调制直接检测系统简单、经济、但通信容量受到限制外差光纤通信系统技术难度大，传输容量大（5）其它类别特点相干光纤通信系统

12、光接收灵敏度高；光频率选择性好；设备复杂光波分复用通信系统一根光纤中传送多个单/双向波长；超大容量，经济效益好光时分复用通信系统可实现超高速传输；技术先进全光通信系统传送过程无光电变换；具有光交换功能；通信质量高副截波复用光纤通信系统数模混传；频带宽，成本低；对光源线性度要求高光孤子通信系统传输速率高，中继距离长；设计复杂量子光通信系统 量子信息论在光通信中的应用 28ZY1804I光纤通信原理实验系统简介本实验系统是为配合光纤通信课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。一、产品的系统特点光纤I型实验系统注重产品的系统和功能组成，产

13、品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比。整个系统分中央控制器、备用环和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。整个系统采用2.048M传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能。实验紧密结合光通信新技术的发展趋势，将波分复用、光时分复用和SDH传输网等新技术都通过实验演示出来，简单易懂。采用大规模的现场可编程门阵列器件，使得产品的开放性、可升级性强。同时为了实现自愈环（即备用环）功能以及使学生有更大的开发和操作空间，特意制

14、作了二次开发板，并预留大量的I/O扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计。所有实验大多采用开关控制，减小了实验操作时的繁琐性。该实验系统融合了当今的光纤通信技术发展的一些新技术和新器件，并将其融入到光纤通信原理课程当中，同时与通信原理和程控交换课程的部分原理结合，其主要有以下特点：1、实验箱采用“整板+核心板”设计，特殊光器件玻璃罩保护，元器件贴片化，模块元件布局完全对称。所有的测试钩和连接孔均有标识，深蓝色的电路板，白色丝印使得整个电路板层次性强、美观、大方。2、实验箱和光纤通信原理教材紧密结合，实验项目和顺序与教材保持完全同步。通过八个方面全面实验来了解光纤通信的全过程，八个方面分别是：

15、光纤和光缆；通信用光器件（有源器件和无源器件）；光端机(光发、光收端机)；数字光纤通信系统；模拟光纤通信系统；光纤通信新技术；光纤通信测量技术；光纤通信网络。3、系统采用整板上分模块的设计方式，除了核心板中央控制器外，还配置了光发端机、光收端机、模拟信号源、数字信号源、数字终端、电话模块、串口通信模块等。各种系统组建灵活，可根据不同的实验搭建成模拟、数字、计算机、图像、语音、混合光纤传输系统及多台实验箱多部电话组网通信等不同的实验系统。4、电路实现上采用大规模FPGA，使得产品的开放性和可升级的空间加大。专门设计制作了可供学生进行二次开发实验的二次开发板，并预留了大量的I/O口，可以方便的使学

16、校在原有硬件电路的基础上开发新的实验内容。5、同一实验箱中具备通用的三个低损耗光纤通信端口（850nm、1310nm、1550nm）；光发送机和光收端机分模块设计，使得学生可以更加直观地了解激光器的调制和解调，即电-光，光-电的转换原理过程；光发送和光接收分别采用分立元件（1310nm）和集成电路（1550nm）来实现，且电路参数可调，可通过特定的测试点来观测光发送和光接收本质原理的实现过程。6、光发送时加入自动光功率控制电路，使得激光器的输出更加稳定，同时有利于对自动功率控制原理的理解；光接收时在已有前置放大和主放大的基础上，加入了信号的判决和再生，可以通过判决前后眼图的形状的不同深入的理解

17、信号在光纤传输中的衰减特性和光接收的原理。7、5B6B、5B1P、5B1C、CMI、HDB3编译码和扰码解扰码等光纤线路码型的加入，及其各自传输时的不同特性，使得学生可以进一步了解线路码型在光传输过程中的作用；无光告警、寿命检测电路的加入，有利于对光传输进行监测；2M速率信号光纤传输时的不中断法误码监测、误码指示及误码率、误码扩散系数的测量，使得学生更加深一步的了解光纤传输的特性。8、各种光无源器件的使用方法及其特性的测试，使得教学和实际紧密地结合在了一起；波分复用+时分复用技术、电话热线呼叫时交换技术的使用，使得四台实验箱组网完成八部电话的全双工通信成为可能，从而完全模拟实际的电话通信系统；

