《光纖通信技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)要點(diǎn)

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1、光纖通信實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 編寫(xiě)人：王慧敏 審核人：朱東弼 延邊大學(xué)工學(xué)院 電子信息通信學(xué)科 一、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)一模擬信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn) 1 實(shí)驗(yàn)二數(shù)字信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn) 3 實(shí)驗(yàn)三電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 5 實(shí)驗(yàn)四圖像光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 7 實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)接口碼型變換實(shí)驗(yàn) 9 二、選做實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)六數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實(shí)驗(yàn) 11 實(shí)驗(yàn)七計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 14 三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)八數(shù)字光纖通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 16 2 實(shí)驗(yàn)一模擬信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 .了解模擬信號(hào)光纖系統(tǒng)的通信原理 2 .了解完整的模擬信號(hào)光纖通信

2、系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1 .光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 2 .示波器一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)模擬光纖通信系統(tǒng)工作原理 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)系統(tǒng)傳輸信號(hào)不同，光纖通信系統(tǒng)可分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖 通信系統(tǒng)。由于發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器的輸出光功率（對(duì)激光器來(lái)說(shuō)，是指 閾值電流以上線性部分）基本上與注入電流成正比，而且電流的變化轉(zhuǎn)換為光頻 調(diào)制也呈線性，所以可以直接調(diào)制對(duì)于半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)具有簡(jiǎn) 單、經(jīng)濟(jì)和容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)行發(fā)光二極管及半導(dǎo)體激光器調(diào)制時(shí)采用的就是 直接調(diào)制。 從調(diào)制信號(hào)的形式來(lái)看，光調(diào)制可分為模擬信號(hào)調(diào)制和數(shù)字信號(hào)調(diào)制。

3、模擬 信號(hào)調(diào)制直接用連續(xù)的模擬信號(hào)（如話音、模擬圖像信號(hào)等）對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制。 圖1-1就是對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行模擬調(diào)制的原理圖。 圖1-1 發(fā)光二極管模擬調(diào)制原理圖 連續(xù)的模擬信號(hào)電流疊加在直流偏置電流上， 適當(dāng)?shù)剡x擇直流偏置電流的大 小，可以減小光信號(hào)的非線性失真。電路實(shí)現(xiàn)上， LED的模擬信號(hào)調(diào)制較為簡(jiǎn) 單，利用其P-I的線性關(guān)系，可以直接利用電流放大電路進(jìn)行調(diào)制，一般來(lái)說(shuō)， 半導(dǎo)體激光器很少用于模擬信號(hào)的直接調(diào)制，半導(dǎo)體激光器模擬調(diào)制要求光源線 性度很高。而且要求提高光接收機(jī)的信噪比比較高。 與發(fā)光二極管相比，半導(dǎo)體 激光器的V-I線性區(qū)較小，直接進(jìn)行模擬調(diào)制難度加大。 本實(shí)驗(yàn)

4、通過(guò)完成各種不同模擬信號(hào)的 LED光纖傳輸（如正弦波，三角波， 外輸入音樂(lè)信號(hào)），了解模擬信號(hào)的調(diào)制過(guò)程及調(diào)制系統(tǒng)組成。模擬信號(hào)光纖通 信系統(tǒng)組成如圖1-2所示。 模擬信號(hào)源 信號(hào)處理單元 測(cè)試端口 圖1-2 模擬信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)框圖 在LD模擬信號(hào)調(diào)制實(shí)驗(yàn)中，采用預(yù)失真補(bǔ)償電路對(duì)模擬信號(hào)波形進(jìn)行失真 補(bǔ)償，觀察補(bǔ)償后的傳輸效果與補(bǔ)償前的效果。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 .各種模擬信號(hào)LED模擬調(diào)制：三角波，正弦波，語(yǔ)音信號(hào)（外輸入語(yǔ)音 信號(hào)） 2 .各種模擬信號(hào)LD模擬調(diào)制：三角波，正弦波，語(yǔ)音信號(hào)（外輸入語(yǔ)音信 號(hào)） 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .記錄并畫(huà)出各模擬信號(hào)的波形， 對(duì)模擬信號(hào)

