福建农林大学金山学院
课程名称：姓 名：系：专 业：年 级：学 号：指导教师：职 称：信息工程类
实验报告
光纤通信
信息与机电工程系 电子信息工程
2011
2014年 12月29日
实验项目列表
福建农林大学金山学院信息工程类实验报告 实验一 固定速率时分复用解复用实验
1．实验目的
1）熟悉集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 2）掌握固定速率时分复用的数字分接原理。 3)掌握帧同步码的识别原理。
2．实验内容
1)用使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块连成一个理想信道时分复用数字通信系统，使系统正常工作。 2)用示波器观察集群信号（FY_OUT）、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS），熟悉它们的对应关系。
3)阅读实验指导，学习简单时分复用的数字分接原理。
4)观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，观察直接时分复用与解复用的实验效果。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
（一）数字分接的基本组成：
在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。在这里我们继续讨论数字分接器。 数字分接器的基本组成如图2-1所示。
数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。数字分接器由 同步、定时、分接和恢复单元所组成。定时单元的作用是为分接和恢复单元提供基准时间信号，它只能由接收的时钟来推动。同步单元的作用是为定时单元提供控制信号，使分接器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系，即保持同步。分接单元与复接单元相对应，分接单元的作用是把输入的合路数字信号(高次群)实施时间分离。分接器的恢复单元与复接器的调整单元相对应，恢复单元的作用是把分离后的信号恢复成为原来的支路数字信号。
图2-1 数字分接器的基本组成
（二）所用实验模块的结构原理：
本实验使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块。
本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端和分接端，复接端的原理及产生复接信号FY_OUT的过程请参照实验一，这里只对分接端的原理进行说明。
分接端原理方框图如图2-2所示。它输入单极性非归零信号（帧结构如图2-3所示），由位同步信号提取电路和帧同步信号产生器产生位同步时钟信号（BS）和帧同步信号（FS），通过BS、FS这把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，两个8位的并行数据信号，两个并行信号驱动16个发光二极管，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。
本实验用到的电路中，除了显示电路是由分立器件组成的外，其他电路全都在两片大规模集成电路XC95XL144TQ100-5（以下简称CPLD）内部。
图2-2 分接端原理方框图
图2-3 FY_OUT信号帧结构
本实验用到以下测试点及输入输出点： D1，D2，D3
8位串行信号输出/测试点
D_IN1，D_IN2，D_IN3 8位串行信号输入/测试点 BS FS
位同步信号输出点/测试点 帧同步信号输出点/测试点
FY-OUT FY-IN
复用信号输出点/测试点
复用信号输入点/测试点
各组成模块功能说明：
位同步提取器（全数字锁相环）：
接收码元图2-3 位同步器方框图
位同步提取器的作用是：从输入的FY_IN信号中提取位同步信息，通过数字锁相环产生本地的位同步时钟信号BS，该位同步信号（BS）为整个解复用电路的主要时钟信号。 数字锁相的原理方框图如图2-3所示，它由稳定度振荡器、分频器、相位比较器和控制器组成。其中，控制器包括图中的扣除门、附加门和“或门”。高稳定度振荡器产生的信号
经整形电路变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频器，输出位同步脉冲序列。若接收码元的速率为F（波特），则要求位同步脉冲的重复速率也为F（赫）。这里晶振的振荡频率设计在nF（赫），由晶振输出经整形得到重复频率为nF（赫）的窄脉冲（图2-4中的b(b’)）。如果接收端晶振输出经n次分频后，不能准确地和收到的码元信号同频同相，这时就要根据相位比器输出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。从经微分、调整后的码元信息中就可以获得接收码元所有过零点的信息，其工作波形如图2-4所示。得到接收码元的相位后，再将它加于相位比较器去比较。首先，先不管图中的迟延3，设接收信号为不归零脉冲（波形a），我们将每个码元的宽度分两个区，前半码元称为“滞后区”，即若位同步脉冲波形b落入此区，表示位同步脉冲的相位滞后于接收码元的相位；同样，后半码元称为“超前区”。接收码元经微分调整，并经迟延4电路后，输出如波形e所示的脉冲。当位同步脉冲波形b（它是由n次分频器d端的输出，取其上升沿而形成的脉冲）位于超前区时，波形e和分频器d端的输出波形d使与门A有输出，该输出再经过迟延1就产生一超前脉冲（波形f）。若位同步脉冲波形b’（图中的虚线表示）落于滞后区，分频器c端的输出波形（c端波形和d端波形为反相关系）如波形c’所示，则与门B有输出，再经过迟延2产生一滞后脉冲（波形g）。这样，无论位同步脉冲超前或滞后，都会分别送出超前或滞后脉冲对加于分频器的脉冲进行扣除或附加，因而达到相位调整的目的。
现在讨论图中的迟延3的作用。同波形图看到，位同步脉冲帅分频器d端输出波形（波形d）的正沿而形成的，所以相位调整的最后结果应该合波形d的正沿对齐窄脉冲e（即d的正沿位于窄脉冲之内）。若d端产输出波形最后调整到如波形图d'所示的位置，则A、B两个与门都有输出；先是通过与门B输出一个滞后脉冲，后是通过与门A输出一超前脉冲。这样调整的结果使位同步信号的相位稳定在这一位置，这是我们所需要的。然而，如果d端的输出波形调整到波形图d’’的位置，这时，A、B两个与门出都有输出，只是这时是先通过A门输出一超前脉冲，而后通过B门输出一滞后脉冲。如果不采取措施，位同步信号的相位也可以稳定在这一位置，则输出的位同步脉冲（波形b）就会与接收码元的相位相差180°。克服这种不正确锁定的办法，是利用在这种情况下A门先有输出的这一特点。
图2-4 波形图
当A门先有输出时，这个输出一方面产和超前脉冲对锁相环进行调整；另一方面，这个输出经迟延3产生一脉冲将与门B封闭，不会再产生滞后脉冲。这样通过A六不断输出超前脉冲，就可以高速分频器的输出的相位，直到波形d的正沿对齐窄脉冲（波形e）为止。 帧同步码识别器，帧同步信号产生器（合称帧同步电路）：
BS
分频器
脉冲生
成器同步保 护器
FS
FY_IN
图2-5 帧同步电路组成框图
由图2-5可知，整个帧同步电路主要由分频器、帧同步码识别器、脉冲生成器和同步保护器四大部分组成。各组成电路的作用分别如下：
分频器：主要是将位同步信号进行24分频得到与信源的帧同步信号同频的准帧同步信号，然后送入脉冲生成器进行相位调整。
帧同步码识别器：从串行信号（FY_IN）识别出同步码（在我们系统中的同步码为：X1110010），当识别器识别到一组帧同步码时，它就输出一个脉冲，送入同步保护器；若输入的信号中没有同步码，则其始终输出低电平。
同步保护器：当没有帧识别脉冲输入时，始终输出一低电平，使脉冲生成器停止工作，这样就没有FS信号输出；当有连续的识别脉冲输入时，保护器输出满足时序要求的控制脉
帧同步码
识别器
冲给脉冲生成器。
脉冲生成器：当分频器和同步保护器都输出满足要求的时钟信号时，脉冲生成器才输出正确的帧同步脉冲；当分频器和同步保护器输出的信号不满足时序要求时，则将输出错误的FS信号。
延迟器1、2、3，整形器：通过整形器，则可以将送来的FS信号进行脉冲调整，使其脉冲宽度刚好为8个码元宽度。
延迟器主要是由移位寄存器组成，主要是对整形器送来的帧同步信号进行相位调整，以满足时序的需要。波形图如图2-6所示。
串/并变换：在FD及FD_7的作用下，串并转换器对输入的数据信号进行选通转换：当FD为“1”时，转换器1工作，将第一路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示；当FD_7为“1”时，转换器2工作，将第二路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示。
图2-6 变换后的信号波形
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）
1. 关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块)的输出端D1、D2、
D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端)接口D_IN1、D_IN2、D_IN3。
2. 用一根短实验导线将(固定速率时分复用复接端)接口FY_OUT接到(固定速率时分
复用分接端)接口FY_IN。
3. 将(固定速率数字信号源模块)的D3端口所对应的八位拨码开关拨成帧同步码（7
位巴克码1110010）。 打开电源，观察实验结果。
6.实验结果
1）观察固定速率时分复用分接模块的LED灯显示的结果是否与固定速率数字信号源模
块的LED灯结果一致。
2）用示波器观察实验结果。
接上示波器观察D1、D2、D3的波形，记录下来。
接上示波器观察FY_OUT的波形。
接上示波器观察FS的波形。
对比复用和单个波形的关系。
7．质疑、建议、问题讨论
光时分复用光时分复用与光波分复用的异同点
光纤通信中有光时分复用(OTDM)和光波分复用（WDM）两种复用方式。WDM是在一根光纤上复用多路不同波长的光信号，在接收端分别对不同波长进行解复用。OTDM在一根光纤上只传输一个波长的光信号，它首先要求光脉冲是RZ码，各路光信号通过占用不同时隙复用成一路，即在一路光脉冲之间插入几路相对于第一路具有不同时延的光脉冲，以提高单根光纤的传输速率
