光纤通信课程设计报告书.docx

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1、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导教师2015年12月12日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学 号指导老师审 批任务书下达日期2015年11月26日任务完成日期 2015年12月11日1、实验目的错误!未定义书签。2、实验容错误!未定义书签。3、实验仪器与设备错误!未定义书签。4、实验原理14.1、多路数据+多路光纤综合传输系统总体框图14.1.1 Pcm编码模块34.1.2光波分复用模块34.1.3变速率时分复用模块34.1.4 HDB3编码模块44.2、多路数据+多计算机+单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系

2、统54.2.1固定速率时分复用模块64.2.2视频信号源模块64.3多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统74.3.1位时钟提取模块94.3.2解固定速率时分复用模块95、所实现的系统功能描述、相关数据测试结果等实验报表以及实验数据分析115.1多路数据+多路光纤综合传输系统115.1.1接线步骤115.1.2测试结果125.2多路数据+多计算机+单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统155.2.1接线步骤155.2.2实验结果165.3多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统185.3.1接线步骤185.3.2测试结果196、心得体会197、评分表201、实验目的掌握变速

3、率时分复用的原理、实现方法。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的灵活搭配使用。实现数字和语音同时通信2、实验容多路数据+多路光纤综合传输系统的实现多路数据+多计算机+单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实验多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现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。4.2 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（或用代替）。4、实验原理4.1多路数据+多路光纤综

4、合传输系统多路数据+多路光纤综合传输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、波分复用等几个子系统。图1多路数据+多路光纤综合传输系统框图4.1.1 Pcm编码模块PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时 间连续幅度的抽样信号；量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散幅度的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。脉码调制的过程如下图所示:模拟信源模拟终端4.1.2光波分复用模块光波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带有各种类型的信息），在发送 端经复用器（也叫合波器，multiplexer）把这些光载波信号

5、汇合在一起，并耦合到光线路 中同一根光纤中进行传输；在接收端经分波器（也叫解复用器，demultiplexer）将各种波 长的光载波进行分离，然后由光接收机做相应的处理恢复原信号。这种复用方式称作波分复 用。可以单向传输，也可以双向传输。如下图所示：1310+101310+1550波分复用器波分解复用器1310光收端机1550光收端机4.1.3变速率时分复用模块各组成模块的功能说明如下：码速调整：将输入信号用128kbit/s的时钟进行CMI编码。使输入信号具有同码速。输出信号的速率为256kbit/s。复接器：将4个支路已经同步的信码流和四位巴克码复接成一个高速率的信号。输出信号 的速率为2

6、048kbit/s。时钟源：为整个复接电路提供稳定的时钟信号。四路数据输入4.1.4 HDB3编码模块1）、二进制序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，但当出现四个连“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）、取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V, 000V取代节的安排 要满足以下两个要求：各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传极性交替出现，不引入直流成份）。V码要与前一个传的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传，哪个是V码和B码， 以恢

7、复成原二进制码序列）。当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进制码序列中的4个“0”（用000V+ 或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V （B+00V+或B-00V-，实质上是 将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。3）、HDB3码序列中的传（包括“ 1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。下面我们举个例子来具体说明一下，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 1HDB3码序列：V+ -1 0 0 0 V- +1 0 - 1 B+ 0

8、0 V 0 - 1 +1 - 1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 - 14.2多路数据+多计算机+单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统多路数据+多计算机+单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统拟实现模拟图 像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。计算计算计算机三机二机一图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输系统框图在实际应用中，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。数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单 一的合路数字信号。复接器是由FPGA实现的，其框图为：4.2.

