光纖通信課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課程名稱 光纖通信 </p><p>　　課題名稱 通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級(jí)

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2015年 12 月 12 日</p><p><b>　　目 錄</b>

3、</p><p><b>　　1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?</b></p><p><b>　　2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1</b></p><p>　　3、 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1</p><p><b>　　4、 實(shí)驗(yàn)原理1</b></p><p>　　4.1、多路數(shù)據(jù)＋

4、多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)總體框圖1</p><p>　　4.1.1 Pcm編碼模塊3</p><p>　　4.1.2光波分復(fù)用模塊3</p><p>　　4.1.3變速率時(shí)分復(fù)用模塊3</p><p>　　4.1.4 HDB3編碼模塊4</p><p>　　4.2、多路數(shù)據(jù)＋多計(jì)算機(jī)＋單路圖像圖像/語音全雙工

5、光纖綜合傳輸系統(tǒng)5</p><p>　　4.2.1固定速率時(shí)分復(fù)用模塊6</p><p>　　4.2.2視頻信號(hào)源模塊6</p><p>　　4.3多路計(jì)算機(jī)＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)7</p><p>　　4.3.1位時(shí)鐘提取模塊9</p><p>　　4.3.2解固定速率時(shí)分復(fù)用模塊9<

6、;/p><p>　　5、 所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能描述、相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果等實(shí)驗(yàn)報(bào)表以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析11</p><p>　　5.1多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)11</p><p>　　5.1.1接線步驟11</p><p>　　5.1.2測(cè)試結(jié)果12</p><p>　　5.2多路數(shù)據(jù)＋多計(jì)算機(jī)＋單路圖像圖像/語音全

7、雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)15</p><p>　　5.2.1接線步驟15</p><p>　　5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果16</p><p>　　5.3多路計(jì)算機(jī)＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)18</p><p>　　5.3.1接線步驟18</p><p>　　5.3.2 測(cè)試結(jié)果19</p>

8、<p><b>　　6、心得體會(huì)19</b></p><p><b>　　7、評(píng)分表20</b></p><p><b>　　1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　掌握變速率時(shí)分復(fù)用的原理、實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　學(xué)習(xí)并掌握計(jì)算機(jī)RS232通信技術(shù)。&

9、lt;/p><p>　　掌握時(shí)分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)的靈活搭配使用。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)數(shù)字和語音同時(shí)通信</p><p><b>　　2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　多路數(shù)據(jù)＋多計(jì)算機(jī)＋單路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系

10、統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)</p><p>　　多路計(jì)算機(jī)＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　3、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備</b></p><p>　　1.光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2臺(tái)。 2.示波器1臺(tái)。</p><p>　　3.波分復(fù)用器2個(gè)。 4.電話2部。</p>

11、<p>　　5.示波器2臺(tái)。 6.計(jì)算機(jī)若干臺(tái)串口通信電纜若干根。</p><p>　　7.1310nm/1550nm波長(zhǎng)波分復(fù)用器2個(gè)。</p><p>　　8.FC/FC光纖跳線2根。</p><p><b>　　9.攝像頭1個(gè)。</b></p><p>　　10.監(jiān)視器1

12、個(gè)（或用電話代替）。</p><p><b>　　4、實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　4.1 多路數(shù)據(jù)＋多路電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)</p><p>　　《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(shí)分復(fù)用、解固定速率時(shí)分復(fù)用、PCM編譯碼、波分復(fù)用等幾個(gè)子系統(tǒng)。</p><p>　　圖1 《多路數(shù)據(jù)＋多路電話

13、光纖綜合傳輸系統(tǒng)》框圖</p><p>　　4.1.1 Pcm編碼模塊</p><p>　　PCM主要包括抽樣、量化與編碼三個(gè)過程。抽樣是把連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)；量化是把離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散幅度的數(shù)字信號(hào)；編碼是將量化后的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼組輸出。脈碼調(diào)制的過程如下圖所示：</p><p>　　4.1.2光波分復(fù)用

14、模塊</p><p>　　光波分復(fù)用是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)（攜帶有各種類型的信息），在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器（也叫合波器，multiplexer）把這些光載波信號(hào)匯合在一起，并耦合到光線路中同一根光纖中進(jìn)行傳輸；在接收端經(jīng)分波器（也叫解復(fù)用器，demultiplexer）將各種波長(zhǎng)的光載波進(jìn)行分離，然后由光接收機(jī)做相應(yīng)的處理恢復(fù)原信號(hào)。這種復(fù)用方式稱作波分復(fù)用?？梢詥蜗騻鬏?，也可以雙向傳輸。如下圖所示：<