福建农林大学金山学院信息工程类实验报告
实验二 PCM编译码实验
1．实验目的
1）掌握PCM编译码原理。
2）掌握PCM基带信号的形成过程及分接过程。
3)掌握语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
2．实验内容
1)用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察PCM基群信号。 2)改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的信噪比变化情况。 3)改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
1. 点到点PCM多路电话通信原理
脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(ΔM)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用ΔM。目前速率在155MB以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在A解和μ律两种PCM编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。而ΔM在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。
点到点PCM多路电话通信原理可用图6-1表示。对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。
图6-1 点到点PCM多路电话通信原理框图
本实验模块可以传输两路话音信号。采用TP3057编译器，它包括了图6-1中的收、发低通滤波器及PCM编译码器。编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是
理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。 2. PCM编译码模块原理
本模块的原理方框图及电路图如图6-2及图6-3所示。
图6-2 PCM编译码原理方框图
该模块上有以下测试点和输入点： PCM_BS
PCM_FS B_IN B_OUT A_IN
A_OUT A_TXD A_RXD TXD_A RXD_A B_TXD B_RXD TXD_B RXD_B PCM-OUT PCM_IN
PCM基群时钟信号(位同步信号)测试点 信号时隙同步信号测试点 输入到编码器B的信号测试点 信号B译码输出信号测试点 输入到编码器A的信号测试点 信号A译码输出信号测试点 信号A的PCM编码输出/测试点 信号A的PCM译码输入/测试点 PCM集群A通道输入点 PCM集群分接A通道输出点 信号B的PCM编码输出/测试点 信号B的PCM译码输入/测试点 PCM集群B通道输入点 PCM集群分接B通道输出点 PCM集群信号复接端输出/测试点 PCM集群信号分接端输入/测试点
图6-2各单元与图6-3中的元器件之间的对应关系如下：
· 晶振
X1：16.384MHZ
CHIP1（XC95144XLTQ100-10） CHIP1（XC95144XLTQ100-10） CHIP1（XC95144XLTQ100-10） U4：PCM编译码集成电路TP3057 U5：PCM编译码集成电路TP3057 CHIP1（XC95144XLTQ100-10） CHIP1（XC95144XLTQ100-10）
· 分频器1 · 分频器2
· 抽样信号产生器 · PCM编译码器A · PCM编译码器B
· 复接器
· 帧同步信号产生器
晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译码器提供2.048MHZ的时钟信号和8KHZ的时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取，此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。
由于时钟频率为2.048MHZ，抽样信号频率为8KHZ，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。 PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码(×1110010)时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1(或第5、或第7 —由开关S1控制)时隙为信号B的时隙。
本实验产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群的第0时隙的信号也不完全相同。
由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A和PCM-B进行线或。本模块中用或门对PCM-A、PCM-B及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对PCM进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。 3. TP3057简介
本模块的核心器件是A律PCM编译码集成电路TP3057，它是CMOS工艺制造的专用大规模集成电路，片内带有输出输入话路滤波器，其引脚及内部框图如图6-4、图6-5所示。引脚功能如下：
图6-4 TP3057引脚图
图6-5 TP3057内部方框图
(1) V- (2) GND (3) VFRO (5) FSR (6) DR
(7) BCLK/CLKSEL
接-5V电源。 接地。
接收部分滤波器模拟信号输出端。
接收部分帧同信号输入端，此信号为8KHZ脉冲序列。 接收部分PCM码流输入端。
接收部分位时钟(同步)信号输入端，此信号将PCM码流在FSR上升沿后逐位移入DR端。位时钟可以为64KHZ到2.048MHZ的任意频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择1.536MHZ、1.544MHZ或2.048MHZ用作同步模式的主时钟，此时发时钟信号BCLKX同时作为发时钟和收时钟。
(8) MCLKR/PDN
接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为 1.536MHZ、1.544MHZ或2.048MHZ。可以和MCLKX异步，但是同步工作时可达到最佳状态。当此端接低电平时，所有的内部定时信号都选择MCLKX信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。
发送部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHZ、
(4) V+ 接+5V电源。
(9) MCLKX
1.544MHZ或2.048MHZ。可以和MCLKR异步，但是同步工作时可达到最佳状态。
(10) BCLKX
发送部分位时钟输入端，此信号将PCM码流在FSX信号上升沿后逐位移出DX端，频率可以为64KHZ到2.04MHZ的任意频率，但必须与MCLKX同步。
(11) DX (12) FSX (13) TSX (14) GSX (15) VFXi- (16) VFXi＋ 发送部分：
包括可调增益放大器、抗混淆滤波器、低通滤波器、高通滤波器、压缩A/D转换器。抗混淆滤波器对采样频率提供30dB以上的衰减从而避免了任何片外滤波器的加入。低通滤波器是5阶的、时钟频率为128MHZ。高通滤波器是3阶的、时钟频率为32KHZ。高通滤波器的输出信号送给阶梯波产生器(采样频率为8KHZ)。阶梯波产生器、逐次逼近寄存器（S· A· R）、比较器以及符号比特提取单元等4个部分共同组成一个压缩式A/D转换器。S· A· R输出的并行码经并/串转换后成PCM信号。参考信号源提供各种精确的基准电压，允许编码输入电压最大幅度为5VP-P。
发帧同步信号FSX为采样信号。每个采样脉冲都使编码器进行两项工作：在8比特位同步信号BCLKX的作用下，将采样值进行8位编码并存入逐次逼近寄存器；将前一采样值的编码结果通过输出端DX输出。在8比特位同步信号以后，DX端处于高阻状态。 接收部分：
包括扩张D/A转换器和低通滤波器。低通滤波器符合AT&T D3/D4标准和CCITT建议。D/A转换器由串/并变换、D/A寄存器组成、D/A阶梯波形成等部分构成。在收帧同步脉冲FSR上升沿及其之后的8个位同步脉冲BCLKR作用下，8比特PCM数据进入接收数据寄存器(即D/A寄存器)，D/A阶梯波单元对8比特PCM数据进行D/A变换并保持变换后的信号形成阶梯波信号。此信号被送到时钟频率为128KHZ的开关电容低通滤波器，此低通滤波器对阶梯波进行平滑滤波并对孔径失真(sinx)/x进行补偿。
在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器的性能。
动态范围的定义是译码器输出信噪比大于25dB时允许编码器输入信号幅度的变化范围。PCM编译码器的动态范围应大于图6-6所示的CCITT建议框架（样板值）。
当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度过大时量化信噪比急剧下降。TP3057编译码系统不过载输入信号的最大幅度为5VP-P。
由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的量化信噪比，TP3057采用A律13折线对信号进行压扩。当信号处于某一段落时，量化噪声不变(因在此段落内对信号进行均匀量化)，因此在同一段落内量化信噪比随信号幅度减小而下降。13折线压扩特性曲线将正负信号各分为8段，第1段信号最小，第8段信号最大。当信号处于第一、二段时，量
发送部分PCM码流三态门输出端。
发送部分帧同步信号输入端，此信号为8KHZ脉冲序列。 漏极开路输出端，在编码时隙输出低电平。 发送部分增益调整信号输入端。 发送部分放大器反向输入端。 发送部分放大器正向输入端。
TP3057由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。