5、光傳輸前后的波形進(jìn)行比較 2 .簡(jiǎn)述模擬信號(hào)光纖傳輸過(guò)程。 3 .比較LD與LED模擬信號(hào)調(diào)制的效果。 六、思考題 分析和比較LD模擬信號(hào)調(diào)制與LED模擬信號(hào)調(diào)制的異同點(diǎn)，并指出其優(yōu) 缺點(diǎn)。 2 實(shí)驗(yàn)二數(shù)字信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 . 了解數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的通信原理 2 .掌握完整數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1 .光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 2 .示波器一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的工作原理。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 數(shù)字信號(hào)的光源驅(qū)動(dòng)電路與模擬驅(qū)動(dòng)電路原理有一定區(qū)別。 半導(dǎo)體激光器是 利用其在有源區(qū)中受激發(fā)

6、射的器件，只有在工作電流超過(guò)閾值電流的情況下， 才 會(huì)輸出激光（相干光），因而是有閾值的器件。圖2-1為L(zhǎng)D的P-I特性曲線及調(diào) 制波形，圖中的Ith為L(zhǎng)D的閾值電流。由圖可見(jiàn)調(diào)制LD光源器件發(fā)光必須是直 流偏置電流Ib和信號(hào)電流（即調(diào)制電流Im）的共同作用。 本實(shí)驗(yàn)利用光纖對(duì)各種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，以了解和熟悉光纖傳輸數(shù)字信號(hào) 系統(tǒng)的組成。用雙蹤示波器觀察光發(fā)模塊與光接收模塊各點(diǎn)的波形，并進(jìn)行比較。 數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成框圖如圖 2-2所示，對(duì)原始數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生 模塊的信號(hào)進(jìn)行各種不同方式的編碼和譯碼，然后通過(guò)光纖傳輸，在測(cè)試 端口觀測(cè)輸出端的信號(hào)波形，并且比較發(fā)光二極管的數(shù)字驅(qū)

7、動(dòng)與半導(dǎo)體激 光器數(shù)字驅(qū)動(dòng)效果的異同。 圖2-2數(shù)字信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成框 圖 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 .觀察各種數(shù)字信號(hào)在LD (1310nm)光纖傳輸系統(tǒng)中的波形 2 .觀察各種數(shù)字信號(hào)在LED (850nm)光纖傳輸系統(tǒng)中的波形(可選) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .記錄并畫(huà)出LD (1310nm)數(shù)字信號(hào)調(diào)制過(guò)程中各測(cè)試點(diǎn)波形。 2 .記錄并畫(huà)出LED (850nm)數(shù)字信號(hào)調(diào)制過(guò)程中各測(cè)試點(diǎn)波形。 六、思考題 1 .畫(huà)出光纖傳輸數(shù)字信號(hào)實(shí)驗(yàn)框圖，并簡(jiǎn)述數(shù)字信號(hào)光纖傳輸過(guò)程。 2 .比較LD數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)與LED數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)傳輸信號(hào)的效果, 并分別分析優(yōu)缺點(diǎn)。 17

8、 實(shí)驗(yàn)三 電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 .了解電話及語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)光纖傳輸?shù)娜^(guò)程 2 .掌握模擬電話、數(shù)字電話光纖傳輸?shù)墓ぷ髟? 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1 .光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 2 .示波器一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)電話光纖傳輸系統(tǒng)的工作過(guò)程 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)于局間通信來(lái)說(shuō)，電話語(yǔ)音通信具有舉足輕重的作用。 以電話通信網(wǎng)絡(luò)為 載體，各種模擬（或數(shù)字）信號(hào)的傳輸系統(tǒng)已經(jīng)商用化。如電話、傳真、撥號(hào)網(wǎng) 絡(luò)通信等業(yè)務(wù)都是在局間電話網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的。 電話語(yǔ)音信號(hào)的光纖傳輸分為兩種方式， 一種方式為模擬電話光纖傳輸，即 電話用戶接口輸出的模擬信號(hào)直接送入光纖模擬信

9、號(hào)傳輸信道， 從而實(shí)現(xiàn)兩部電 話的通話（由于模擬信號(hào)無(wú)法直接進(jìn)行時(shí)分復(fù)用， 因此模擬電話光纖傳輸只能傳 輸一路電話語(yǔ)音信號(hào)，另一路電話語(yǔ)音信號(hào)直接用連接導(dǎo)線代替光纖） ，實(shí)驗(yàn)方 框圖如圖3-1所示。 圖3-1 電話模擬光纖傳輸 另一種方式為數(shù)字電話光纖傳輸，即電話用戶接口輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) PCM 編碼以后，利用時(shí)分復(fù)用的方式，將兩路信號(hào)數(shù)字調(diào)制成一路信號(hào)， 然后送入光 發(fā)端機(jī)中進(jìn)行光纖傳輸，光收端機(jī)接收的信號(hào)通過(guò)時(shí)分解復(fù)用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分離， 分別送入兩個(gè)電話用戶接口電路中， 實(shí)現(xiàn)兩部電話的全雙工通話，其方框圖如圖 3-2所示。 光接收 圖3-2 電話數(shù)字光纖傳輸 光發(fā)

