..課程設計報告課程名稱光纖通信課題名稱通信系統綜合實驗專業班級學號姓名指導教師2015年XX工程學院課程設計任務書課程名稱光纖通信課題通信系統綜合實驗專業班級學生姓名學號指導老師審批任務書下達日期2015年11月26日任務完成日期2015年12月11日目錄TOC\o"1-3"\h\u110211、實驗目的113412、實驗內容143433、實驗儀器與設備1271624、實驗原理1130594.1、多路數據＋多路光纖綜合傳輸系統總體框圖 1317754.1.1Pcm編碼模塊 3141324.1.2光波分復用模塊 3319794.1.3變速率時分復用模塊 3226124.1.4HDB3編碼模塊 4194854.2、多路數據＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統 5316574.2.1固定速率時分復用模塊 6136924.2.2視頻信號源模塊 6130704.3多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統 7276184.3.1位時鐘提取模塊9216924.3.2解固定速率時分復用模塊9103365、所實現的系統功能描述、相關數據測試結果等實驗報表以及實驗數據分析11272115.1多路數據＋多路光纖綜合傳輸系統 11306475.1.1接線步驟11309425.1.2測試結果12205665.2多路數據＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統 15295955.2.1接線步驟1575425.2.2實驗結果16205665.3多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統 18293955.3.1接線步驟1841245.3.2測試結果19239526、心得體會19197067、評分表 20..1、實驗目的掌握變速率時分復用的原理、實現方法。學習并掌握計算機RS232通信技術。掌握時分復用技術和波分復用技術的靈活搭配使用。實現數字和語音同時通信2、實驗內容多路數據＋多路光纖綜合傳輸系統的實現多路數據＋多計算機＋單路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統的實驗多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統的實現3、實驗儀器與設備1.光纖通信實驗系統2臺。2.示波器1臺。3.波分復用器2個。4.2部。5.示波器2臺。6.計算機若干臺串口通信電纜若干根。7.1310nm/1550nm波長波分復用器2個。8.FC/FC光纖跳線2根。9.攝像頭1個。10.監視器1個〔或用代替。4、實驗原理4.1多路數據＋多路光纖綜合傳輸系統《多路數據＋多路光纖綜合傳輸系統》綜合了固定速率時分復用、解固定速率時分復用、PCM編譯碼、波分復用等幾個子系統。WDMWDM1550nm光收模塊1310nm光發模塊PCM編碼解復用模塊甲乙PCM解碼模塊一PCM解碼模塊二CMI譯碼模塊解擾碼模塊HDB3編碼模塊DPLL光端HDB3譯碼模塊解變速率時分復模塊用模塊四路輸出DPLL電端甲乙PCM編碼模塊一PCM編碼模塊二PCM編碼復用模塊1550nm光發模塊數字信號源變速率時分復用模塊1310nm光發模塊HDB3編碼模塊HDB3譯碼模塊擾碼模塊DPLLCMI編碼模塊電端光端WDM圖1《多路數據＋多路光纖綜合傳輸系統》框圖4.1.1Pcm編碼模塊PCM主要包括抽樣、量化與編碼三個過程。抽樣是把連續時間模擬信號轉換成離散時間連續幅度的抽樣信號；量化是把離散時間連續幅度的抽樣信號轉換成離散幅度的數字信號；編碼是將量化后的信號編碼形成一個二進制碼組輸出。脈碼調制的過程如下圖所示：光接收機光接收機重建濾波器抽樣保持、x/sinx低通模擬終端波形解碼器模擬信源預濾波器抽樣器波形編碼器量化、編碼光發射機4.1.2光波分復用模塊光波分復用是將兩種或多種不同波長的光載波信號〔攜帶有各種類型的信息,在發送端經復用器〔也叫合波器,multiplexer把這些光載波信號匯合在一起,并耦合到光線路中同一根光纖中進行傳輸；在接收端經分波器〔也叫解復用器,demultiplexer將各種波長的光載波進行分離,然后由光接收機做相應的處理恢復原信號。這種復用方式稱作波分復用?？梢詥蜗騻鬏?也可以雙向傳輸。如下圖所示：4.1.3變速率時分復用模塊各組成模塊的功能說明如下：碼速調整：將輸入信號用128kbit/s的時鐘進行CMI編碼。使輸入信號具有同碼速。輸出信號的速率為256kbit/s。復接器：將4個支路已經同步的信碼流和四位巴克碼復接成一個高速率的信號。輸出信號的速率為2048kbit/s。時鐘源：為整個復接電路提供穩定的時鐘信號。