光通信实验指导书.pdf

ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 1 目录 第一章 实验系统概述.2 1.1 概述.2 1.2 电路组成概述.4 第二章 数字传输系统实验.52 实验一 信号复接（E1传输系统）实验.52 实验二 信号解复接（E1的同步与解复接）实验.57 实验三 码流加扰解扰实验.61 实验四 PCM编译码与双音多频检测实验.64 ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 2 第一章 实验系统概述 1.1 概述 ZS-9005 光纤通信实验系统是为光纤通信系统课程的实验教学而设计。实验内容涵盖光纤通信的主要知识点，可进行光器件性能测试、光收发端机的性能测试，数字、模拟系统实验；配合 ZS-9006 光纤无源器件实验系统可进行光路设计和测试。图 1.1 和图1.2 分别为 ZS-9005 光纤通信实验系统和 ZS-9006 光纤无源器件实验系统实物照片。图 1.1 ZS-9005 光纤通信实验系统 ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 3 图 1.2 ZS-9006 光纤无源器件实验系统 ZS-9005 光纤通信实验系统具有如下特色：1、国内首家将 SOPC 技术用于实验系统的设计，保证了系统的先进性，提高了系统的稳定性，大大增强了系统的可扩展性。系统性价比极高。2、实验项目多，涉及到光纤通信的方方面面。系统集成了 1310/1550 波长和 850波长的光收发模块，包括单模和多模的光纤传输，可进行数字语音传输、计算机数据传输及模拟话音、模拟图像的传输实验。3、系统完整性：实验箱有较强的系统性，各实验模块除可单独开设实验进行测量外，同时每个实验模块都可以串入系统中进行测试，让学生了解该模块在系统中的发挥的作用、所处的地位，以及性能变化对系统性能带来的影响。提高学生动手能力和综合知识运用的能力。4、先进性：近十几年来通信技术发生了巨大变化，特别是波分复用技术的发展。系统很好地将近年来技术的发展容纳到实验中来。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 4 5、完整的 E1 传输系统：在实验系统中实现了标准的一次群传输功能；6、每台系统都配有下载线，可进行在线二次开发（国内独有）；系统用芯片容量极大，片上资源丰富，除可满足课程设计和毕业设计的二次开发要求，还能满足科研开发的要求。7、配有扩展模块接口，根据教学需要，教师可自行设计电路，连接到系统；同时，厂家也可根据学校的教学要求，定制功能模块，使系统做到无限可扩展。1.2 电路组成概述 ZS-9005 光纤通信实验系统的功能模块及其布局如图 1.3 所示。ZS-9005 光纤通信实验系统包括两个独立的数字光纤通信系统，分别由一块 CycloneII二代 Sopc 芯片（EP2C5Q208）实现系统控制和信号处理，系统间由单模光纤采用波分复用技术实现数字语音双工通信。每个数字传输系统包括的功能模块和实现的通信功能为：1、用户电话接口模块 2、双音多频（DTMF）检测模块 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、CMI 编码模块 7、CMI 译码模块 8、5B6B 编码模块 9、5B6B 译码模块 10、加扰码模块 11、解扰码模块 12、光纤收发模块（单模）ZS-9005 光纤通信实验系统还包括一个模拟图像/语音的传输系统，采用直接调制技术实现视频图像的传输，由模拟光纤发送模块和模拟光纤接收模块组成。ZS-9005 光纤通信实验系统包括两个扩展模块，通过标准接口与主芯片连接，用户可根据自身的教学需求定制实验系统，该扩展模块的标准配置为两个 RS422 接口，用于光系统误码特性的测试。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 4 图 1.3 ZS-9005 光纤通信实验系统的功能模块及其布局ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 5 ZS-9005 光纤通信实验系统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、+12V、-12V、-48V 的直流变换，给整个硬件平台供电。ZS-9005 光纤通信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：1.两个电话接口连接自动电话机，实现数字语音双工通信。2.同步数据接口（在实验箱上端的扩展模块内）：同步数据接口方式。该接口电平特性为 RS422，通过该端口接收外部来的发送数据，并送入光终端机中；同时将光终端机接收的数据通过该端口送往外部设备。3.两个尾纤 FC 连接端口 UK02/ULK02：用单模光纤通过该端口实现两个光纤模块单纤双向光纤通信；或为光无源器件实验提供测量光源。4.两个尾纤 ST 连接端口 U303/U401:用多模光纤实现模拟图像的传输。5.视频图像（语音）接口：J001 为视频图像（语音）输入接口、J002 为视频图像（语音）输出接口。6.面板上的测试钩为接地点，用于示波器接地。ZS-9005 光纤通信实验系统各项实验内容是以模块进行划分，每个测试模块可以单独开设实验。各模块之间的系统连接见图 1.4 所示。