光纖通信原理與應用實驗研究-資料下載頁

　　

【正文】 編譯碼單元的A_IN 相連。右模擬信號源的輸出—正弦波R_SINE 與PCM 編譯碼單元的B_IN 相連。PCM 編譯碼單元A_TXD 與PCM 編譯碼單元TXD_A 相連。PCM 編譯碼單元A_RXD 與PCM 編譯碼單元RXD_A 相連。PCM 編譯碼單元B_TXD 與PCM 編譯碼單元TXD_B 相連。PCM 編譯碼單元B_RXD 與PCM 編譯碼單元RXD_B 相連。PCM 編譯碼單元PCM_OUT 與光發送數字信號輸入端L_DIN 相連。PCM 編譯碼單元PCM_IN 與光接收數字信號輸出端L_DOUT 相連。1) 打開系統電源，用示波器在光接收模塊的數字信號輸出端口觀察輸出信號與光發送的數字信號輸入信號。2) 用示波器觀察PCM 編碼前譯碼后的波形，比較波形，是否有信號失真。若有失真，仔細調節電位器W8W81，直到輸出信號無失真。(在做這個實驗時要求先用模擬信號源的PCM碼流將光接收機中的兩個電位器調試好)7．話音信號的PCM 數字傳輸實驗(以圖94 為參考)1) 保持步驟6 的所有連接線，做以下調整：PCM 編譯碼單元A_IN 與電話接口模塊一L_TXPCM 編譯碼單元B_IN 與電話接口模塊二R_TXPCM 編譯碼單元A_OUT 與電話接口模塊一R_RXPCM 編譯碼單元B_OUT 與電話接口模塊二L_RX2) 開啟系統電源，電話一、二摘機，雙方進行通話。3) 實驗結束，關閉電源，拆除所有連接線，收拾整齊。六、實驗報告要求1．記錄并畫出實驗所用及所得到的波形，并進行比較。2．比較模擬信號兩種傳輸方式，分析哪種傳輸方法的傳輸效果更好。實驗十 二—八臺計算機單/雙光纖全雙工通信傳輸一、實驗目的 1．學習掌握多路異步數據復用和解復用技術。 2．學習并掌握多臺計算機 RS232 光纖傳輸技術。3．掌握時分復用技術和波分復用技術的靈活搭配使用。 二、實驗內容 1．用一個實驗箱實現 4 臺計算機間的全雙工數據雙光纖通信。 2．用一個實驗箱實現 6 臺計算機間的全雙工數據雙光纖通信。 3．用一個實驗箱實現 8 臺計算機間的全雙工數據雙光纖通信。 4．用一個實驗箱實現 8 臺計算機間的全雙工數據單光纖通信。 三、實驗儀器示波器一臺、THKEGC2 型實驗箱一臺、計算機若干臺(最低操作系統版本：WIN95，數量根據實驗內容要求配置)、串行通信電纜(RS232) 若干根、串行通信軟件、FC/PC 連接器一只、FC/PC 光纖跳線兩根、1310nm/1550nm 波長波分復用器兩只(接頭類型：FC/PC)。 四、基本原理變速率時分復用和解復用技術原理。復接電路組成框圖如圖101 所示。 圖 101 復接電路組成框圖各組成模塊的功能說明如下：線路編碼器(前 4 個)：把被復接的 4 個不同速率數據編碼成具有相同標稱速率的信號。時鐘信號源：為整個復接電路提供穩定的時鐘信號。緩沖存儲和插入控制器：進行碼速調整，即把 4 個標稱速率相同實際有容差的信號都調整到同一速率上，使它們同步。 復接器：將 4 個支路已經同步的信碼流復接成一個高速率的信號。數字復接由數字復接器和數字分接器兩部分組成，且數字復接器是將同步的多路信號復接成一路信號，在本實驗中，我們將討論如何將異步的多路數字信號復接成一路信號，即異步復接。什么是異步復接呢？當輸入支路數字信號不同步而與本機定時信號是異步的，即它們的對應生效瞬間不一定以同一速率出現，那么調整單元就要對各個支路數字信號實現頻率和相位調整，使之成為同步信號，這種復接稱為異步復接，這種復接器稱為異步復接器。還有兩種情況，即：如果輸入支路數字信號的生效瞬間相對于本機對應的定時信號以同一標稱速率出現，而速率的任何變化都限制在規定的容差范圍內，這種復接稱為準同步復接，這種復接器稱為準同步復接器；如果被復接的各支路數字信號的時鐘源是各自獨立的，盡管它們的標稱碼率都相同，并允許在規定的容差范圍內變化，這種準同步復接一般又稱為異源復接。具有相同標稱速率但不是由同一時鐘源產生的兩個信號通常就是準同步的。討論同步復接中的另一復接方式—逐比特復接，再討論異步復接。