光通信实验指导书

ZS-9005光纤通信实验系统第页1目录第一章实验系统概述.....................................................................................................................21.1概述......................................................................................................................................21.2电路组成概述.......................................................................................................................4第二章数字传输系统实验...........................................................................................................52实验一信号复接（E1传输系统）实验.....................................................................................52实验二信号解复接（E1的同步与解复接）实验.....................................................................57实验三码流加扰解扰实验..........................................................................................................61实验四PCM编译码与双音多频检测实验.................................................................................64ZS-9005光纤通信实验系统第页2第一章实验系统概述1.1概述ZS-9005光纤通信实验系统是为《光纤通信系统》课程的实验教学而设计。实验内容涵盖光纤通信的主要知识点，可进行光器件性能测试、光收发端机的性能测试，数字、模拟系统实验；配合ZS-9006光纤无源器件实验系统可进行光路设计和测试。图1.1和图1.2分别为ZS-9005光纤通信实验系统和ZS-9006光纤无源器件实验系统实物照片。图1.1ZS-9005光纤通信实验系统ZS-9005光纤通信实验系统第页3图1.2ZS-9006光纤无源器件实验系统ZS-9005光纤通信实验系统具有如下特色：1、国内首家将SOPC技术用于实验系统的设计，保证了系统的先进性，提高了系统的稳定性，大大增强了系统的可扩展性。系统性价比极高。2、实验项目多，涉及到光纤通信的方方面面。系统集成了1310/1550波长和850波长的光收发模块，包括单模和多模的光纤传输，可进行数字语音传输、计算机数据传输及模拟话音、模拟图像的传输实验。3、系统完整性：实验箱有较强的系统性，各实验模块除可单独开设实验进行测量外，同时每个实验模块都可以串入系统中进行测试，让学生了解该模块在系统中的发挥的作用、所处的地位，以及性能变化对系统性能带来的影响。提高学生动手能力和综合知识运用的能力。4、先进性：近十几年来通信技术发生了巨大变化，特别是波分复用技术的发展。系统很好地将近年来技术的发展容纳到实验中来。ZS-9005光纤通信实验系统第页45、完整的E1传输系统：在实验系统中实现了标准的一次群传输功能；6、每台系统都配有下载线，可进行在线二次开发（国内独有）；系统用芯片容量极大，片上资源丰富，除可满足课程设计和毕业设计的二次开发要求，还能满足科研开发的要求。7、配有扩展模块接口，根据教学需要，教师可自行设计电路，连接到系统；同时，厂家也可根据学校的教学要求，定制功能模块，使系统做到无限可扩展。1.2电路组成概述ZS-9005光纤通信实验系统的功能模块及其布局如图1.3所示。ZS-9005光纤通信实验系统包括两个独立的数字光纤通信系统，分别由一块CycloneII二代Sopc芯片（EP2C5Q208）实现系统控制和信号处理，系统间由单模光纤采用波分复用技术实现数字语音双工通信。每个数字传输系统包括的功能模块和实现的通信功能为：1、用户电话接口模块2、双音多频（DTMF）检测模块3、PCM语音编译码器模块4、帧传输复接模块（E1成形模块）5、帧传输解复接模块（E1解复接模块）6、CMI编码模块7、CMI译码模块8、5B6B编码模块9、5B6B译码模块10、加扰码模块11、解扰码模块12、光纤收发模块（单模）ZS-9005光纤通信实验系统还包括一个模拟图像/语音的传输系统，采用直接调制技术实现视频图像的传输，由模拟光纤发送模块和模拟光纤接收模块组成。ZS-9005光纤通信实验系统包括两个扩展模块，通过标准接口与主芯片连接，用户可根据自身的教学需求定制实验系统，该扩展模块的标准配置为两个RS422接口，用于光系统误码特性的测试。ZS-9005光纤通信实验系统第页4图1.3ZS-9005光纤通信实验系统的功能模块及其布局ZS-9005光纤通信实验系统第页5ZS-9005光纤通信实验系统电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在该实验平台电路板的下面，它主要完成交流220V到+5V、+12V、-12V、-48V的直流变换，给整个硬件平台供电。ZS-9005光纤通信实验系统通过下面几个端口与外部通信终端或测量设备进行连接：1.两个电话接口连接自动电话机，实现数字语音双工通信。2.