光纖通信通信系統(tǒng)綜合實驗

光纖通信通信系統(tǒng)綜合實驗,光纖通信,通信,通訊,系統(tǒng),綜合,實驗,試驗 課 程 設 計 報 告 課程名稱 光纖通信　　　　　 課題名稱 　 通信系統(tǒng)綜合實驗 　 一、設計內(nèi)容與設計要求 1、設計內(nèi)容 1）多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn) 2）多路數(shù)據(jù)＋多計算機＋單路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn) 3）*多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn) 2、設計目的 掌握變速率時分復用的原理、實現(xiàn)方法； 學習并掌握計算機RS232通信技術(shù)； 掌握時分復用技術(shù)和波分復用技術(shù)的靈活搭配使用； 實現(xiàn)數(shù)字和語音同時通信。 3、實驗儀器與設備 1.光纖通信實驗系統(tǒng)2臺。 2.示波器1臺。 3.波分復用器2個。 4.電話2部。 5.FC/FC光纖跳線2根。 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.攝像頭1個。 9.監(jiān)視器1個（或用電話代替）。 4、設計原理 《多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)》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(tǒng)，具體的實驗原理可以參看《光纖通信原理教學系統(tǒng)實驗指導書》中的實驗二十一、實驗二十四、實驗二十五、實驗二十的方法； 《多路數(shù)據(jù)＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)》擬實現(xiàn)模擬圖像、數(shù)據(jù)在同一光纖中傳輸。即在光纖中同時傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)和模擬信號。一種解決方案綜合了《光纖通信原理教學系統(tǒng)實驗指導書》中的實驗二十六、實驗二十七、實驗十六的知識； 《多路計算機＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)》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?。〝?shù)字鎖相環(huán)DPLL）原理及實現(xiàn)五個實驗，具體的實驗原理可以參看《光纖通信原理教學系統(tǒng)實驗指導書》中的實驗二十一、實驗二十三、實驗二十四、實驗二十五、實驗二十六、實驗二十七。 5、設計要求 掌握結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設計的主體思想，以自下而上逐步完善的方法實現(xiàn)指定的通信系統(tǒng)功能，并按要求測試相關(guān)參數(shù)、波形等實驗數(shù)據(jù)，以積累一些典型的通信子系統(tǒng)的功能、性能、參數(shù)等知識以及系統(tǒng)集成的知識。 (1)在規(guī)定的時間內(nèi)以小組為單位完成相關(guān)的系統(tǒng)功能實現(xiàn)、數(shù)據(jù)測試和記錄并進行適當?shù)姆治觥? (2)按本任務書的要求，編寫《課程設計報告》（Word文檔格式）。并用A4紙打印并裝訂； 目 錄 一、課程設計題目 1 二、課程設計目的 1 三、課程設計主要任務 1 1、多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)： 1 (1)PCM編譯碼原理及數(shù)字電話光纖傳輸子系統(tǒng) 2 (2)波分復用光纖傳輸系統(tǒng)（WDM） 3 (3)HDB3編譯碼原理及實現(xiàn) 5 (4)位時鐘提?。〝?shù)字鎖相環(huán)DPLL）原理及實現(xiàn) 6 (5)固定速率時分復用原理及實現(xiàn) 9 (6)解固定速率時分復用原理及實現(xiàn) 12 2、多路數(shù)據(jù)＋多計算機＋單路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng) 14 (1)PN序列光纖傳輸系統(tǒng) 14 (2)變速率時分復用原理及實現(xiàn) 15 (3)解變速率時分復用原理及實現(xiàn) 18 四、實驗設備 22 五、總體設計方案的選定 23 六、相關(guān)數(shù)據(jù)測試結(jié)果等實驗報表以及實驗數(shù)據(jù)分析 25 七、收獲及體會 31 30 一、課程設計題目 （1）多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)； （2）多路數(shù)據(jù)＋多計算機＋單路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)。 二、課程設計目的 （1）掌握變速率時分復用的原理、實現(xiàn)方法； （2）學習并掌握計算機RS232通信技術(shù)； （3）掌握時分復用技術(shù)和波分復用技術(shù)的靈活搭配使用； （4）實現(xiàn)數(shù)字和語音同時通信。 三、課程設計主要任務 1、多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)： 人們使用光纖系統(tǒng)承載數(shù)字電視、語音和數(shù)字是很普通的一件事，在商用與工業(yè)領域，光纖已成為地面?zhèn)鬏敇藴?。在軍事和防御領域，快速傳遞大量信息是大范圍更新?lián)Q代光纖計劃的原動力。盡管光纖仍在初期發(fā)展階段，但總有一天光控飛行控制系統(tǒng)會用重量輕、直徑小又使用安全的光纜取代線控飛行系統(tǒng)。光導纖維與衛(wèi)星和其他廣播媒體一起，代表著在航空電子學、機器人學、武器系統(tǒng)、傳感器、交通運輸及其他高性能環(huán)境使用條件下的商用通信和專業(yè)應用的新的世界潮流。 所以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(tǒng)。 (1)PCM編譯碼原理及數(shù)字電話光纖傳輸子系統(tǒng) 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(fā)射機 本實驗系統(tǒng)中的是A律PCM編譯碼集成電路TP3067其引腳及內(nèi)部框圖如圖所示。 