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一、设计内容与设计要求1、设计内容1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现2）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现3）*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2、设计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。

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.电话2部。

I5.FC/FC光纤跳线2根。

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.摄像头1个。

9.监视器1个（或用电话代替）。

4、设计原理《多路数据＋多路电话光纤综合传输系统》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，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法；《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。

一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识；《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，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。

5、设计要求掌握结构化系统设计的主体思想，以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能，并按要求测试相关参数、波形等实验数据，以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。

(1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。

(2)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。

并用A4纸打印并装订；II目录一、课程设计题目 (1)二、课程设计目的 (1)三、课程设计主要任务 (1)1、多路数据＋多路电话光纤综合传输系统： (1)(1)PCM编译码原理及数字电话光纤传输子系统 (2)(2)波分复用光纤传输系统（WDM） (3)(3)HDB3编译码原理及实现 (5)(4)位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现 (6)(5)固定速率时分复用原理及实现 (9)III(6)解固定速率时分复用原理及实现 (12)2、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 (14)(1)PN序列光纤传输系统 (14)(2)变速率时分复用原理及实现 (15)(3)解变速率时分复用原理及实现 (18)四、实验设备 (21)五、总体设计方案的选定 (22)六、相关数据测试结果等实验报表以及实验数据分析 (24)七、收获及体会 (26)IV一、课程设计题目（1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现；（2）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现。

二、课程设计目的（1）掌握变速率时分复用的原理、实现方法；（2）学习并掌握计算机RS232通信技术；（3）掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用；（4）实现数字和语音同时通信。

三、课程设计主要任务1、多路数据＋多路电话光纤综合传输系统：人们使用光纤系统承载数字电视、语音和数字是很普通的一件事，在商用与工业领域，光纤已成为地面传输标准。

在军事和防御领域，快速传递大量信息是大范围更新换代光纤计划的原动力。

尽管光纤仍在初期发展阶段，但总有一天光控飞行控制系统会用重量轻、直径小又使用安全的光缆取代线控飞行系统。

光导纤维与卫星和其他广播媒体一起，代表着在航空电子学、机器人学、武器系统、传感器、交通运输及其他高性能环境使用条件下的商用通信和专业应用的新的世界潮流。

所以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。

12 (1)PCM 编译码原理及数字电话光纤传输子系统本实验系统中的是A 律PCM 编译码集成电路TP3067其引脚及内部框图如图所示。

TP3067由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。

发送部分：包括可调增益放大器、抗混淆滤波器、低通滤波器、高通滤波器、压缩A/D 转换器。

抗混淆滤波器对采样频率提供30dB 以上的衰减从而避免了任何片外滤波器的加入。

阶梯波产生器、逐次逼近寄存器（S· A· R）比较器以及符号比特提取单元等4个部分共同组成一个压缩式A/D 转换器。

S· A· R 输出的并行码经并/串转换后成PCM 信号。

参考信号源提供各种精确的基准电压，允许编码输入电压最大幅度为5VP-P 发帧同步信Tp3067引脚定义 x(n)x(t)R VF O xR号FSX为采样信号。

每个采样脉冲都使编码器进行两项工作：在8比特位同步信号BCLKX 的作用下，将采样值进行8位编码并存入逐次逼近寄存器；将前一采样值的编码结果通过输出端DX输出。

在8比特位同步信号以后，DX端处于高阻状态。

接收部分：包括扩张D/A转换器和低通滤波器。

D/A转换器由串/并变换、D/A寄存器组成、D/A 阶梯波形成等部分构成。

在收帧同步脉冲FSR上升沿及其之后的8个位同步脉冲BCLKR 作用下，8比特PCM数据进入接收数据寄存器(即D/A寄存器)，D/A阶梯波单元对8比特PCM数据进行D/A变换并保持变换后的信号形成阶梯波信号。