10、送 在PCM編譯碼中，幀同步信號(hào)為8KHz, 一幀信號(hào)分為四個(gè)時(shí)隙，分別為 時(shí)隙0、時(shí)隙1、時(shí)隙2和時(shí)隙3;時(shí)隙0為幀同步信號(hào)，其同步碼為固定的碼 流”0 1 1 1 0 0 1 0時(shí)隙1和時(shí)隙2分別為兩路電話語(yǔ)音調(diào)制數(shù)據(jù)，時(shí)隙 3為空 時(shí)隙，在本實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有用到（用低電平表示），圖3-3為PCM編碼一幀的結(jié)構(gòu)示 意圖。 一幀 時(shí)隙0 時(shí)隙1 時(shí)隙2 時(shí)隙3 圖3-3 PCM編碼幀結(jié)構(gòu)示意圖 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 .模擬電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 2 .數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各點(diǎn)的波形。 2 .評(píng)估模擬電話通話和數(shù)字電話通話的質(zhì)量。 3 .評(píng)估8

11、50nm電話光纖傳輸系統(tǒng)和1310nm電話光纖傳輸系統(tǒng)的性能。 六、思考題 1 .能否用一根光纖傳輸兩路模擬信號(hào)， 如果可以，如何實(shí)現(xiàn)？如果不行，說(shuō) 明理由。 2 .與模擬電話相比，數(shù)字電話有哪些優(yōu)點(diǎn) ？ 3 .畫(huà)出PCM編碼輸出一幀的結(jié)構(gòu)示意圖，用示波器觀察各幀的波形，說(shuō)明 一幀信息中各時(shí)隙代表的意義。 實(shí)驗(yàn)四圖像光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 .學(xué)習(xí)模擬視頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成 2 .熟悉圖象信號(hào)在光纖系統(tǒng)中的傳輸過(guò)程 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1 .光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 2 .示波器一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)模擬視頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)組成及傳輸過(guò)程 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

12、 實(shí)驗(yàn)原理 視頻信號(hào)的傳輸量日益增長(zhǎng)，尤其是有線電視（ CATV）,需要將幾十路電 視信號(hào)送到千家萬(wàn)戶。視頻信號(hào)的光纖傳輸也是人們非常關(guān)注的課題。 本實(shí)驗(yàn)主要采用模擬信號(hào)直接調(diào)制的方法進(jìn)行視頻信號(hào)的光纖傳輸。 系統(tǒng)主 要由小攝像頭（電視信號(hào)發(fā)生器）、小型電視機(jī)（視頻監(jiān)視器）和模擬光纖通信 系統(tǒng)組成。通過(guò)觀察視頻信號(hào)的光纖傳輸，測(cè)試光纖傳輸模擬信號(hào)的性能。該實(shí) 驗(yàn)實(shí)質(zhì)上也就是光纖傳輸模擬信號(hào)。實(shí)驗(yàn)框圖如圖 4-1所示。 圖4-1圖象光纖傳輸系統(tǒng) 小攝像頭產(chǎn)生視頻信號(hào)（模擬信號(hào)），經(jīng)過(guò)模擬調(diào)制送入光發(fā)端機(jī)，經(jīng)光纖 傳輸后，由光收端機(jī)監(jiān)測(cè)到視頻信號(hào)并輸出到電視機(jī)接收端， 觀測(cè)光纖