Tp3067引腳定義 TP3067由發(fā)送和接收兩部分組成，其功能簡述如下。 發(fā)送部分： 包括可調(diào)增益放大器、抗混淆濾波器、低通濾波器、高通濾波器、壓縮A/D轉(zhuǎn)換器?？够煜秊V波器對采樣頻率提供30dB以上的衰減從而避免了任何片外濾波器的加入。階梯波產(chǎn)生器、逐次逼近寄存器（S· A· R）比較器以及符號比特提取單元等4個部分共同組成一個壓縮式A/D轉(zhuǎn)換器。S· A· R輸出的并行碼經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換后成PCM信號。參考信號源提供各種精確的基準電壓，允許編碼輸入電壓最大幅度為5VP-P發(fā)幀同步信號FSX為采樣信號。每個采樣脈沖都使編碼器進行兩項工作：在8比特位同步信號BCLKX的作用下，將采樣值進行8位編碼并存入逐次逼近寄存器；將前一采樣值的編碼結(jié)果通過輸出端DX輸出。在8比特位同步信號以后，DX端處于高阻狀態(tài)。 接收部分： 包括擴張D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器。D/A轉(zhuǎn)換器由串/并變換、D/A寄存器組成、D/A階梯波形成等部分構(gòu)成。在收幀同步脈沖FSR上升沿及其之后的8個位同步脈沖BCLKR作用下，8比特PCM數(shù)據(jù)進入接收數(shù)據(jù)寄存器(即D/A寄存器)，D/A階梯波單元對8比特PCM數(shù)據(jù)進行D/A變換并保持變換后的信號形成階梯波信號。此信號被送到時鐘頻率為128KHZ的開關(guān)電容低通濾波器，此低通濾波器對階梯波進行平滑濾波并對孔徑失真(sinx)/x進行補償。 在通信工程中，主要用動態(tài)范圍和頻率特性來說明PCM編譯碼器的性能。 動態(tài)范圍的定義是譯碼器輸出信噪比大于25dB時允許編碼器輸入信號幅度的變化范圍。PCM編譯碼器的動態(tài)范圍應大于圖6-6所示的CCITT建議框架（樣板值）。 當編碼器輸入信號幅度超過其動態(tài)范圍時，出現(xiàn)過載噪聲，故編碼輸入信號幅度過大時量化信噪比急劇下降。TP3067編譯碼系統(tǒng)不過載輸入信號的最大幅度為5 Vp-p。由于采用對數(shù)壓擴技術(shù)，PCM編譯碼系統(tǒng)可以改善小信號的量化信噪比，TP3067采用μ律13折線對信號進行壓擴。13折線壓擴特性曲線將正負信號各分為8段，第1段信號最小，第8段信號最大。當信號處于第一、二段時，量化噪聲不隨信號幅度變化，因此當信號太小時，量化信噪比會小于25dB，這就是動態(tài)范圍的下限。TP3067編譯碼系統(tǒng)動態(tài)范圍內(nèi)的輸入信號最小幅度約為0.025Vp-p。 常用1KHz的正弦信號作為輸入信號來測量PCM編譯碼器的動態(tài)范圍（1KHz的正弦波在模擬信號源中產(chǎn)生）。語音信號的抽樣信號頻率為8KHZ，為了不發(fā)生頻譜混疊，常將語音信號經(jīng)截止頻率為3.4KHZ的低通濾波器處理后再進行A/D處理。TP3067編碼器的低通濾波器和高通濾波器決定了編譯碼系統(tǒng)的頻率特性，當輸入信號頻率超過這兩個濾波器的頻率范圍時，譯碼輸出信號幅度迅速下降。這就是PCM編譯碼系統(tǒng)頻率特性的含義。 (2)波分復用光纖傳輸系統(tǒng)（WDM） 光波具有很高的頻率，利用光載波作為信息載體進行通信，具有巨大的可用帶寬。對石英光纖，其低損耗窗口總寬度約200nm，帶寬25000GHz（25THz）。但實際光波系統(tǒng)中由于光纖色散和電路速率的限制，其通信速率限制在10Gb/s或者更小。為了充分利用光纖的頻帶資源，提高光波系統(tǒng)的通信容量，采用了如下幾種復用技術(shù)： ① 光波分復用（WDM） 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(fā)送端經(jīng)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(jīng)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?？梢詥蜗騻鬏敚部梢噪p向傳輸。 根據(jù)信道間隔的大小，光波分復用技術(shù)可分為三種，即稀疏的WDM、密集的WDM和致密的WDM，后者也叫做光頻分復用（PFDM）。 有三種傳輸形式：雙模擬信號、模擬信號＋數(shù)字信號、雙數(shù)字信號。 ② 時分復用（OTDM） OTDM方式的工作原理與電時分復用方式相似，只是在光域進行復用和解復用處理，即將光信號按照一定的幀結(jié)構(gòu)傳輸，將一幀光信號時間T劃分為n個時隙，每個時隙為T/n，第1，2，…，n路的時隙依次排列，每個時隙只傳輸固定的信道。每個信道的時間位置可以通過延時器來調(diào)整。光時分復用方式的缺點是需要比復雜的光器件，而且色散影響比別的復用方式嚴重，這是因為OTDM信號對帶寬的要求高。 ③ 光碼分復用（OCDM） 光碼分復用技術(shù)在原理上與電碼分復用技術(shù)相似，并與之對應。OCDM系統(tǒng)給每個用戶分配唯一的一個正交碼的碼字作為該用戶的地址碼，對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息用該地址碼進行光編碼，實現(xiàn)信道復用。在接收端用發(fā)送端相同的地址碼進行光解碼，實現(xiàn)用戶間的通信。OCDM技術(shù)通過直接光編碼和光解碼，實現(xiàn)光信道的復用和信號交換，能較好地發(fā)揮光纖信道頻帶寬的潛力，同時具有動態(tài)分配帶寬、網(wǎng)絡擴展容易、多址連接和控制靈活方便、網(wǎng)管簡單、保密性能強等優(yōu)點，適合于實時性要求高、速率高的寬帶通信系統(tǒng)。 ④ 空分復用（SDM） 空分復用是每根光纖只用于一個方向的信號傳輸，雙向通信則需要有一對光纖，即光纖數(shù)量加倍，目前的實際光通信系統(tǒng)多工作于這種方式。顯然，N對光纖可以增加N從的傳輸容量，不同系統(tǒng)的光波長相互獨立。由于光纜都包含有多根光纖在內(nèi)，因而可以認為空分復用是最早、最簡單的光波復用方式。 ⑤ 方向分割復用（DDM） 方向分割復用是采用一對光的方向耦合器（即定向耦合器），分別配置于收發(fā)端用來分離收發(fā)兩個方向的信號，從而實現(xiàn)一根光纖的同波長雙向傳輸，當然不同波長就更沒問題了。由于方向耦合器引起的近端串音會限制傳輸距離，因而方向分割復用方式只限于短距離傳輸。