数字传输系统一到二的信号流程为：用户电话接口一话音编码E1 复接数据扰码线路编码（5B6B 编码）电光转换波分复用光纤波分复用光电转换线路译码（5B6B 译码）数据解扰E1 解复接PCM 译码用户电话接口二。数字传输系统二到一的信号流程为：用户电话接口二话音编码E1 复接数据扰码线路编码（CMI 编码）电光转换波分复用光纤波分复用光电转换线路译码（CMI 译码）数据解扰E1 解复接PCM 译码用户电话接口一。为便于学习和实验，请掌握和理解各标记的含义：定义各跳线开关，跳线器插入为“1”，未插入跳线器为“0”；Dt/m 为各模块发送数据选择，选择跳线如插入 Dt 端，发送数据来自前面的系统模块，选择跳线如插入 m 端，发送数据为本模块的测试序列，并通过 m_Sel0/m_Sel1 的不同组合选择 4 种 m 序列；E_sel0/E_sel1 为误码选择标记，通过跳线E_sel0/E_sel1的不同组合给本模块数据加不同的误码，以测试在不同的误码情况下，模块的性能，其中 E_sel0/E_sel1=“00”，误码为 0；Mode0/Mode1 为 5B6B 编译码模块ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 6 的模式选择开关，Mode0/Mode1 的不同组合可选者 4 种编码模式。时隙 1/时隙 2/时隙 3/时隙 4 为电话时隙选择开关，4 个开关的不同组合可将数字电话信号插入到一次群（E1）信号的 16 个时隙中去。准备工作。在做实验前，特别是数字传输系统实验时，请做以下准备工作：（1）接通电源，给系统加点，绿色指示灯 DC01 和 DC02 亮，表示系统芯片 UC01和 UC03 工作正常。（2）用单模光纤连接收发一体模块中的激光收发模块 UK02 和 ULK02，并将跳线KK02 和 KL02 插入“系统入”，将跳线 KK01 和 KL01 插入“系统出”。（3）将各功能模块中的数据选择开关插入 Dt，并将 5B6B 编码模块中 Mode0/Mode1与 5B6B 译码模块中 Mode0/Mode1 相对应，这时数字传输系统一中复接模块的开关数据选择开关 K302 与数字传输系统二中解复接模块的指示灯 DG01DG08 应有对应关系,改变 K302 的跳线插入状态，即改变开关数据，指示灯 DG01DG08 应作对应的变化；同样数字传输系统二中复接模块的开关数据选择开关 KD02 与数字传输系统一中解复接模块的指示灯 D601D608 应有对应关系。（4）将电话机插入电话插座，分别摘机，如号码显示数码管最左边显示号码“2”表示系统摘挂机正常；拨号码“811”，数码管有拨号显示，同时对方话机振铃，摘机通话，表示数字传输系统正常工作。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 7 图 1.4 ZS-9005 光纤通信实验系统各模块之间的系统连接 编码 PCM 译码 复接模块 解复接模块 扰码器 解扰码器 模拟信号接口 5B6B编码模块 CMI译码模块 1310/1550nm光发送模块 光驱动电路 光接收电路 光波分复用器 1550/1310nm光接收模块 单纤双向 电话 接口 接口速率：2.048 Mbps 数字传输系统一 扩展模块一 同步数据接口 （误码测试）850nm模拟光纤发射模块 扰码器 解扰码器 CMI编码模块 5B6B译码模块 模拟信号接口 编码 PCM 译码 复接模块 解复接模块 光驱动电路 光接收电路 1310/1550nm光发送模块 光波分复用器 1550/1310nm光接收模块 接口速率：2.048 Mbps 电话 接口 数字传输系统二 扩展模块二 同步数据接口 （误码测试）850nm模拟光纤接收模块 ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 52 第二章 数字传输系统实验 实验一 信号复接（E1 传输系统）实验 一、实验仪器 1、ZS-9005 光纤通信实验系统 一台 2、20MHz 双踪示波器 一台 二、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 三、实验原理和电路说明 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 2.1.1。32 路时隙，256bit T 0 T 1 T 2 T 3 T 15 T 16 T 17 T 30 T 31 115 话路时隙 1731 话路时隙 帧定位时隙 信令时隙 X X X 1 1 X 1 1 X X X X X X X X 图2.1.1 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ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 53 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“ZS-9005 光纤通信实验系统”中，E1 复接信号传输上采用了标准的 TDM 传输格式。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；T17时隙为特殊码序列，共 4 种码型可选；“ZS-9005 型光纤通信实验系统”硬件平台仅提供一套电话接口和 PCM 编译码器模块，通过 K301 上的跳线开关时隙 1/时隙 2/时隙 3/时隙 4 的不同组合，可将话音业务 PCM 编码数据信号的时隙位置随意控制插入在 T2、T3、T9或 T18、T19、T26任一位置。