15、;/p><p>　　4.1.3變速率時(shí)分復(fù)用模塊</p><p>　　各組成模塊的功能說明如下：</p><p>　　碼速調(diào)整：將輸入信號(hào)用128kbit/s的時(shí)鐘進(jìn)行CMI編碼。使輸入信號(hào)具有 同碼速。</p><p>　　輸出信號(hào)的速率為256kbit/s。</p><p>　　復(fù)接器： 將4個(gè)支路已經(jīng)同步的信碼流和四

16、位巴克碼復(fù)接成一個(gè)高速率的信號(hào)。輸出信號(hào)的速率為2048kbit/s。</p><p>　　時(shí)鐘源：為整個(gè)復(fù)接電路提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　4.1.4 HDB3編碼模塊</p><p>　　1）、二進(jìn)制序列中的“0”碼在HDB3碼中仍編為“0”碼，但當(dāng)出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼時(shí)，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(fù)

17、（即</p><p>　　V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。</p><p>　　2）、取代節(jié)的安排順序是：先用000V，當(dāng)它不能用時(shí)，再用B00V，000V取代節(jié)的安排要滿足以下兩個(gè)要求：</p><p>　　各取代節(jié)之間的V碼要極性交替出現(xiàn)（為了保證傳號(hào)碼極性交替出現(xiàn)，不引入直流成份）。</p><p>　　V碼要與前一個(gè)

18、傳號(hào)碼的極性相同（為了在接收端能識(shí)別出哪個(gè)是原始傳號(hào)碼，哪個(gè)是V碼和B碼，以恢復(fù)成原二進(jìn)制碼序列）。</p><p>　　當(dāng)上述兩個(gè)要求能同時(shí)滿足時(shí)，用000V代替原二進(jìn)制碼序列中的4個(gè)“0”（用000V+或000V-）；而當(dāng)上述兩個(gè)要求不能同時(shí)滿足時(shí)，則改用B00V（B+00V+或B-00V-，實(shí)質(zhì)上是將取代節(jié)000V中第一個(gè)“0”碼改成B碼）。</p><p>　　3）、HDB3碼序列

19、中的傳號(hào)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。</p><p>　　下面我們舉個(gè)例子來具體說明一下，如何將二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成HDB3碼。</p><p><b>　　二進(jìn)制碼序列:</b></p><p>　　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

20、 1</p><p><b>　　HDB3碼序列:</b></p><p>　　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</p><p>　　4.2多路數(shù)據(jù)＋多計(jì)算機(jī)＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)</p><p>

21、　　《多路數(shù)據(jù)＋多計(jì)算機(jī)＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)》擬實(shí)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(shí)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬信號(hào)。</p><p>　　圖2《多路數(shù)據(jù)＋多計(jì)算機(jī)＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)》框圖</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，通常總是把數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器裝在一起做成一個(gè)設(shè)備，稱為復(fù)接分接器。數(shù)字復(fù)接器的作用是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的支路數(shù)字信號(hào)

22、按時(shí)分復(fù)接方式合并成為單一的合路數(shù)字信號(hào)。復(fù)接器是由FPGA實(shí)現(xiàn)的，其框圖為：</p><p>　　4.2.1 固定速率時(shí)分復(fù)用模塊</p><p>　　其中，在固定速率時(shí)分復(fù)用時(shí)，先要對(duì)四路輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)隙的調(diào)整，調(diào)整前后波形如下圖所示：</p><p>　　最后，將四路數(shù)據(jù)相與就得到復(fù)接信號(hào)了。四路數(shù)據(jù)輸出的幀結(jié)構(gòu)是：</p><p>　

23、　其中，幀同步碼可以是數(shù)字信號(hào)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(hào)源終端的顯示位置也將改變。</p><p>　　4.2.2視頻信號(hào)源模塊</p><p>　　視頻信號(hào)的帶寬為0～6Mhz相對(duì)于語音信號(hào)的0～3Khz來說寬了許多，因此光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)的要求更加嚴(yán)格。在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)的調(diào)整才能得到滿意的圖像傳輸效果。</p><p>　　4.3多

