光纤通信课程设计报告书

..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XX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姓名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TOC\o"1-3"\h\u110211、实验目的113412、实验内容143433、实验仪器与设备1271624、实验原理1130594.1、多路数据＋多路光纤综合传输系统总体框图 1317754.1.1Pcm编码模块 3141324.1.2光波分复用模块 3319794.1.3变速率时分复用模块 3226124.1.4HDB3编码模块 4194854.2、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 5316574.2.1固定速率时分复用模块 6136924.2.2视频信号源模块 6130704.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统 7276184.3.1位时钟提取模块9216924.3.2解固定速率时分复用模块9103365、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11272115.1多路数据＋多路光纤综合传输系统 11306475.1.1接线步骤11309425.1.2测试结果12205665.2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 15295955.2.1接线步骤1575425.2.2实验结果16205665.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统 18293955.3.1接线步骤1841245.3.2测试结果19239526、心得体会19197067、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、实验内容多路数据＋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/1550nm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。WDMWDM1550nm光收模块1310nm光发模块PCM编码解复用模块甲乙PCM解码模块一PCM解码模块二CMI译码模块解扰码模块HDB3编码模块DPLL光端HDB3译码模块解变速率时分复模块用模块四路输出DPLL电端甲乙PCM编码模块一PCM编码模块二PCM编码复用模块1550nm光发模块数字信号源变速率时分复用模块1310nm光发模块HDB3编码模块HDB3译码模块扰码模块DPLLCMI编码模块电端光端WDM图1《多路数据＋多路光纤综合传输系统》框图4.1.1Pcm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：光接收机光接收机重建滤波器抽样保持、x/sinx低通模拟终端波形解码器模拟信源预滤波器抽样器波形编码器量化、编码光发射机4.1.2光波分复用模块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：4.1.3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。码速调整码速调整按位复接时钟源4.1.4HDB3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〔为了保证传号码极性交替出现,不引入直流成份。V码要与前一个传号码的极性相同〔为了在接收端能识别出哪个是原始传号码,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码序列中的传号码〔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:10000101000001110000000001HDB3码序列:V+-1000V-+10–1B+00V0–1+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。固定速率时分复用模块固定速率时分复用模块计算机一计算机二计算机三数字信号源变速率时分复用模块HDB3编码模块HDB3编码模块扰码模块CMI编码模块WDM甲/视频信号源1550nm光发模块1310nm光发模块WDM1310nm光收模块1550nm光收模块CMI译码模块乙/视频终端解扰码模块解变速率时分复用模块计算机一计算机二计算机三固定速率时分复用解复用模块数字信号源终端HDB3译码模块HDB3译码模块电端光端光端电端图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：4.2.1固定速率时分复用模块定时定时复接调整四路输入其中,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：调整前调整前调整后调整后最后,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：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。4.2.2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。在实验中应该认真仔细的调整才能得到满意的图像传输效果。光纤光纤摄像头光发模块模拟信号输入端激光器光检测器光收模块模拟信号输出端监视器光纤图像传输框图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甲/甲/视频信号源1550nm光发模块计算机一计算机二计算机三变速率时分复用模块HDB3编码模块扰码模块CMI编码模块1310nm光发模块HDB3译码模块电端光端计算机四HDB3编码模块1310nm光收模块CMI译码模块乙/视频终端解扰码模块解变速率时分复用模块计算机一计算机二计算机三HDB3译码模块光端电端计算机四HDB3编码模块WDM1310nm光收模块CMI译码模块甲/视频终端解扰码模块解变速率时分复用模块计算机八计算机七计算机六HDB3译码模块光端电端计算机五1550nm光收模块WDMWDMWDM1550nm光收模块1550nm光发模块乙/视频信号源1310nm光发模块CMI编码模块扰码模块HDB3译码模块HDB3编码模块变速率时分复用模块计算机八计算机七计算机六计算机五光端电端图