9、1固定速率时分复用模块时定时入四:路*输*调复复用输出、整接其中，在固定速率时分复用时，先要对四路输入信号进行时隙的调整，调整前后波形如下图所示:最后，将四路数据相与就得到复接信号了。四路数据输出的帧结构是：*帧同步马数据一,数据三数据三 二0 1110010 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX其中，帧同步码可以是数字信号源四路输出中的任意一路。改变帧同步码的位置，数字 信号源终端的显示位置也将改变。4.2.2视频信号源模块视频信号的带宽为06Mhz相对于语音信号的03Khz来说宽了许多，因此光发射机和 光接收机的要求更加严格。在实验中应该认真仔细的调整才能得到满意的图像传输效果

10、。光纤图像传输框图4.3多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输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计 计计 计HDB3编码电1 ALk缅十计算计算中计算计算计计图3多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统框图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。它根据输入信号与本地估算时钟之间的 相位误差对本地估算时钟的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位的目的。DPLL通常有三个组成

11、模块：数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波 器(DLF)、数控振荡器(DCO)。根据各个模块组态的不同，DPLL可以被划分出许多不同 的类型。根据设计的要求，本实验系统采用超前滞后型数字锁相环(LLDPLL)作为解决方 案，图1是其实现结构。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。这样设计出来的DPLL具有结构简洁明快，参数调节方便，工作稳定可靠的优点。DPLL实现框图如下:时钟输出，数字锁相环框图4.3.2解固定速率时分复用模块解固定速率时分复用部分包括分解器、数字锁相环和帧同步码提取三个部分，其框图如下：信号输入解固定速率时分复用框图因为一路

12、数字信号源用做帧同步码，因此，只显示了三路数据。下面介绍一下帧同步码:目前已经找到的最常用的群同步码字，就是“巴克码”。巴克码是一种具有特殊规律的二 进制码字。它的特殊规律是：若一个n位的巴克码，每个码元只可能取值+1或-1，则它必 然满足条件(25-1 )式(25-1)中，R (j)称为局部自相关函数。从巴克码计算的局部自相关函数可以看到， 它满足作为群同步码字的第一条特性，也就是说巴克码的局部自相关函数具有尖锐单峰特 性，从后面的分析同样可以看出，它的识别器结构非常简单。目前人们已找到了多个巴克码 字，具体情况如下表所示。表中+表示+1，-示-1。位数n巴克码字2+ +； -+3+ +-4

13、+ + +-； + +-+5+ + +-+7+ + +-11+ + +-13+ + + + + +-+-+巴克码码字表以n = 7的巴克码为例，它的局部自相关函数计算结果如下当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)的值为 j=0R(j)=7j=1, 3, 5, 7, R(j)=0j=2, 4, 6R(j)=-1根据上式计算出来的这些值，可以作出7位巴克码关于R (j)与j的关系曲线，如下图 所示。可以看出，自相关函数在j=0时具有尖锐的单峰特性。局部自相关函数具有尖锐的 单峰特

14、性正是连贯式插入群同步码字的主要要求之一。帧同步码识别后的波形如图所示:巴克妈巴克吗(a) r I 1 U I 1 I 叫 口 I U。I 信息玛 r I 1 I 1 I 叫 口 I 1 I k_帧3也 ntl分解器主要由移位寄存器构成，框图如下：FS5测试结果及分析5.1多路数据+多路光纤综合传输系统用示波器在1310nm光发模块的数字信号输入端口 TP103的信号和1310nm光收模块的 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。甲乙两路同时摘起，按其中一路的数字键，在另一部的听 筒听是否有拨号音

15、。5.1.1接线步骤甲连线方式甲（模拟语音信号输出）P514P500PCM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）P644P505PCM编译码模块一（PCM译码位时钟）PCM编码复用解复用模块（提取的帧同步信号）P637P504PCM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）P503P643PCM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）P638P506PCM编译码模块一（PCM译码输入）PCM编译码模块一（PCM译码输出）P501P515甲（模拟语音信号输入）乙连线方式乙（模拟语音信

16、号输出）P516P512PCM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）P644P510PCM编译码模块二（PCM译码位时钟）PCM编码复用解复用模块（提取的帧同步信号）P637P511PCM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）P507P642PCM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）P639P509PCM编译码模块二（PCM译码输入）PCM编译码模块二（PCM译码输出）P513P517甲（模拟语音信号输入）光端连线方式PCM编码复用解复用模块（PCM编码复用输出端）P6

17、41P1001310nm光发模块（数字光发数据输入）1310nm光收模块（数字信号输出端）P106P640PCM编码复用解复用模块 （PCM编码解复用数据输入 端）表一实验一接线步骤5.1.2测试结果两台机可以进行通话，测试结果如下图所示:图5光端HDB3译码图6光端HDB3编码信号输出图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输系统用串口线连接计算机上的串口和实验系统中计算机接口模块一的J402，在计算机上运 行软件“串口调试助手v2.2”，将波特率设置为600,其他保持默认设置。调节光接收端电 位器rp106、rp107、r