24、路計(jì)算機(jī)＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)</p><p>　　《多路計(jì)算機(jī)＋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(shí)分復(fù)用、解固定速率時(shí)分復(fù)用、變速率時(shí)分復(fù)用、解變速率時(shí)分復(fù)用、位時(shí)鐘提?。〝?shù)字鎖相環(huán)DPLL）原理及實(shí)現(xiàn)五個(gè)實(shí)驗(yàn)</p><p>　　圖3《多路計(jì)算機(jī)＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)》框圖</p><p>　　4.3.1位時(shí)鐘

25、提取模塊</p><p>　　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(hào)與本地估算時(shí)鐘之間的相位誤差對(duì)本地估算時(shí)鐘的相位進(jìn)行連續(xù)不斷的反饋調(diào)節(jié)，從而達(dá)到使本地估算時(shí)鐘相位跟蹤輸入信號(hào)相位的目的。DPLL 通常有三個(gè)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(gè)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(shè)計(jì)的要求，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用超前滯

26、后型數(shù)字鎖相環(huán)(LL－DPLL)作為解決方案， 圖1是其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。在LL－ DPLL中，DLF 用雙向計(jì)數(shù)邏輯和比較邏輯實(shí)現(xiàn)，DCO 采用加扣脈沖式數(shù)控振蕩器。這樣設(shè)計(jì)出來的DPLL具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明快，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。DPLL實(shí)現(xiàn)框圖如下：</p><p>　　4.3.2解固定速率時(shí)分復(fù)用模塊</p><p>　　解固定速率時(shí)分復(fù)用部分包括分解器、數(shù)字鎖相環(huán)和幀同步碼提取三

27、個(gè)部分，其框圖如下：</p><p>　　因?yàn)橐宦窋?shù)字信號(hào)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：</p><p>　　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(jìn)制碼字。它的特殊規(guī)律是：若一個(gè)n位的巴克碼，每個(gè)碼元只可能取值+1或-1，則它必然滿足條件</p><p>　　式（25-1）中，R（j）稱為局部

28、自相關(guān)函數(shù)。從巴克碼計(jì)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(shí)別器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。目前人們已找到了多個(gè)巴克碼字，具體情況如下表所示。表中+表示+1，–示–1。</p><p>　　以n = 7的巴克碼為例，它的局部自相關(guān)函數(shù)計(jì)算結(jié)果如下</p><p><b>　　當(dāng)j = 0時(shí)：

29、</b></p><p><b>　　當(dāng)j = 1時(shí)：</b></p><p><b>　　當(dāng)j = 2時(shí)：</b></p><p>　　同樣可以求出j = 3、4、5、6、7，以及j = -1、-2、-3、-4、-5、-6、-7時(shí)R（j）的值為</p><p>　　j=0

30、 R(j)=7</p><p>　　j=±1, ±3, ±5, ±7, R(j)=0</p><p>　　j=±2, ±4, ±6 R(j)=-1</p><p>　　根據(jù)上式計(jì)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?？梢钥?/p>

31、出，自相關(guān)函數(shù)在j＝0時(shí)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。</p><p>　　幀同步碼識(shí)別后的波形如圖所示：</p><p>　　分解器主要由移位寄存器構(gòu)成，框圖如下：</p><p><b>　　測(cè)試結(jié)果及分析</b></p><p>　　5.1多路數(shù)據(jù)＋多路

32、電話光纖綜合傳輸系統(tǒng)</p><p>　　用示波器在1310nm光發(fā)模塊的數(shù)字信號(hào)輸入端口TP103的信號(hào)和1310nm光收模塊的數(shù)字信號(hào)輸出端口TP109。調(diào)節(jié)1310nm光收端電位器RP106、RP108和1310nm光發(fā)端電位器RP100得到最佳數(shù)字信號(hào)。甲乙兩路電話同時(shí)摘起，按其中一路電話的數(shù)字鍵，在另一部電話的聽筒聽是否有撥號(hào)音。</p><p><b>　　5.1.1

33、接線步驟</b></p><p>　　表一 實(shí)驗(yàn)一接線步驟 </p><p><b>　　5.1.2測(cè)試結(jié)果</b></p><p>　　兩臺(tái)電話機(jī)可以進(jìn)行通話，測(cè)試結(jié)果如下圖所示：</p><p><b>　　圖4 線路連線圖</b></p><p>　　