T0T31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 2.1.2。该电路模块的工作过程描述如下：ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 54 Barker 码产生 开关状态设置 M 序列发生器 信 号 复 接 K302 跳线器 m_Sel0 m_Sel1 信令信号 PCM 编码数据 T0 T1 T17 T16 Ti K301 话音时隙复接 位置选择开关 K302 错码产生器 跳线器 E_Sel0 E_Sel1 K301 TP303 TP302 TP301 帧指示 复接时钟 复接数据 TP304 加错指示 图 2.1.2 复接模块工作原理组成框图（系统一）（可变）来自交换模块 通过跳线开关K301上的m_Sel0/m_Sel1可以选择4种m序列码型，当m_Sel0/m_Sel1=“00”和“10”，m 序列码型为全“0”码；当 m_Sel0/m_Sel1=“01”发“01”码；当 m_Sel0/m_Sel1=“11”时，发 152-1 位长的 m 序列。为让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，系统ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 55 可加误码。错码产生器可以通过跳线开关 K301 上的 E_Sel0/E_Sel1 设置 4 种不同信道误码率，E_Sel0/E_Sel1=“00”，无误码；E_Sel0/E_Sel1=“10”，误码率为 10-3；E_Sel0/E_Sel1=“01”，误码率为 10-2；E_Sel0/E_Sel1=“11”，误码率为 10-1。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。TPG03 开关状态指示 信 号 解 复 接 系统定时 信令信号 PCM 译码数据 T1 T17 T16 Ti TPG01 TPG02 帧指示 接收时钟 接收数据 接收 m 序列 图 2.1.3 解复接模块工作原理组成框图（系统二）同步 LED：DG01DG08 送至交换模块 与复接同步控制 同步 变化 CLKR Dt 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 2.1.3。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（红灯亮）。分接单元的作用是把合路的数字信失步指示 Vcc ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 56 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。四、实验内容 准备工作：首先按本实验指导书的 1.2 节的要求，将数字传输系统一和数字传输系统二连成互通状态；将数字传输系统一复接模块内 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 用示波器同时观测帧复接模块帧同步指示测试点 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，画下 E1复接帧信号的一个周期基本格式，并标注出帧同步码、开关状态、PCM 编码、M 序列、信令指示等信号所在 E1 复接帧中的位置。2、帧内话音数据观察 仔细调整示波器同步，找出帧内话音数据。调整话音发送时隙选择开关的设置，观察话音数据所在时隙位置是否调整，重新寻找调整后的话音 PCM 编码数据所在时隙位置。3、帧内开关信号观测 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。4、帧内 m 序列数据观测 仔细调整示波器同步，调整复接模块内的 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、实验报告 1、分析帧的组成过程。2、根据测试结果，画出帧结构波形。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 57 实验二 信号解复接（E1 的同步与解复接）实验 一、实验仪器 1、ZS-9005 型光纤通信实验系统 一台 2、20MHz 双踪示波器 一台 二、实验目的 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 三、实验原理和电路说明 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。“ZS-9005 型光纤通信实验系统”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ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 58 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 2.2.1 所示。帧定位码检测 扣脉冲电路 分路定时脉冲 本地帧定时 产生器 失步指示 复接信号码流 接收时钟 图 2.2.1 逐码移位同步法电路组成框图 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。