化噪声不随信号幅度变化，因此当信号太小时，量化信噪比会小于25dB，这就是动态范围的下限。TP3057编译码系统动态范围内的输入信号最小幅度约为0.025Vp-p。 常用1KHZ的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范围。
语音信号的抽样信号频率为8KHZ，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4KHZ的低通滤波器处理后再进行A/D处理。语音信号的最低频率一般为300HZ。TP3057编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个滤波器的频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。这就是PCM编译码系统频率特性的含义。
-50
-40 -30 -20 -10
图6-6 PCM编译码系统动态范围样板值
5.实验步骤
1.熟悉PCM编译码模块。
实验接线：
1) 非集群实验接线方法：
左模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的A_IN
右模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的B_IN PCM编译码单元A_TXD——PCM编译码单元B_RXD
PCM编译码单元A_RXD——PCM编译码单元B_TXD 左模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的A_IN
右模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的B_IN PCM编译码单元A_TXD——PCM编译码单元TXD_A
PCM编译码单元A_RXD——PCM编译码单元RXD_A PCM编译码单元B_RXD——PCM编译码单元RXD_B
PCM编译码单元B_TXD——PCM编译码单元TXD_B PCM编译码单元PCM_OUT——PCM编译码单元PCM_IN
2.用示波器观察A_IN、B_IN，调节模块中的两个电位器，使正弦信号A_IN、B_IN的频率范围在8KHZ以下。两个不同频率的正弦波见图6-7
2) 集群通信实验接线方法
3.用示波器观察PCM编码输出信号。
用示波器CH1接PCM_FS，（示波器扫描周期不超过FS的周期，以便观察到一个完整的帧信号）CH2接PCM_OUT，观察编码后的数据所处时隙位置与时隙同步信号的关系以及PCM信号的帧结构（注意：本实验的帧结构中有29个时隙是空时隙，FS的脉冲宽度等于一个时隙宽度）。 FS与PCM_OUT点的波形比较参见图6-8。
4.用示波器观察PCM译码输出信号
示波器的
CH1接STA，CH2接SRA，观察这两个信号波形是否相同(有相位差)。参见图6-9经PCM传输前后的正弦波比较
5. 用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围。
将低失真低频信号发生器输出的1KHZ正弦信号从STA输入到TP3057(U4)编码器。示波器的CH1接A_IN（编码输入），CH2接B_OUT（译码输出）。将信号幅度分别调至大于5VP-P、等于5VP-P，观察过载和满载时的译码输出波形。再将信号幅度分别衰减10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，观察译码输出波形(当衰减45dB以上时，译码输出信号波形上叠加有较明显的噪声)。
6. 定量测试PCM编译码器的动态范围和频率特性。
图6-10为动态范围测试方框图。音频信号发生器(最好用低失真低频信号发生器)输出1KHZ正弦信号，将幅度调为5Vp-p（设为0dB），测试S/N，再将信号幅度分别降低10dB、20dB、30dB、45dB、50dB，测试各种信号幅度下的S/N，将测试数据填入表4-1。
图6-10 动态范围测量框图
表4-1
频率特性测试框图如图6-11所示。将输入信号电压调至2Vp-p左右，改变信号频率，测量译码输出信号幅度，将测试结果填入表4-2。
图6-11 频率特性测试框图
表4-2
7. 两人通话实验
本模块提供了两个人通话的信道。由左右两个电话机接口模块和电话机组成，将左电话机接口模块的TX和RX分别接PCM模块的A_IN和A_OUT；将右电话机接口模块的TX和RX分别接PCM模块的B_IN和B_OUT，分别对两路电话信号进行PCM编码译码。参考电路见图6-12。
6.实验结果
1. 整理实验记录，画出量化信噪比与编码器输入信号幅度之间的关系曲线以及译码输
出信号幅度与编码输入信号频率之间的关系曲线。
2. 设PCM通信系统传输两路话音，每帧三个时隙，每路话音各占一个时隙，另一个时隙为帧同步时隙，使用TP3057编译码器。求：
(1) 编码器的抽样信号频率及时钟信号频率，以及两个抽样信号之间的相位关系。 答： 抽样信号频率为8KHz ，时钟信号频率为192KHz ；
(2) 时分复用信号码速率、帧结构。
(3) 采用PCM基带传输，线路码为HDB3码，设计此通信系统的详细方框图以及PCM编译码电路。
(4) 采用PCM/2DPSK频带传输，设计此通信系统的详细方框图。
图6-13 编码部分电路原理图
图6-12 两人通话电路图
7．质疑、建议、问题讨论
用示波器观察PCM编码输出信号。 分析如下：
SL0是PCM基群的时隙同步信号，信号A,B信号插入到相应的时隙，编码输出的位置仍在相应的时隙。编码输出总会延迟与输入。其中第2个时隙是A信号，2,5,7时隙都是B信号。每一路信号能单独测试，最终复接正确输出。 3.用示波器观察PCM译码输出信号示波器的CH1接STA，CH2接SRA,观察这两个信号波形是否相同（相位差）。 示波器的CH1接STB，CH2接SRB,观察这两个信号波形是否相同（相位差）。 分析如下：
译码输出比输入有细小的相位差，即在时间上滞后。
福建农林大学金山学院信息工程类实验报告
实验三 P-I特性曲线绘制实验
1．实验目的
1）学习半导体激光器发光原理。
2）了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系。 3)掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法。
2．实验内容
测量半导体激光器功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统，光功率计，万用表。
4．基本原理
1、半导体激光器的功率特性及伏安特性
半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图7-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith表示。在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，如图7-2所示，但由于双异质结包含两个pn结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1．2V。
图7-1 激光器的功率特性 图7-2 激光器的伏安特性
阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。设受激发射所产生的光介质的平均增益系 数(单位长度上的增益)为g，光介质的平均损耗系数为a，则光谐振腔产生和维持光振荡的条件为光子在光谐振腔中来回反射一次所产生的光能增益大于或等于光能的损耗，用公式表
示为
(7-1)
式中上为光谐振腔的长度，r1，r2分别为光谐振腔两端镜面的反射系数(O
从式(4—7)解得门限状态下的增益系数为g
th
（7-2）
Ith为门限状态下注入有源区的电流密度。为平均增益因子，其值取决于激光器的材料与结构。从电流密度Ith按下式可决定门限电流Ith
式中b为有源区宽度，ξ>1为电流侧向扩展因子。采用BH，DC—PBH和RWG激光器结构，可使ξ接近于1，故能获得小的门限电流。激光器功率特性的线性程度对模拟光纤传输系统的非线性失真指标影响很大。
半导体激光二极管(LD)或简称半导体激光器与发光二极管LED不同，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW)辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为30—50°，水平发散角为0～30°)，与单模光纤的耦合效率高(约30％～50％)，辐射光谱线窄(A入=0．1—1,0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速(>20GHz)直接调制，非常适合于作高速K距离光纤通信系统的光源。
对于线性度良好的半导体激光器，输出功率可以表示为
（7-3）
其中
（7-4）
这里的量子效率ηin(，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint近于1。
（7-3）式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率
dPhe
D（7-5） dI2q
P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带米麻烦：斜率太大，则会山现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出光，当电流大于Ith时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系．
在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在电路中的R516上电压值。由于R516=1Q，电路中的驱动电流在数值上等于R516两端电压。
图2-1LD半导体激光器P-I曲线示意图
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）
（1）电路部分操作： 1）关闭系统电源，用实验导线连接模拟信号源的正弦波输出端口和1310nm光发送模块的模拟信号输入端口。 2）将光发送模块中的激光器注入电流可调电阻R277逆时针旋转到头（即箭头最小端），将输入模拟信号衰减调节电阻R258逆时针旋转到头（即箭头最小端），使模拟驱动电流达到最小值及输入信号达到最小值。