13、傳輸視頻 信號(hào)的效果以及特點(diǎn)，以了解光纖傳輸電視信號(hào)的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中圖象效果 越好也就說(shuō)明光纖傳輸模擬信號(hào)的性能就越好，性能越穩(wěn)定。在進(jìn)行光纖傳輸視 頻信號(hào)之前，先調(diào)節(jié)正弦波模擬傳輸，使得 Vp-p = 2V的正弦波正常傳輸，此時(shí) 視頻信號(hào)傳輸效果最佳。實(shí)驗(yàn)時(shí)可以比較半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管光纖通信系 統(tǒng)傳輸視頻信號(hào)的效果。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 .模擬視頻信號(hào)進(jìn)行LED調(diào)制光纖傳輸 2 .模擬視頻信號(hào)進(jìn)行LD調(diào)制光纖傳輸 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .觀察圖像信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后的效果，評(píng)估光纖傳輸圖像信號(hào)的性能。 2 . 比較 LED 與 LD 視頻傳輸效果 。 六、思考題 1 .能否采用

14、視頻信號(hào)數(shù)字光纖傳輸？若能，則還應(yīng)該具備哪些實(shí)驗(yàn)器材？ 2 . 試設(shè)計(jì)一種方法，利用本實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行電視圖像信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的光纖傳 輸。 實(shí)驗(yàn)五數(shù)字光纖通信系統(tǒng)接口碼型變換實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解接口碼型在光纖傳輸中的作用 2. 了解HDB3碼編譯電路實(shí)現(xiàn)原理 3. 掌握HDB3碼的編譯碼規(guī)則及編譯碼過(guò)程 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1 .光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 2 .示波器一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)光纖通信系統(tǒng)的傳輸碼型 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 接口碼型變換電路包括輸入接口碼型變換和輸出接口碼型變換兩部分內(nèi)容。 這種變換電路完全是為了適應(yīng)數(shù)字傳輸?shù)男枰O(shè)置的， 接口碼型從我國(guó)所

15、采用 的數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)制式來(lái)看有兩種，即 HDB3碼型和CMI碼型，這兩種接口碼型 也就是數(shù)字通信的線路傳輸碼型，但是HDB3碼不能用作光纖數(shù)字通信的線路碼 型，因此在光發(fā)機(jī)模塊必須要有接口碼型變換電路。 HDB3碼是三階高密度雙極 性碼(High Density Bipolar Codes)的簡(jiǎn)稱。所謂三階，即最大允許連 “吸為3 個(gè)。這種碼型為PCM 一次群、二次群和三次群的電線路傳輸碼型。在數(shù)字光纖 通信系統(tǒng)中，HDB3碼就是相應(yīng)的PCM設(shè)備與數(shù)字光纖通信設(shè)備之間的接口碼 型。輸入接口碼型變換電路就是將 HDB3碼變換為PCM碼，此PCM碼經(jīng)過(guò)光纖 傳輸后再經(jīng)輸出接口碼型變換電路進(jìn)行碼

16、反變換， 得到HDB3碼。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框 圖如5-1。 傳輸信道 hdb3譯碼 hdb3編碼 圖5-1 HDB3編譯碼實(shí)驗(yàn)框圖 1、HDB3碼有如下特點(diǎn)： a) HDB3碼的功率譜中無(wú)直流分量，高低頻成分少，定時(shí)信息豐富，有利 于定時(shí)提取。 b) HDB3碼是偽三進(jìn)制碼，它的狀態(tài)用 B+, B-,和0表示。 c) HDB3碼的最大連0數(shù)等于3 d) HDB3碼中任意兩個(gè)相鄰“V永沖(破壞點(diǎn))之間的傳號(hào)“B脈沖數(shù)目(不 包括“V脈沖本身)為奇數(shù)。 e) HDB3碼可以利用其破壞點(diǎn)規(guī)則檢測(cè)線路傳輸中產(chǎn)生的誤碼。 2、 HDB 3碼編碼 HDB 3碼的編碼規(guī)則：二進(jìn)制中的傳

17、號(hào)，在 HDB 3碼中編成交替反轉(zhuǎn)碼。當(dāng) 二進(jìn)制信號(hào)為全 “1碼時(shí)，” HDB3 碼與一般的 AMI 碼相同。二進(jìn)制中的空號(hào)，在 HDB3 碼中仍編為空號(hào)， 但在二進(jìn)制中出現(xiàn)四空號(hào)串， 則用以下四連 “0取代節(jié)代” 替，其取代節(jié)形式如下：000V或B00V。其中，V為雙極性碼中極性交替改變法 則的破壞點(diǎn)， B 為雙極性碼中極性交替改變法則中的非破壞點(diǎn)， 0 為雙極性碼中 的 0 碼。 同一個(gè)取代節(jié)中的 “B； “V脈沖在HDB3碼中的極性相同。HDB3碼中相 鄰字節(jié)中的“V 永沖符合交替反轉(zhuǎn)法則。 用取代節(jié)中的“B永沖來(lái)保證HDB3碼中任意兩個(gè)相鄰取代節(jié)的 “V脈沖之間的 脈沖

