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　　光纖通信實驗箱_信息與通信_工程科技_專業(yè)資料。RZ8644 型光纖通信實驗系統(tǒng)中部分實驗的探究 徐連敬 （哈爾濱工業(yè)大學 理學院，山東 威海） 摘要 RZ8644 型光纖通信實驗系統(tǒng)結合了當今光纖通信的發(fā)展方向和實際的工程應用狀況。我們 主要應用

　　RZ8644 型光纖通信實驗系統(tǒng)中部分實驗的探究 徐連敬 （哈爾濱工業(yè)大學 理學院，山東 威海） 摘要 RZ8644 型光纖通信實驗系統(tǒng)結合了當今光纖通信的發(fā)展方向和實際的工程應用狀況。我們 主要應用此實驗系統(tǒng)在數(shù)字光發(fā)端機的平均光功率測量、波分復用器的性能指標測量、AMI 編碼原理實驗、5B6B 編碼原理及光傳輸實驗和模擬電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗等五個方面進行 研究，并對結果進行討論。 關鍵詞 光纖通信實驗箱 平均光功率 波分復用器 AMI 編碼 5B6B 編碼 模擬電線.引言 【 】 我國信息容量的 90％以上是通過光纜線路傳送的， 光纖通信是我國信息傳送的主要手段。1 RZ8644 型 光纖通信綜合實驗箱有很強的信道編碼實驗，CMI、5B1C、5B6B、加擾解擾等線 路編碼功能，增強了復接解復接功能、信令功能、系統(tǒng)性實驗功能，在信令的支持下能完成 平臺間的電話呼叫接續(xù)系統(tǒng)實驗。增加了液晶鍵盤控制，取代原有的接插件，光輸入、輸出 接口均設計朝外，方便連接其它光器件。留有硬件擴展接口，可選配 LED 或 LD 性能測試模 塊，具有無光告警、自動功率控制 APC 等功能。實驗平臺布局美觀、結構緊湊、并附有機 玻璃保護。 這個實驗系統(tǒng)采用功能模塊化設計，各模塊對外開放，分為電端機模塊、光通信模塊、管理 控制模塊、電源供給模塊等四大功能模塊，每個功能模塊又是由許多子模塊組成。實驗箱系 統(tǒng)結構框圖如圖 1.1，與其配置的儀器為 20M 通用雙蹤示波器、單模尾纖和多種接口標準的 光跳線 數(shù)字光發(fā)端機的平均光功率測量 平均光功率是指給光發(fā)端機的數(shù)字驅動電路送入一偽隨機碼二進制序列為測試信號， 用光功 率計直接測試光發(fā)端機的光功率， 此數(shù)值即為數(shù)字發(fā)送單元的平均光功率。 平均光功率是在 額定電流下測得的，否則結果有偏差。實驗測量結構示意圖如下圖 2.1.1 所示： 圖 2.1.1 平均光功率測試結構示意圖 先選擇“碼型變換實驗—CMI 碼”設置，在 P101 鉚孔輸出 32KHz 的 SW101 撥碼器設置的 8 比特周期性序列 10001000，將撥碼器設置序列電信號送入 1550nm 光發(fā)端機，并轉換成光信 號從 TX1550 法蘭接口輸出。調節(jié) W205 使送入光發(fā)端機信號（TX1550）幅度，信號電平 值為 2V。 調節(jié)光功率計工作波長 1550nm， 單位 dBm， 可讀取此序列的碼型為 ， 時間為 30μs，平均光功率-5.39dBm。然后選擇“CMI 碼 PN”，在 P101 鉚孔輸出 32KHZ 的 15 位 m 序列，其相應數(shù)據(jù)變?yōu)樾盘栯娖街禐?1.5V，碼型為 011，時間為 31 μs，平均光功率為-5.3 dBm。可見數(shù)字光發(fā)射端機的平均光功率與輸入電信號的電平值 有關，也與碼型選擇有關。 2.2 波分復用器的性能指標測量 波分復用是指一條光纖中同時傳輸具有不同波長的幾個光載波， 而每個光載波又各自載荷一 群數(shù)字信號，圖 2.2.1 給出的是波分復用通信的原理圖，具有不同波長、各自載有信息信號 的若干個載波經(jīng)由通道 CH1、CH2、……CHn 等進入合波器，被耦合到同一條光纖中去，再經(jīng) 過此條光纖長距離傳輸，到終端進入分波器，由其按波長將各載波分離，分別進入各自通道 CH1、CH2、……CHn，并分別解調，從而使各自載荷的信息重現(xiàn)，如一個通道傳輸?shù)男畔⒘繛?B，單向復用傳輸?shù)膭t為 NB。 圖 2.2.1 波分復用通信的原理圖 1550nm 兩個工作波長光源， 則其原理圖如 2.2.2。 a 點 1310nm 這個實驗系統(tǒng)提供了 1310nm、 光波與 b 點 1550nm 光波經(jīng)合波器復用到達 c 點，即 1310nm+1550nm 光波；c 點復用光波經(jīng) 分波器后，又分為 d 點 1310nm 光波和 e 點 1550nm 光波。理想情況下，d 點應是與 a 點完全 一樣的 1310nm 光波，e 點應是與 b 點完全一樣的 1550nm 光波。由于插入損耗等性能指標并 不十分理想，d 點和 e 點輸出的光波的功率與輸入的 a 點，b 點的參數(shù)會有差異。