四、实验内容 准备工作：首先按本实验指导书的 1.2 节的要求，将数字传输系统一和数字传输系统二连成互通状态；将数字传输系统一复接模块内 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。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 59 1、帧同步过程观察（1）用示波器同时观测数字传输系统一的复接模块帧同步指示测试点 TP303 与数字传输系统二解复接模块帧同步指示测试点 TPG03 波形。观测时用 TP303 同步，调整示波器使观测信号同步。（2）切断系统通路，即将收发一体模块中 KL01 和 KL02 的跳线拔掉，使传输信道中断，观测解复接模块帧同步失步情况。反复插入 KL01 和 KL02 的跳线，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）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 Pe101。观测接收帧同步信号是否与发端同步，记录测试结果。（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 拔除、E_Sel1 插入，减小传输信道中误码率（Pe102）。观测接收帧同步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 插入、E_Sel1 拔除，进一步减小传输信道中误码率（Pe103）。观测接收帧同步信号是否与发端同步，记录测试结果。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（DG01DG08）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（DG01DG08）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 103、102和 101），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（DG01DG08）的变化态，记录测试结果。注意观测失步指示灯 DG09 的亮度的变化。五、实验报告 ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 60 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？ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 61 实验三 码流加扰解扰实验 一、实验仪器 1、ZS-9005 光纤通信实验系统 一台 2、20MHz 双踪示波器 一台 二、实验目的 1、扰码的基本原理；2、扰码 0 状态的消除；三、实验原理和电路说明 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，因此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。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 2.3.1 所示：输入序列 S ak-1 ak-2 c1 ak-3 c2 ak-m cm-1 c0=1 cm=1 输出序列G 图 2.3.1 扰码器组成结构图 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 2.3.2 所示：ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 62 输入序列 G ak-1 ak-2 c1 ak-3 c2 ak-m cm-1 c0=1 cm=1 还原序列S 图 2.3.2 去扰码器组成结构图 ZS-9005 光纤通信实验系统的 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。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。在数字传输系统一的“加扰模块”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 Dt 位置时，输入信号来自复接模块的输出数据（2.048Mbps）；当 K401 设置在 m 位置时，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 m_Sel0、m_Sel1 控制，当 m_Sel0/m_Sel1=“00”时，发全“1”码；当 m_Sel0/m_Sel1=“10”时，发全“0/1”码；当 m_Sel0/m_Sel1=“01”时，发全“00/11”码；当 m_Sel0/m_Sel1=“11”时，发全“1110010”码；在数字传输系统二的“解扰模块”中，输入信号来自“5B6B 译码模块”输出的发送数据（2.048Mbps）；解扰时钟为恢复出的时钟信号。