光方向分割復用（DDM）方式系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如下： 其中，WDM光波系統(tǒng)是高速全光傳輸中傳輸容量潛力最大的一種多信道復用方案，本實驗采用1310nm和1550nm的光波進行波分復用。 (3)HDB3編譯碼原理及實現(xiàn) ①HDB3碼簡介 HDB3碼是三階高密度碼的簡稱。在數(shù)字電話中，HDB3碼作為基帶傳輸中的一種重要線路碼碼型，其特點是： 1）、由HDB3碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量。 2）、HDB3中連0串的數(shù)目至多為3個，易于提取定時信號。 3）、編碼規(guī)則復雜，但譯碼較簡單。 ②HDB3碼編碼規(guī)則： 1）、二進制序列中的“0”碼在HDB3碼中仍編為“0”碼，但當出現(xiàn)四個連“0”碼時，用取代節(jié)000V或B00V代替。取代節(jié)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(jié)的安排順序是：先用000V，當它不能用時，再用B00V，000V取代節(jié)的安排要滿足以下兩個要求： 各取代節(jié)之間的V碼要極性交替出現(xiàn)（為了保證傳號碼極性交替出現(xiàn)，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(zhì)上是將取代節(jié)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(xiàn)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(zhuǎn)換成HDB3碼。 二進制碼序列: 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碼序列: 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 –1 從上例可以看出兩點： （1）、當兩個取代節(jié)之間原始傳號碼的個數(shù)為奇數(shù)時，后邊取代節(jié)用000V；當兩個 取代節(jié)之間原始傳號碼的個數(shù)為偶數(shù)時，后邊取代節(jié)用B00V （2）、V碼破壞了傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，所以叫破壞點；而B碼未破壞傳號碼極性交替出現(xiàn)的原則，叫非破壞點。 ③HDB3解碼規(guī)則 雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復雜，但譯碼卻比較簡單。從上述原理看出，每一個破壞符號V總是與前一非0符號同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點V于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復4個連0碼，再將所有－1變成＋1后便得到原消息代碼。 (4)位時鐘提取（數(shù)字鎖相環(huán)DPLL）原理及實現(xiàn) 數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)是一種相位反饋控制系統(tǒng)。它根據(jù)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(xù)不斷的反饋調(diào)節(jié)，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(shù)字鑒相器(DPD)、數(shù)字環(huán)路濾波器(DLF)、 數(shù)控振蕩器(DCO)。根據(jù)各個模塊組態(tài)的不同， DPLL 可以被劃分出許多不同的類型。根據(jù)設計的要求，本實驗系統(tǒng)采用超前滯后型數(shù)字鎖相環(huán)(LL－DPLL)作為解決方案， 圖1是其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。在LL－ DPLL中，DLF 用雙向計數(shù)邏輯和比較邏輯實現(xiàn)，DCO 采用加扣脈沖式數(shù)控振蕩器。這樣設計出來的DPLL具有結(jié)構(gòu)簡潔明快，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。DPLL實現(xiàn)框圖如下： 鑒相器 濾波器 數(shù)控振蕩器 下面就對數(shù)字鎖相環(huán)的各個組成模塊的詳細功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及對外接口信號： A.超前－滯后型數(shù)字鑒相器 與一般DPLL 的DPD的設計不同，位同步DPLL 的DPD需要排除位流數(shù)據(jù)輸入連續(xù)幾位碼值保持不變的不利影響。LL－DPD為二元鑒相器，在有效的相位比較結(jié)果中僅給出相位超前或相位滯后兩種相位誤差極性， 而相位誤差的絕對大小固定不變。LL－DPD通常有兩種實現(xiàn)方式： 微分型LL－DPD和積分型LL－DPD。積分型LL－DPD具有優(yōu)良的抗干擾性能，而它的結(jié)構(gòu)和硬件實現(xiàn)都比較復雜。微分型LL－ DPD 雖然抗干擾能力不如積分型LL－DPD， 但是結(jié)構(gòu)簡單，硬件實現(xiàn)比較容易。本實驗采用微分型LL－DPD， 將環(huán)路抗噪聲干擾的任務交給DLF模塊負責。 LL－DPD模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)與對外接口信號 如圖2所示，LL－DPD在ClkEst跳變沿(含上升沿和下降沿)處采樣DataIn上的碼值， 寄存在Mem中。在ClkEst下降沿處再將它們對應送到兩路異或邏輯中，判斷出相位誤差信息并輸出。Sign 給出相位誤差極性，即ClkEst相對于DataIn是相位超前(Sign=1)還是滯后(Sign=0)。AbsVal 給出相位誤差絕對值：若前一位數(shù)據(jù)有跳變，則判斷有效，以AbsVal輸出1表示；否則，輸出0表示判斷無效。 下圖顯示了LL－DPD模塊的仿真波形圖。 LL－DPD模塊輸入輸出關(guān)系 B.數(shù)字環(huán)路濾波器(DLF) DLF用于濾除因隨機噪聲引起的相位抖動，并生成控制DCO 動作的控制指令。本實驗實現(xiàn)的DLF內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其對外接口信號如下圖所示。 