18、p108，使计算机能正常接收到发送的数据。5.2.1接线步骤数字信号源模块 （数字信号源一）P300P741T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）P301P740T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）P302P739T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）P303P738T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）P742P603T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）P720P602T电端FPGA（变速率时分复用输入信号二）

19、电端FPGA（变速率时分复用复用信号输P614P618T电端FPGA（HDB3编码信号输入）出）电端FPGA（HDB3编码信号输出一）P617P800T2M 接口一（电平变换信号输入一）电端FPGA（HDB3编码信号输出二）P616P802T2M 接口一（电平变换信号输入二）2M 接口一（电平变换信号输出）P801P803T2M 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）P805P622T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）P804P621T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）P805P624T电

20、端FPGA（数字锁相环信号输入）电端FPGA（HDB3译码信号输出）P620P626T电端FPGA（帧同步提取信号输入）电端FPGA（HDB3译码信号输出）P620P632T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）P636P745T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-P744T数字信号终端 （数字锁相环信号输入）表二实验二接线步骤5.2.2实验结果图10串口实物连接图图11实验二测试结果（1）图12实验二测试结果（2）在调节那三个旋钮的时候，rp108主要是控制是否会接收，只有把rp10

21、8调节好后才能 去调节rp107以达到能正确的接收到个数，然后再调节rp106。以达到能正确接收到对方计 算机发来的信息。5.3多路计算机+双路图像/语音全双工光纤综合传输系统用示波器观测1310nm模拟信号输出端口 P105。通过调节光收端电位器RP106、RP108 及1310nm光发模块模拟部分电位器RP104得到最佳传输的模拟信号。拆除P410-P104之间 的连接线，用视频连接线连接摄像头和1310nm光发端模拟信号输入口 P104。再用视频连接 线连接1310nm模拟输出和监视器。调节1310nm光收模块的电位器RP106、RP108使电视机 的图像效果达到最好。5.3.接线步骤数

22、字信号源模块 （数字信号源一）P300P741T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）P301P740T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）P302P739T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）P303P738T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）P742P603T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）P720P602T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）P614P618

23、T电端FPGA（HDB3编码信号输入）电端FPGA（HDB3编码信号输出一）P617P800T2M 接口一（电平变换信号输入一）电端FPGA（HDB3编码信号输出二）P616P802T2M 接口一（电平变换信号输入二）2M 接口一（电平变换信号输出）P801P803T2M 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）P805P622T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）P804P621T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）P805P624T电端FPGA（数字锁相环信号输入）电端FPGA（HDB3译码

24、信号输出）P620P626T电端FPGA（帧同步提取信号输入）电端FPGA（HDB3译码信号输出）P620P632T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）P636P745T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P636-P744T数字信号终端 （数字锁相环信号输入）输出一）表三实验三接线步骤5.3.2测试结果图13实验三测试结果摄像头的摄取的视频可以在电视机上显示。在调节RP106、RP108这两个旋钮时，首先 要调节RP108，以得到比较稳定的图像，再调节RP106使图像显示的比较清楚，有时候也要 去

25、调节电视机后面的旋钮使屏幕不会出现闪。6心得体会为期几天的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的认 识。本次课设所用到的工具是光纤实验箱和示波器，只有实际操作了才能搞懂其原理，实践 出真知。其实一次课程设计不仅是对知识的升华，也是对个人素质的一种培养。从大一到大 四，我们做了很多的课程设计，使我们的团队合作意识得到了加强，而且所作的设计也更具 有可操作性，更能提升我们的动手操作能力，更重要的是同学间的感情的到了升华。所我觉得本次课设最大的收获是同学间的合作能力得提高。由于同学们对实验箱的构造 不是很熟悉，所以廖智老师基本每天都来辅导大家做课设，非常感。本次课程设计就要结束 了，期待下次课设的收获。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的合理性与创造性设计与调试结果设计说明书的质量答辩述与回答问题情况课程设计周表现情况综合成绩教师签名：日 期：