四、实验内容 准备工作：首先按本实验指导书的 1.2 节的要求，将数字传输系统一和数字传输系统二连成互通状态；ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 63 1、扰码序列测试 1）首先将数字传输系统一“加扰模块”中输入数据选择跳线开关 K401 设置在 m 位置，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 的 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）输入数据选择跳线开关 K401 的 m_Sel0、m_Sel1 拔掉，使输入数据为“1”。关机后再开机，观测 TP403 点信号的变化。2）自行设计一个消除“0”状态的电路。3.解扰数据测试 1）数字传输系统一发送的数据应在数字传输系统二恢复；用示波器同时测量数字传输系统二“加扰模块”输入数据和“解扰模块”解扰输出数据测试点 TPH01、TPH03的波形，测量时 TPH01 点信号做示波器同步触发信号。2）将数字传输系统一加扰模块的 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。五、实验报告 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。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 64 实验四 PCM 编译码与双音多频检测实验 一、实验仪器 1、ZS-9005 光纤通信实验系统 一台 2、20MHz 双踪示波器 一台 3、数字存贮示波器 一台 4、电话机 二部 二、实验目的 1、熟悉单片 PCM 编译码集成电路 TP3067 的使用方法 2、掌握双音多频检测的基本原理 3、熟悉 CM8870 双音多频检测器件的性能及使用方法 三、实验原理 U203A 放大器 U203B 放大器 U202 双音多频检测器 U201 PCM 编译码器 检测结果 发 PCM 码字 收 PCM 码字 图 2.8.1 PCM 编码与双音多频检测模块框图(系统一)该电路由 PCM 编译码模块和 DTMF 模块组成，其结构框图如图 2.8.1 所示。电路具有以下三大功能：1、对用户接口模块发送支路信号进行双音多频检测，检测的结果经系统芯片处理，并由号码显示数码管显示。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 65 2、对发支路的模拟信号进行 PCM 编码，将编码的结果送入复节模块，组装成E1 信号。3、将解复节模块解码得到的 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。在系统一的 PCM 编码与双音多频检测模块中，由 U201（TP3067）、U202（CM8870）、U203（TL082）及相应的跳线器、电位器组成。从用户接口单元来的输入信号分成两路，一路进入 U202，进行双音多频检测；另一路进行入由 U201、U203 组成的 PCM 编译码单元。在 U202 双音多频检测电路中，X201 为的晶体，它为 U202 工作提供基本的参考频率。当 U202 检测到存在双音多频时，U202 的检测信号 DET_DTMF01，此时系统将双音多频代码（DTMFA3、DTMFA2、DTMFA1、DTMFA0）读入，用以完成相应的呼叫接续。在 PCM 编译码单元中，由收、发两支路组成，在发送支路上发送信号经 U203A 放大进入 U201 中进行 PCM 编码，编码的主时钟为 VI2048MA，编码输出为 DX（FSX 为编码输出的帧脉冲信号）。在接收支路中，DR 是来自交换模块中的 PCM 信号，在接收帧同频脉冲 FSR 与接收主时钟 VI2048MA 的作用下，送入 U201 中进行 PCM 译码，译码之后的模拟信号经放大器 U203B 缓冲输出，输出到用户接口模块中。电路原理图如图 2.8.2 所示。ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 55 图 2.8.2 PCM 编译码与双音多频检测模块电原理图（系统一）ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 56 双音多频 DTMF（Dual Tone Multifrequency)是指用两个特定的单音频信号的组合来代表数字或功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中有 16 个按键，其中有 10 个数字键（09），6 个功能键（*、#、A、B、C、D），按照双音多频组合的原理，它必须有 8 种不同的单音频信号，由于采用的频率有 8 种，故又称之为多频，又因以 8 种频率中任意抽出 2 种进行组合，又称其为 8 中取 2 的编码方法。根据 CCITT 的建议，国际上采用 697HZ、770 HZ、852 HZ、941HZ、1209HZ、1336HZ、1477HZ和 1633HZ，把这 8 种频率分成两个群，即低频群和高频群，从低频群和高频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有 16 种不同组合，DTMF 号码组合见表 2.8.1。表 2.8.1 DTMF 号码组合 高频 低频 1209 1336 1447 1633 697 1 2 3 A 770 4 5 6 B 852 7 8 9 C 941*0#D 在双音多频检测模块中，采用 CM8870 进行双音频信号的检测。