18、數(shù)目為奇數(shù)。 即從二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行 HDB 3碼編碼的過(guò)程中， 遇到一個(gè)四空號(hào) 用，準(zhǔn)備用取代節(jié)代替時(shí)，要視相鄰前一個(gè)取代節(jié)中的 “V永沖至準(zhǔn)備代替四空 號(hào)用的取代節(jié)中的“V脈沖之間已有的脈沖數(shù)目，如果為奇數(shù)，用 000V取代節(jié), 若為偶數(shù)，則用 B00V 取代節(jié)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 .學(xué)習(xí)了解 HDB 3編碼規(guī)則 2 . 觀察接口碼型的編譯碼過(guò)程 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .記錄實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的波形。 2 .分析各點(diǎn)的波形，比較實(shí)驗(yàn)所觀察到的波形與理論波形是否一致，如果不 一致分析其原因。 3 .簡(jiǎn)要敘述HDB3碼的編碼規(guī)則。 六、思考題 1 .為什么 HDB 3碼不能在數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)

19、中傳輸？ 2 .接口碼型變換電路在光纖傳輸系統(tǒng)中處于什么位置，有何作用？ 實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 .了解線路碼型在光纖傳輸系統(tǒng)中的作用 2 .掌握線路碼型的編譯碼過(guò)程以及電路實(shí)現(xiàn)原理 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1. 光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái) 2. 示波器 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)線路碼型的編譯碼過(guò)程 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 接口碼型 HDB 3碼雖然有很多優(yōu)點(diǎn)， 如功率譜中無(wú)直流分量， 高低頻成分少， 定時(shí)信息豐富， 有利于定時(shí)提取等， 但它不能在光纖中傳輸， 當(dāng)通過(guò)接口碼型變 換電路將其變換為 PCM 碼后，雖然能在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中傳

20、輸，但在實(shí)際的 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中并不采用這種碼型。 本實(shí)驗(yàn)闡述了適合數(shù)字光纖通信系統(tǒng)所 采用的三種線路碼型：①偽雙極性碼；② mBnB碼；③附加奇偶位碼。還說(shuō)明了 線路碼相對(duì)于接口碼型的優(yōu)點(diǎn)，并將一基帶信號(hào) NRZ 碼變換為有利于數(shù)字光纖 通信系統(tǒng)傳輸?shù)木€路碼型：偽雙極性碼、 mBnB 碼。 由于 CMI 碼有很多優(yōu)點(diǎn)，它既為我國(guó)數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)制式所規(guī)定的兩種接口 碼型之一， 又是數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中所采用的線路碼型， 它既屬于偽雙極性碼又 屬于 mBnB 碼（ 1B2B 碼） 。所以，本實(shí)驗(yàn)中的線路碼型就采用 CMI 碼。 CMI 碼為信號(hào)反轉(zhuǎn)碼（ Code Mark Inve

21、rsion） ，是一種二電平不歸零碼，是 PCM 四次群的線路傳輸碼型，也就是四次群數(shù)字光纖通信設(shè)備與四次群 PCM 設(shè)備之 間的接口碼型。 1. CMI 碼的特點(diǎn) ① CMI 碼編譯電路簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)與調(diào)試。 ② CMI 碼的最大連 “0和連” “1都是” 3個(gè) ③ 具有誤碼監(jiān)測(cè)能力，當(dāng)其編碼規(guī)則被破壞，就表示有誤碼產(chǎn)生，便于線路傳 輸中的誤碼監(jiān)測(cè)。 ④CMI碼功率譜中的直流分量恒定，低頻分量小，fr （變換前的碼速率）頻率 處有限譜，頻帶較寬，便于定時(shí)提取。 ⑤ CMI 碼的速率是編碼前信號(hào)速率的兩倍。 2. CMI 碼的編碼規(guī)則 ① 對(duì)于二進(jìn)制 “0被編碼成為前后