34、圖5 光端HDB3譯碼</p><p>　　圖6 光端HDB3編碼信號(hào)輸出 圖7 光端擾碼信號(hào)輸出 圖8 光端CMI編碼信號(hào)輸出 圖9 光端CMI譯碼輸出</p><p>　　5.2 多路數(shù)據(jù)＋多計(jì)算機(jī)＋單路圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)</p><p>

35、;　　用串口線連接計(jì)算機(jī)上的串口和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)接口模塊一的J402，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行軟件“串口調(diào)試助手v2.2”，將波特率設(shè)置為600，其他保持默認(rèn)設(shè)置。調(diào)節(jié)光接收端電位器rp106、rp107、rp108，使計(jì)算機(jī)能正常接收到發(fā)送的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　5.2.1接線步驟</b></p><p>　　表二 實(shí)驗(yàn)二接線步驟 </p>

36、<p>　　5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　圖10 串口實(shí)物連接圖</p><p>　　圖11 實(shí)驗(yàn)二測(cè)試結(jié)果（1）</p><p>　　圖12 實(shí)驗(yàn)二測(cè)試結(jié)果（2）</p><p>　　在調(diào)節(jié)那三個(gè)旋鈕的時(shí)候，rp108主要是控制是否會(huì)接收，只有把rp108調(diào)節(jié)好后才能去調(diào)節(jié)rp107以達(dá)到能正確的接收到個(gè)數(shù)，然后再調(diào)節(jié)

37、rp106。以達(dá)到能正確接收到對(duì)方計(jì)算機(jī)發(fā)來的信息。</p><p>　　5.3多路計(jì)算機(jī)＋雙路圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)</p><p>　　用示波器觀測(cè)1310nm模擬信號(hào)輸出端口P105。通過調(diào)節(jié)光收端電位器RP106、RP108及1310nm光發(fā)模塊模擬部分電位器RP104得到最佳傳輸?shù)哪M信號(hào)。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(fā)端

38、模擬信號(hào)輸入口P104。再用視頻連接線連接1310nm模擬輸出和監(jiān)視器。調(diào)節(jié)1310nm光收模塊的電位器RP106、RP108使電視機(jī)的圖像效果達(dá)到最好。</p><p><b>　　5.3.1接線步驟</b></p><p>　　表三 實(shí)驗(yàn)三接線步驟 </p><p>　　5.3.2 測(cè)試結(jié)果</p><p>　　

39、圖13 實(shí)驗(yàn)三測(cè)試結(jié)果</p><p>　　攝像頭的攝取的視頻可以在電視機(jī)上顯示。在調(diào)節(jié)RP106、RP108這兩個(gè)旋鈕時(shí)，首先要調(diào)節(jié)RP108，以得到比較穩(wěn)定的圖像，再調(diào)節(jié)RP106使圖像顯示的比較清楚，有時(shí)候也要去調(diào)節(jié)電視機(jī)后面的旋鈕使屏幕不會(huì)出現(xiàn)閃。</p><p><b>　　6心得體會(huì)</b></p><p>　　為期幾天的課程設(shè)計(jì)終

40、于結(jié)束了,本次課設(shè)使我對(duì)光纖通信這門課程有了更深刻的認(rèn)識(shí)。本次課設(shè)所用到的工具是光纖實(shí)驗(yàn)箱和示波器，只有實(shí)際操作了才能搞懂其原理，實(shí)踐出真知。其實(shí)一次課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)知識(shí)的升華，也是對(duì)個(gè)人素質(zhì)的一種培養(yǎng)。從大一到大四，我們做了很多的課程設(shè)計(jì)，使我們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)得到了加強(qiáng)，而且所作的設(shè)計(jì)也更具有可操作性，更能提升我們的動(dòng)手操作能力，更重要的是同學(xué)間的感情的到了升華。</p><p>　　所我覺得本次課設(shè)最大的收獲

41、是同學(xué)間的合作能力得提高。由于同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)箱的構(gòu)造不是很熟悉，所以廖智老師基本每天都來輔導(dǎo)大家做課設(shè)，非常感謝。本次課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，期待下次課設(shè)的收獲。</p><p><b>　　7 評(píng)分表</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院課程設(shè)計(jì)評(píng)分表</p><p>　　課程名稱：光纖通信 </p><p>