双音多频信号输入后，经过信号放大和滤波，分两路分别进入高、低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号，并对检测的结果按表 2.8.2 进行译码、锁存。表 2.8.2 DTMF 检测输出逻辑 fL（Hz）fH(Hz)NO.EN D3 D2 D1 D0 697 1209 1 H L L L H 697 1336 2 H L L H L 697 1477 3 H L L H H 770 1209 4 H L H L L 770 1336 5 H L H L H 770 1477 6 H L H H L 852 1209 7 H L H H H 852 1336 8 H H L L L 852 1477 9 H H L L H 941 1336 0 H H L H L 941 1209*H H L H H 941 1477#H H H L L 697 1633 A H H H L H 770 1633 B H H H H L 852 1633 C H H H H H 941 1633 D H L L L L L Z Z Z Z ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 57 四、实验内容 准备工作：首先按本实验指导书的 1.2 节的要求，将数字传输系统一和数字传输系统二连成互通状态；（一）DTMF 信号测试 1、摘机，依次按下话机上的各个键，用示波器观测模拟发（TP201）波形，观测数码管显示的号码。二部话机处于挂机状态。任一话机摘机，并拨叫号码“811”，对方话机振铃后摘机，二话机处于通话状态。主叫话机讲话，用示波器测量TP201的模拟发，其上应有主叫话机的语音信号；被叫话机讲话，用示波器测量 TP207的模拟收波形，其上应有被叫话机讲话的信号，同时主叫话机也可以听到被叫话机讲话的声音。（注：一般话音信号幅度较小，为了便于观察，在双方摘机后可采用拨号发送双音多频代替讲话。）（二）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 FSX（TP204）和输出时钟信号 BCLK（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）。2.抽样时钟信号与 PCM 编码数据测量 使两个电话处于互通状态，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数字发（TP205），观测时以 TP204 做同步。分析和掌握 PCM 编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。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。电话拨不同的号码，观测模拟发（TP201）波形，再测量 TP205 数字发波形，观测数字信号的变化情况。（三）PCM 译码器（1）用示波器同时观测系统二解码器输出信号端口（TPB07）和系统一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）系统一的话机拨不同的号码，观测模拟波形的变化。（四）PCM 编译码性能测试 1)将系统按 2.6.6 连接，在系统中接入衰减器，调节衰减器的衰减，改变接收信号ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 58 的信噪比。2)拨号实现话机对通。3)分别观测比较系统一和系统二的模拟发和模拟收的波形，分别观测比较系统一和系统二的数字发和数字收的波形。4)调节衰减器的衰减量再定性的观测比较系统一和系统二的模拟发和模拟收的波形，观测比较系统一和系统二的数字发和数字收的波形。五、实验报告 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？ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 59 古今名言 敏而好学，不耻下问孔子 业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随韩愈 兴于诗，立于礼，成于乐孔子 己所不欲，勿施于人孔子 读书破万卷，下笔如有神杜甫 读书有三到，谓心到，眼到，口到朱熹 立身以立学为先，立学以读书为本欧阳修 读万卷书，行万里路刘彝 黑发不知勤学早，白首方悔读书迟颜真卿 书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲于谦 书犹药也，善读之可以医愚刘向 莫等闲，白了少年头，空悲切岳飞 发奋识遍天下字，立志读尽人间书苏轼 鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书李苦禅 立志宜思真品格，读书须尽苦功夫阮元 非淡泊无以明志，非宁静无以致远诸葛亮 熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟孙洙唐诗三百首序 书到用时方恨少，事非经过不知难陆游 问渠那得清如许，为有源头活水来朱熹 旧书不厌百回读，熟读精思子自知苏轼 书痴者文必工，艺痴者技必良蒲松龄 ZS-9005 光纤通信实验系统 第 页 60 声明 访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但