此信号被送到时钟频率为128KHZ的开关电容低通滤波器，此低通滤波器对阶梯波进行平滑滤波并对孔径失真(sinx)/x进行补偿。

在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器的性能。

动态范围的定义是译码器输出信噪比大于25dB时允许编码器输入信号幅度的变化范围。

PCM编译码器的动态范围应大于图6-6所示的CCITT建议框架（样板值）。

当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度过大时量化信噪比急剧下降。

TP3067编译码系统不过载输入信号的最大幅度为5 Vp-p。

由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的量化信噪比，TP3067采用μ律13折线对信号进行压扩。

13折线压扩特性曲线将正负信号各分为8段，第1段信号最小，第8段信号最大。

当信号处于第一、二段时，量化噪声不随信号幅度变化，因此当信号太小时，量化信噪比会小于25dB，这就是动态范围的下限。

TP3067编译码系统动态范围内的输入信号最小幅度约为0.025Vp-p。

常用1KHz的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范围（1KHz的正弦波在模拟信号源中产生）。

语音信号的抽样信号频率为8KHZ，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4KHZ的低通滤波器处理后再进行A/D处理。

TP3067编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个滤波器的频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。

这就是PCM编译码系统频率特性的含义。

(2)波分复用光纤传输系统（WDM）光波具有很高的频率，利用光载波作为信息载体进行通信，具有巨大的可用带宽。

对石英光纤，其低损耗窗口总宽度约200nm，带宽25000GHz（25THz）。

但实际光波系统中由于光纤色散和电路速率的限制，其通信速率限制在10Gb/s或者更小。

为了充分利用光纤的频带资源，提高光波系统的通信容量，采用了如下几种复用技术：①光波分复用（WDM）3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。

根据信道间隔的大小，光波分复用技术可分为三种，即稀疏的WDM、密集的WDM和致密的WDM，后者也叫做光频分复用（PFDM）。

有三种传输形式：双模拟信号、模拟信号＋数字信号、双数字信号。

②时分复用（OTDM）OTDM方式的工作原理与电时分复用方式相似，只是在光域进行复用和解复用处理，即将光信号按照一定的帧结构传输，将一帧光信号时间T划分为n个时隙，每个时隙为T/n，第1，2，…，n路的时隙依次排列，每个时隙只传输固定的信道。

每个信道的时间位置可以通过延时器来调整。

光时分复用方式的缺点是需要比复杂的光器件，而且色散影响比别的复用方式严重，这是因为OTDM信号对带宽的要求高。

③光码分复用（OCDM）光码分复用技术在原理上与电码分复用技术相似，并与之对应。

OCDM系统给每个用户分配唯一的一个正交码的码字作为该用户的地址码，对要传输的数据信息用该地址码进行光编码，实现信道复用。

在接收端用发送端相同的地址码进行光解码，实现用户间的通信。

OCDM技术通过直接光编码和光解码，实现光信道的复用和信号交换，能较好地发挥光纤信道频带宽的潜力，同时具有动态分配带宽、网络扩展容易、多址连接和控制灵活方便、网管简单、保密性能强等优点，适合于实时性要求高、速率高的宽带通信系统。

④空分复用（SDM）空分复用是每根光纤只用于一个方向的信号传输，双向通信则需要有一对光纤，即光纤数量加倍，目前的实际光通信系统多工作于这种方式。

显然，N对光纤可以增加N4从的传输容量，不同系统的光波长相互独立。

由于光缆都包含有多根光纤在内，因而可以认为空分复用是最早、最简单的光波复用方式。

⑤方向分割复用（DDM）方向分割复用是采用一对光的方向耦合器（即定向耦合器），分别配置于收发端用来分离收发两个方向的信号，从而实现一根光纤的同波长双向传输，当然不同波长就更没问题了。

由于方向耦合器引起的近端串音会限制传输距离，因而方向分割复用方式只限于短距离传输。

光方向分割复用（DDM）方式系统构成示意图如下：其中，WDM光波系统是高速全光传输中传输容量潜力最大的一种多信道复用方案，本实验采用1310nm和1550nm的光波进行波分复用。

(3)HDB3编译码原理及实现①HDB3码简介HDB3码是三阶高密度码的简称。

在数字电话中，HDB3码作为基带传输中的一种重要线路码码型，其特点是：1）、由HDB3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量。

2）、HDB3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。