下面將對 插入損耗和隔離度等指標進行測量。 圖 2.2.2 波分復用器常用連接示意圖 （一）測量 1310nm 的插入損耗和波長隔離度 如圖 2.2.2 中所示，首先測出 1310nm 光源的輸出光功率，記為 Pa。緊接著將波分復用器 的 c 點接 1310nm 光源 a 點，用光功率計測出波分復用器的輸出 d、e 兩點功率，分別記為 Pd 、Pe。代入下面公式得出對應的插入損耗和隔離度。填入表格 2.2 插入損耗： Li ? 10 Lg Pa （dB） Pd Pa （dB） Pe （式 3.4.1） 隔離度： Lg ? 10Lg （式 3.4.2） （二）測量 1550nm 的插入損耗和波長隔離度 如圖 2.2.2 中所示，首先測出 1550nm 光源的輸出光功率，記為 Pb。緊接著將波分復用 器的 c 點接 1550nm 光源 b 點，用光功率計測出波分復用器的輸出 e、d 兩點功率，分別 記為 Pe 、Pd。代入下面公式得出對應的插入損耗和隔離度。填入表格 2.2。 插入損耗： Li ? 10 Lg Pb （dB） Pe Pb （dB） Pd 插入損耗 （dB） 0.107 -0.231 （式 3.4.3） 隔離度： 表（2.2） 波 功 長 率 輸入功率（mW） Pa：-10.68 Pb:-5.5： Lg ? 10 Lg （式 3.4.4） 輸出功率（mW） Pd:-10.42 Pe：-5.8 Pe:-31.85 Pd：-22.7 隔離度（dB） -4.745 -6.157 1310nm 1550nm 通過表格分析可見光纖耦合器的插入損耗性能還可以，但隔離度不好。 2.3 AMI 編碼原理實驗 AMI 碼的全稱是傳號交替反轉碼。這是一種將消息代碼 0（空號）和 1（傳號）按如下規(guī)則 進行編碼的碼： 代碼的 0 仍變換為傳輸碼的 0， 而把代碼中的 1 交替地變換為傳輸碼的＋1、 －1、＋1、－1… 由于 AMI 碼的信號交替反轉， 故由它決定的基帶信號將出現(xiàn)正負脈沖交替， 而 0 電位保持不 變的規(guī)律。由此看出，這種基帶信號無直流成分，且只有很小的低頻成分，因而它特別適宜 在不允許這些成分通過的信道中傳輸。 在實驗系統(tǒng)液晶菜單選擇 “碼型變換實驗-- AMI 碼設置” ， 在 P101 鉚孔輸出 32KHZ 的 SW101 撥碼器設置的 8 比特周期性序列: (1)全“1” ，P101 輸出波形如 a，同時觀測 TP103 對應的 AMI 編碼 b;(圖 2.3.1) (2)全“0” ，P101 輸出波形如 a，同時觀測 TP103 對應的 AMI 編碼 b。 （圖 2.3.2） a P101 圖 2.3.1 全“1” b TP103 a P101 b TP103 圖 2.3.2 全“0” 液晶菜單選擇“碼型變換實驗-- AMI 碼 PN” 確認，即在 P101 鉚孔輸出 32KHZ 的 15 位 m 序列 ，其波形如圖 2.3.3a，對應 AMI 編碼規(guī)則其波形為 2.3.3b a P101 b TP103 圖 2.3.3 15 位 m 序列 從 AMI 碼的編碼規(guī)則看出， 它已從一個二進制符號序列變成了一個三進制符號序列， 而且也 是一個二進制符號變換成一個三進制符號。 把一個二進制符號變換成一個三進制符號所構成 的碼稱為 1B／1T 碼型。 AMI 碼除有上述特點外，還有編譯碼電路簡單及便于觀察誤碼情況等優(yōu)點，它是一種基本的 線路碼，并得到廣泛采用。但是，AMI 碼有一個重要缺點，即當它用來獲取定時信息時，由 于它可能出現(xiàn)長的連 0 串，因而會造成提取定時信號的困難。 2.4 5B6B 編碼原理及光傳輸實驗 本實驗系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機部分、光信道部分。電端機又分為電信號發(fā)射 和電信號接收兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機、光纖、光接收端機三個子部分。在本 實驗中，涉及的電發(fā)射部分有兩個功能模塊： 8 位的自編數(shù)據(jù)功能和 5B6B 線B 碼光纖通信基本組成結構如下圖 2.4.1 所示： 圖 2.4.1 CMI 碼光纖通信基本組成結構 5B6B 線路碼型編碼是將二進制數(shù)據(jù)流每 5bit 劃分為一個字組，然后在相同時間段內(nèi)按一個 確定的規(guī)律編碼為 6bit 碼組代替原來 5bit 碼組輸出。 原 5bit 二進制碼組有 2^5 共 32 種不 同組合，而 6bit 二進制碼組有 2^6 共 64 種不同組合。若將編譯碼組一一對應，則有 32 個 冗余碼組未被利用。可用這些碼組改善編碼性能。一般情況下把 nB 碼字中“1” 、 “0”個數(shù) 懸殊的碼字作為禁字，而把選用的“1” 、 “0”個數(shù)不均字分為兩種模式，并使“1”多的模 式與“0”多的模式交替出現(xiàn)。