同步数据接口（在实验箱上端的扩展模块内）：同步数据接口方式。该接口电平特性为RS422，通过该端口接收外部来的发送数据，并送入光终端机中；同时将光终端机接收的数据通过该端口送往外部设备。3.两个尾纤FC连接端口UK02/ULK02：用单模光纤通过该端口实现两个光纤模块单纤双向光纤通信；或为光无源器件实验提供测量光源。4.两个尾纤ST连接端口U303/U401:用多模光纤实现模拟图像的传输。5.视频图像（语音）接口：J001为视频图像（语音）输入接口、J002为视频图像（语音）输出接口。6.面板上的测试钩为接地点，用于示波器接地。ZS-9005光纤通信实验系统各项实验内容是以模块进行划分，每个测试模块可以单独开设实验。各模块之间的系统连接见图1.4所示。数字传输系统一到二的信号流程为：用户电话接口一→话音编码→E1复接→数据扰码→线路编码（5B6B编码）→电光转换→波分复用→光纤→波分复用→光电转换→线路译码（5B6B译码）→数据解扰→E1解复接→PCM译码→用户电话接口二。数字传输系统二到一的信号流程为：用户电话接口二→话音编码→E1复接→数据扰码→线路编码（CMI编码）→电光转换→波分复用→光纤→波分复用→光电转换→线路译码（CMI译码）→数据解扰→E1解复接→PCM译码→用户电话接口一。为便于学习和实验，请掌握和理解各标记的含义：定义各跳线开关，跳线器插入为“1”，未插入跳线器为“0”；Dt/m为各模块发送数据选择，选择跳线如插入Dt端，发送数据来自前面的系统模块，选择跳线如插入m端，发送数据为本模块的测试序列，并通过m_Sel0/m_Sel1的不同组合选择4种m序列；E_sel0/E_sel1为误码选择标记，通过跳线E_sel0/E_sel1的不同组合给本模块数据加不同的误码，以测试在不同的误码情况下，模块的性能，其中E_sel0/E_sel1=“00”，误码为0；Mode0/Mode1为5B6B编译码模块ZS-9005光纤通信实验系统第页6的模式选择开关，Mode0/Mode1的不同组合可选者4种编码模式。时隙1/时隙2/时隙3/时隙4为电话时隙选择开关，4个开关的不同组合可将数字电话信号插入到一次群（E1）信号的16个时隙中去。准备工作。在做实验前，特别是数字传输系统实验时，请做以下准备工作：（1）接通电源，给系统加点，绿色指示灯DC01和DC02亮，表示系统芯片UC01和UC03工作正常。（2）用单模光纤连接收发一体模块中的激光收发模块UK02和ULK02，并将跳线KK02和KL02插入“系统入”，将跳线KK01和KL01插入“系统出”。（3）将各功能模块中的数据选择开关插入Dt，并将5B6B编码模块中Mode0/Mode1与5B6B译码模块中Mode0/Mode1相对应，这时数字传输系统一中复接模块的开关数据选择开关K302与数字传输系统二中解复接模块的指示灯DG01~DG08应有对应关系,改变K302的跳线插入状态，即改变开关数据，指示灯DG01~DG08应作对应的变化；同样数字传输系统二中复接模块的开关数据选择开关KD02与数字传输系统一中解复接模块的指示灯D601~D608应有对应关系。（4）将电话机插入电话插座，分别摘机，如号码显示数码管最左边显示号码“2”表示系统摘挂机正常；拨号码“811”，数码管有拨号显示，同时对方话机振铃，摘机通话，表示数字传输系统正常工作。ZS-9005光纤通信实验系统第页7图1.4ZS-9005光纤通信实验系统各模块之间的系统连接编码PCM译码复接模块解复接模块扰码器解扰码器模拟信号接口5B6B编码模块CMI译码模块1310/1550nm光发送模块光驱动电路光接收电路光波分复用器1550/1310nm光接收模块单纤双向电话接口接口速率：2.048Mbps数字传输系统一扩展模块一同步数据接口（误码测试）850nm模拟光纤发射模块扰码器解扰码器CMI编码模块5B6B译码模块模拟信号接口编码PCM译码复接模块解复接模块光驱动电路光接收电路1310/1550nm光发送模块光波分复用器1550/1310nm光接收模块接口速率：2.048Mbps电话接口数字传输系统二扩展模块二同步数据接口（误码测试）850nm模拟光纤接收模块ZS-9005光纤通信实验系统第页52第二章数字传输系统实验实验一信号复接（E1传输系统）实验一、实验仪器1、ZS-9005光纤通信实验系统一台2、20MHz双踪示波器一台二、实验目的1、了解帧的概念和基本特性2、了解帧的结构、帧组成过程3、熟悉帧信号的观测方法三、实验原理和电路说明TDM制的数字通信系统，在国际上已逐步建立起标准并广泛使用。TDM的主要特点是在同一个信道上利用不同的时隙来传递各路（语音、数据或图象）不同信号。各路信号之间的传输是相互独立的，互不干扰。32路TDM（一次群）系统帧组成结构示意见图2.1.1。32路时隙，256bitT0T1T2T3……T15T16T17……T30T311～15话路时隙17～31话路时隙帧定位时隙信令时隙XXX11X11XXXXXXXX图2.1.132路TDM帧组成结构示意图在一个帧中共划分为32段时隙（T0～T31），其中30个时隙用于30路话音业务。T0为帧定位时隙（亦称报头），用于接收设备做帧同步用。在帧信号码流中除有帧定位信号外，随机变化的数字码流中也将会以一定概率出现与帧定位码型一致的假定位信号，它将ZS-9005光纤通信实验系统第页53影响接收端帧定位的捕捉过程。在搜索帧定位码时是连续的对接收码流搜索，因此帧定位码要具有良好的自相关特性。时隙T1～T15用于话音业务，分别对应第1路到第15路话音PCM码字。时隙T16用于信令信号传输，完成信令的接续。时隙T17～T31用于话音业务，分别对应第16路到第30路话音PCM码字。在“ZS-9005光纤通信实验系统”中，E1复接信号传输上采用了标准的TDM传输格式。一帧共有32个时间间隔，按8个bit一组分成了一个一个的固定时隙，各时隙分别记为T0、T1……和T31。T0时隙为帧定位码，帧定位的码型和码长选择直接影响