碼速調整碼速調整按位復接時鐘源4.1.4HDB3編碼模塊1、二進制序列中的"0"碼在HDB3碼中仍編為"0"碼,但當出現四個連"0"碼時,用取代節000V或B00V代替。取代節中V碼、B碼均代表"1"碼,它們可正可負〔即V+=＋1,V-=－1,B+=＋1,B-=－1。2、取代節的安排順序是：先用000V,當它不能用時,再用B00V,000V取代節的安排要滿足以下兩個要求：各取代節之間的V碼要極性交替出現〔為了保證傳號碼極性交替出現,不引入直流成份。V碼要與前一個傳號碼的極性相同〔為了在接收端能識別出哪個是原始傳號碼,哪個是V碼和B碼,以恢復成原二進制碼序列。當上述兩個要求能同時滿足時,用000V代替原二進制碼序列中的4個"0"〔用000V+或000V-；而當上述兩個要求不能同時滿足時,則改用B00V〔B+00V+或B-00V-,實質上是將取代節000V中第一個"0"碼改成B碼。3、HDB3碼序列中的傳號碼〔包括"1"碼、V碼和B碼除V碼外要滿足極性交替出現的原則。下面我們舉個例子來具體說明一下,如何將二進制碼轉換成HDB3碼。二進制碼序列:10000101000001110000000001HDB3碼序列:V+-1000V-+10–1B+00V0–1+1–1000V-B+00V+0–14.2多路數據＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統《多路數據＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統》擬實現模擬圖像、數據在同一光纖中傳輸。即在光纖中同時傳輸數字數據和模擬信號。固定速率時分復用模塊固定速率時分復用模塊計算機一計算機二計算機三數字信號源變速率時分復用模塊HDB3編碼模塊HDB3編碼模塊擾碼模塊CMI編碼模塊WDM甲/視頻信號源1550nm光發模塊1310nm光發模塊WDM1310nm光收模塊1550nm光收模塊CMI譯碼模塊乙/視頻終端解擾碼模塊解變速率時分復用模塊計算機一計算機二計算機三固定速率時分復用解復用模塊數字信號源終端HDB3譯碼模塊HDB3譯碼模塊電端光端光端電端圖2《多路數據＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統》框圖在實際應用中,通常總是把數字復接器和數字分接器裝在一起做成一個設備,稱為復接分接器。數字復接器的作用是把兩個或兩個以上的支路數字信號按時分復接方式合并成為單一的合路數字信號。復接器是由FPGA實現的,其框圖為：4.2.1固定速率時分復用模塊定時定時復接調整四路輸入其中,在固定速率時分復用時,先要對四路輸入信號進行時隙的調整,調整前后波形如下圖所示：調整前調整前調整后調整后最后,將四路數據相與就得到復接信號了。四路數據輸出的幀結構是：其中,幀同步碼可以是數字信號源四路輸出中的任意一路。改變幀同步碼的位置,數字信號源終端的顯示位置也將改變。4.2.2視頻信號源模塊視頻信號的帶寬為0～6Mhz相對于語音信號的0～3Khz來說寬了許多,因此光發射機和光接收機的要求更加嚴格。在實驗中應該認真仔細的調整才能得到滿意的圖像傳輸效果。光纖光纖攝像頭光發模塊模擬信號輸入端激光器光檢測器光收模塊模擬信號輸出端監視器光纖圖像傳輸框圖4.3多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統《多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統》綜合了固定速率時分復用、解固定速率時分復用、變速率時分復用、解變速率時分復用、位時鐘提取〔數字鎖相環DPLL原理及實現五個實驗甲/甲/視頻信號源1550nm光發模塊計算機一計算機二計算機三變速率時分復用模塊HDB3編碼模塊擾碼模塊CMI編碼模塊1310nm光發模塊HDB3譯碼模塊電端光端計算機四HDB3編碼模塊1310nm光收模塊CMI譯碼模塊乙/視頻終端解擾碼模塊解變速率時分復用模塊計算機一計算機二計算機三HDB3譯碼模塊光端電端計算機四HDB3編碼模塊WDM1310nm光收模塊CMI譯碼模塊甲/視頻終端解擾碼模塊解變速率時分復用模塊計算機八計算機七計算機六HDB3譯碼模塊光端電端計算機五1550nm光收模塊WDMWDMWDM1550nm光收模塊1550nm光發模塊乙/視頻信號源1310nm光發模塊CMI編碼模塊擾碼模塊HDB3譯碼模塊HDB3編碼模塊變速率時分復用模塊計算機八計算機七計算機六計算機五光端電端圖3《多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統》框圖4.3.1數字鎖相環<DPLL>是一種相位反饋控制系統。它根據輸入信號與本地估算時鐘之間的相位誤差對本地估算時鐘的相位進行連續不斷的反饋調節,從而達到使本地估算時鐘相位跟蹤輸入信號相位的目的。