18、如果在光发和光收之间加入裸光纤，则可以实现四台实验设备几十公里长距离间的传输，语音、图像、计算机数据信号的单光纤传输，使得实验更加完整地体现了光纤发展新技术的要求。9、本实验系统基于SDH设计，参照SDH和E1信号的帧结构制定了适合教学使用的2M伪SDH帧结构，帧结构已申请发明专利，此知识产权为我司独有。实验箱采用2.048M传输速率，时分复用数据和复用方式灵活，使得实验箱的传送方式更加多样，在通过对比的基础上更加深入地了解复用的原理；伪SDH帧结构通信时的通道可自动选择，更加生动、直观的体现了SDH同步传输体制的结构和复用原理；时分解复用时采用终端显示，可直观地通过对比的方式检验复用解复用过

19、程的正确性。10、本系统可以实现多台实验箱间的环网通信，完成数字、语音等信号的多点之间的传输。其中电话语音信号采用1号信令进行控制，与实际设备完全一致。本实验系统可采用双纤通信模式，分为主环和备用环两部分，当主环工作不正常时，整个业务切换到备用环上，当主环恢复工作后，业务又切换回主环，实现通道自愈环保护功能。11、整个实验系统大多采用开关控制，尽量少的使用连线，模块功能清晰，系统结构紧凑，操作方便，并且在设计时加入了大量的保护电路，安全性强。二、主机箱及系统模块简介它包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十四个模块组成。其印刷电路板布局图如图0-2所示，每个模块均留出了关键的测

20、试孔和测试钩，利于客户连线做系统实验以及测试用。图0-2 ZY1804I型光纤通信原理实验系统布局图1、电源模块：提供实验箱各模块电源。2、串口通信模块：主要用来实现实验箱与计算机之间的数据通信。3、PCM编译码模块：实现PCM编译码的功能。4、电话模拟信号源模块：实现电话之间的各种信号音功能。5、模拟信号源模块：用于产生系统实验所需的模拟正弦波、三角波信号。6、数字信号源模块：产生系统实验所需的数字信号及24位伪随机码，速率为64KB/s，其中各种数字信号和伪随机码的制可以通过拨码开关来控制。7、数字终端模块：实现终端数字信号值的显示和读出，数据的值通过二极管发光来显示。8、HDB3编译码模

21、块：实现光纤线路接口码型HDB3的编码与译码。9、中央控制器：对接收到的数据进行处理，实现组网通信及数字信号网传输，帧同步码的产生，M序列伪随机信号的产生，不同速率的信号的复用和解复用，多种码型的编译码。10、备用环（二次开发板模块）：主环工作不正常时，所有业务切换到备用环上，实现通信的持续连接；同时预留了大量的I/O扩展口，可独立完成二次开发设计。11、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。 12、1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实

22、现）。 13、1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号14、1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号客户可以通过上述十四个模块以及相应的配件，灵活组成各种不同光纤通信系统，如：850nm波长光纤通信系统、1310nm波长光纤通信系统、1550nm波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；时分复用传输系统和波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统。实验

23、系统基本组成方框图如图0-3所示：图0-3 光纤传输实验系统方框图实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。本实验系统可以完成模拟信号（正弦波、三角波、视频信号、音频信号）的光纤传输，也可以完成数字信号（NRZ码、CMI码、5B6B码、5B1C码、5B1P码、计算机串口数据）的光纤传输，也可以对系统的传输性能进行测试（系统的误码率、误码扩散系数等）；可以实现接口

24、码型HDB3、线路码型CMI、PCM码型的编译码；也可实现多时隙的复接、两个光波长的波分复用、时钟提取、帧信号的提取等实用先进功能；也可以模拟SDH同步数字传输体系实现多台实验箱组网通信，及数字、模拟信号的传输；也提供了丰富的资源，以实现二次开发实验。实验设备的具体性能指标如下：1、电源模块输出：+5V、+3.3V、+1.5V、-12V、-24V、-48V2、方波信号输出（1）时钟信号：32.768MHz （2）方波信号：2.048MHz，256KHz，64KHz，8KHz（3）数字基带信号：码速率分别为2.048MHz ，256KHz，64KHz（4）频率输出误差：±1%（5）占空