這樣就消除了線路碼的直流電平浮動。 選擇六位碼組的原則是， 使線路碼型的誤碼擴展及數(shù)字和變差盡可能小， 編碼和譯碼器 以及判決電路簡單且造價低廉，定時信息豐富，功率譜密度中無直流分量。6bit 碼組的 64 種組合中碼組數(shù)字和 d 值（1、0 個數(shù)差）分布情況是： d=0 的碼組有 20 個 d=±2 的碼組有 30 個 d=±4 的碼組有 12 個 d=±6 的碼組有 2 個 根據(jù)這些原則選擇 6bit 碼組的方法為： d=±4，d=±6 的 6bit 碼組舍去（共 14 種） ，作為禁止碼組（或稱“禁字” ）處理。 d=0,d=±2 的六位碼組都可能有取舍，并且取兩種編碼模式： 一種模式是 d=0、+2,稱模式 I； 另一種模式是 d=0、d=-2,稱模式 II。 當用模式 I 編碼時，遇到 d=+2 的碼組后，后面編碼就自動轉換到模式 II，在模式 II 編碼 中遇到 d=-2 的碼組時編碼又自動轉到模式 I。 mB 碼字到 nB 碼字的變換及逆變換是按預定的碼表進行的， 不同的碼表產(chǎn)生不同的線路碼性 能。mBnB 碼中，5B6B 碼被認為是在編碼復雜性和比特冗余度之間合理的折中。它的線路 碼速只比原始碼速增加 20%，而變換、逆變換電路也不復雜。 圖 2.4.2 5B6B 碼變換規(guī)則示例 采用編碼對照表為 5B6B-1 輸入 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 模式Ⅰ 110010 110011 110110 100011 110101 100101 100110 100111 101011 101001 101010 001011 101100 101101 模式Ⅱ 110010 100001 100010 100011 100100 100101 100110 000111 101000 101001 101010 001011 101100 000101 01110 01111 10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 101110 001110 110001 111001 111010 010011 110100 010101 010110 010111 111000 011001 011010 000110 001110 110001 010001 010010 010011 110100 010101 010110 010100 011000 011001 011010 11011 011011 001010 11100 11101 11110 11111 011100 011101 011110 001101 011100 001001 001100 001101 在液晶菜單選擇“碼型變換實驗-5B6B 碼設置”的子菜單，SW101 撥碼器（后 5 位有效）設 置數(shù)據(jù)為全“0” 或全“1” 或其它復雜數(shù)據(jù)，連接 P103、P201 兩鉚孔，即將自編 5B 數(shù)據(jù) 的 6B 編碼序列送往 1310nm 光發(fā)射端機。對照 5B6B 編碼表，觀測 P103 測試點的 5B6B 編碼 信號，符合其規(guī)則。跳線 右側（數(shù)字信號輸出） ，沒有觀測到與 TP201 測試點一 樣或類似的信號波形。輕輕擰下 TX1310 或 RX1310 法蘭接口的光跳線 測試點的示波 器 B 通道沒有信號波形。通過實驗發(fā)現(xiàn)這個實驗系統(tǒng)并不完善。 2.5 數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗 本實驗系統(tǒng)主要由兩大部分組成： 電端機部分、 光信道部分。 電端機由電話用戶接口電路 A、 PCM 編譯碼 A、記發(fā)器電路、PCM 編譯碼 B、電話用戶接口電路 B 等組成，光信道為雙光纖通 信結構。電話語音信號的光纖傳輸，可以有多種方式，一種是原始語音信號，經(jīng)過光纖直接 進行傳輸；另一種方式是先把話音信號數(shù)字化，然后再經(jīng)過光纖傳輸，目前使用多的是 PCM 編譯碼方式。實驗平臺上兩路電線 電話用戶 A、B 結構示意圖 圖 2.5.2 數(shù)字電話光纖通信基本組成結構示意圖 按照圖 2.5.1，2.5.2 將電線-P604，P803-P804） 、1310nm 光發(fā)射端機的 TX1310 法蘭接口、FC-FC 單模 尾纖、 1310nm 光接收端機的 RX1310 法蘭接口連接好； 1550nm 光發(fā)射端機與接收端機用 FC-FC 單模尾纖相連；另外，信號連接線。在液晶菜單選擇“光纖傳輸實驗-PCM 數(shù)據(jù)”的子菜單，確認；電話 A、B 兩路“PCM 編譯碼”正常工作，將語音信號轉化為 64KHZ 的數(shù)字信號輸出。