3）将单刀双掷开关S200拨向模拟传输方向（右边），短接跳线J200，使光发模块传输模拟信号。
（2）光路部分操作：
1）将跳线帽（J200）拨出，使其处于断开状态，在测量挂片（NS201、NS200）上串接上一电流表。
2）在1310nm TX端 用光跳线连接到光功率计，同时打开光功率计电源开关。（注意操作要小心）
（3）打开交流电源开关。
（4）调节电位器R258到适当位置，送入稳定的模拟信号，以便激光器发送信号。
（5） 慢慢调节电位器R277使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值。并
（6）完实验后关掉各交流电开关。
（7）拆下光跳线及光功率计，拆到实验导线，将实验箱还原。 （8）将各仪器摆放整齐。
6.实验结果
（1）分别画出1310nm激光器和1550激光器的P-I曲线，并比较其异同处。
（2）整理所有实验数据，参考图7-1画出P-I曲线。
7．质疑、建议、问题讨论
1.试说明半导体激光器发光工作原理。 半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个
和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射。 2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？
随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。 3.分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统传输性能的影响。 当注入电流较小时，激活区不能实现粒子束反转，自发发射占主导地位。，激光器发射普通的荧光。随着注入电流的增加，激活器里实现了粒子束反转，受激辐射占主导地位。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的损耗时，不能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光。只有当注入电流大于阈值电流时，才能产生功率很强的激光。
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实验四 数字信号电—光、光—电转换传输实验
1．实验目的
1）了解数字光纤通信的通信原理 2）掌握各种数字信号的传输机理
3）初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构
2．实验内容
1）用示波器观察各种传输信号的波形
2）使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验，有：NRZ、CMI、PCM编码。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
本实验主要完成各种数据速率的光纤传输，其原理如图所示，本次实验所用到的数字信号主要有：NRZ、FS、BS、CMI码。各信号的详细介绍及各部分电路原理图请参看前面的实验讲解。
数字信号光纤传输框图
CMI码光纤传输示意图
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）
1）关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。
2）将固定速率数字信号源模块的D1或D2、D3、FS、BS连接到光发送模块的数字信号
输入端口（P202）。
3）把开关S200拨到数字传输端。
4）打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。
5）通过电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。
6）对于CMI的接线为：关闭系统电源，选数字信号模块的D1、D2、D3、FS、BS任意一个，连接到CPLD模块的DIN1（DIN2），进行CMI码的编码。将光收模块的输出（P201）用导线连接到CMI译码输入（CMI IN1）进行译码，还原成原始信号。 7）将CMIOUT1的输出端连接到光发送模块的数字信号输入端口。
8）打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。 9）通过电位器R257来调节判决直流电平得到最佳传输的数字信号。 10）用示波器观测编码前后的两波形。
6.实验结果
（1）观察数字信号被CMI编码后的波形与原始波形的关系。
答：通过观察被CMI编码后的波形与原始波形，可以得出原码的0经CMI编码后为01，而原码的1经CMI编码后为00与11交替出现。
（2）熟悉光纤数字信号传输的编码原则和传输效果的关系。 答：CMI(Code Mark Inverse)传号反转码是一种二电平传号交替反转码，它的变换规则如下所示。CMI编码将电脉冲码型变换成适合光纤传输的单极性不归零码。变换后码速提高了一倍，把信号从1位变成了2位，这种编码的特点是有一定的纠错能力。 从输出的波形看， CMI编译码后再经过光纤传导， 出现了信号幅值的衰竭和时间上的延迟。
7．质疑、建议、问题讨论
光纤通信系统的基本组成结构是什么？
（1）光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。
（2）光收信机
光收信机是实现光/电转换的光端机。 它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。 （3）光纤或光缆
光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。 （4）中继器
中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。 （5）光纤连接器、耦合器等无源器件
由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。
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实验五 模拟信号电—光、光—电传输实验
1．实验目的
1）了解模拟信号光纤系统的通信原理
2）了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构
3）掌握各种模拟信号的传输机理
2．实验内容
1）通过不同频率的正弦信号、方波信号、三角波进行光传输实验
2）正弦信号通过PCM编码后进行光传输实验
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
本实验用示波器观察光发送模块和光接受模块的的模拟信号波信，并通过调节模拟信号源模块的频率进行对比、比较，以了解和熟悉光纤传输模拟信号系统的组成。其实验框图如下：
模拟信号光纤传输方式一
模拟信号光纤传输方式二
模拟信号的传输，可以有多种方式，一种是直接用模拟信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把模拟信号数字化后，进行调制，然后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过解调，把模拟信号还原。现在使用最多的一种方式是PCM编译码方式，对于PCM编译码的详细资料请参考实验六-----PCM编译码实验。
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其
相同）
1）关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。
2）将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203）。
3）把开关S200拨到模拟传输端，短接跳线J200。
4）打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。
5）通过电位器R257（调节直流分量电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的模拟信号。
6）对于PCM的接线为：关闭系统电源，将开关S200拨到数字传输端。
集群通信实验接线方法
左模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的A_IN
右模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的B_IN
PCM编译码单元A_TXD——PCM编译码单元TXD_A
PCM编译码单元A_RXD——PCM编译码单元RXD_A PCM编译码单元B_RXD——PCM编译码单元RXD_B
PCM编译码单元PCM_IN——光接收数字信号输出端（P201/IC202）
7）打开系统电源，用示波器在光接收模块的数字信号输出端口观察输出信号与光发送的数字信号输入端信号。
8）通过电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。
9）用示波器观测PCM编码前译码后的波形，比较波形，是否有信号失真。 PCM编译码单元B_TXD——PCM编译码单元TXD_B PCM编译码单元PCM_OUT——光发送数字信号输入端（P202）
6.实验结果
（1）记录并画出实验所用及所得到的波形，并进行比较。
答：PCM编码后波形为脉冲，输入所得脉冲比输出信号所得脉冲幅度大，PCM编码前和译码后波形相同。
（2）比较模拟信号两种传输方式，分析哪种传输方法的传输效果更好。
答：PCM被广泛用于电话通信中的语音传递和利用无线电传输的遥测系统中。它把模拟信号变为一系列在时间和幅度上都离散化的数字信号，然后再进一步把已离散的信号以一定的编码方法将其变为二进制代码。其编码过程分为抽样、量化、压缩、编码几个步骤。PCM保真度高，解码速度快。
7．质疑、建议、问题讨论
什么是模拟信号传输？
模拟信号就是通过电路直接把声波\图像等直接形成电流等波形的信号,而相对于言数字信号就是把模拟信号再进行数据化,也就是全部转化成0,1,等二进制的数字信号,再进行传送.
