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　　光纤通信实验箱_信息与通信_工程科技_专业资料。RZ8644 型光纤通信实验系统中部分实验的探究 徐连敬 （哈尔滨工业大学 理学院，山东 威海） 摘要 RZ8644 型光纤通信实验系统结合了当今光纤通信的发展方向和实际的工程应用状况。我们 主要应用

　　RZ8644 型光纤通信实验系统中部分实验的探究 徐连敬 （哈尔滨工业大学 理学院，山东 威海） 摘要 RZ8644 型光纤通信实验系统结合了当今光纤通信的发展方向和实际的工程应用状况。我们 主要应用此实验系统在数字光发端机的平均光功率测量、波分复用器的性能指标测量、AMI 编码原理实验、5B6B 编码原理及光传输实验和模拟电话光纤传输系统实验等五个方面进行 研究，并对结果进行讨论。 关键词 光纤通信实验箱 平均光功率 波分复用器 AMI 编码 5B6B 编码 模拟电线.引言 【 】 我国信息容量的 90％以上是通过光缆线路传送的， 光纤通信是我国信息传送的主要手段。1 RZ8644 型 光纤通信综合实验箱有很强的信道编码实验，CMI、5B1C、5B6B、加扰解扰等线 路编码功能，增强了复接解复接功能、信令功能、系统性实验功能，在信令的支持下能完成 平台间的电话呼叫接续系统实验。增加了液晶键盘控制，取代原有的接插件，光输入、输出 接口均设计朝外，方便连接其它光器件。留有硬件扩展接口，可选配 LED 或 LD 性能测试模 块，具有无光告警、自动功率控制 APC 等功能。实验平台布局美观、结构紧凑、并附有机 玻璃保护。 这个实验系统采用功能模块化设计，各模块对外开放，分为电端机模块、光通信模块、管理 控制模块、电源供给模块等四大功能模块，每个功能模块又是由许多子模块组成。实验箱系 统结构框图如图 1.1，与其配置的仪器为 20M 通用双踪示波器、单模尾纤和多种接口标准的 光跳线 数字光发端机的平均光功率测量 平均光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机码二进制序列为测试信号， 用光功 率计直接测试光发端机的光功率， 此数值即为数字发送单元的平均光功率。 平均光功率是在 额定电流下测得的，否则结果有偏差。实验测量结构示意图如下图 2.1.1 所示： 图 2.1.1 平均光功率测试结构示意图 先选择“码型变换实验—CMI 码”设置，在 P101 铆孔输出 32KHz 的 SW101 拨码器设置的 8 比特周期性序列 10001000，将拨码器设置序列电信号送入 1550nm 光发端机，并转换成光信 号从 TX1550 法兰接口输出。调节 W205 使送入光发端机信号（TX1550）幅度，信号电平 值为 2V。 调节光功率计工作波长 1550nm， 单位 dBm， 可读取此序列的码型为 ， 时间为 30μs，平均光功率-5.39dBm。然后选择“CMI 码 PN”，在 P101 铆孔输出 32KHZ 的 15 位 m 序列，其相应数据变为信号电平值为 1.5V，码型为 011，时间为 31 μs，平均光功率为-5.3 dBm。可见数字光发射端机的平均光功率与输入电信号的电平值 有关，也与码型选择有关。 2.2 波分复用器的性能指标测量 波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波长的几个光载波， 而每个光载波又各自载荷一 群数字信号，图 2.2.1 给出的是波分复用通信的原理图，具有不同波长、各自载有信息信号 的若干个载波经由通道 CH1、CH2、……CHn 等进入合波器，被耦合到同一条光纤中去，再经 过此条光纤长距离传输，到终端进入分波器，由其按波长将各载波分离，分别进入各自通道 CH1、CH2、……CHn，并分别解调，从而使各自载荷的信息重现，如一个通道传输的信息量为 B，单向复用传输的则为 NB。 图 2.2.1 波分复用通信的原理图 1550nm 两个工作波长光源， 则其原理图如 2.2.2。 a 点 1310nm 这个实验系统提供了 1310nm、 光波与 b 点 1550nm 光波经合波器复用到达 c 点，即 1310nm+1550nm 光波；c 点复用光波经 分波器后，又分为 d 点 1310nm 光波和 e 点 1550nm 光波。理想情况下，d 点应是与 a 点完全 一样的 1310nm 光波，e 点应是与 b 点完全一样的 1550nm 光波。由于插入损耗等性能指标并 不十分理想，d 点和 e 点输出的光波的功率与输入的 a 点，b 点的参数会有差异。下面将对 插入损耗和隔离度等指标进行测量。 图 2.2.2 波分复用器常用连接示意图 （一）测量 1310nm 的插入损耗和波长隔离度 如图 2.2.2 中所示，首先测出 1310nm 光源的输出光功率，记为 Pa。紧接着将波分复用器 的 c 点接 1310nm 光源 a 点，用光功率计测出波分复用器的输出 d、e 两点功率，分别记为 Pd 、Pe。代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。填入表格 2.2 插入损耗： Li ? 10 Lg Pa （dB） Pd Pa （dB） Pe （式 3.4.1） 隔离度： Lg ? 