光纤通信专业课程设计.doc

课 程 设 计 报 告

课程名称 光纤通信
课题名称 通信系统综合实验

专 业
班 级
学 号
姓 名
指引教师

12 月 12 日

湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书

课程名称 光纤通信
课 题 通信系统综合实验

专业班级
学生姓名
学 号
指引教师
审 批

任务书下达日期 11 月 26 日
任务完毕日期 12 月 11 日

目 录

1、实验目 1
2、实验内容 1
3、实验仪器与设备 1
4、实验原理 1
4.1、多路数据＋多路电话光纤综合传播系统总体框图 1
4.1.1 Pcm编码模块 3
4.1.2光波分复用模块 3
4.1.3变速率时分复用模块 3
4.1.4 HDB3编码模块 4
4.2、多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传播系统 5
4.2.1固定速率时分复用模块 6
4.2.2视频信号源模块 6
4.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传播系统 7
4.3.1位时钟提取模块 9
4.3.2解固定速率时分复用模块 9
5、所实现系统功能描述、有关数据测试成果等实验报表以及实验数据分析 11
5.1多路数据＋多路电话光纤综合传播系统 11
5.1.1接线环节 11
5.1.2测试成果 12
5.2多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传播系统 15
5.2.1接线环节 15
5.2.2 实验成果 16
5.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传播系统 18
5.3.1接线环节 18
5.3.2 测试成果 19
6、心得体会 19
7、评分表 20

1、实验目
掌握变速率时分复用原理、实现办法。
学习并掌握计算机RS232通信技术。
掌握时分复用技术和波分复用技术灵活搭配使用。
实现数字和语音同步通信
2、实验内容
多路数据＋多路电话光纤综合传播系统实现
多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传播系统实验
多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传播系统实现
3、实验仪器与设备
1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。
3.波分复用器2个。 4.电话2部。
5.示波器2台。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。
7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。
8.FC/FC光纤跳线2根。
9.摄像头1个。
10.监视器1个（或用电话代替）。
4、实验原理
4.1 多路数据＋多路电话光纤综合传播系统
《多路数据＋多路电话光纤综合传播系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几种子系统。

WDM
1550nm
光收模块
1310nm
光发模块
PCM编码解复
用模块
电话甲
电话乙
PCM解
码模块一
PCM解
码模块二
CMI译码模块
解扰码模块
HDB3编码模块
DPLL
光
端
HDB3译码模块
解变速率时分复模块用模块
四路输出
DPLL

电
端

电话
甲
电话
乙
PCM编
码模块一
PCM编
码模块二
PCM编码复
用模块
1550nm
光发模块
数字信号源
变速率时分复用模块
1310nm
光发模块
HDB3编码模块
HDB3译码模块
扰码模块
DPLL
CMI编码模块
电
端
光
端
WDM

图1 《多路数据＋多路电话光纤综合传播系统》框图

4.1.1 Pcm编码模块
PCM重要涉及抽样、量化与编码三个过程。抽样是把持续时间模仿信号转换成离散时间持续幅度抽样信号；量化是把离散时间持续幅度抽样信号转换成离散幅度数字信号；编码是将量化后信号编码形成一种二进制码组输出。脉码调制过程如下图所示：
光接受机
重建滤波器
抽样保持、x/sinx低通
模仿终端
波形解码器
模仿信源
预滤波器
抽样器
波形编码器
量化、编码
光发射机

4.1.2光波分复用模块
光波分复用是将两种或各种不同波长光载波信号（携带有各种类型信息），在发送端经复用器（也叫合波器，multiplexer）把这些光载波信号汇合在一起，并耦合到光线路中同一根光纤中进行传播；在接受端经分波器（也叫解复用器，demultiplexer）将各种波长光载波进行分离，然后由光接受机做相应解决恢复原信号。这种复用方式称作波分复用。可以单向传播，也可以双向传播。如下图所示：