DLF模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)與對外接口信號 濾波功能用加減計數(shù)邏輯CntLgc實現(xiàn)，控制指令由比較邏輯CmpLgc生成。在初始時刻，CntLgc被置初值M/2。前級LL－DPD模塊送來的相位誤差PhsDif在CntLgc中作代數(shù)累加。在計數(shù)值達到邊界值0或M后，比較邏輯CmpLgc將計數(shù)邏輯CntLgc同步置回M/2，同時相應地在Deduct或Insert引腳上輸出一高脈沖作為控制指令。隨機噪聲引起的LL－DPD相位誤差輸出由于長時間保持同一極性的概率極小，在CntLgc中會被相互抵消，而不會傳到后級模塊中去，達到了去噪濾波的目的。計數(shù)器邏輯CntLgc的模值M 對DPLL的性能指標有著顯著地影響。加大模值M，有利于提高DPLL的抗噪能力，但是會導致較大的捕捉時間和較窄的捕捉帶寬。減小模值M 可以縮短捕捉時間，擴展捕捉帶寬，但是降低了DPLL的抗噪能力。根據(jù)理論分析和調(diào)試實踐，確定M為1024，圖中計數(shù)器數(shù)據(jù)線寬度w可以根據(jù)M確定為10。 C.數(shù)控振蕩器(DCO) DCO的主要功能是根據(jù)前級DLF模塊輸出的控制信號Deduct和Insert生成本地估算時鐘ClkEst，這一時鐘信號即為DPLL恢復出來的位時鐘。同時，DCO還產(chǎn)生協(xié)調(diào)DPLL內(nèi)各模塊工作的時鐘，使它們能夠協(xié)同動作。要完成上述功能，DCO 應有三個基本的組成部分：高速振蕩器(HsOsc)、相位調(diào)節(jié)器(PhsAdj)、分頻器(FnqDvd)，如下圖所示。 DCO模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)與對外接口信號 高速振蕩器(HsOsc)提供高速穩(wěn)定的時鐘信號Clk64MHz，該時鐘信號有固定的時鐘周期，周期大小即為DPLL 在鎖定狀態(tài)下相位跟蹤的精度，同時，它還影響DPLL 的捕捉時間和捕捉帶寬?？紤]到DPLL 工作背景的要求，以及盡量提高相位跟蹤的精度以降低數(shù)據(jù)接收的誤碼率，取HsOsc輸出信號Clk64MHz的周期為15.625ns，即高速振蕩器HsOsc的振蕩頻率為64MHz。 PhsAdj在控制信號Deduct和Insert上均無高脈沖出現(xiàn)時，僅對Osc輸出的時鐘信號作4分頻處理，從而產(chǎn)生的Clk16MHz時鐘信號將是嚴格16MHz 的。當信號Deduct 上有高脈沖時，在脈沖上升沿后，PhsAdj會在時鐘信號Clk16MHz的某一周期中扣除一個Clk64Mhz時鐘周期，從而導致Clk16MHz時鐘信號相位前移。當在信號Insert上有高脈沖時，相對應的處理會導致Clk16MHz時鐘信號相位后移。下圖為相位調(diào)節(jié)器單元經(jīng)功能編譯仿真后的波形圖。 DCO模塊相位調(diào)節(jié)器PhsAdj單元輸入輸出關(guān)系 引入分頻器FnqDvd的目的主要是為DPLL中DLF模塊提供時鐘控制，協(xié)調(diào)DLF與其它模塊的動作。分頻器FnqDvd用計數(shù)器實現(xiàn)，可以提供多路與輸入位流數(shù)據(jù)有良好相位同步關(guān)系的時鐘信號。在系統(tǒng)中，分頻器FnqDvd提供8路輸出ClksSyn[7..0]。其中，ClksSyn1即為本地估算時鐘ClkEst，也即恢復出的位時鐘；ClksSyn0即為DLF模塊的計數(shù)時鐘ClkCnt，其速率是ClkEst的兩倍，可以加速計數(shù)，縮短DPLL 的捕捉時間，并可擴展其捕捉帶寬。 (5)固定速率時分復用原理及實現(xiàn) 在實際應用中，通常總是把數(shù)字復接器和數(shù)字分接器裝在一起做成一個設備，稱為復接分接器。數(shù)字復接器的作用是把兩個或兩個以上的支路數(shù)字信號按時分復接方式合并成為單一的合路數(shù)字信號。數(shù)字復接器由定時、調(diào)整和復接單元所組成。定時單元的作用是為設備提供統(tǒng)一的基準時間信號，備有內(nèi)部時鐘，也可以由外部時鐘推動。調(diào)整單元的作用是對各輸入支路數(shù)字信號進行必要的頻率或相位調(diào)整，形成與本機定時信號完全同步的數(shù)字信號。復接單元的作用是對已同步的支路信號進行時間復接以形成合路數(shù)字信號。 復接方式： 將低次群復接成高次群的方法有三種；逐比特復接；按碼字復接：按幀復接。在本實驗中，由于速率固定，信息流量不大，所以我們所應用的方式為按碼字復接，下面我們把這種復接方式作簡單介紹，對于其他兩種方式將在以后的實驗中進行介紹。 按碼字復接：對本實驗來說，速率固定，信息結(jié)構(gòu)固定，每8位碼代表一“碼字”。這種復接方式是按順序每次復接1個信號的8位碼，輸入信息的碼字輪流被復接。復接過程是：首先取第一路信息的第一組“碼字”，接著取第二路信息的第一組“碼字”，再取第三信息的第一組“碼字”，輪流將3個支路的第一組“碼字”取值一次后再進行第二組“碼字”取值，方法仍然是：首先取第一路信息的第二組碼，接著取第二路信息的第二組碼，再取第三路信息的第二組碼，輪流將3個支路的第二組碼取值一次后再進行第三組碼取值，依此類推，一直循環(huán)下去，這樣得到復接后的二次群序列（d）。這種方式由于是按碼字復接，循環(huán)周期較長，所需緩沖存儲器的容量較大，目前應用的很少。 按碼字復接示意圖 固定速率時分復用包含數(shù)字信號源、復接器兩個部分。 1.數(shù)字信號源。 八位并行數(shù)據(jù) 八位并行數(shù)據(jù) 八位并行數(shù)據(jù) 八位并行數(shù)據(jù) 八選一 74l51 八選一 74l51 八選一 74l51 八選一 74l51 其中74LS151的真值表如下： C B A Z 0 0 0 0 x0 0 0 1 0 x1 0 1 0 0 x2 0 1 1 0 x3 1 0 0 0 x4 1 0 1 0 x5 1 1 0 0 x6 1 1 1 0 x7 Φ Φ Φ 1 0 其中，A、B、C的信號由光端FPGA給出，波形如下圖所示： 、、、始終為“0”，保持四片74151始終用信號輸出： 2.復接器 復接器是由FPGA實現(xiàn)的，其框圖為： 定時 復接 調(diào)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(diào)整，調(diào)整前后波形如下圖所示： 調(diào)整前 調(diào)整后 最后，將四路數(shù)據(jù)相與就得到復接信號了。 