10Lg （式 3.4.2） （二）测量 1550nm 的插入损耗和波长隔离度 如图 2.2.2 中所示，首先测出 1550nm 光源的输出光功率，记为 Pb。紧接着将波分复用 器的 c 点接 1550nm 光源 b 点，用光功率计测出波分复用器的输出 e、d 两点功率，分别 记为 Pe 、Pd。代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。填入表格 2.2。 插入损耗： Li ? 10 Lg Pb （dB） Pe Pb （dB） Pd 插入损耗 （dB） 0.107 -0.231 （式 3.4.3） 隔离度： 表（2.2） 波 功 长 率 输入功率（mW） Pa：-10.68 Pb:-5.5： Lg ? 10 Lg （式 3.4.4） 输出功率（mW） Pd:-10.42 Pe：-5.8 Pe:-31.85 Pd：-22.7 隔离度（dB） -4.745 -6.157 1310nm 1550nm 通过表格分析可见光纤耦合器的插入损耗性能还可以，但隔离度不好。 2.3 AMI 编码原理实验 AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码 0（空号）和 1（传号）按如下规则 进行编码的码： 代码的 0 仍变换为传输码的 0， 而把代码中的 1 交替地变换为传输码的＋1、 －1、＋1、－1… 由于 AMI 码的信号交替反转， 故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替， 而 0 电位保持不 变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜 在不允许这些成分通过的信道中传输。 在实验系统液晶菜单选择 “码型变换实验-- AMI 码设置” ， 在 P101 铆孔输出 32KHZ 的 SW101 拨码器设置的 8 比特周期性序列: (1)全“1” ，P101 输出波形如 a，同时观测 TP103 对应的 AMI 编码 b;(图 2.3.1) (2)全“0” ，P101 输出波形如 a，同时观测 TP103 对应的 AMI 编码 b。 （图 2.3.2） a P101 图 2.3.1 全“1” b TP103 a P101 b TP103 图 2.3.2 全“0” 液晶菜单选择“码型变换实验-- AMI 码 PN” 确认，即在 P101 铆孔输出 32KHZ 的 15 位 m 序列 ，其波形如图 2.3.3a，对应 AMI 编码规则其波形为 2.3.3b a P101 b TP103 图 2.3.3 15 位 m 序列 从 AMI 码的编码规则看出， 它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列， 而且也 是一个二进制符号变换成一个三进制符号。 把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成 的码称为 1B／1T 码型。 AMI 码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的 线路码，并得到广泛采用。但是，AMI 码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由 于它可能出现长的连 0 串，因而会造成提取定时信号的困难。 2.4 5B6B 编码原理及光传输实验 本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射 和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。在本 实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块： 8 位的自编数据功能和 5B6B 线B 码光纤通信基本组成结构如下图 2.4.1 所示： 图 2.4.1 CMI 码光纤通信基本组成结构 5B6B 线路码型编码是将二进制数据流每 5bit 划分为一个字组，然后在相同时间段内按一个 确定的规律编码为 6bit 码组代替原来 5bit 码组输出。 原 5bit 二进制码组有 2^5 共 32 种不 同组合，而 6bit 二进制码组有 2^6 共 64 种不同组合。若将编译码组一一对应，则有 32 个 冗余码组未被利用。可用这些码组改善编码性能。一般情况下把 nB 码字中“1” 、 “0”个数 悬殊的码字作为禁字，而把选用的“1” 、 “0”个数不均字分为两种模式，并使“1”多的模 式与“0”多的模式交替出现。这样就消除了线路码的直流电平浮动。 选择六位码组的原则是， 使线路码型的误码扩展及数字和变差尽可能小， 编码和译码器 以及判决电路简单且造价低廉，定时信息丰富，功率谱密度中无直流分量。6bit 码组的 64 种组合中码组数字和 d 值（1、0 个数差）分布情况是： d=0 的码组有 20 个 d=±2 的码组有 30 个 d=±4 的码组有 12 个 d=±6 的码组有 2 个 根据这些原则选择 6bit 码组的方法为： d=±4，d=±6 的 6bit 码组舍去（共 14 种） ，作为禁止码组（或称“禁字” ）处理。 d=0,d=±2 的六位码组都可能有取舍，并且取两种编码模式： 一种模式是 d=0、+2,称模式 I； 另一种模式是 d=0、d=-2,称模式 II。 