1．逐比特復接原理 圖 102 逐位復接示意圖逐比特復接也叫逐位復接。逐位復接的示意圖如圖 102 所示。(a)、(b)、(c)、(d)是 4 個被復接支路的信號(基群數字信號)，(e)是復接后的數字信號。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，依次類推，一直循環下去。這樣得到的圖中(e)序列的就是復接后的二次群序列。可以看出，復接后每位碼的寬度是原來支路每位碼寬度的 1/4，換言之，容量增加了 4 倍。一個簡單例子：PCM 基群話路信號的容量為 30 個話路，進行二次群復接后增大到 120 路了。這種方法簡單易行，現有的復用設備多采用這種方式。其最大優點是所需緩存器的容量最小。復接時，緩沖存儲器是不可少的，其原因可由圖 101 看出；當復接器在復接第二、第三、第四基群的第一碼時，第一基群的第二位碼，第三位碼…不斷送來，而這些碼位要等四基群的第一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。由于是復接，循環周期不長，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決定： (61)式中 u 為復接單位的比特數。圖 101 中每次復接一位，即 u=1；m 為被復接的基群數，這里 m=4。這樣二次群復接器所需的容量 M 為： (62) 式中的 1bit 是先寫進去以便讀出的存儲起始位，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。 2．復接電路原理 在本實驗中，雖然輸入的信號為異步信號，但通過速率調整，相位調整等處理電路后，最終送至復接電路的信號是同頻率、同相位的同步信號，所以在這里，我們使用的是位復接器。當被復接的幾個支路是同步的信號(就是有相同的時鐘)，并且又和復接信號同步時(時鐘是倍頻的)，復接過程很簡單，例如將 4 個 128kb/s 的信號復接為 512kb/s，可以認為 4 個支路的時鐘都是由 512kb/s 進行 4 分頻得到，都是 128khz，它們的誤差容限都相同。復接示意如圖 10104 所示。圖中 4 為 4 個被復接的 128kHz 信號。 圖 103 逐比特復接簡易原理框圖圖 104 逐比特同步復接示意圖 3．正碼速調整原理 在實驗二十一中的三路信號(DDD3)復接時，由于各路是使用同一個時鐘源，且頻率相位相同，是同步復接，因此實現起來較為簡單。然而，在系統中，若要對四路不同計算機的串口數據進行復接，由于它們各自通信的波特率不同，所以對它們進行復接，應分三個步驟來進行： 第一步 將各輸入信號進行編碼，使它們速率的標稱值相同；第二步 將各支路的編碼后的信碼變換成與一個標準信號同頻同相的信碼，即先對各支路進行碼速調整，使之達到碼速同步； 第三步 進行同步復接即將已同步的信碼進行復接。后兩個步驟組合起來就稱為準同步復接，實現準同步復接其重要概念是：先進行碼速調整，再進行同步復接。碼速調整為同步復接提供條件。碼速調整有三種方式：正碼速調整；正/負碼速調整；正/零/負碼速調整。ITUT 推薦使用正碼速調整和正/零/負碼速調整方式。我國大部分復用設備采用正碼速調整方式，也有采用正/零/負碼速調整方式的。目前應用最多是“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調整的。所謂正碼速調整就是將被復接的低次群的碼速都提高，使其同步到某一規定的較高的碼速上。例如在 PCM 基群的數碼率標稱值都是 2048kb/s，但由于各個獨立的時鐘源總是存在偏差，因此，可根據復接幀的要求，確定脈沖的插入數目，使每個基群的碼率均由 2048kb/s 填充到所要求的碼率，二次復接時為 2112kb/s。這樣，碼速都提高了，又達到了相互同步的目的。由于是用提高來使其同步，故稱為正碼速調整。 