DPLL通常有三個組成模塊：數字鑒相器<DPD>、數字環路濾波器<DLF>、數控振蕩器<DCO>。根據各個模塊組態的不同,DPLL可以被劃分出許多不同的類型。根據設計的要求,本實驗系統采用超前滯后型數字鎖相環<LL－DPLL>作為解決方案,圖1是其實現結構。在LL－DPLL中,DLF用雙向計數邏輯和比較邏輯實現,DCO采用加扣脈沖式數控振蕩器。這樣設計出來的DPLL具有結構簡潔明快,參數調節方便,工作穩定可靠的優點。DPLL實現框圖如下：鑒相器鑒相器濾波器數控振蕩器4.3.2解固定速率時分復用模塊解固定速率時分復用部分包括分解器、數字鎖相環和幀同步碼提取三個部分,其框圖如下：分解器分解器因為一路數字信號源用做幀同步碼,因此,只顯示了三路數據。下面介紹一下幀同步碼：目前已經找到的最常用的群同步碼字,就是"巴克碼"。巴克碼是一種具有特殊規律的二進制碼字。它的特殊規律是：若一個n位的巴克碼,每個碼元只可能取值+1或-1,則它必然滿足條件式〔25-1中,R〔j稱為局部自相關函數。從巴克碼計算的局部自相關函數可以看到,它滿足作為群同步碼字的第一條特性,也就是說巴克碼的局部自相關函數具有尖銳單峰特性,從后面的分析同樣可以看出,它的識別器結構非常簡單。目前人們已找到了多個巴克碼字,具體情況如下表所示。表中+表示+1,–示–1。位數n巴克碼字2++；–+3++–4+++–；++–+5+++–+7+++––+–11+++–––+––+–13+++++––++–+–+以n=7的巴克碼為例,它的局部自相關函數計算結果如下當j=0時：當j=1時：當j=2時：同樣可以求出j=3、4、5、6、7,以及j=-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7時R〔j的值為j=0R<j>=7j=±1,±3,±5,±7,R<j>=0j=±2,±4,±6R<j>=-1根據上式計算出來的這些值,可以作出7位巴克碼關于R〔j與j的關系曲線,如下圖所示?？梢钥闯?自相關函數在j＝0時具有尖銳的單峰特性。局部自相關函數具有尖銳的單峰特性正是連貫式插入群同步碼字的主要要求之一。幀同步碼識別后的波形如圖所示：分解器主要由移位寄存器構成,框圖如下：八位移位寄八位移位寄存器八位鎖存器數字信號源顯示終端測試結果及分析5.1多路數據＋多路光纖綜合傳輸系統用示波器在1310nm光發模塊的數字信號輸入端口TP103的信號和1310nm光收模塊的數字信號輸出端口TP109。調節1310nm光收端電位器RP106、RP108和1310nm光發端電位器RP100得到最佳數字信號。甲乙兩路同時摘起,按其中一路的數字鍵,在另一部的聽筒聽是否有撥號音。5.1.1接線步驟甲連線方式甲〔模擬語音信號輸出P514—P500————→PCM編譯碼模塊一〔PCM編碼數據輸入端PCM編碼復用解復用模塊〔位時鐘輸出P644—P505————→PCM編譯碼模塊一〔PCM譯碼位時鐘PCM編碼復用解復用模塊〔提取的幀同步信號P637—P504————→PCM編譯碼模塊一〔PCM譯碼幀同步信號PCM編譯碼模塊一〔PCM碼輸出P503—P643————→PCM編碼復用解復用模塊〔PCM編碼復用輸入端PCM編碼復用解復用模塊〔PCM編碼復用輸出端P638—P506————→PCM編譯碼模塊一〔PCM譯碼輸入PCM編譯碼模塊一〔PCM譯碼輸出P501—P515————→甲〔模擬語音信號輸入乙連線方式乙〔模擬語音信號輸出P516—P512————→PCM編譯碼模塊二〔PCM編碼數據輸入端PCM編碼復用解復用模塊〔位時鐘輸出P644—P510————→PCM編譯碼模塊二〔PCM譯碼位時鐘PCM編碼復用解復用模塊〔提取的幀同步信號P637—P511————→PCM編譯碼模塊二〔PCM譯碼幀同步信號PCM編譯碼模塊二〔PCM碼輸出P507—P642————→PCM編碼復用解復用模塊〔PCM編碼復用輸入端PCM編碼復用解復用模塊〔PCM編碼解復用輸出端P639—P509————→PCM編譯碼模塊二〔PCM譯碼輸入PCM編譯碼模塊二〔PCM譯碼輸出P513—P517————→甲〔模擬語音信號輸入光端連線方式PCM編碼復用解復用模塊〔PCM編碼復用輸出端P641—P100————→1310nm光發模塊〔數字光發數據輸入1310nm光收模塊〔數字信號輸出端P106—P640————→PCM編碼復用解復用模塊〔PCM編碼解復用數據輸入端表一實驗一接線步驟5.1.2測試結果兩臺機可以進行通話,測試結果如下圖所示：圖4線路連線圖圖5光端HDB3譯碼圖6光端HDB3編碼信號輸出圖7光端擾碼信號輸出圖8光端CMI編碼信號輸出圖9光端CMI譯碼輸出5.2多路數據＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統用串口線連接計算機上的串口和實驗系統中計算機接口模塊一的J402,在計算機上運行軟件"串口調試助手v2.2",將波特率設置為600,其他保持默認設置。