電話 A 摘機，此時摘機信號 DET 通知記發(fā)器做好呼叫通話的一切準，同 時， 記發(fā)器給電話 A 送上撥號音信號， 測試 TP601 點； 電線） ， 號碼信號 （P601） 傳送到 DTMF 接收器進行譯碼，同時在撥個號碼時就通知記發(fā)器停止送撥號音信號；電 話 A 撥號完畢，記發(fā)器單元給電話 A 送回鈴音信號（TP601 等） ，同時給被呼叫方送振鈴信 號；被叫方電話 B 摘機，摘機信號 DET 通知記發(fā)器。復合鹽霧試驗箱此時，電話 A 的回鈴音和電話 B 的振鈴 信號結束。通話正常進行，電話 A 的語音經(jīng) PCM1 編碼，光纖 1310nm 信道傳輸后送至 PCM2 譯碼，復合鹽霧試驗箱恢復的語音信號從電話 B 聽筒播放出來；電話 B 的語音經(jīng) PCM2 編碼，光纖 1550nm 信道傳輸后送至 PCM1 譯碼，恢復的語音信號從電話 A 聽筒播放出來。被叫方電話 B 掛機， 通信結束。掛機信號（DET）通知記發(fā)器單元拆線，電話 B 空閑，同時給呼叫方電話 A 送忙 音信號（P601） ；電話 A 掛機，掛機信號（DET）通知記發(fā)器單元，復合鹽霧試驗箱電話 A 現(xiàn)在空閑；一次完 整數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)過程結束。 電話用戶 A 測試點： P601：電話 A 語音信號發(fā)送連接鉚孔；TP601: 電話 A 接收的語音信號測試點（需撥 通電線 編碼的模擬信號輸入鉚孔 P603：PCM1 編碼數(shù)據(jù)輸出連接鉚孔 P604：PCM1 譯碼數(shù)據(jù)輸入連接鉚孔 電話用戶 B 測試點： TP801:電話 B 的模擬用戶線 編碼數(shù)據(jù)輸出連接鉚孔 P802： PCM1 譯碼數(shù)據(jù)輸入連接鉚孔 P803： PCM2 譯碼恢復的模擬信號輸出連接鉚孔 P804：電話 B 接收的語音信號的連接鉚孔 光信道測試點: TP201：輸入 1310nm 光發(fā)射端機的電信號測試點 TX1550：輸入 1550nm 光發(fā)射端機的電信 號測試點 在這里做一個簡單的概括：開始沒有信號出現(xiàn)，當撥號后有信號，并且經(jīng)過譯碼后信號有變 化。 3.總結 經(jīng)過以上幾個實驗的探究，發(fā)現(xiàn) RZ8644 的功能很多，數(shù)據(jù)接口齊全，留有計算機 RS232 串 口和 USB 接口，可完成異步數(shù)據(jù)的光纖傳輸和數(shù)字圖像光纖傳 輸。留有硬件升級接口，可 選配半導體 LED（850nm）+多模光傳輸模塊。并且平臺上有 CPLD、MS-51 單片機、電話呼 叫系統(tǒng)、液晶鍵盤、計算機串口、USB 接口等資源，滿足二次開發(fā)需求。 參考文獻 [1]毛 謙. 我國光纖通信技術發(fā)展的現(xiàn)狀和前景. 武漢郵電科學研究院. 武漢 430074 A study of some fiber-optic communication in RZ8644 experimental system Xu Lian-jing (Faculty of Science, Harbin Institute of Technology, Weihai, Shandong, China) Abstract: RZ8644 experimental fiber-optic communication system combines optical fiber communication in todays development direction and practical engineering application status. In this paper, we discuss five areas about optical power measurements in digital optical originator machine, measuring performance of WDM, AMI coding principle experiment, 5B6B coding theory and optical transmission experiments and analog telephone fiber-optic transmission system experiment. Key words: optical fiber communication experiment box; average optical power; WDM; AMI coding; 5B6B encoding; analog telephone fiber-optic transmission
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