22、得” A 1 和 A2（A 1 為 “0電平，” A2 為 “ 1電平）” 兩種幅值的電平， 每種幅值占單位時(shí)間間隔的一半 （ T/2 ） ， 即在 CMI 碼中為 “0網(wǎng) ② 對(duì)于二進(jìn)制“1用幅值電平Ai和A2來(lái)編碼。Ai或A2都占滿了一個(gè)單位時(shí)間 間隔（T）,即在CMI碼流中為“0瞰”11碼；對(duì)于相繼的二進(jìn)制“1；這兩 個(gè)電平相互交替。這也就是前一個(gè)二進(jìn)制 “1編為A1,（即“00）’則后一個(gè)二 進(jìn)制“1就編A2,反之，前一個(gè)二進(jìn)制“編為A2,（即“11，’則后一個(gè)二進(jìn) 制”1就編A1,即在CMI碼流中以“0屏口 ”11信號(hào)相互交替。 3. CMI碼編碼電路的方式。 CMI編碼

23、電路比較簡(jiǎn)單，CMI碼的編碼規(guī)則是將二值碼 NRZ序列中的“1” 和“0狀態(tài)進(jìn)行分離，然后按各自的編碼規(guī)則進(jìn)行編碼，最后由這兩種狀態(tài)的編 碼合成輸出就成為CMI碼。 4. CMI譯碼電路 CMI譯碼不采用CMI編碼逆變換，而是采用延時(shí) CMI碼T/2 （即半比特時(shí) 問(wèn)）然后相加，時(shí)鐘讀出的方法。 5. mBnB碼和偽雙極性碼 mBnB碼是將輸入的m比特（Bit） 一組碼作為一個(gè)碼字，按變換表，在同樣長(zhǎng) 的時(shí)間間隔內(nèi)，變換成n比特一組的輸出碼字，因此又稱為字變換碼。這里 m, n均為正整數(shù)，且n>m。 偽雙極性碼（CMI和DMI ）也是一種字變換碼，也可以認(rèn)為它們是 1B2B 碼，這種

24、碼保留了電纜數(shù)字傳輸中常用的雙極性碼（常稱 AMI碼）的優(yōu)點(diǎn)，如 表6.2所示。用兩個(gè)比特?cái)?shù)字脈沖表示 AMI碼中的一個(gè)碼字，”1碼時(shí)以“0的 “11相互交替（對(duì)應(yīng)于AMI碼中“1碼以午”和“一電平相互交替），從而使碼流 中”附”1均等，消除直流基線的影響，連 “囑數(shù)和連”1整數(shù)被BM制在2或3, 同時(shí)也可以自檢誤碼。但這種碼型的缺點(diǎn)是冗余度大，僅在基群和二次群系統(tǒng)中 使用。 表6.1 AMI碼和偽雙極性碼的變換規(guī)則 AMI CMI DMI + 11 11 0 01 01在午”之后，10在“一之后 一 00 00 表6.2二電平碼變?yōu)镃MI和DMI碼的規(guī)則

25、電平碼 CMI DMI DMI 鵬1 鵬2 鵬1 「心2 0 01 01 01 10 （連“瞅式不變） 1 00 11 00 11 實(shí)驗(yàn)中線路編碼將數(shù)字基帶信號(hào) NRZ碼變換為適合數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸 的線路碼型CMI碼，CMI碼經(jīng)光纖傳輸后，再經(jīng)線路譯碼變換為基帶信號(hào) NRZ 碼。實(shí)驗(yàn)方框圖如圖6-1所示。觀察各點(diǎn)波形以理解 CMI編譯碼規(guī)則。 圖6-1 CMI編碼譯碼實(shí)驗(yàn)框圖 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 驗(yàn)證符合光纖傳輸系統(tǒng)的線路碼型 2. 觀察線路碼型的編譯碼過(guò)程 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .記錄實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的波形。 2 .分析各點(diǎn)的波形， 比較實(shí)驗(yàn)所

26、觀察到的波形與理論波形是否一致， 如果不 一致分析其原因。 六、思考題 1 .為什么實(shí)際的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般不直接采用 PCM 碼型？ 2 .CMI 作為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的線路碼型有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 實(shí)驗(yàn)七 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信基本知識(shí) 2. 掌握計(jì)算機(jī)串口通信光纖傳輸系統(tǒng)組成 3. 進(jìn)一步理解 CMI 碼型在光纖通信系統(tǒng)中的作用 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 1. 光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái) 2. 示波器 一臺(tái) 3. 計(jì)算機(jī) 二臺(tái) 4. 萬(wàn)用表 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí) CMI 編碼在光纖線路碼型中的作用 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理

