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 (1)4.1、多路数据＋多路光纤综合传输系统总体框图 (1)4.1.1 Pcm编码模块 (3)4.1.2光波分复用模块 (3)4.1.3变速率时分复用模块 (3)4.1.4 HDB3编码模块 (4)4.2、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 (5)4.2.1固定速率时分复用模块 (6)4.2.2视频信号源模块 (6)4.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统 (7)4.3.1位时钟提取模块 (9)4.3.2解固定速率时分复用模块 (9)5、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 (11)5.1多路数据＋多路光纤综合传输系统 (11)5.1.1接线步骤 (11)5.1.2测试结果 (12)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 (15)5.2.1接线步骤 (15)5.2.2 实验结果 (16)5.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统 (18)5.3.1接线步骤 (18)5.3.2 测试结果 (19)6、心得体会 (19)7、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/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。
图1 《多路数据＋多路光纤综合传输系统》框图4.1.1 Pcm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：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。
光纤光接收机)x(n)重建滤波器抽样保持、x/sinx低通)x(t)模拟终端波形解码器模拟信源()x t预滤波器抽样器波形编码器量化、编码光发射机x(n)tp3067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。
4.1.4 HDB3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:1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 HDB3码序列:V+ -1 0 0 0 V- +1 0 –1 B+ 0 0 V 0 –1 +1 –1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 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：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。
10101100⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯帧同步码数据一数据二数据三0D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0D 4D 3D 2D 1D 调整后D4D3D1D2调整D D D D D D D D DDDDD D D D DD D D DDDDD D D D D D D D 定时复接调整复用输出四路输入时钟光纤图像传输框图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》框图计算 计算 计算 计算算 算 算 算 算算 算 算4.3.1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：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：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，时钟输出数字锁相环框图解固定速率时分复用框图()25-1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。
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=0 R(j)=7j=±1, ±3, ±5, ±7, R(j)=0j=±2, ±4, ±6 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：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。