25、比：50%。3、正弦波信号输出（1）正弦波信号：1KHz，1.5KHz 8KHz（2）频率输出误差：±1%（3）幅度05V连续可调4、三角波信号输出（1）三角波信号：1KHz，1 KHz 8KHz（2）频率输出误差：±1%（3）幅度：0V 5V连续可调5、数字、模拟电话（1）话音质量要求：话音质量要求清晰，只允许有少量的脉冲噪声。（2）其它指标无要求。光纤实验箱使用注意事项光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录II

26、I，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。2、上电后不可随意用手碰触芯片，尤其是管脚部分。3、实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。4、光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须及时向老师报告。5、实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。6、实验箱使用完毕后，请把电流调节，幅度调节的开关逆时针旋到最小，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。7、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。8、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。9

27、、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。10、进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60 mA。11、不要用手触摸激光器和探测器的焊点，以免烧坏激光器与探测器。12、本箱使用的地点应有相应防尘措施，若条件允许则应配套防尘服、防尘鞋等，避免由于灰尘进入实验箱而造成的测量误差和光器件的损坏。实验一 PCM 编译码实验一、实验目的1、掌握PCM编译码的原理2、熟悉PCM编码时抽样时钟、输入/输出时钟及编码数据之间的关系3、熟悉单片PCM编译码器TP3067的使用方法。二、实验内容 1、电话语音信号的PCM编译码观测实验2

28、、外输入模拟信号的PCM编译码观测实验3、PCM编码和译码自环系统实验三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 1台2、20MHz 双踪数字示波器 1台3、电话机 2部4、连接导线 20根 四、实验原理1、PCM编译码的原理模拟信号在进行传输时，必须进行抽样和量化，然后将每一个量化电平用编码方式传输。而所谓的脉冲编码调制（PCM），就是将模拟信号进行抽样量化，然后使以量化值按规则变换成代码的过程。而译码过程是编码的逆过程。常见的PCM通信系统框图如下：图2-1 PCM通信系统方框图 常见的将模拟信号转变为数字信号的编码规律有两种，一种是u律十五折线变换法，一种是A律十三折线非线性变

29、换法。其中u律十五折线现变换法一般应用于PCM24系统中，而A律十三折线非线性变换法一般应用于PCM30/32系统中这是一种比较常用的变换方法。在进行A律十三折线非线性变换法编码时，先将输入的模拟信号进行抽样，然后将抽样后的信号无论正负，均按8段折线（8个段落）进行编码。在用8段折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化电平时，其中的第一位表示量化值的极性，其余7位则表示抽样量化值的绝对值大小。而译码时，一般将除极性控制位外的7位码转变为11位码，并将其送入到相应的逻辑电路进行译码，译码后的脉冲极性由极性控制电路来实现。编码和译码量化值的大小是通过电流值与标准值的比较来实现的。2、PCM编译码集成芯

30、片TP3067的功能及原理介绍在此实验箱中我们采用美国半导体公司的PCM编译码集成芯片TP3067。TP3067采用+5V和-5V双电源供电，有短帧同步和长帧同步两种工作模式，其发送与接收时钟主频率可为1.536MHz，1.544MHz和2.048MHz。其芯片内含有接收和发送滤波器，有源RC噪声滤波器，精准电压源，接收放大器及内部调零电路等。TP3067的管脚排列图如下：其相应的引脚符号说明如下：1脚VPO+： 接收功率放大器的非倒向输出2脚GNDA：模拟地端口，所有信号均以该引脚为逻辑电平参考点3脚VPO-： 接收功率放大器的倒向输出4脚VPI： 接收功率放大器的倒向输入5脚VFRO：接收