4.1.3变速率时分复用模块
各构成模块功能阐明如下：
码速调节：将输入信号用128kbit/s时钟进行CMI编码。使输入信号具备 同码速。
输出信号速率为256kbit/s。
复接器： 将4个支路已经同步信码流和四位巴克码复接成一种高速率信号。输出信号速率为2048kbit/s。
时钟源：为整个复接电路提供稳定期钟信号。

码速调节
按位复接
时钟源

4.1.4 HDB3编码模块
1）、二进制序列中“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当浮现四个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替。取代节中V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即
V+=＋1，V-=－1，B+=＋1，B-=－1）。
2）、取代节安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V，000V取代节安排要满足如下两个规定：
各取代节之间V码要极性交替浮现（为了保证传号码极性交替浮现，不引入直流成分）。
V码要与前一种传号码极性相似（为了在接受端能辨认出哪个是原始传号码，哪个是V码和B码，以恢复成原二进制码序列）。
当上述两个规定能同步满足时，用000V代替原二进制码序列中4个“0”（用000V+或000V-）；而当上述两个规定不能同步满足时，则改用B00V（B+00V+或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一种“0”码改成B码）。
3）、HDB3码序列中传号码（涉及“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替浮现原则。
下面咱们举个例子来详细阐明一下，如何将二进制码转换成HDB3码。
二进制码序列:
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码序列:
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

4.2多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传播系统
《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传播系统》拟实现模仿图像、数据在同一光纤中传播。即在光纤中同步传播数字数据和模仿信号。固定速率时分复
用模块
计算
机一
计算
机二
计算
机三
数字信号源
变速率时分复用模块
HDB3编码模块
HDB3编码模块
扰码模块
CMI编码模块
WDM
电话甲/
视频信号源
1550nm光发模块
1310nm光发模块
WDM
1310nm光收模块
1550nm光收模块
CMI译码模块
电话乙/
视频终端
解扰码模块
解变速率时分复用模块
计算
机一
计算
机二
计算
机三
固定速率时分复
用解复用模块
数字信号源终端
HDB3译码模块
HDB3译码模块
电
端
光
端
光
端
电
端

图2《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传播系统》框图
在实际应用中，普通总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一种设备，称为复接分接器。数字复接器作用是把两个或两个以上支路数字信号准时分复接方式合并成为单一合路数字信号。复接器是由FPGA实现，其框图为：
4.2.1 固定速率时分复用模块
定期
复接
调节
四路输入

其中，在固定速率时分复用时，先要对四路输入信号进行时隙调节，调节先后波形如下图所示：
调节前

调节后

最后，将四路数据相与就得到复接信号了。四路数据输出帧构造是：

其中，帧同步码可以是数字信号源四路输出中任意一路。变化帧同步码位置，数字信号源终端显示位置也将变化。
4.2.2视频信号源模块
视频信号带宽为0～6Mhz相对于语音信号0～3Khz来说宽了许多，因而光发射机和光接受机规定更加严格。在实验中应当认真仔细调节才干得到满意图像传播效果。
光纤
摄像头
光发模块
模仿信号输入端
激光器
光检测器
光收模块
模仿信号输出端
监视器
光纤图像传播框图

4.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传播系统
《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传播系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验
电话甲/
视频信号源
1550nm
光发模块
计算
机一
计算
机二
计算
机三
变速率时分
复用模块
HDB3编码模块
扰码模块
CMI编码模块
1310nm光发模块
HDB3译码模块
电
端
光
端
计算
机四
HDB3编码模块
1310nm光收模块
CMI译码模块
电话乙/
视频终端
解扰码模块
解变速率时分
复用模块
计算
机一
计算
机二
计算
机三
HDB3译码模块
光
端
电
端
计算
机四
HDB3编码模块
WDM
1310nm光收模块
CMI译码模块
电话甲/
视频终端
解扰码模块
解变速率时分
复用模块
计算
机八
计算
机七
计算
机六
HDB3译码模块
光
端
电
端
计算
机五
1550nm
光收模块
WDM
WDM
WDM
1550nm
光收模块
1550nm
光发模块
电话乙/
视频信号源
1310nm光发模块
CMI编码模块
扰码模块
HDB3译码模块
HDB3编码模块
变速率时分
复用模块
计算
机八
计算
机七
计算
机六
计算
机五
光
端
电
端