四路數(shù)據(jù)輸出的幀結(jié)構(gòu)是： 其中，幀同步碼可以是數(shù)字信號源四路輸出中的任意一路。改變幀同步碼的位置，數(shù)字信號源終端的顯示位置也將改變。 (6)解固定速率時分復用原理及實現(xiàn) 解固定速率時分復用部分包括分解器、數(shù)字鎖相環(huán)和幀同步碼提取三個部分，其框圖如下： 分解器 因為一路數(shù)字信號源用做幀同步碼，因此，只顯示了三路數(shù)據(jù)。下面介紹一下幀同步碼： 目前已經(jīng)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(guī)律的二進制碼字。它的特殊規(guī)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(guān)函數(shù)。從巴克碼計算的局部自相關(guān)函數(shù)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(guān)函數(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)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(guān)函數(shù)計算結(jié)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=0 R(j)=7 j=±1, ±3, ±5, ±7, R(j)=0 j=±2, ±4, ±6 R(j)=-1 根據(jù)上式計算出來的這些值，可以作出7位巴克碼關(guān)于R（j）與j的關(guān)系曲線，如下圖所示。可以看出，自相關(guān)函數(shù)在j＝0時具有尖銳的單峰特性。局部自相關(guān)函數(shù)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(gòu)成，框圖如下： 八位移位寄 存器 八位鎖存器 數(shù)字信號源顯示終端 2、多路數(shù)據(jù)＋多計算機＋單路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng) 視頻圖像采集的方法較多，基本可分為2大類：數(shù)字信號采集和模擬信號采集。前者采用圖像采集芯片組完成圖像的采集、幀存儲器地址生成以及圖像數(shù)據(jù)的刷新；除了要對采集模式進行設定外，主處理器不參與采集過程，我們只要在相應的幀存儲器地址取出采集到的視頻數(shù)據(jù)即可得到相應的視頻數(shù)據(jù)，這種方法，無論在功能、性能、可靠性、速度等各方面都得到了顯著的提高，但成本高。后者采用通用視頻A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)圖像的采集，其特點是數(shù)據(jù)采集占用CPU的時間，對處理器的速度要求高，成本低、易于實現(xiàn)，能夠滿足某些圖像采集系統(tǒng)的需要。 擬實現(xiàn)模擬圖像、數(shù)據(jù)在同一光纖中傳輸。即在光纖中同時傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)和模擬信號。 (1)PN序列光纖傳輸系統(tǒng) PN碼也稱偽隨機序列。它具有近似隨機序列(噪聲)的性質(zhì)，而又能按一定規(guī)律(周期)產(chǎn)生和復制的序列。因為隨機序列是只能產(chǎn)生而不能復制的，所以稱其是“偽”的隨機序列。常用的偽隨機序列有m序列、M序列和R－S序列。 本實驗系統(tǒng)是采用的m序列作為偽隨機序列。m序列即長線性反饋移位寄存器序列的簡稱。 帶線性反饋邏輯的移位寄存器設定各級寄存器的初始狀態(tài)后，在時鐘觸發(fā)下，每次移位后各級寄存器狀態(tài)會發(fā)生變化。觀察其中一級寄存器（通常為末級）的輸出，隨著移位時鐘節(jié)拍的推移會產(chǎn)生一個序列，稱為移位寄存器序序列?？梢园l(fā)現(xiàn)，移位寄存器序列是一種周期序列，其周期不但與移位寄存器的級數(shù)有關(guān)，而且與線性反饋邏輯有關(guān)。 本實驗系統(tǒng)采用了如下的邏輯關(guān)系： ? ? D D D D 輸出 PN序列的波形如下： CLK PN序列 光端FPGA模塊中有兩路PN序列輸出，其中TP720是7位32Kbit/s的NRZ碼，TP718是15位256Kbit/s的NRZ碼。 (2)變速率時分復用原理及實現(xiàn) 變速率時分復用的框圖如下： 碼速調(diào)整 按位復接 時鐘源 各組成模塊的功能說明如下： 碼速調(diào)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(jīng)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(wěn)定的時鐘信號。 逐比特復接也叫逐位復接。逐位復接的示意圖如下圖所示。(a)、(b)、(c)、(d)是4個被復接支路的信號(基群數(shù)字信號)，(e)是復接后的數(shù)字信號。復接過程是這樣的：首先取第一基群的第一位碼，接著取第二基群的第一位碼，再取第三基群的第一位碼，再取第四基群的第一位碼，輪流將4個支路的第一位碼取值一次后再進行第二位碼取值，方法仍然是：首先取第一基群的第二位碼，接著取第二基群的第二位碼，再取第三基群的第二位碼，輪流將4個支路的第二位碼取值一次后再進行第三位碼取值，依此類推，一直循環(huán)下去。這樣得到的圖中(e)序列就是復接后的二次群序列?？梢钥闯觯瑥徒雍竺课淮a的寬度只是原來支路每位碼寬度的1／4，換言之，容量增加了4倍。復接時，緩沖存儲器是不可少的，其原因可由圖4-1看出：當復接器在復接第二、第三和第四基群的第一位碼時，第一基群的第二位碼，第三位碼……不斷送來，而這些碼位要等第四基群的第一位碼復接完了才能復接它們。因此，每個基群都需要存儲器先把它們存儲起來。由于是按位復接，循環(huán)周期不長，存儲器所需的容量不大，制作比較簡單。緩沖存儲器的容量由下式?jīng)Q定： 式中u為復接單位的比特數(shù)。上圖中每次復接一位，即u=1；m為被復接的基群數(shù)，這里m=4。這樣二次群復接器所需的容量M為： 式中的1bit是先寫進去以便讀出的存儲起始撞，3／4是讀第二、三、四基群的第一位碼時最低所需存儲容量。可見，緩沖存儲器的容量取2bit就夠了。 按位復接簡易原理框圖： 變速率時分復用和固定速率時分復用主要區(qū)別在于變速率時分復用采用了按位復接的方式而固定速率時分復用采用的是按碼字復接。按位復接設備簡單，但是信號的完整性比較差。