31、滤波器的模拟输出6脚VCC： 正电源引脚，Vcc=+5V±5%7脚FSR： 接收帧同步脉冲输入端，其为频率为8KHz的脉冲序列8脚DR： PCM数据接收端9脚BCLKR/CLKSEL： 接收位时钟输入端，在FSR的上升沿将数据移入DR端，其频率可以从64KHz到2.048MHz。10脚MCLKR/PDN： 接收主频率输入端，频率可以为1.536MHz，1.544MHz和2.048MHz，一般要求与发送主时钟同步11脚MCLKX： 发送主时钟输入端，频率可以为1.536MHz，1.544MHz和2.048MHz，一般要求与接收主时钟同步12脚BCLKX： 发送位时钟输入端，在FSX的上

32、升沿将数据移入DX端，其频率可以从64KHz到2.048MHz.13脚DX： PCM编码数据输出端14脚FSX： 发送帧同步脉冲输入端，其为频率为8KHz的脉冲序列15脚TSX： 空16脚ANLB： 模拟环回路控制输入端，在正常工作时接逻辑低电平17脚GSX： 发送放大器的模拟输出端，其增益可由外部电路调节18脚VFXI-：发送放大器的倒向输入端19脚VFXI+：发送放大器的非倒向输入端20脚VBB： 负电源引脚，VBB=-5V±5%TP3067工作时，共有两种工作模式，短帧同步方式和长帧同步方式。其区别在于发送与接收数据时的时序关系不同，本实验采用长帧同步的模式，其具体的时序关系如

33、下图图2-2 长帧同步时序关系图由以上时序图我们可以看出TP3067在发送位时钟（BCLKX）的上升沿将数据逐位移入数据输出端（DX），然后从FSX的上升沿开始发送数据，直到一帧数据全部发送完毕，然后在下一个上升沿发送另一帧数据。为了保证数据发送的准确性，FSX的上升沿应超前于BCLKX的上升沿。最为重要的一点是BLKX的时钟频率应为FSR频率的8倍，即fbclkx=8×ffsx，同样的原理，接收时的时钟FSR和BCLKR的关系也满足上面的要求。3、PCM编译码电路的电路原理图PCM电路的电路图如下：在此原理图中，发送与接收的主频率为2.048MHz，两者短接在于实现发送与接收时钟的

34、同步性，编码的位同步时钟为频率64kHz的方波，帧同步信号为频率8kHz的方波。而解码的位同步时钟也为64kHz的方波，帧同步信号为频率8kHz的方波。不同之处在于，编码的时钟由钟振直接分频得到，译码的时钟是通过时钟提取得到。各个时钟信号都可以通过相应的测试够进行测试。图2-3 PCM编译码电路原理图（1）图2-4 PCM编译码电路原理图（2）与原理图（1）的区别在于，原理图（2）有K402，K403，K404三个控制开关，通过其控制可以实现PCM编译码的自环试验，即将同一片TP3067的数据输出与数据输入相连，实现单片芯片的自环编译码，通过测试钩TP405和T409的波形对比可以观察编译码的

35、正确性（TP405和T409的波形完全性相同）。开关K301和K401的作用在于选择模拟信号的输入，如开关拨向上，则通过连线可以分别输入模拟信号源产生的两路不同正弦波；开关拨向下，则输入的模拟信号为电话传送的语音信号。通过测试孔TP301和TP401可以观测其编码后的PCM码的波形。五、实验步骤1、用连接线连接中央控制器的D_IN和D_OUT，拨将中央控制器K1拨为“主”，分别接好两部电话机。2、将PCM编译码模块的开关K301，K401，K402，K403和K404分别拨向下。3、将拨码开关K703(A机号码)的值拨为“0001”，使A机号码为3201；拨码开关K704(B机号码)的值拨为“

36、0010”， 使B机号码为3202。注释：本实验箱要求为每一部电话设置一个电话号码，电话号码为3201到3215，电话号码前两位固定为32，后两位（电话地址）由拨码开关K703和K704人为输入，对应两个拨码开关所拨的二进制数值，例如预设A机电话号码为3201，则将拨码开关K703(A机号码)的值拨为“0001”。多台实验箱组网通信时要求电话号码设置和终端地址设置不能重复。4、打开交流电源。中央控制器指示灯NS、FS亮，表明环路同步。5、用示波器探头测量模拟信号源模块1的连接孔T604，T604是1KHz-8KHz频率可调的正弦波，调整电位器W602（频率调节）使得T604处正弦波频率为2K，