圖 105 脈沖插入同步方式插入部分的原理示意圖 (a)方框圖 (b)支路輸入數碼流 fi (c) 碼速調整后的數碼流 fm 在系統中，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整，下面，我們對正碼速調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整的原理如圖 105(a)所示。該圖只繪出一個支路的碼速調整插入部分情況，去插入部分和復接部分沒有繪出。基群輸入的數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整后的速率 fm，而 fmfi ，所以存儲器是讀得快寫得慢，即存儲器處于“快讀慢寫”狀態。快讀慢寫會出現什么結果呢？從圖(b)和(c)可以看出，第 1 個脈沖經過一段時間后讀出，第 2 個脈沖的讀出，其經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，即將出現取空狀態，當相位差小到一定程度時，由相位比較器(在緩沖存儲器中)發出插入要求，要求插入脈沖控制電路發出一個插入指令，停止一次讀出，同時在此瞬間插入一個脈沖。插入脈沖是不攜帶信息的，所以在接收端應把它去掉，為此，發送端在插入脈沖的同時，必須發出一個標志信號通知接收端，據此判別出哪些是插入脈沖，然后把它去掉以恢復原始信號。正碼速調整過程的要點如下： 1) 輸入的數碼流以 fi 的速率寫入緩沖存儲器；緩沖存儲器以 fm 的速率讀出，即進行快讀慢寫。 2) 當讀時鐘與寫時鐘的相差小到某一規定值時，由鑒相器檢出其狀態，要求插入脈沖控制電路發出一個指令，此指令控制三個動作；停止一次讀出；插入一個脈沖，給插入脈沖作標志。 3) 4 個基群支路的速率都正調整到 fm 后，再復接成二次群。即 fi→fmX4→4fm。 以上就是系統所采用的碼速率調整部分、逐比特同步復接的原理介紹，通過這兩部分的協同工作，就可以將輸入的四路異步信號復接成一路串行信號進行傳輸。在接收端，進行一次逆變換，就可以將信號復原成原始信號，這一部分將在下一實驗中說明。實驗中所用的接線/測試端口說明如下表：表101接線/測試端口說明注：上表為 1310 nm 光端機部分的說明(左邊)，對于 1550 nm 光端機部分的說明(左邊)信號前面的“L”變為“R”。 在本實驗中我們將通過這一技術來實現最多 8 臺計算機之間的全雙工數據通信。在實驗中，我們首先對 8路 RS232 數據流進行編碼、復接后再送到光纖傳輸，在接收端對復接信號進行解復用，然后再進行譯碼，最后送給相應的計算機。整個實驗系統的傳輸框圖如圖 106和 107 所示。 圖 106 8臺計算機全雙工通信雙光纖傳輸示意圖圖 107 臺計算機全雙工通信單光纖傳輸示意圖五、實驗步驟以下實驗步驟以 8 臺計算機全雙工雙光纖通信實例，其他內容請自行設計傳輸示意圖并進行實驗操作。1．八臺計算機 RS232 全雙工數據通信，編碼方式：時分復用；傳輸介質：光纖(圖 106) 表102 八臺計算機 RS232 全雙工數據通信電氣部分連接方法表 注：上表中所列的接線方法是八臺計算機通過光纖自發自收的實驗連線表，要完成不同計算機之間的信息交換時，學生可參考以上的實驗連線表格自己制定。 1) 電氣導線的連接：關閉實驗箱的電源，參考表 102 連線。 2) 光路部分的連接，參考實驗十四的相關內容。 3) 打開實驗箱電源。運行程序：“”，按照附錄二中所介紹的軟件使用方法向串口發送數據，在接收窗口中觀察所接收的數據，檢測通信的正確性。 4) 用示波器觀察各連接點的波形，并記錄。 5) 如果在通信過程中出現一路或多路數據傳輸錯誤，請自行查找錯誤，并記錄故障現象同時記錄解決方法及過程。 2．八臺計算機 RS232 全雙工數據通信，編碼方式：時分復用；傳輸介質：光纖、波分復用器(圖 107) 本部分實驗內容的實驗步驟請參考圖 107 自行設計連接，并按照實驗 1 的實驗步驟形成文檔，記錄實驗波形和數據。 六、實驗報告要求 1．寫出實驗 2 的實驗步驟。 2．詳細說明傳輸過程中各連接的作用，并畫出波形。 3． 畫出 4/6 臺計算全雙工通信的單/雙光纖傳輸示意圖，并寫出實驗內容的實驗步驟。 57