27、 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 計(jì)算機(jī)通信越來(lái)越顯得重要。 由于串行通信是在一 根傳輸線上一位一位的傳輸信息， 所用的傳輸線少， 并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng) 進(jìn)行信息傳送， 因此特別適合遠(yuǎn)距離傳送。 對(duì)于那些與計(jì)算機(jī)相距不遠(yuǎn)的人機(jī)交 互設(shè)備和串行存儲(chǔ)的外部設(shè)備如打印機(jī)、 邏輯分析儀和磁盤(pán)等， 采用串行方式交 換數(shù)據(jù)也很普遍。所以串行接口是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口。 在并行通信中， 傳輸線數(shù)目沒(méi)有限制， 一般除了數(shù)據(jù)線外還有通信聯(lián)絡(luò)控制 線。例如，在發(fā)送前，先問(wèn)對(duì)方是否準(zhǔn)備就緒，或正在工作即忙，接收方收到數(shù) 據(jù)后， 要向發(fā)送方回送數(shù)據(jù)已經(jīng)收到的應(yīng)答信號(hào)。 但是在串行通信中， 由于信息 在

28、一個(gè)方向上串行傳輸， 只占用一根通信線， 因此這根線既作數(shù)據(jù)線又作聯(lián)絡(luò)線， 也就是說(shuō)要在一根傳輸線上既傳送數(shù)據(jù)信息， 又傳送聯(lián)絡(luò)控制信息， 這就是串行 通信的首要特點(diǎn)。 那么如何來(lái)識(shí)別在一根線上串行傳送的信息流中， 哪一部分是 數(shù)據(jù)信號(hào)， 哪一部分是聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 為解決這個(gè)問(wèn)題， 就引出了串行通信的一系列 約定。 因此串行通信的第二個(gè)特點(diǎn)是它的信息格式有固定的要求， 分同步和異步 通信格式， 與此對(duì)應(yīng)， 就有異步通信與同步通信兩種方式。 第三個(gè)特點(diǎn)是串行通 信中對(duì)信息的邏輯定義與 TTL 不兼容，因此需要進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換。 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖通信系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)串口電路、 CMI 編譯

29、碼電路、光發(fā) 端機(jī)和光收端機(jī)組成。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方框圖如圖 7-1 所示。 計(jì)算機(jī)接口甲 光收端機(jī) 圖7-1計(jì)算機(jī)用口通信實(shí)驗(yàn)方框圖 CMI譯碼 CMI編碼 光發(fā)端機(jī) 計(jì)算機(jī)接口乙 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)全雙工通信，必須有兩個(gè)數(shù)據(jù)通信信道，光纖通信系統(tǒng)中利用兩 套光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行，即在通信的每一方加載光發(fā)和光收系統(tǒng)， 在傳輸信號(hào)中可 以有兩種方式，一種方式就是直接用兩根光纖傳輸，另一種方式就是利用波分復(fù) 用（波分復(fù)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)見(jiàn)實(shí)驗(yàn)二十二）的方式進(jìn)行。在這里利用兩個(gè)光纖通信系 統(tǒng),即利用1310nm光纖通信系統(tǒng)和1550nm光纖通信系統(tǒng)組成。同時(shí)用兩個(gè)光 纖作為傳輸信號(hào)的通道。 進(jìn)行串口

30、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，采用 windows系統(tǒng)附件中的超級(jí)終端進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù) 據(jù)光纖通信的演示?？梢赃M(jìn)行鍵盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸，文件傳輸，傳輸速率可設(shè)定為 9.6KB/S或更高。調(diào)節(jié)傳輸波特率，并觀察實(shí)際傳輸文件時(shí)的傳輸速率。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 .用光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)用口數(shù)據(jù)通信 2 .進(jìn)一步加深了解CMI編碼在光纖線路碼型中的作用 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .說(shuō)明計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)各組成部分的作用。 2 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明文件傳輸實(shí)際速率與設(shè)置波特率的關(guān)系。 六、思考題 1 .說(shuō)明計(jì)算機(jī)用口通信基本原理。 2 .若計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖通信系統(tǒng)中沒(méi)有 CMI編譯碼部分，則會(huì)出現(xiàn)什么情 況？ 實(shí)驗(yàn)八 數(shù)字