福建农林大学金山学院
课程名称：姓 名：系：专 业：年 级：学 号：指导教师：职 称：信息工程类
实验报告
光纤通信
信息与机电工程系 电子信息工程
2011
2014年 12月29日
实验项目列表
福建农林大学金山学院信息工程类实验报告 实验一 固定速率时分复用解复用实验
1．实验目的
1）熟悉集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 2）掌握固定速率时分复用的数字分接原理。 3)掌握帧同步码的识别原理。
2．实验内容
1)用使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块连成一个理想信道时分复用数字通信系统，使系统正常工作。 2)用示波器观察集群信号（FY_OUT）、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS），熟悉它们的对应关系。
3)阅读实验指导，学习简单时分复用的数字分接原理。
4)观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，观察直接时分复用与解复用的实验效果。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
（一）数字分接的基本组成：
在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。在这里我们继续讨论数字分接器。 数字分接器的基本组成如图2-1所示。
数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。数字分接器由 同步、定时、分接和恢复单元所组成。定时单元的作用是为分接和恢复单元提供基准时间信号，它只能由接收的时钟来推动。同步单元的作用是为定时单元提供控制信号，使分接器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系，即保持同步。分接单元与复接单元相对应，分接单元的作用是把输入的合路数字信号(高次群)实施时间分离。分接器的恢复单元与复接器的调整单元相对应，恢复单元的作用是把分离后的信号恢复成为原来的支路数字信号。
图2-1 数字分接器的基本组成
（二）所用实验模块的结构原理：
本实验使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块。
本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端和分接端，复接端的原理及产生复接信号FY_OUT的过程请参照实验一，这里只对分接端的原理进行说明。
分接端原理方框图如图2-2所示。它输入单极性非归零信号（帧结构如图2-3所示），由位同步信号提取电路和帧同步信号产生器产生位同步时钟信号（BS）和帧同步信号（FS），通过BS、FS这把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，两个8位的并行数据信号，两个并行信号驱动16个发光二极管，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。
本实验用到的电路中，除了显示电路是由分立器件组成的外，其他电路全都在两片大规模集成电路XC95XL144TQ100-5（以下简称CPLD）内部。
图2-2 分接端原理方框图
图2-3 FY_OUT信号帧结构
本实验用到以下测试点及输入输出点： D1，D2，D3
8位串行信号输出/测试点
D_IN1，D_IN2，D_IN3 8位串行信号输入/测试点 BS FS
位同步信号输出点/测试点 帧同步信号输出点/测试点
FY-OUT FY-IN
复用信号输出点/测试点
复用信号输入点/测试点
各组成模块功能说明：
位同步提取器（全数字锁相环）：
接收码元图2-3 位同步器方框图
位同步提取器的作用是：从输入的FY_IN信号中提取位同步信息，通过数字锁相环产生本地的位同步时钟信号BS，该位同步信号（BS）为整个解复用电路的主要时钟信号。 数字锁相的原理方框图如图2-3所示，它由稳定度振荡器、分频器、相位比较器和控制器组成。其中，控制器包括图中的扣除门、附加门和“或门”。高稳定度振荡器产生的信号
经整形电路变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频器，输出位同步脉冲序列。若接收码元的速率为F（波特），则要求位同步脉冲的重复速率也为F（赫）。这里晶振的振荡频率设计在nF（赫），由晶振输出经整形得到重复频率为nF（赫）的窄脉冲（图2-4中的b(b’)）。如果接收端晶振输出经n次分频后，不能准确地和收到的码元信号同频同相，这时就要根据相位比器输出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。从经微分、调整后的码元信息中就可以获得接收码元所有过零点的信息，其工作波形如图2-4所示。得到接收码元的相位后，再将它加于相位比较器去比较。首先，先不管图中的迟延3，设接收信号为不归零脉冲（波形a），我们将每个码元的宽度分两个区，前半码元称为“滞后区”，即若位同步脉冲波形b落入此区，表示位同步脉冲的相位滞后于接收码元的相位；同样，后半码元称为“超前区”。接收码元经微分调整，并经迟延4电路后，输出如波形e所示的脉冲。当位同步脉冲波形b（它是由n次分频器d端的输出，取其上升沿而形成的脉冲）位于超前区时，波形e和分频器d端的输出波形d使与门A有输出，该输出再经过迟延1就产生一超前脉冲（波形f）。若位同步脉冲波形b’（图中的虚线表示）落于滞后区，分频器c端的输出波形（c端波形和d端波形为反相关系）如波形c’所示，则与门B有输出，再经过迟延2产生一滞后脉冲（波形g）。这样，无论位同步脉冲超前或滞后，都会分别送出超前或滞后脉冲对加于分频器的脉冲进行扣除或附加，因而达到相位调整的目的。
现在讨论图中的迟延3的作用。同波形图看到，位同步脉冲帅分频器d端输出波形（波形d）的正沿而形成的，所以相位调整的最后结果应该合波形d的正沿对齐窄脉冲e（即d的正沿位于窄脉冲之内）。若d端产输出波形最后调整到如波形图d'所示的位置，则A、B两个与门都有输出；先是通过与门B输出一个滞后脉冲，后是通过与门A输出一超前脉冲。这样调整的结果使位同步信号的相位稳定在这一位置，这是我们所需要的。然而，如果d端的输出波形调整到波形图d’’的位置，这时，A、B两个与门出都有输出，只是这时是先通过A门输出一超前脉冲，而后通过B门输出一滞后脉冲。如果不采取措施，位同步信号的相位也可以稳定在这一位置，则输出的位同步脉冲（波形b）就会与接收码元的相位相差180°。克服这种不正确锁定的办法，是利用在这种情况下A门先有输出的这一特点。
图2-4 波形图
当A门先有输出时，这个输出一方面产和超前脉冲对锁相环进行调整；另一方面，这个输出经迟延3产生一脉冲将与门B封闭，不会再产生滞后脉冲。这样通过A六不断输出超前脉冲，就可以高速分频器的输出的相位，直到波形d的正沿对齐窄脉冲（波形e）为止。 帧同步码识别器，帧同步信号产生器（合称帧同步电路）：
BS
分频器
脉冲生
成器同步保 护器
FS
FY_IN
图2-5 帧同步电路组成框图
由图2-5可知，整个帧同步电路主要由分频器、帧同步码识别器、脉冲生成器和同步保护器四大部分组成。各组成电路的作用分别如下：
分频器：主要是将位同步信号进行24分频得到与信源的帧同步信号同频的准帧同步信号，然后送入脉冲生成器进行相位调整。
帧同步码识别器：从串行信号（FY_IN）识别出同步码（在我们系统中的同步码为：X1110010），当识别器识别到一组帧同步码时，它就输出一个脉冲，送入同步保护器；若输入的信号中没有同步码，则其始终输出低电平。
同步保护器：当没有帧识别脉冲输入时，始终输出一低电平，使脉冲生成器停止工作，这样就没有FS信号输出；当有连续的识别脉冲输入时，保护器输出满足时序要求的控制脉
帧同步码
识别器
冲给脉冲生成器。
脉冲生成器：当分频器和同步保护器都输出满足要求的时钟信号时，脉冲生成器才输出正确的帧同步脉冲；当分频器和同步保护器输出的信号不满足时序要求时，则将输出错误的FS信号。
延迟器1、2、3，整形器：通过整形器，则可以将送来的FS信号进行脉冲调整，使其脉冲宽度刚好为8个码元宽度。
延迟器主要是由移位寄存器组成，主要是对整形器送来的帧同步信号进行相位调整，以满足时序的需要。波形图如图2-6所示。
串/并变换：在FD及FD_7的作用下，串并转换器对输入的数据信号进行选通转换：当FD为“1”时，转换器1工作，将第一路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示；当FD_7为“1”时，转换器2工作，将第二路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示。
图2-6 变换后的信号波形
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）
1. 关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块)的输出端D1、D2、
D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端)接口D_IN1、D_IN2、D_IN3。
2. 用一根短实验导线将(固定速率时分复用复接端)接口FY_OUT接到(固定速率时分
复用分接端)接口FY_IN。
3. 将(固定速率数字信号源模块)的D3端口所对应的八位拨码开关拨成帧同步码（7
位巴克码1110010）。 打开电源，观察实验结果。
6.实验结果
1）观察固定速率时分复用分接模块的LED灯显示的结果是否与固定速率数字信号源模
块的LED灯结果一致。
2）用示波器观察实验结果。
接上示波器观察D1、D2、D3的波形，记录下来。
接上示波器观察FY_OUT的波形。
接上示波器观察FS的波形。
对比复用和单个波形的关系。
7．质疑、建议、问题讨论
光时分复用光时分复用与光波分复用的异同点
光纤通信中有光时分复用(OTDM)和光波分复用（WDM）两种复用方式。WDM是在一根光纤上复用多路不同波长的光信号，在接收端分别对不同波长进行解复用。OTDM在一根光纤上只传输一个波长的光信号，它首先要求光脉冲是RZ码，各路光信号通过占用不同时隙复用成一路，即在一路光脉冲之间插入几路相对于第一路具有不同时延的光脉冲，以提高单根光纤的传输速率