按碼字復接信號完整性好，但設備較復雜，所需緩沖存儲器的容量較大，目前應用的很少。 正碼速調(diào)整原理： 碼速調(diào)整有三種方式：正碼速調(diào)整；正／負碼速調(diào)整；正／零／負碼速調(diào)整。 ITU—T推薦使用正碼速調(diào)整和正／零／負碼速調(diào)整方式。我國大部分復用設備采用正碼速調(diào)整方式，也有采用正／零／負碼速調(diào)整方式的。 目前應用的多是“脈沖插入同步”方式，這種方式是利用插入脈沖的方法來實現(xiàn)調(diào)整的。 所謂正碼速調(diào)整就是將被復接的低次群的碼速都提高，使其同步到某一規(guī)定的較高的碼速上。例如在PCM基群的數(shù)碼率標稱值都是2 048kb／s，但由于各個獨立的時鐘源總是存在偏差，因此，可根據(jù)復接幀的要求，確定脈沖的插入數(shù)目，使每個基群的數(shù)碼率均由2 048kb／s填充到所要求的數(shù)碼率，二次群復接時為2112kb／s。這樣，碼速都提高了，又達到了相互同步的目的。由于是用提高碼速來使其同步，故稱為正碼速調(diào)整。 在系統(tǒng)中，首先對輸入的四路信號按一定速率進行編碼，以便使四路信號速率的標稱值相同，編碼方式可以采用多種方式（如CMI、DMI，5B6B，4B1H等等），然后再對編碼后的信號進行脈沖插入同步的正碼速調(diào)整，下面，我們對正碼速調(diào)整中插入脈沖部分的原理作簡單介紹，而去插入脈沖部分將在下一實驗中說明： 采用脈沖插入同步的正碼速調(diào)整的原理如下圖所示。該圖只繪出一個支路的碼速調(diào)整插入部分情況，去插入部分和復接部分沒有繪出。 脈沖插入同步方式插入部分的原理示意圖 (a) 方框圖；(b)支路輸入數(shù)碼流fi，(c)碼速調(diào)整后的數(shù)碼流fm; 基群輸入的數(shù)字信號先寫入到一個緩沖存儲器，寫入速率是編碼速率，讀出時鐘頻率則是碼速調(diào)整后的速率fm，而fm>fi，所以存儲器是讀得快寫得慢，即存儲器處于“快讀慢寫”狀態(tài)?？熳x慢寫會出現(xiàn)什么結(jié)果呢?從圖(b)和(c)可以看出，第1個脈沖經(jīng)過一段時間后讀出，第2個脈沖的讀出，其經(jīng)過的時間長度比前者要短一些，因讀出速度比寫入速度快，以后的寫入與讀出時間差，即相位差愈來愈小，在第6個脈沖時兩者相位差已很小，即將出現(xiàn)取空狀態(tài)，當相位差小到一定程度時，由相位比較器(在緩沖存儲器中)發(fā)出插入請求，要求插入脈沖控制電路發(fā)出一個插入指令，停止一次讀出，同時在此瞬間插入一個脈沖，如圖中虛線位置所示。 插入脈沖是不攜帶信息的，所以在接收端應把它去掉，為此，發(fā)送端在插入脈沖的同時，必須發(fā)出一個標志信號通知接收端，據(jù)此判別出哪些是插入脈沖，然后把它去掉以恢復原始信號。 (3)解變速率時分復用原理及實現(xiàn) 分接端的原理框圖如圖5-1所示。 分接器 CMI譯碼 單元 各組成模塊的功能說明如下： 分接器： 把輸入信號分接成4咱，分路送入緩沖存儲器。 數(shù)字鎖相環(huán)： 從輸入信號中提取定時信息，為其他模塊提供時鐘。 幀同步碼提?。簽榉纸悠魈峁叫盘? 去插入原理介紹： 去插入原理示意圖如下圖所示。 同步脈沖去插入原理示意圖 （a）方框圖；（b）碼速調(diào)整后的數(shù)碼流fm； （c）扣除插入脈沖后的接收信號；（d）恢復后的原數(shù)碼流fi 在接收端，當收到發(fā)送端的標志信號后，它連同信號一起通過一個標志信號檢出電路而被檢出，因而產(chǎn)生一個“消插指令”，把寫入脈沖禁掉一個，也就是不使插入脈沖寫入存儲器。如圖(c)所示，即原虛線所示的位置空著了。 這時，數(shù)碼與原來的數(shù)碼次序一樣(因已扣除了插入脈沖)，但時間間隔是不均勻的，中間有間隙。因此，在接收端，要恢復原數(shù)碼，必須從圖(c)波形中，提取時鐘fi，即是將已去掉插入脈沖的數(shù)碼流均勻化。這一任務用一個鎖相環(huán)來完成。 鎖相環(huán)框圖如圖5-3所示。由鑒相器、壓控振蕩器和低通濾波器組成。壓控振蕩器的輸出是讀出時鐘fi，相位為θ0。鑒相器有兩個輸入信號：一個是寫入時鐘fm，它是已扣除插入脈沖的序列，其相位為θi；另一個是壓控振蕩器的輸出fi。鑒相器將兩信號進行相位比較，鑒相器的輸出電壓ud與它們的相差θe成比例，經(jīng)過低通濾波器濾出的直流成分uc，即為其平均值。uc作為VCO的控制電壓，通過環(huán)路的作用，使fi與fm同步，即振蕩器振蕩在平均頻率fi上，使讀出脈沖的間隔均勻了。 圖5-3 收端讀出脈沖均勻化 (a) fm(已扣除塞入脈沖)；(b) fm(寫入)；(c) fi(讀出)；(d) ud=kdθe 為了使塞入脈沖的塞入和去塞入更可靠一些，往往采用定位塞入法。而塞入脈沖的標志信號往往是與幀同步信號一起傳送，這時數(shù)據(jù)信道與信息信道合成為一個信道。綜上所述，接收端工作過程要點如下： 1、 定時再生電路再生fm，作為寫入時鐘。 2、 由插入脈沖檢測電路檢測出插入脈沖后，發(fā)出扣除插入脈沖指令，把寫入脈沖禁掉一個，即不使插入脈沖寫入存儲器。 3、 將已扣除塞入脈沖的fm送到鎖相環(huán)鑒相器，通過鎖相環(huán)的作用，獲得讀出時鐘fi，即恢復為原來支路的頻率fi。 4、 由于鎖相環(huán)的存在，不可避免要產(chǎn)生抖動。下面討論正碼速調(diào)整的基本參數(shù)： 設 fb為標稱復接比特率；fL為標稱支路比特率； m為支路數(shù)； K為每幀中對應每個支路的非信息比特數(shù)； G為每幀中對應每個支路的信息比特數(shù)。 則有： a、幀長LF 幀長表示每幀中信息比特與非信息比特的總和為 LF＝m(G+K) （式5-1） b、幀頻fF 幀頻fF表示每單位時間內(nèi)的幀數(shù)， （式5-2） c、標稱碼速調(diào)整速率fs(fi) 標稱碼速調(diào)整速率fs也稱為標稱插入速率，是當支路速率與復接速率都等于標稱值時，插入的調(diào)整比特的速率。 （式5-3） d、每支路最大碼速調(diào)整頻率fsMAX。 或 （式5-4） 式中IV是每幀每支路可用于碼速調(diào)整的比特數(shù)。 e、標稱碼速調(diào)整比S S是標稱碼速調(diào)整速率與每支路最大調(diào)整速率之比： （式5-5） f、正碼速調(diào)整的基本關(guān)系式 由（式5-1）得： （式5-6） 由（式5-5）得： （式5-7） 將式(3.7)代入式(3.6)可得： (式5-8) 式(3.8)就是正碼速調(diào)整的基本關(guān)系式，其中，支路比特速率fL、復接比特率fb和支路數(shù)m都是已知量。