37、调整电位器W604，使得正弦波的峰-峰值为4V以下。用示波器探头测量模拟信号源模块2的连接孔T602的波形， T602是频率为1KHz的正弦波，调整电位器W601使得正弦波的峰-峰值为4V以下。注释：电位器W601和W604用于调节正弦波信号的幅度。6、用示波器探头测量PCM编译码模块1的测试钩TP303(64KHz)、TP304(2MHz)、TP302(8KHz)和PCM编译码模块2测试钩TP402(64KBS)、TP404(8KBS)的波形，记录下各自的波形，注意TP303(64KHz)和TP402(64KBS)、TP302(8KHz)和TP404(8KBS)之间的相位关系。注释：TP30

38、3(64KHz)、TP304(2MHz)、TP302(8KHz)为编码的时钟信号，TP402(64KBS)、TP404(8KBS)为解码的时钟信号。具体信号的功能见TP3067的说明。a、电话语音信号的PCM编译码观测实验将两部进行通话连接后，对电话进行按键，用示波器测量PCM编译码模块1的测试钩TP305（AY1_T）波形和PCM编译码模块2 的测试钩T409（AY2_R）的波形，并进行对比；再用示波器探头同时测量TP305（AY1_T）和TP 301(DY1_T) 的波形，观测电话A语音信号经PCM编码后的数据信号波形；用示波器测量PCM编译码模块1的测试钩TP306（AY1_R）波形和P

39、CM编译码模块2 的测试钩TP405（AY2_T）的波形，并进行对比，再用示波器探头同时测量TP405（AY2_T）和TP401(DY2_T)的波形，观测电话B语音信号经PCM编码后的数据信号波形。测量测试钩TP307（DY1_R）和TP403（DY2_R）的波形，其中TP307（DY1_R）为PCM编译码模块1所接收的译码的数据波形，TP403（DY2_R）为PCM编译码模块2所接收的译码的数据波形。注释：此时TP305（AY1_T）为电话A发出的语音信号，T409（AY2_R）为电话B收到电话A的语音信号；TP405（AY2_T）为电话B发出的语音信号，TP306（AY1_R）为电话A收到

40、电话B的语音信号；TP 301(DY1_T)为电话A语音信号经PCM编码后的数据信号，TP401(DY2_T)为电话B语音信号经PCM编码后的数据信号。b、外输入模拟信号的PCM编译码观测实验用导线连接模拟信号源模块1的T604和PCM编译码模块1的T308(A1_IN)，模拟信号源模块2的T602 和PCM编译码模块2的T408(A2_IN)，模拟信号源模块1和模拟信号源模块2的T303(D1_T)和 T410(D2_IN)、T310(D1_IN)和 T403(D2_T)，将开关K301和K401拨向上，测量测试钩TP305(AY1_T)和T409(AY2_R)、TP306(AY1_R)和T

41、P405(AY2_T)的波形，观察PCM编译码过程的正确性。测量测试钩TP305(AY1_T)和T303(D1_T)，观察2K信号的编码输出。注释：模拟信号源模块1正弦波频率调节不能超过3K，否则编译时会出错。若接收的正弦波有失真，可适当的减小输入正弦波的峰-峰值。注释：此处也可以通过测量TP301 (DY1_T)和TP401 (DY2_T)来观测正弦波信号PCM编码后的信号波形。注释：由于芯片本身编译的原因，编码之前的模拟信号和译码输出的模拟信号间存在约500us的延迟，故用示波器观察到的模拟信号之间会有相位差。c、PCM编码和译码自环系统实验连接T602(正弦波)和T408(A2_IN)，

42、将PCM编译码模块2的开关K401、K402、K403和K404都拨向上，形成PCM编译码的自环系统，此时测量测试钩T409(A2_R)和TP405(A2_T)的波形，通过对比观测编译码过程的正确性。注释：由于芯片本身编译的原因，编码之前的模拟信号和译码输出的模拟信号间存在约500us的延迟，故用示波器观察到的两路模拟信号之间会有180°的相位差。7、关闭交流电源，拆除各个连线，将实验箱还原。六、实验结果 通道一 TP305传输前2K正弦波 通道一 TP305 2K正弦波通道二 T409传输解码后的2K正弦波 通道二 T303 2K正弦波编码信号 通道一 T405传输前1K正弦波 通