福建农林大学金山学院信息工程类实验报告
实验二 PCM编译码实验
1．实验目的
1）掌握PCM编译码原理。
2）掌握PCM基带信号的形成过程及分接过程。
3)掌握语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
2．实验内容
1)用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察PCM基群信号。 2)改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的信噪比变化情况。 3)改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
1. 点到点PCM多路电话通信原理
脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(ΔM)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用ΔM。目前速率在155MB以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在A解和μ律两种PCM编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。而ΔM在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。
点到点PCM多路电话通信原理可用图6-1表示。对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。
图6-1 点到点PCM多路电话通信原理框图
本实验模块可以传输两路话音信号。采用TP3057编译器，它包括了图6-1中的收、发低通滤波器及PCM编译码器。编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是
理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。 2. PCM编译码模块原理
本模块的原理方框图及电路图如图6-2及图6-3所示。
图6-2 PCM编译码原理方框图
该模块上有以下测试点和输入点： PCM_BS
PCM_FS B_IN B_OUT A_IN
A_OUT A_TXD A_RXD TXD_A RXD_A B_TXD B_RXD TXD_B RXD_B PCM-OUT PCM_IN
PCM基群时钟信号(位同步信号)测试点 信号时隙同步信号测试点 输入到编码器B的信号测试点 信号B译码输出信号测试点 输入到编码器A的信号测试点 信号A译码输出信号测试点 信号A的PCM编码输出/测试点 信号A的PCM译码输入/测试点 PCM集群A通道输入点 PCM集群分接A通道输出点 信号B的PCM编码输出/测试点 信号B的PCM译码输入/测试点 PCM集群B通道输入点 PCM集群分接B通道输出点 PCM集群信号复接端输出/测试点 PCM集群信号分接端输入/测试点
图6-2各单元与图6-3中的元器件之间的对应关系如下：
· 晶振
X1：16.384MHZ
CHIP1（XC95144XLTQ100-10） CHIP1（XC95144XLTQ100-10） CHIP1（XC95144XLTQ100-10） U4：PCM编译码集成电路TP3057 U5：PCM编译码集成电路TP3057 CHIP1（XC95144XLTQ100-10） CHIP1（XC95144XLTQ100-10）
· 分频器1 · 分频器2
· 抽样信号产生器 · PCM编译码器A · PCM编译码器B
· 复接器
· 帧同步信号产生器
晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译码器提供2.048MHZ的时钟信号和8KHZ的时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取，此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。
由于时钟频率为2.048MHZ，抽样信号频率为8KHZ，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。 PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码(×1110010)时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1(或第5、或第7 —由开关S1控制)时隙为信号B的时隙。
本实验产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群的第0时隙的信号也不完全相同。
由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A和PCM-B进行线或。本模块中用或门对PCM-A、PCM-B及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对PCM进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。 3. TP3057简介
本模块的核心器件是A律PCM编译码集成电路TP3057，它是CMOS工艺制造的专用大规模集成电路，片内带有输出输入话路滤波器，其引脚及内部框图如图6-4、图6-5所示。引脚功能如下：
图6-4 TP3057引脚图
图6-5 TP3057内部方框图
(1) V- (2) GND (3) VFRO (5) FSR (6) DR
(7) BCLK/CLKSEL
接-5V电源。 接地。
接收部分滤波器模拟信号输出端。
接收部分帧同信号输入端，此信号为8KHZ脉冲序列。 接收部分PCM码流输入端。
接收部分位时钟(同步)信号输入端，此信号将PCM码流在FSR上升沿后逐位移入DR端。位时钟可以为64KHZ到2.048MHZ的任意频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择1.536MHZ、1.544MHZ或2.048MHZ用作同步模式的主时钟，此时发时钟信号BCLKX同时作为发时钟和收时钟。
(8) MCLKR/PDN
接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为 1.536MHZ、1.544MHZ或2.048MHZ。可以和MCLKX异步，但是同步工作时可达到最佳状态。当此端接低电平时，所有的内部定时信号都选择MCLKX信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。
发送部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHZ、
(4) V+ 接+5V电源。
(9) MCLKX
1.544MHZ或2.048MHZ。可以和MCLKR异步，但是同步工作时可达到最佳状态。
(10) BCLKX
发送部分位时钟输入端，此信号将PCM码流在FSX信号上升沿后逐位移出DX端，频率可以为64KHZ到2.04MHZ的任意频率，但必须与MCLKX同步。
(11) DX (12) FSX (13) TSX (14) GSX (15) VFXi- (16) VFXi＋ 发送部分：
包括可调增益放大器、抗混淆滤波器、低通滤波器、高通滤波器、压缩A/D转换器。抗混淆滤波器对采样频率提供30dB以上的衰减从而避免了任何片外滤波器的加入。低通滤波器是5阶的、时钟频率为128MHZ。高通滤波器是3阶的、时钟频率为32KHZ。高通滤波器的输出信号送给阶梯波产生器(采样频率为8KHZ)。阶梯波产生器、逐次逼近寄存器（S· A· R）、比较器以及符号比特提取单元等4个部分共同组成一个压缩式A/D转换器。S· A· R输出的并行码经并/串转换后成PCM信号。参考信号源提供各种精确的基准电压，允许编码输入电压最大幅度为5VP-P。
发帧同步信号FSX为采样信号。每个采样脉冲都使编码器进行两项工作：在8比特位同步信号BCLKX的作用下，将采样值进行8位编码并存入逐次逼近寄存器；将前一采样值的编码结果通过输出端DX输出。在8比特位同步信号以后，DX端处于高阻状态。 接收部分：
包括扩张D/A转换器和低通滤波器。低通滤波器符合AT&T D3/D4标准和CCITT建议。D/A转换器由串/并变换、D/A寄存器组成、D/A阶梯波形成等部分构成。在收帧同步脉冲FSR上升沿及其之后的8个位同步脉冲BCLKR作用下，8比特PCM数据进入接收数据寄存器(即D/A寄存器)，D/A阶梯波单元对8比特PCM数据进行D/A变换并保持变换后的信号形成阶梯波信号。此信号被送到时钟频率为128KHZ的开关电容低通滤波器，此低通滤波器对阶梯波进行平滑滤波并对孔径失真(sinx)/x进行补偿。
在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器的性能。
动态范围的定义是译码器输出信噪比大于25dB时允许编码器输入信号幅度的变化范围。PCM编译码器的动态范围应大于图6-6所示的CCITT建议框架（样板值）。
当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度过大时量化信噪比急剧下降。TP3057编译码系统不过载输入信号的最大幅度为5VP-P。
由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的量化信噪比，TP3057采用A律13折线对信号进行压扩。当信号处于某一段落时，量化噪声不变(因在此段落内对信号进行均匀量化)，因此在同一段落内量化信噪比随信号幅度减小而下降。13折线压扩特性曲线将正负信号各分为8段，第1段信号最小，第8段信号最大。当信号处于第一、二段时，量
发送部分PCM码流三态门输出端。
发送部分帧同步信号输入端，此信号为8KHZ脉冲序列。 漏极开路输出端，在编码时隙输出低电平。 发送部分增益调整信号输入端。 发送部分放大器反向输入端。 发送部分放大器正向输入端。
TP3057由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。