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4.3.1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：鉴相器鉴相器滤波器数控振荡器4.3.2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、数字锁相环和帧同步码提取三个部分,其框图如下：分解器分解器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+++++––++–+–+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,±6R<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：八位移位寄八位移位寄存器八位锁存器数字信号源显示终端测试结果及分析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、RP108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。5.1.1接线步骤甲连线方式甲〔模拟语音信号输出P514—P500————→PCM编译码模块一〔PCM编码数据输入端PCM编码复用解复用模块〔位时钟输出P644—P505————→PCM编译码模块一〔PCM译码位时钟PCM编码复用解复用模块〔提取的帧同步信号P637—P504————→PCM编译码模块一〔PCM译码帧同步信号PCM编译码模块一〔PCM码输出P503—P643————→PCM编码复用解复用模块〔PCM编码复用输入端PCM编码复用解复用模块〔PCM编码复用输出端P638—P506————→PCM编译码模块一〔PCM译码输入PCM编译码模块一〔PCM译码输出P501—P515————→甲〔模拟语音信号输入乙连线方式乙〔模拟语音信号输出P516—P512————→PCM编译码模块二〔PCM编码数据输入端PCM编码复用解复用模块〔位时钟输出P644—P510————→PCM编译码模块二〔PCM译码位时钟PCM编码复用解复用模块〔提取的帧同步信号P637—P511————→PCM编译码模块二〔PCM译码帧同步信号PCM编译码模块二〔PCM码输出P507—P642————→PCM编码复用解复用模块〔PCM编码复用输入端PCM编码复用解复用模块〔PCM编码解复用输出端P639—P509————→PCM编译码模块二〔PCM译码输入PCM编译码模块二〔PCM译码输出P513—P517————→甲〔模拟语音信号输入光端连线方式PCM编码复用解复用模块〔PCM编码复用输出端P641—P100————→1310nm光发模块〔数字光发数据输入1310nm光收模块〔数字信号输出端P106—P640————→PCM编码复用解复用模块〔PCM编码解复用数据输入端表一实验一接线步骤5.1.2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。5.2.1接线步骤数字信号源模块<数字信号源一>P300—P741————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号一数字信号源模块<数字信号源二>P301—P740————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号二数字信号源模块<数字信号源三>P302—P739————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号三数字信号源模块<数字信号源四>P303—P738————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号四固定速率时分复用模块〔复用输出P742—P603————→电端FPGA〔变速率时分复用输入信号一光端FPGA〔PN序列一信号输出P720—P602————→电端FPGA〔变速率时分复用输入信号二电端FPGA〔变速率时分复用复用信号输出P614—P618————→电端FPGA〔HDB3编码信号输入电端FPGA〔HDB3编码信号输出一P617—P800————→2M接口一〔电平变换信号输入一电端FPGA〔HDB3编码信号输出二P616—P802————→2M接口一〔电平变换信号输入二2M接口一〔电平变换信号输出P801—P803————→2M接口一〔电平反变换信号输入2M接口一〔电平反变换信号输出一P805—P622————→电端FPGA〔HDB3译码信号输入一2M接口一〔电平反变换信号输出二P804—P621————→电端FPGA〔HDB3译码信号输入二2M接口一〔电平反变换信号输出一P805—P624————→电端FPGA〔数字锁相环信号输入电端FPGA〔HDB3译码信号输出P620—P626————→电端FPGA〔帧同步提取信号输入电端FPGA〔HDB3译码信号输出P620—P632————→电端FPGA〔变速率时分复用解复用信号输入电端FPGA〔变速率时分复用信号输出一P636—P745————→数字信号终端〔固定速率时分复用解复用信号输入电端FPGA〔变速率时分复用信号输出一P636--P744————→数字信号终端<数字锁相环信号输入>表二实验二接线步骤5.2.2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<数字信号源一>P300—P741————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号一数字信号源模块<数字信号源二>P301—P740————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号二数字信号源模块<数字信号源三>P302—P739————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号三数字信号源模块<数字信号源四>P303—P738————→固定速率时分复用模块〔复用输入信号四固定速率时分复用模块〔复用输出P742—P603————→电端FPGA〔变速率时分复用输入信号一光端FPGA〔PN序列一信号输出P720—P602————→电端FPGA〔变速率时分复用输入信号二电端FPGA〔变速率时分复用复用信号输出P614—P618————→电端FPGA〔HDB3编码信号输入电端FPGA〔HDB3编码信号输出一P617—P800————→2M接口一〔电平变换信号输入一电端FPGA〔HDB3编码信号输出二P616—P802————→2M接口一〔电平变换信号输入二2M接口一〔电平变换信号输出P801—P803————→2M接口一〔电平反变换信号输入2M接口一〔电平