图3《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传播系统》框图

4.3.1位时钟提取模块
数字锁相环(DPLL)是一种相位反馈控制系统。它依照输入信号与本地估算时钟之间相位误差对本地估算时钟相位进行持续不断反馈调节，从而达到使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位目。DPLL 普通有三个构成模块： 数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF)、数控振荡器(DCO)。依照各个模块组态不同， DPLL 可以被划分出许多不同类型。依照设计规定，本实验系统采用超前滞后型数字锁相环(LL－DPLL)作为解决方案， 图1是其实现构造。在LL－ DPLL中，DLF 用双向计数逻辑和比较逻辑实现，DCO 采用加扣脉冲式数控振荡器。这样设计出来DPLL具备构造简洁明快，参数调节以便，工作稳定可靠长处。DPLL实现框图如下：
鉴相器
滤波器
数控振荡器

4.3.2解固定速率时分复用模块
解固定速率时分复用某些涉及分解器、数字锁相环和帧同步码提取三个某些，其框图如下：

分解器

由于一路数字信号源用做帧同步码，因而，只显示了三路数据。下面简介一下帧同步码：
当前已经找到最惯用群同步码字，就是“巴克码”。巴克码是一种具备特殊规律二进制码字。它特殊规律是：若一种n位巴克码，每个码元只也许取值+1或-1，则它必然满足条件

式（25-1）中，R（j）称为局部自有关函数。从巴克码计算局部自有关函数可以看到，它满足作为群同步码字第一条特性，也就是说巴克码局部自有关函数具备尖锐单峰特性，从背面分析同样可以看出，它辨认器构造非常简朴。当前人们已找到了各种巴克码字，详细状况如下表所示。表中+表达+1，–示–1。
位数n
巴克码字
2
+ +；–+
3
+ +–
4
+ + +–；+ +–+
5
+ + +–+
7
+ + +––+–
11
+ + + –––+––+–
13
+ + + + +––+ +–+–+

以n = 7巴克码为例，它局部自有关函数计算成果如下
当j = 0时：

当j = 1时：

当j = 2时：

同样可以求出j = 3、4、5、6、7，以及j = -1、-2、-3、-4、-5、-6、-7时R（j）值为
j=0 R(j)=7
j=±1，±3，±5，±7， R(j)=0
j=±2，±4，±6 R(j)=-1
依照上式计算出来这些值，可以作出7位巴克码关于R（j）与j关系曲线，如下图所示。可以看出，自有关函数在j＝0时具备尖锐单峰特性。局部自有关函数具备尖锐单峰特性正是连贯式插入群同步码字重要规定之一。