43、道一 PCM编译码自环实验时TP405信号通道二 TP306传输解码后的1K正弦波 通道二 PCM编译码自环实验时T409信号七、思考题答案 1、在进行PCM译码时时钟是经过同步提取后的时钟，为什么要进行进行同步提取？答：在接收端进行同步提取是为了保持接收端的数据和时钟在相位上保持一致，因为PCM码信号在传输过程中有一定的延迟，因此在接收端必须进行同步提取，这样会减小译码过程中的误码，保证系统的传输性能。实验二 伪SDH帧结构及其传输实验一、实验目的1、了解SDH帧组成结构及其原理2、了解本实验箱的伪SDH帧信号的结构及其原理3、观察随时隙变化的帧信号的波形二、实验内容1、伪SDH帧帧头的观察

44、2、伪SDH帧结构观察3、一路数字信号传输观测 三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 1台2、20MHz 双踪数字示波器 1台3、电话机 2部 3、连接导线 20根四、实验原理1、同步数字体制SDH及SDH帧结构数字光纤通信系统中有两种主要的传输体制，即准同步数字系列(PDH)和同步数字系列(SDH)。PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。SDH传输体制是PDH传输体制进化而来的，因此它具有PDH体制所无可比拟的优点，它是不同于PDH体制的全新的一代传输体制，与PDH相比在技术体制上进行了根本的变革。SDH最大的优势在于组网，它概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来

45、组建数字通信网，是构成综合业务数字网（ISDN），特别是宽带综合业务数字网（B-ISDN）的重要组成部分。因为与传统的PDH体制不同，按SDH组建的网是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用。SDH是一种传输的体制（协议），就象PDH准同步数字传输体制一样，SDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性。下面来看一下SDH的帧结构。ITU-T规定了STM-N

46、的帧是以字节（8位）为单位的矩形块状帧结构，如图4-1所示。图3-1 STM-N 帧结构图从上图看出STM-N的信号是9行×270×N列的帧结构。此处的N与STM-N的N相一致，取值范围：1，4，16，64。表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。由此可知，STM-1信号的帧结构是9行×270列的块状帧。由上图看出，当N个STM-1信号通过字节间插复用成STM-N信号时，仅仅是将STM-1信号的列按字节间插复用，行数恒定为9行。STM-N信号的传输也遵循按比特的传输方式，信号帧传输的原则是：帧结构中的字节（8位）从左到右，从上到下一个字节一个字节（一个

47、比特一个比特）的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。ITU-T规定对于任何的STM等级，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125s。E1 PDH信号的帧频也是8000帧/秒。需要注意的是，对于任何STM级别帧频都是8000帧/秒，帧周期的恒定是SDH信号的一大特点。由于帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。例如STM-4的传输数速恒定的等于STM-1信号传输数速的4倍，STM-16恒定等于STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。而PDH中的8.448Mbit/s信号速率是2.048Mbit/s信号速率的4倍。SDH信号的这种规律性使高速SDH信号直接分出低速S

48、DH信号成为可能，特别适用于大容量的传输情况。从图3-1中可以看出，STM-N的帧结构由3部分组成：段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（payload）。 信息净负荷（payload）信息净负荷由STM-N帧传送的各种业务信号组成。为了实时监测低速业务信号在传输过程中是否出错，在装载低速信号的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节。POH作为信息净负荷的一部分与业务信号一起装载在STM-N帧中，在SDH网中传送。它负责对低速信号进行通道性能监视、管理和控制。 段开销（SOH）段开销是为了保证信息净负荷正常灵活传送所附加的

49、供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应的段层进行监控。RSOH和MSOH的区别主要在于监管的范围不同。举个简单的例子，若光纤上传输的是STM-16信号，那么，RSOH监控的是STM-16整体的传输性能，而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况。技术细节：RSOH、MSOH、POH提供了对SDH信号的层层细化的监控功能。例如对于STM-16系统，RSOH监控的是整个STM-16的信号传输状态；MSOH监控的是STM-16中每一个STM-1信号的传输状态；POH则是监控每一个STM-1中每一个打包了的