当用模式 I 编码时，遇到 d=+2 的码组后，后面编码就自动转换到模式 II，在模式 II 编码 中遇到 d=-2 的码组时编码又自动转到模式 I。 mB 码字到 nB 码字的变换及逆变换是按预定的码表进行的， 不同的码表产生不同的线路码性 能。mBnB 码中，5B6B 码被认为是在编码复杂性和比特冗余度之间合理的折中。它的线路 码速只比原始码速增加 20%，而变换、逆变换电路也不复杂。 图 2.4.2 5B6B 码变换规则示例 采用编码对照表为 5B6B-1 输入 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 在液晶菜单选择“码型变换实验-5B6B 码设置”的子菜单，SW101 拨码器（后 5 位有效）设 置数据为全“0” 或全“1” 或其它复杂数据，连接 P103、P201 两铆孔，即将自编 5B 数据 的 6B 编码序列送往 1310nm 光发射端机。对照 5B6B 编码表，观测 P103 测试点的 5B6B 编码 信号，符合其规则。跳线 右侧（数字信号输出） ，没有观测到与 TP201 测试点一 样或类似的信号波形。轻轻拧下 TX1310 或 RX1310 法兰接口的光跳线 测试点的示波 器 B 通道没有信号波形。通过实验发现这个实验系统并不完善。 2.5 数字电话光纤传输系统实验 本实验系统主要由两大部分组成： 电端机部分、 光信道部分。 电端机由电话用户接口电路 A、 PCM 编译码 A、记发器电路、PCM 编译码 B、电话用户接口电路 B 等组成，光信道为双光纤通 信结构。电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式，一种是原始语音信号，经过光纤直接 进行传输；另一种方式是先把话音信号数字化，然后再经过光纤传输，目前使用多的是 PCM 编译码方式。实验平台上两路电线 电话用户 A、B 结构示意图 图 2.5.2 数字电话光纤通信基本组成结构示意图 按照图 2.5.1，2.5.2 将电线-P604，P803-P804） 、1310nm 光发射端机的 TX1310 法兰接口、FC-FC 单模 尾纤、 1310nm 光接收端机的 RX1310 法兰接口连接好； 1550nm 光发射端机与接收端机用 FC-FC 单模尾纤相连；另外，信号连接线。在液晶菜单选择“光纤传输实验-PCM 数据”的子菜单，确认；电话 A、B 两路“PCM 编译码”正常工作，将语音信号转化为 64KHZ 的数字信号输出。电话 A 摘机，此时摘机信号 DET 通知记发器做好呼叫通话的一切准，同 时， 记发器给电话 A 送上拨号音信号， 测试 TP601 点； 电线） ， 号码信号 （P601） 传送到 DTMF 接收器进行译码，同时在拨个号码时就通知记发器停止送拨号音信号；电 话 A 拨号完毕，记发器单元给电话 A 送回铃音信号（TP601 等） ，同时给被呼叫方送振铃信 号；被叫方电话 B 摘机，摘机信号 DET 通知记发器。复合盐雾试验箱此时，电话 A 的回铃音和电话 B 的振铃 信号结束。通话正常进行，电话 A 的语音经 PCM1 编码，光纤 1310nm 信道传输后送至 PCM2 译码，复合盐雾试验箱恢复的语音信号从电话 B 听筒播放出来；电话 B 的语音经 PCM2 编码，光纤 1550nm 信道传输后送至 PCM1 译码，恢复的语音信号从电话 A 听筒播放出来。被叫方电话 B 挂机， 通信结束。挂机信号（DET）通知记发器单元拆线，电话 B 空闲，同时给呼叫方电话 A 送忙 音信号（P601） ；电话 A 挂机，挂机信号（DET）通知记发器单元，复合盐雾试验箱电话 A 现在空闲；一次完 整数字电话光纤传输系统过程结束。 电话用户 A 测试点： P601：电话 A 语音信号发送连接铆孔；TP601: 电话 A 接收的语音信号测试点（需拨 通电线 编码的模拟信号输入铆孔 P603：PCM1 编码数据输出连接铆孔 P604：PCM1 译码数据输入连接铆孔 电话用户 B 测试点： TP801:电话 B 的模拟用户线 编码数据输出连接铆孔 P802： PCM1 译码数据输入连接铆孔 P803： PCM2 译码恢复的模拟信号输出连接铆孔 P804：电话 B 接收的语音信号的连接铆孔 光信道测试点: TP201：输入 1310nm 光发射端机的电信号测试点 TX1550：输入 1550nm 光发射端机的电信 号测试点 在这里做一个简单的概括：开始没有信号出现，当拨号后有信号，并且经过译码后信号有变 化。 3.总结 经过以上几个实验的探究，发现 RZ8644 的功能很多，数据接口齐全，留有计算机 RS232 串 口和 USB 接口，可完成异步数据的光纤传输和数字图像光纤传 输。留有硬件升级接口，可 选配半导体 LED（850nm）+多模光传输模块。并且平台上有 CPLD、MS-51 单片机、电话呼 叫系统、液晶键盘、计算机串口、USB 接口等资源，满足二次开发需求。 参考文献 [1]毛 谦. 我国光纤通信技术发展的现状和前景. 武汉邮电科学研究院. 武汉 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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