帧同步码辨认后波形如图所示：

分解器重要由移位寄存器构成，框图如下：
八位移位寄
存器
八位锁存器
数字信号源显示终端

5 测试成果及分析
5.1多路数据＋多路电话光纤综合传播系统
用示波器在1310nm光发模块数字信号输入端口TP103信号和1310nm光收模块数字信号输出端口TP109。调节1310nm光收端电位器RP106、RP108和1310nm光发端电位器RP100得到最佳数字信号。甲乙两路电话同步摘起，按其中一路电话数字键，在另一部电话听筒听与否有拨号音。
5.1.1接线环节
电话甲连线方式
电话甲
（模仿语音信号输出）
P514—P500
————→
PCM编译码模块一
（PCM编码数据输入端）
PCM 编码复用解复用模块
（位时钟输出）
P644—P505
————→
PCM编译码模块一
（PCM译码位时钟）
PCM 编码复用解复用模块
（提取帧同步信号）
P637—P504
————→
PCM编译码模块一
（PCM译码帧同步信号）
PCM 编译码模块一
（PCM 码输出）
P503—P643
————→
PCM编码复用解复用模块
（PCM编码复用输入端）
PCM编码复用解复用模块
（PCM编码复用输出端）
P638—P506
————→
PCM 编译码模块一
（PCM 译码输入）
PCM 编译码模块一
（PCM 译码输出）
P501—P515
————→
电话甲
（模仿语音信号输入）
电话乙连线方式
电话乙
（模仿语音信号输出）
P516—P512
————→
PCM编译码模块二
（PCM编码数据输入端）
PCM 编码复用解复用模块
（位时钟输出）
P644—P510
————→
PCM编译码模块二
（PCM译码位时钟）
PCM 编码复用解复用模块
（提取帧同步信号）
P637—P511
————→
PCM编译码模块二
（PCM译码帧同步信号）
PCM 编译码模块二
（PCM 码输出）
P507—P642
————→
PCM编码复用解复用模块
（PCM编码复用输入端）
PCM编码复用解复用模块
（PCM编码解复用输出端）
P639—P509
————→
PCM 编译码模块二
（PCM 译码输入）
PCM 编译码模块二
（PCM 译码输出）
P513—P517
————→
电话甲
（模仿语音信号输入）
光端连线方式
PCM编码复用解复用模块
（PCM编码复用输出端）
P641—P100
————→
1310nm光发模块
（数字光发数据输入）
1310nm 光收模块
（数字信号输出端）
P106—P640
————→
PCM编码复用解复用模块
（PCM编码解复用数据输入端）
表一 实验一接线环节

5.1.2测试成果
两台电话机可以进行通话，测试成果如下图所示：

图4 线路连线图

图5 光端HDB3译码

图6 光端HDB3编码信号输出

图7 光端扰码信号输出

图8 光端CMI编码信号输出

图9 光端CMI译码输出

5.2 多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传播系统
用串口线连接计算机上串口和实验系统中计算机接口模块一J402，在计算机上运营软件“串口调试助手v2.2”，将波特率设立为600，其她保持默认设立。调节光接受端电位器rp106、rp107、rp108，使计算机能正常接受到发送数据。
5.2.1接线环节
数字信号源模块
(数字信号源一)
P300—P741
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号一）
数字信号源模块
(数字信号源二 )
P301—P740
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号二）
数字信号源模块
(数字信号源三)
P302—P739
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号三）
数字信号源模块
(数字信号源四)
P303—P738
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号四）
固定速率时分复用模块
（复用输出）
P742—P603
————→
电端FPGA
（变速率时分复用输入信号一）
光端FPGA
（PN序列一信号输出）
P720—P602
————→
电端FPGA
（变速率时分复用输入信号二）
电端FPGA
（变速率时分复用复用信号输出）
P614—P618
————→
电端FPGA
（HDB3编码信号输入）
电端FPGA
（HDB3编码信号输出一）
P617—P800
————→
2M接口一
（电平变换信号输入一）
电端FPGA
（HDB3编码信号输出二）
P616—P802
————→
2M接口一
（电平变换信号输入二）
2M接口一
（电平变换信号输出）
P801—P803
————→
2M接口一
（电平反变换信号输入）
2M接口一
（电平反变换信号输出一）
P805—P622
————→
电端FPGA
（HDB3译码信号输入一）
2M接口一
（电平反变换信号输出二）
P804—P621
————→
电端FPGA
（HDB3译码信号输入二）
2M接口一
（电平反变换信号输出一）
P805—P624
————→
电端FPGA
（数字锁相环信号输入）
电端FPGA
（HDB3译码信号输出）
P620—P626
————→
电端FPGA
（帧同步提取信号输入）
电端FPGA
（HDB3译码信号输出）
P620—P632
————→
电端FPGA
（变速率时分复用解复用
信号输入）
电端FPGA
（变速率时分复用信号
输出一）
P636—P745
————→
数字信号终端
（固定速率时分复用解复用
信号输入）
电端FPGA
（变速率时分复用信号
输出一）
P636--P744
————→
数字信号终端
(数字锁相环信号输入)
表二 实验二接线环节
5.2.2 实验成果