調節光接收端電位器rp106、rp107、rp108,使計算機能正常接收到發送的數據。5.2.1接線步驟數字信號源模塊<數字信號源一>P300—P741————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號一數字信號源模塊<數字信號源二>P301—P740————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號二數字信號源模塊<數字信號源三>P302—P739————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號三數字信號源模塊<數字信號源四>P303—P738————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號四固定速率時分復用模塊〔復用輸出P742—P603————→電端FPGA〔變速率時分復用輸入信號一光端FPGA〔PN序列一信號輸出P720—P602————→電端FPGA〔變速率時分復用輸入信號二電端FPGA〔變速率時分復用復用信號輸出P614—P618————→電端FPGA〔HDB3編碼信號輸入電端FPGA〔HDB3編碼信號輸出一P617—P800————→2M接口一〔電平變換信號輸入一電端FPGA〔HDB3編碼信號輸出二P616—P802————→2M接口一〔電平變換信號輸入二2M接口一〔電平變換信號輸出P801—P803————→2M接口一〔電平反變換信號輸入2M接口一〔電平反變換信號輸出一P805—P622————→電端FPGA〔HDB3譯碼信號輸入一2M接口一〔電平反變換信號輸出二P804—P621————→電端FPGA〔HDB3譯碼信號輸入二2M接口一〔電平反變換信號輸出一P805—P624————→電端FPGA〔數字鎖相環信號輸入電端FPGA〔HDB3譯碼信號輸出P620—P626————→電端FPGA〔幀同步提取信號輸入電端FPGA〔HDB3譯碼信號輸出P620—P632————→電端FPGA〔變速率時分復用解復用信號輸入電端FPGA〔變速率時分復用信號輸出一P636—P745————→數字信號終端〔固定速率時分復用解復用信號輸入電端FPGA〔變速率時分復用信號輸出一P636--P744————→數字信號終端<數字鎖相環信號輸入>表二實驗二接線步驟5.2.2實驗結果圖10串口實物連接圖圖11實驗二測試結果〔1圖12實驗二測試結果〔2在調節那三個旋鈕的時候,rp108主要是控制是否會接收,只有把rp108調節好后才能去調節rp107以達到能正確的接收到個數,然后再調節rp106。以達到能正確接收到對方計算機發來的信息。5.3多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統用示波器觀測1310nm模擬信號輸出端口P105。通過調節光收端電位器RP106、RP108及1310nm光發模塊模擬部分電位器RP104得到最佳傳輸的模擬信號。拆除P410--P104之間的連接線,用視頻連接線連接攝像頭和1310nm光發端模擬信號輸入口P104。再用視頻連接線連接1310nm模擬輸出和監視器。調節1310nm光收模塊的電位器RP106、RP108使電視機的圖像效果達到最好。接線步驟數字信號源模塊<數字信號源一>P300—P741————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號一數字信號源模塊<數字信號源二>P301—P740————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號二數字信號源模塊<數字信號源三>P302—P739————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號三數字信號源模塊<數字信號源四>P303—P738————→固定速率時分復用模塊〔復用輸入信號四固定速率時分復用模塊〔復用輸出P742—P603————→電端FPGA〔變速率時分復用輸入信號一光端FPGA〔PN序列一信號輸出P720—P602————→電端FPGA〔變速率時分復用輸入信號二電端FPGA〔變速率時分復用復用信號輸出P614—P618————→電端FPGA〔HDB3編碼信號輸入電端FPGA〔HDB3編碼信號輸出一P617—P800————→2M接口一〔電平變換信號輸入一電端FPGA〔HDB3編碼信號輸出二P616—P802————→2M接口一〔電平變換信號輸入二2M接口一〔電平變換信號輸出P801—P803————→2M接口一〔電平反變換信號輸入2M接口一〔電平