50、低速支路信号（例如E1）的传输状态。这样通过开销的层层监管功能，可以方便地从宏观（整体）和微观（个体）的角度来监控信号的传输状态，便于分析、定位。  RSOH在STM-N帧中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9×N个字节。MSOH开销在STM-N帧中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N个字节。与PDH信号的帧结构相比较，段开销丰富是SDH信号帧结构的一个重要的特点。 管理单元指针（AU-PTR）AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节（起始字节）在STM-N帧内准确位置的指示符，以便信号的接收

51、端能根据这个指针值所指示的位置找到信息净负荷。管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9×N列，共9×N个字节。2、本实验箱的伪SDH帧（W-STM帧）结构SDH传输体制主要是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，基本的信号传输结构等级是同步传输模块STM-1，相应的速率是155Mbit/s，可复用的PDH低速支路信号最小速率为1.5Mbit/s。为体现SDH帧结构的特性，利用其便于组网的优势，而又不耗费大的网络传输设备，我司结合PCM30/32帧结构，自主创新了基于SDH的伪SDH帧，其相应的传输速率为2Mbit/s，以便于帮助学生学习。下面主要讲述一下伪SD

52、H帧的结构和原理。 基本通道帧TD-N结构 如图4-2所示，TD-N帧长5字节，由通道开销POH与净荷业务两部分组成。第五字节为净荷业务，是8bit的话路业务，与之相对应的通道开销POH长32bit，码速率都为64Kbit/s。POH第一个字节的前两位a1b1为话路的标志信令1号信令；后六位备用信令。第二个字节的前两位a2b2为通道误码分析所用，采用奇偶BIP-2校验法，若出现误码时将c2置1，无误码则c2置0；d2为通道业务信息装载判断位，若装载置1，无装载置0；后半字节为失效监控1，目前定义分两个方面：全“1”信号检测，若失效该位变全“1”；跟踪字节，表示连续连接状态。第三字节为业务IP，

53、由源地址IP与目的地址IP组成。第四字节为备用字节。图3-2 通道TD-N帧结构第一字节a1b1 (1号信令)前向信令：af = 0主摘/1主挂，bf = 0正常/1故障后向信令：ab = 0被摘/1被挂，ab = 0示闲/1占线c1-h1备用第二字节a2b2通道监控BIP-2奇偶校验c2远端误码指示：无误码0/有误码1d2信息装载情况：无装载0/有装载1e2-h2（失效监控1）正常为1010。若失效后检测为1111，即启动倒换通道保护；若恢复1010，既退出倒换通道保护。跟踪字节，表示连续连接状态第三字节a3-d3源地址IPe3-h3目的地址IP第四字节a4-h4备用第五字节a5-h5话路信

54、号表3-1 基本通道帧TD-N各位定义说明 W-STM帧结构如图3-3所示，W-STM帧由段开销SOH与TD-N帧两部分组成。本实验箱段开销与SDH帧中的段开销定义相同；TD-N即上述基本通道帧，主要用于处理话路信息。整个W-STM帧结构按时隙分可视为32行16列，第1列为STM帧的段开销，其余为TD-N部分。每两行组成一个W-STM子帧(记为F0F15)，由PCM30/32路系统的帧结构演绎而来，包括TS0、TS16两个段开销字节和六个TD-N帧（共30时隙，也就是六路电话），TS0传送帧同步码，其码型为01011011，与PCM30/32路系统区别在于PCM帧中首位暂时定为1，而伪SDH帧中该时隙的首位定为0，在帧同步的过程中要进行对首位Bit的判断，为0则系统采用我们的伪SDH帧结构工作；为1则系统采用标准的PCM帧结构工作，即完成了与交换机2M业务的接连功能。因为语音信号的抽样频率为8KHz，所以子帧长度为Ts=1/8KHz= 125us。16个W-STM子帧按序列复接成W-STM帧（复帧结构），时间为2ms。按图43所示的帧结构，并根据抽样理论，每帧频率应为8000帧/秒，帧周期为125微秒，所以W-STM系统的总数码率是： fb=8000(帧/秒)×32(时隙/帧)