图10 串口实物连接图

图11 实验二测试成果（1）

图12 实验二测试成果（2）
在调节那三个旋钮时候，rp108重要是控制与否会接受，只有把rp108调节好后才干去调节rp107以达到能对的接受到个数，然后再调节rp106。以达到能对的接受到对方计算机发来信息。

5.3多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传播系统
用示波器观测1310nm模仿信号输出端口P105。通过调节光收端电位器RP106、RP108及1310nm光发模块模仿某些电位器RP104得到最佳传播模仿信号。拆除P410--P104之间连接线，用视频连接线连接摄像头和1310nm光发端模仿信号输入口P104。再用视频连接线连接1310nm模仿输出和监视器。调节1310nm光收模块电位器RP106、RP108使电视机图像效果达到最佳。
5.3.1接线环节
数字信号源模块
(数字信号源一)
P300—P741
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号一）
数字信号源模块
(数字信号源二 )
P301—P740
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号二）
数字信号源模块
(数字信号源三)
P302—P739
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号三）
数字信号源模块
(数字信号源四)
P303—P738
————→
固定速率时分复用模块
（复用输入信号四）
固定速率时分复用模块
（复用输出）
P742—P603
————→
电端FPGA
（变速率时分复用输入信号一）
光端FPGA
（PN序列一信号输出）
P720—P602
————→
电端FPGA
（变速率时分复用输入信号二）
电端FPGA
（变速率时分复用复用信号输出）
P614—P618
————→
电端FPGA
（HDB3编码信号输入）
电端FPGA
（HDB3编码信号输出一）
P617—P800
————→
2M接口一
（电平变换信号输入一）
电端FPGA
（HDB3编码信号输出二）
P616—P802
————→
2M接口一
（电平变换信号输入二）
2M接口一
（电平变换信号输出）
P801—P803
————→
2M接口一
（电平反变换信号输入）
2M接口一
（电平反变换信号输出一）
P805—P622
————→
电端FPGA
（HDB3译码信号输入一）
2M接口一
（电平反变换信号输出二）
P804—P621
————→
电端FPGA
（HDB3译码信号输入二）
2M接口一
（电平反变换信号输出一）
P805—P624
————→
电端FPGA
（数字锁相环信号输入）
电端FPGA
（HDB3译码信号输出）
P620—P626
————→
电端FPGA
（帧同步提取信号输入）
电端FPGA
（HDB3译码信号输出）
P620—P632
————→
电端FPGA
（变速率时分复用解复用
信号输入）
电端FPGA
（变速率时分复用信号
输出一）
P636—P745
————→
数字信号终端
（固定速率时分复用解复用
信号输入）
电端FPGA
（变速率时分复用信号
输出一）
P636--P744
————→
数字信号终端
(数字锁相环信号输入)
表三 实验三接线环节
5.3.2 测试成果

图13 实验三测试成果
摄像头摄取视频可以在电视机上显示。在调节RP106、RP108这两个旋钮时，一方面要调节RP108，以得到比较稳定图像，再调节RP106使图像显示比较清晰，有时候也要去调节电视机背面旋钮使屏幕不会浮现闪。

6心得体会
为期几天课程设计终于结束了,本次课设使我对光纤通信这门课程有了更深刻结识。本次课设所用到工具是光纤实验箱和示波器，只有实际操作了才干搞懂其原理，实践出真知。其实一次课程设计不但是对知识升华，也是对个人素质一种培养。从大一到大四，咱们做了诸多课程设计，使咱们团队合伙意识得到了加强，并且所作设计也更具备可操作性，更能提高咱们动手操作能力，更重要是同窗间感情到了升华。
所我觉得本次课设最大收获是同窗间合伙能力得提高。由于同窗们对实验箱构造不是很熟悉，因此廖智教师基本每天都来辅导人们做课设，非常感谢。本次课程设计就要结束了，期待下次课设收获。

7 评分表

计算机与通信学院课程设计评分表

课程名称：光纤通信

项 目
评 价
设计方案合理性与创造性

设计与调试成果

设计阐明书质量

答辩陈述与回答问题状况

课程设计周体现状况

综合成绩

教师签名：
日 期：