幀長LF對應每個支路的非信息比特數(shù)K及標稱碼速調(diào)整比S是基本設計量。在這三個設計量中通常取幀長LF做自變量。每取一個LF值即可按基本公式求得左端的數(shù)值，該數(shù)值的整數(shù)部分就是K值，小數(shù)部分就是S值。 四、實驗設備 1.光纖通信實驗系統(tǒng)2臺。 2.示波器1臺。 3.波分復用器2個。 4.電話2部。 5.FC/FC光纖跳線2根。 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.攝像頭1個。 9.監(jiān)視器1個（或用電話代替）。 五、總體設計方案的選定 WDM 1550nm 光收模塊 1310nm 光發(fā)模塊 PCM編碼解復 用模塊 電話甲 電話乙 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 電話 甲 電話 乙 PCM編 碼模塊一 PCM編 碼模塊二 PCM編碼復 用模塊 1550nm 光發(fā)模塊 數(shù)字信號源 變速率時分復用模塊 1310nm 光發(fā)模塊 HDB3編碼模塊 HDB3譯碼模塊 擾碼模塊 DPLL CMI編碼模塊 電 端 光 端 WDM 圖1、《多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)》框圖 固定速率時分復 用模塊 計算 機一 計算 機二 計算 機三 數(shù)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 電話甲/ 視頻信號源 1550nm光發(fā)模塊 1310nm光發(fā)模塊 WDM 1310nm光收模塊 1550nm光收模塊 CMI譯碼模塊 電話乙/ 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(shù)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(shù)據(jù)＋多計算機＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)》框圖 六、相關(guān)數(shù)據(jù)測試結(jié)果等實驗報表以及實驗數(shù)據(jù)分析 1. 兩路語音信號的波形 從電話甲和乙模塊輸入與輸出的信號都是模擬信號，波形大致如下： 沒有通話波形： 通話狀態(tài)波形： 經(jīng)過PCM編碼后的波形成了脈沖信號，波形大致如下： 分析：通過使用示波器測量各個點的信號可以知道，在電話的通信過程中，電話模塊中輸出和輸入的模擬信號的幅度會伴隨著通話波動，而經(jīng)過PCM調(diào)制后，脈沖信號伴隨通話有一些顫動，波形亮度會有一點點的變化。PCM通信系統(tǒng)發(fā)送端通常由抽樣、量化和編碼三部分組成,其中量化和編碼共同完成模擬到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。模擬信號進過PCM編碼后就成了脈沖信號，也就是數(shù)字信號了，在接收端進過 PCM解碼，又將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換到模擬信號，然后送到電話機中。 2. 4路數(shù)字信號源波形圖： 4路數(shù)字信號通過變速率的時分復用，然后進行HDB3的編譯碼和擾碼和CMI的編譯碼，最終進入到接收端，可以看到接收端收到了發(fā)送端所發(fā)送的數(shù)據(jù)，下面是4路數(shù)字信號的波形圖： 圖 2-1 第一路數(shù)字信號的波形 圖 2-2 固定時分復用后的波形 圖 2-3 HDB3編碼后波形 圖 2-4 擾碼編碼輸出波形 圖 2-5 CMI編碼后信號波形 分析：四路數(shù)字信號通過固定速率的時分復用后進入hdb3編碼模塊，然后進入光端的hdb3譯碼，再經(jīng)過擾碼編碼和CMI編碼，送光纖發(fā)送端發(fā)送。然后經(jīng)過發(fā)送端響應的譯碼模塊譯碼，就能夠解復用出原始信號。 3.由于有些波形不好讀取，采用手工繪制如下： ①固定速率時分復用波形圖： （111110001010101011100010010110） ②HDB3編碼波形圖： （+1-1+1-10+10-10+1-1+1-100+100-1+1-1000+10v+-100-v0） ③HDB3譯碼波形圖： （1111110101011110010011100010100000） 分析：hdb3編碼是改進型的AMI編碼，ＡＭＩ碼是用交替極性的脈沖表示碼元“１”，用無脈沖表示碼元“０”。而hdb3編碼就是為了防止信號中出現(xiàn)長時間的餓無脈沖狀態(tài)，hdb3是一種4零取代法編碼，當出現(xiàn)4個或以上的零時，則視情況將第一個零變?yōu)椤?”或“1”來，同時保證數(shù)據(jù)電平仍然就有翻轉(zhuǎn)的特性。在接收端，如果相繼接收到兩個極性相同的“１”它的前面有３個連續(xù)的“０”則將后一個“１”改為“０”如果它的前面有２個連續(xù)的“０”，則將前后兩個“１”改為“０”，這樣就恢復了原來的數(shù)據(jù)信號。從上面波形中可以看出，譯碼后的數(shù)據(jù)波形相對于編碼后的波形有幾個周期的滯后，這是由于硬件上的處理所導致的，但可以看出經(jīng)過譯碼后的波形與編碼前的波形相同，說明信號可以被完全恢復出來。 4.圖像信號的傳輸 通過攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)視器，所看到的畫面如下： 分析：通過調(diào)節(jié)實驗箱上模擬信號輸入端旋鈕，控制模擬信號的輸入，同時調(diào)節(jié)信號接收端的旋鈕使視頻信號達到最清晰。從畫面的質(zhì)量可以看出，發(fā)送端發(fā)送的圖像信號在接收端被很好的恢復出來了。從上面的圖像中可以看出，圖像信號（模擬信號）能夠很好的通過光纖傳送到接收端，同時4路數(shù)字信號也通過波分復用在在光纖中傳輸。 6.兩臺計算機之間的RS232通信： 圖 7-1 計算機甲（左）和乙（右）的數(shù)據(jù)傳送圖 分析：從上面兩幅圖中，可以看到兩臺計算機的數(shù)據(jù)能夠通過正常進行。發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠在接收端很好的恢復回來。說明數(shù)字信號能夠在實驗系統(tǒng)中經(jīng)過一系列的編碼、譯碼，然后通過光纖進行波分復用傳送到接收端，再經(jīng)過一系列的譯碼，進入計算機串口，通過串口助手顯示出來。 