31、光纖通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1 .了解數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成原理 2 .掌握各個(gè)模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用 二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料 計(jì)算機(jī) 一臺(tái) 三、預(yù)習(xí)要求 預(yù)習(xí)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成及工作原理 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi) 容 實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)為了適應(yīng)數(shù)字光纖通信的需要， 讓學(xué)生了解數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的完整 硬件組成而設(shè)計(jì)的。 實(shí)際完整的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的硬件組成， 包括接口碼型變 換電路、線路碼型變換電路、光接口變換電路。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)還模擬了實(shí)際 PCM 通信系統(tǒng)與數(shù)字光纖通信系統(tǒng)整個(gè)過(guò)程傳輸碼型的變換， 從而讓學(xué)生對(duì)這兩個(gè)實(shí) 際通信系統(tǒng)之間信息碼的變換有更深入和全面的理解。 首先

32、將模擬信號(hào)（包括語(yǔ)音信號(hào)）進(jìn)行 PCM 編碼，在實(shí)際的 PCM 通信系 統(tǒng)中傳輸?shù)牟⒉皇荘CM碼，而是有很多優(yōu)點(diǎn)的HDB3碼，所以還要又t其進(jìn)行HDB3 編碼，此 HDB 3碼就是 PCM 通信系統(tǒng)中實(shí)際傳輸?shù)拇a型，同時(shí)也是本實(shí)驗(yàn)中的 接口碼型。 在局間通信中此部分表現(xiàn)為用戶與電信局間的通信線路碼型， 這段距 離并不是以光纖為介質(zhì)進(jìn)行傳輸?shù)模〝?shù)字光纖通信系統(tǒng)不能傳輸 HDB3 碼） ，為 了在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中傳輸， 必須將接口碼 HDB 3碼變換為光纖線路碼型 CMI 碼。 具體過(guò)程為： 先將按口碼型 HDB3 碼還原為 PCM 碼， 再將此 PCM 碼變換為 光纖線路碼型 C

33、MI 碼，此線路編碼電路硬件采用實(shí)驗(yàn)箱中 CMI 編譯碼電路，光 纖線路碼 CMI 碼形成后，再送入到光接口數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行光纖傳輸。光發(fā)機(jī) 按照光源器件的不同，有采用 LED 作光源的光發(fā)端機(jī)和采用 LD 作光源的光發(fā) 端機(jī)兩種， 本實(shí)驗(yàn)中光發(fā)端機(jī)的光源采用中心波長(zhǎng)為 1550nm 的半導(dǎo)體激光器光 源。 為了示波器觀察方便，實(shí)驗(yàn)中采用 24 位偽隨機(jī)碼代替 PCM 編碼進(jìn)行傳輸。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成應(yīng)該包括 HDB 3編譯碼， CMI 編譯碼， 光發(fā)端機(jī)和光收 端機(jī)及光纖光纜等部分組成。其實(shí)驗(yàn)框圖如圖 8-1 所示。 光纖 圖8-1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸示意圖

34、 實(shí)驗(yàn)箱中為了實(shí)驗(yàn)方便，提供一個(gè) HDB3編譯碼模塊，另一個(gè)HDB3編譯碼 模塊予以省略，如圖中虛線所表示。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，在通信雙方都必須有 HDB3編譯碼部分，也就是說(shuō)利用光纖傳輸信號(hào)到達(dá)對(duì)方光收端機(jī)后，經(jīng)檢測(cè)還 原成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)CMI譯碼，HDB3編碼傳輸?shù)娇蛻簦诳蛻舳死^再進(jìn)行HDB3 譯碼，才能到達(dá)最終用戶。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 數(shù)字信號(hào)在光纖通信系統(tǒng)中的編譯碼過(guò)程. 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1 .記錄實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的波形； 2 .分析各點(diǎn)的波形，比較實(shí)驗(yàn)所觀察到的波形與理論波形是否一致， 如果不 一致分析其原因。 六、思考題 1 .通過(guò)實(shí)驗(yàn)，思考實(shí)際模擬信號(hào)的數(shù)字光纖傳輸過(guò)程，并畫(huà)出信號(hào)傳輸示意 圖。 2 .若給定一 NRZ碼組“ 10011001110011110011111?！痹嚠?huà)出傳輸過(guò)程中 HDB3編譯碼、CMI編譯碼的波形，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察上述各波形。