化噪声不随信号幅度变化，因此当信号太小时，量化信噪比会小于25dB，这就是动态范围的下限。TP3057编译码系统动态范围内的输入信号最小幅度约为0.025Vp-p。 常用1KHZ的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范围。
语音信号的抽样信号频率为8KHZ，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4KHZ的低通滤波器处理后再进行A/D处理。语音信号的最低频率一般为300HZ。TP3057编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个滤波器的频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。这就是PCM编译码系统频率特性的含义。
-50
-40 -30 -20 -10
图6-6 PCM编译码系统动态范围样板值
5.实验步骤
1.熟悉PCM编译码模块。
实验接线：
1) 非集群实验接线方法：
左模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的A_IN
右模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的B_IN PCM编译码单元A_TXD——PCM编译码单元B_RXD
PCM编译码单元A_RXD——PCM编译码单元B_TXD 左模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的A_IN
右模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的B_IN PCM编译码单元A_TXD——PCM编译码单元TXD_A
PCM编译码单元A_RXD——PCM编译码单元RXD_A PCM编译码单元B_RXD——PCM编译码单元RXD_B
PCM编译码单元B_TXD——PCM编译码单元TXD_B PCM编译码单元PCM_OUT——PCM编译码单元PCM_IN
2.用示波器观察A_IN、B_IN，调节模块中的两个电位器，使正弦信号A_IN、B_IN的频率范围在8KHZ以下。两个不同频率的正弦波见图6-7
2) 集群通信实验接线方法
3.用示波器观察PCM编码输出信号。
用示波器CH1接PCM_FS，（示波器扫描周期不超过FS的周期，以便观察到一个完整的帧信号）CH2接PCM_OUT，观察编码后的数据所处时隙位置与时隙同步信号的关系以及PCM信号的帧结构（注意：本实验的帧结构中有29个时隙是空时隙，FS的脉冲宽度等于一个时隙宽度）。 FS与PCM_OUT点的波形比较参见图6-8。
4.用示波器观察PCM译码输出信号
示波器的
CH1接STA，CH2接SRA，观察这两个信号波形是否相同(有相位差)。参见图6-9经PCM传输前后的正弦波比较
5. 用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围。
将低失真低频信号发生器输出的1KHZ正弦信号从STA输入到TP3057(U4)编码器。示波器的CH1接A_IN（编码输入），CH2接B_OUT（译码输出）。将信号幅度分别调至大于5VP-P、等于5VP-P，观察过载和满载时的译码输出波形。再将信号幅度分别衰减10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，观察译码输出波形(当衰减45dB以上时，译码输出信号波形上叠加有较明显的噪声)。
6. 定量测试PCM编译码器的动态范围和频率特性。
图6-10为动态范围测试方框图。音频信号发生器(最好用低失真低频信号发生器)输出1KHZ正弦信号，将幅度调为5Vp-p（设为0dB），测试S/N，再将信号幅度分别降低10dB、20dB、30dB、45dB、50dB，测试各种信号幅度下的S/N，将测试数据填入表4-1。
图6-10 动态范围测量框图
表4-1
频率特性测试框图如图6-11所示。将输入信号电压调至2Vp-p左右，改变信号频率，测量译码输出信号幅度，将测试结果填入表4-2。
图6-11 频率特性测试框图
表4-2
7. 两人通话实验
本模块提供了两个人通话的信道。由左右两个电话机接口模块和电话机组成，将左电话机接口模块的TX和RX分别接PCM模块的A_IN和A_OUT；将右电话机接口模块的TX和RX分别接PCM模块的B_IN和B_OUT，分别对两路电话信号进行PCM编码译码。参考电路见图6-12。
6.实验结果
1. 整理实验记录，画出量化信噪比与编码器输入信号幅度之间的关系曲线以及译码输
出信号幅度与编码输入信号频率之间的关系曲线。
2. 设PCM通信系统传输两路话音，每帧三个时隙，每路话音各占一个时隙，另一个时隙为帧同步时隙，使用TP3057编译码器。求：
(1) 编码器的抽样信号频率及时钟信号频率，以及两个抽样信号之间的相位关系。 答： 抽样信号频率为8KHz ，时钟信号频率为192KHz ；
(2) 时分复用信号码速率、帧结构。
(3) 采用PCM基带传输，线路码为HDB3码，设计此通信系统的详细方框图以及PCM编译码电路。
(4) 采用PCM/2DPSK频带传输，设计此通信系统的详细方框图。
图6-13 编码部分电路原理图
图6-12 两人通话电路图
7．质疑、建议、问题讨论
用示波器观察PCM编码输出信号。 分析如下：
SL0是PCM基群的时隙同步信号，信号A,B信号插入到相应的时隙，编码输出的位置仍在相应的时隙。编码输出总会延迟与输入。其中第2个时隙是A信号，2,5,7时隙都是B信号。每一路信号能单独测试，最终复接正确输出。 3.用示波器观察PCM译码输出信号示波器的CH1接STA，CH2接SRA,观察这两个信号波形是否相同（相位差）。 示波器的CH1接STB，CH2接SRB,观察这两个信号波形是否相同（相位差）。 分析如下：
译码输出比输入有细小的相位差，即在时间上滞后。
福建农林大学金山学院信息工程类实验报告
实验三 P-I特性曲线绘制实验
1．实验目的
1）学习半导体激光器发光原理。
2）了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系。 3)掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法。
2．实验内容
测量半导体激光器功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统，光功率计，万用表。
4．基本原理
1、半导体激光器的功率特性及伏安特性
半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图7-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith表示。在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，如图7-2所示，但由于双异质结包含两个pn结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1．2V。
图7-1 激光器的功率特性 图7-2 激光器的伏安特性
阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。设受激发射所产生的光介质的平均增益系 数(单位长度上的增益)为g，光介质的平均损耗系数为a，则光谐振腔产生和维持光振荡的条件为光子在光谐振腔中来回反射一次所产生的光能增益大于或等于光能的损耗，用公式表
示为
(7-1)
式中上为光谐振腔的长度，r1，r2分别为光谐振腔两端镜面的反射系数(O
从式(4—7)解得门限状态下的增益系数为g
th
（7-2）
Ith为门限状态下注入有源区的电流密度。为平均增益因子，其值取决于激光器的材料与结构。从电流密度Ith按下式可决定门限电流Ith
式中b为有源区宽度，ξ>1为电流侧向扩展因子。采用BH，DC—PBH和RWG激光器结构，可使ξ接近于1，故能获得小的门限电流。激光器功率特性的线性程度对模拟光纤传输系统的非线性失真指标影响很大。
半导体激光二极管(LD)或简称半导体激光器与发光二极管LED不同，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW)辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为30—50°，水平发散角为0～30°)，与单模光纤的耦合效率高(约30％～50％)，辐射光谱线窄(A入=0．1—1,0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速(>20GHz)直接调制，非常适合于作高速K距离光纤通信系统的光源。
对于线性度良好的半导体激光器，输出功率可以表示为
（7-3）
其中
（7-4）
这里的量子效率ηin(，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint近于1。
（7-3）式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率
dPhe
D（7-5） dI2q
P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带米麻烦：斜率太大，则会山现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出光，当电流大于Ith时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系．
在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在电路中的R516上电压值。由于R516=1Q，电路中的驱动电流在数值上等于R516两端电压。
图2-1LD半导体激光器P-I曲线示意图
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）
（1）电路部分操作： 1）关闭系统电源，用实验导线连接模拟信号源的正弦波输出端口和1310nm光发送模块的模拟信号输入端口。 2）将光发送模块中的激光器注入电流可调电阻R277逆时针旋转到头（即箭头最小端），将输入模拟信号衰减调节电阻R258逆时针旋转到头（即箭头最小端），使模拟驱动电流达到最小值及输入信号达到最小值。