七、收獲及體會 通信系統(tǒng)課程設計成功的完成了，課程設計的任務是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的在光纖總的混合傳輸， 雖然只有兩個星期的時間，但在這個短短的時間內(nèi)我確實學到了很多的知識，深刻的鞏固了前面對與光纖通信的理論學習。同時我要感謝X老師，李老師的細心指導，沒有這兩位老師的知道我想我肯定不能夠完成這次課程設計。 現(xiàn)在社會科學技術(shù)告訴發(fā)展，特別是在虛擬數(shù)據(jù)處理中顯得尤為突出，在這些數(shù)據(jù)傳輸和處理的過程中，人們一直都在研究，如何才能利用有限的線路和帶寬資源來傳送盡可能多的數(shù)據(jù)，來降低數(shù)據(jù)傳輸和處理的成本，滿足人們的日常生活需要。在不斷研究的過程中，人們發(fā)現(xiàn)光纖具有很高的出傳輸帶寬，同時還能夠抗電磁干擾，防竊聽的有點。同時在信息高速公路的快速發(fā)展引導下，對網(wǎng)絡帶寬的要求越來越高，光纖的搞帶寬正好能夠滿足圖像和視頻數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡帶寬的要求，隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，所以相信在以后的信息發(fā)展道路上，光纖通信有這空前的成果。 在本次課程設計的過程中，整個過程都是很困難的，原因就是因為先前對光纖通信的原理學習得不夠深入，沒有能夠從真正意義上了解光纖通信，同時也反應了自己對通信原理方面的知識不夠了解，很多的編碼的實現(xiàn)以及功能，和有點都不知道，而且連基本的實現(xiàn)方法都忘記掉了，所以說這條路上是一路艱辛，困難重重。不懂原理就不會知道一個信號進入編碼模塊后，應該會有一個什么樣的信號輸出。也不知道怎么去排除問題。什么是時分解復用原理我都不知道，后來通過網(wǎng)上資料的查詢才知道，原來時分復用與解復用是為了提高信道利用率，使多路已抽樣的信號組合起來沿同一信道傳輸而互相不干擾，稱時分多路復用（TDM）。時分復用的解調(diào)過程稱為時分解復用。目前采用較多的是頻分多路解復用和時分多路解復用。 還有時分復用中有一個非常關(guān)鍵的技術(shù)——同步技術(shù)，同步技術(shù)是為了保證接收端能夠很好的將復用的各個信號調(diào)解出來，恢復成原來的信號，如果沒有同步技術(shù)，那么接收端將不可能準確提取復用信號中的信號。同步可分為載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步幾大類型。他們在通信系統(tǒng)中都具有相當重要的作用。時分解復用通信中的同步技術(shù)包括位同步(時鐘同步)和幀同步，這是數(shù)字通信的又一個重要特點。時分解復用的電路原理就是先通過幀同步信號和位同步信號把各路信號數(shù)據(jù)分開,然后通過移位寄存器構(gòu)成的并/串轉(zhuǎn)換電路輸出串行的數(shù)據(jù)，把時分復用的調(diào)制信號不失真的分離出來。這個我就在課程設計的時候中遇到了，在做4路數(shù)字信號的傳輸?shù)臅r候，在進行擾碼編碼時就發(fā)現(xiàn)沒有信號輸出，想了好久也不知道是怎么回事，開始以為是系統(tǒng)的硬件問題，后面經(jīng)過老師的知道發(fā)現(xiàn)，并不是硬件的問題，而是自己有一個時鐘信號沒有接上，導致系統(tǒng)不能夠正常的工作，所以沒有波形的輸出。在后面的接收端也存在同樣的問題，經(jīng)過光纖傳輸后，CMI譯碼模塊沒有輸出，接上時鐘信號后，波形就出來了。這里的一個很關(guān)鍵的地方在于系統(tǒng)沒有同步信號，從而不能完成響應的編譯碼工作，可見在數(shù)字通信系統(tǒng)中定時（同步）信號是多么的重要。只有在系統(tǒng)獲得正確的同步信號后，系統(tǒng)才能夠?qū)?shù)據(jù)在接收端恢復出來。 雖然找到了這些屬于的概念，不過自己對這些東西還不是怎么了解，所以在課程設計中還是存在很多的問題，有好幾個功能都沒有能夠?qū)崿F(xiàn)出來，如四路數(shù)字信號的傳輸就沒有實現(xiàn)，這四路數(shù)字信號經(jīng)過固定速率的時分復用后，再進入HDB3編譯碼、擾碼、CMI編碼后，信號就出現(xiàn)了比較大的失真，不知道是系統(tǒng)本身的問題還是自己沒有調(diào)制好，但條了好久還是沒有能夠整出個好一點的波形來，在進過光纖的復用傳輸?shù)浇邮斩撕螅盘栠M行CMI解碼就出現(xiàn)了問題了，CMI譯碼輸出沒有信號，調(diào)了好久也還是沒有信號，最后在田老師的幫助下，終于能夠有信號了，但是信號的質(zhì)量很差。后來進過擾碼解碼、HDB3編譯碼后，在解復用輸出端就沒有信號了，最終也沒有調(diào)出信號來，這個應該是設備本身的問題了。在后面的計算機串口通信中也出現(xiàn)了很多的問題，都是在田老師的幫助下，才慢慢排查的。 通過這個課程設計，我真的學到了很多的知識，那就是在問題出現(xiàn)的時候應該如何去分析和解決問題。在數(shù)據(jù)傳送的調(diào)試過程中，很多的點都會出現(xiàn)沒有信號的現(xiàn)象，出現(xiàn)了問題并不可怕，關(guān)鍵是如何去解決這些問題。當一個點沒有信號時候，我們可以采用源端分析的方法進行逐步排查，直到檢查出故障所在；也可以采用從故障點向上分析，找到出故障的點，然后分析是調(diào)試問題、線路問題還是設備的問題。這種分析和解決問題的方法在以后的工作和生活中都是很有用的。同時要加強自己獨立分析問題和解決問題的能力，因為將來可能不會有人像學校的老師一樣耐心的幫你解決你所遇到的問題，你必須通過自己的大腦和雙手來解決。 同時我深刻地意識到自己平時的學習是怎么的不認真，一些很基本的知識都沒有掌握，看來自己的學習態(tài)度是有待糾正和提高了。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 最后，我要感謝X老師和X老師，沒有你們的耐心輔導，我是不可能完成本次課程設計的。真的非常感謝你們，你們的敬業(yè)精神也是我這次課程設計的所得，以后我走上工作崗位后，也要以你們的敬業(yè)精神為榜樣，認真做好自己的工作。 參考資料 a. <<實驗指導叢書>> b. 光纖通信(第3版) ISBN:704011173 作者:Gerd Keiser 出版社:高等教育出版社 c. 光纖通信(第三版) 出版社:電子工業(yè)出版社 ISBN:750537637 作者:（美）凱澤 d. 書名:光纖通信系統(tǒng)(修訂版) ISBN:756351299 作者:顧畹儀 李國瑞 出版社:北京郵電大學出版社