3）将单刀双掷开关S200拨向模拟传输方向（右边），短接跳线J200，使光发模块传输模拟信号。
（2）光路部分操作：
1）将跳线帽（J200）拨出，使其处于断开状态，在测量挂片（NS201、NS200）上串接上一电流表。
2）在1310nm TX端 用光跳线连接到光功率计，同时打开光功率计电源开关。（注意操作要小心）
（3）打开交流电源开关。
（4）调节电位器R258到适当位置，送入稳定的模拟信号，以便激光器发送信号。
（5） 慢慢调节电位器R277使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值。并
（6）完实验后关掉各交流电开关。
（7）拆下光跳线及光功率计，拆到实验导线，将实验箱还原。 （8）将各仪器摆放整齐。
6.实验结果
（1）分别画出1310nm激光器和1550激光器的P-I曲线，并比较其异同处。
（2）整理所有实验数据，参考图7-1画出P-I曲线。
7．质疑、建议、问题讨论
1.试说明半导体激光器发光工作原理。 半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个
和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射。 2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？
随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。 3.分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统传输性能的影响。 当注入电流较小时，激活区不能实现粒子束反转，自发发射占主导地位。，激光器发射普通的荧光。随着注入电流的增加，激活器里实现了粒子束反转，受激辐射占主导地位。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的损耗时，不能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光。只有当注入电流大于阈值电流时，才能产生功率很强的激光。
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实验四 数字信号电—光、光—电转换传输实验
1．实验目的
1）了解数字光纤通信的通信原理 2）掌握各种数字信号的传输机理
3）初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构
2．实验内容
1）用示波器观察各种传输信号的波形
2）使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验，有：NRZ、CMI、PCM编码。
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
本实验主要完成各种数据速率的光纤传输，其原理如图所示，本次实验所用到的数字信号主要有：NRZ、FS、BS、CMI码。各信号的详细介绍及各部分电路原理图请参看前面的实验讲解。
数字信号光纤传输框图
CMI码光纤传输示意图
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）
1）关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。
2）将固定速率数字信号源模块的D1或D2、D3、FS、BS连接到光发送模块的数字信号
输入端口（P202）。
3）把开关S200拨到数字传输端。
4）打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。
5）通过电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。
6）对于CMI的接线为：关闭系统电源，选数字信号模块的D1、D2、D3、FS、BS任意一个，连接到CPLD模块的DIN1（DIN2），进行CMI码的编码。将光收模块的输出（P201）用导线连接到CMI译码输入（CMI IN1）进行译码，还原成原始信号。 7）将CMIOUT1的输出端连接到光发送模块的数字信号输入端口。
8）打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。 9）通过电位器R257来调节判决直流电平得到最佳传输的数字信号。 10）用示波器观测编码前后的两波形。
6.实验结果
（1）观察数字信号被CMI编码后的波形与原始波形的关系。
答：通过观察被CMI编码后的波形与原始波形，可以得出原码的0经CMI编码后为01，而原码的1经CMI编码后为00与11交替出现。
（2）熟悉光纤数字信号传输的编码原则和传输效果的关系。 答：CMI(Code Mark Inverse)传号反转码是一种二电平传号交替反转码，它的变换规则如下所示。CMI编码将电脉冲码型变换成适合光纤传输的单极性不归零码。变换后码速提高了一倍，把信号从1位变成了2位，这种编码的特点是有一定的纠错能力。 从输出的波形看， CMI编译码后再经过光纤传导， 出现了信号幅值的衰竭和时间上的延迟。
7．质疑、建议、问题讨论
光纤通信系统的基本组成结构是什么？
（1）光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。
（2）光收信机
光收信机是实现光/电转换的光端机。 它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。 （3）光纤或光缆
光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。 （4）中继器
中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。 （5）光纤连接器、耦合器等无源器件
由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。
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实验五 模拟信号电—光、光—电传输实验
1．实验目的
1）了解模拟信号光纤系统的通信原理
2）了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构
3）掌握各种模拟信号的传输机理
2．实验内容
1）通过不同频率的正弦信号、方波信号、三角波进行光传输实验
2）正弦信号通过PCM编码后进行光传输实验
3．实验仪器
示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。
4．基本原理
本实验用示波器观察光发送模块和光接受模块的的模拟信号波信，并通过调节模拟信号源模块的频率进行对比、比较，以了解和熟悉光纤传输模拟信号系统的组成。其实验框图如下：
模拟信号光纤传输方式一
模拟信号光纤传输方式二
模拟信号的传输，可以有多种方式，一种是直接用模拟信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把模拟信号数字化后，进行调制，然后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过解调，把模拟信号还原。现在使用最多的一种方式是PCM编译码方式，对于PCM编译码的详细资料请参考实验六-----PCM编译码实验。
5.实验步骤
（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其
相同）
1）关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。
2）将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203）。
3）把开关S200拨到模拟传输端，短接跳线J200。
4）打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。
5）通过电位器R257（调节直流分量电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的模拟信号。
6）对于PCM的接线为：关闭系统电源，将开关S200拨到数字传输端。
集群通信实验接线方法
左模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的A_IN
右模拟信号源的输出-正弦波 ——PCM编译码单元的B_IN
PCM编译码单元A_TXD——PCM编译码单元TXD_A
PCM编译码单元A_RXD——PCM编译码单元RXD_A PCM编译码单元B_RXD——PCM编译码单元RXD_B
PCM编译码单元PCM_IN——光接收数字信号输出端（P201/IC202）
7）打开系统电源，用示波器在光接收模块的数字信号输出端口观察输出信号与光发送的数字信号输入端信号。
8）通过电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。
9）用示波器观测PCM编码前译码后的波形，比较波形，是否有信号失真。 PCM编译码单元B_TXD——PCM编译码单元TXD_B PCM编译码单元PCM_OUT——光发送数字信号输入端（P202）
6.实验结果
（1）记录并画出实验所用及所得到的波形，并进行比较。
答：PCM编码后波形为脉冲，输入所得脉冲比输出信号所得脉冲幅度大，PCM编码前和译码后波形相同。
（2）比较模拟信号两种传输方式，分析哪种传输方法的传输效果更好。
答：PCM被广泛用于电话通信中的语音传递和利用无线电传输的遥测系统中。它把模拟信号变为一系列在时间和幅度上都离散化的数字信号，然后再进一步把已离散的信号以一定的编码方法将其变为二进制代码。其编码过程分为抽样、量化、压缩、编码几个步骤。PCM保真度高，解码速度快。
7．质疑、建议、问题讨论
什么是模拟信号传输？
模拟信号就是通过电路直接把声波\图像等直接形成电流等波形的信号,而相对于言数字信号就是把模拟信号再进行数据化,也就是全部转化成0,1,等二进制的数字信号,再进行传送.