2015年光纤实验

前言 光纤实验系统组成介绍

RZ8645型光纤实验系统是为了配合《光纤通信系统》的理论教学而设计的实验系统。它一方面结合了当今光纤通信原理课程的教学与改革，另一方面结合了当今光纤通信发展方向和工程实际应用状况。这套系统采用功能模块化设计，各模块对外开放。除了配合完成理论教学外，还可以训练增强学生的实际应用能力，完成模块的二次开发。RZ8645型光纤实验系统框图如图1所示： 电话用户A PCM编译码 记发器 DTMF检测 电话用户B PCM编译码 网络接口 USB接口 数据发送单元 数字信号发生器 线路编码器 数据复接 发送端数据测试区 接收端数据测试区 LD光端机 工作波长1550nm 数据接收单元 时钟提取、再生 线路译码器 数据解复接 LD激光/探测器 工作波长1310nm 中央处理器 功能扩展口 模拟信号源 电源 模块 键盘 液晶显示 图1：RZ8645系统框图

一、结构简介

本实验系统可分为电端机模块、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： （一）电端机模块

1. 电话用户接口模块

本模块分为用户A，B两个模块，位于实验系统左侧部分，分别注明为：A和B,系统程序设置两路电话的默认电话号码为48.49。此模块为电话输入、输出接口，由电话专用接口芯片PBL38710实现。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出等功能。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。

1

电话用户接口模块测试点说明：

1VT:电话A路二四线变换后的模拟输出。 1VR:电话A路PCM译码输出的模拟信号。 PCM1-DX:电话A路PCM编码数据输出。 PCM1-DR:电话A路PCM译码数据输入。

2VT:电话B路二四线变换后的模拟输出。 2VR:电话B路PCM译码输出的模拟信号。 PCM2-DX:电话B路PCM编码数据输出。 PCM2-DR:电话B路PCM译码数据输入。

2. PCM编译码模块

两路电话接口区分别有一块PCM编译码芯片，此模块采用专用芯片TP3057来实 现PCM编译码功能，可完成用户A、B两路话音信号的编译码功能。 3. DTMF双音多频检测模块

此模块由专用芯片MT8870来完成DTMF分组滤波和DTMF译码功能，输出相应16 种DTMF频率组合的4位并行二进制码。实际应用中，一片MT8870可以最多接入 检测16路用户电路的DTMF信号。 4. 记发器模块

此模块主要完成局内、局间电话用户拨叫号码的识别、交换控制功能。 5. 计算机通信接口模块

此模块由网络接口和USB接口两种通信接口组成，完成计算机与本实验系统的数 据交换传输功能。也为学生开发上层通信软件提供了良好的硬件平台。

计算机通信接口模块测试点说明：

TX:网络接口数据或者是USB接口数据经过中央处理器接收后转换成的串行输 出。

RX:送到中央处理器的串行数据。经过中央处理器转换后返回给网络接口或者是 USB接口

6. 数据发送单元模块和发送端数据测试区

此模块主要完成各种测试信号产生、各种线路编码、数据复接及一些辅助性功能。

产生的数字信号有：各种频率的时钟、方波、M序列、矩形窄脉冲等、 线路编码功能有：AMI码、HDB3码、CMI码、5B6B码、5B1C码、扰码等。 数据的复接：多种类型数据进行时分复接输出。 发送端数据测试区说明：

P101：基带数据输出。各种线路编码的基带数据从该铆孔输出，输出的数据可以

是系统产生的PN码，也可以是拨码开关SW101设置的8BIT数据。

P102：对应P101输出数据的时钟信号。例如，实验中我们选择32K的PN码输出，

P101输出PN码，P102则输出对应的32K时钟信号。

P103：线路编码输出。对应于各种线路编码，例如选择CMI编码，则P103输出

的是CMI编码数据。如果选择扰码，则P103输出的是扰码后的数据。输出的编

2

码数据是根据不同的实验而定。

P104：对应P103输出的编码数据时钟。 P105：电话A的PCM编码数据输出时隙。 P106：在PCM传输实验和系统实验时是电话B的PCM编码数据输出时隙；在扰码

实验时，是用于扰码的PN码。

P107：0时隙脉冲。

P108：在做接收灵敏度实验的时候输出PN码；在做系统实验的时候输出的是8

路复接的数据。

P109：PCM1-DX。电话A路PCM数据送入数据发送单元输入口。例如系统实验，8

路数据复接，电话A路PCM数据通过该口送入数据发送单元进行复接。

P110：PCM2-DX。电话B路PCM数据送入数据发送单元输入口。例如系统实验，8

路数据复接，电话B路PCM数据通过该口送入数据发送单元进行复接。

HDB3+：HDB3或者AMI编码正极性编码。该测试点标注为HDB3+,但实验时当HDB

3编码时输出的是HDB3+,当AMI编码输出的是AMI编码的正极性，是复用的输出。下面的HDB3-和HDB3和HDB3+一样，都是复用的输出。

HDB3-：HDB3或者AMI编码负极性编码。 HDB3 ：HDB3或者AMI编码。

GND ：GND为实验系统的地线接口，实验系统上的每个GND是相通的，在用示

波器测试的时候，示波器的地线夹子要和实验系统的GND相连。

数据发送单元的SW101拨码开关用来设置8BIT的开关码数据，往上拨输出“1”，

往下拨输出“0”。 7. 数据接收单元模块

此模块主要完成接收数据的时钟提取再生、各种线路编码的译码、复用数据的分 解及一些辅助性功能。

接收端数据测试区说明： P111：接收数据端。各种线路编码的数据通过该铆孔送入数据接收单元进行译码。 P112：眼图观测数据输入端。PN码通过该铆孔送入眼图电路。 P113：解复用输出电话A的PCM编码数据。 P114：解复用输出电话B的PCM编码数据。 P115：各种线路译码的数据输出

TP104：系统同频脉冲，周期125US。 TP105：误码脉冲。 TP106：眼图观测点。

W901 ：接收滤波器性能调节电位器 数据接收单元有8个发光二级管，这8个发光二极管在系统实验中分别对应数据 发送单元拨码开关SW101设置的8BIT数据，当拨码开关往上拨为“1”时，对应 的发光二级管就会点亮。拨码开关往下拨为“0”时，对应的发光二极管就会灭 掉。只有在系统实验时，发光二极管才有效。其他实验中发光二极管可能随机亮 灭。

8. 眼图观测模块

3

此模块主要完成调节接收电路均衡特性、接收数字序列的眼图观测等功能。 9. 误码测试仪模块

此功能由多个模块组成，完成通信线路的误码测试功能，各测试参数可设。 10. 模拟信号源模块

此模块产生输出频率、幅度可调的正弦波、三角波、方波信号。 模拟信号源模块测试点说明： SIGNAL:模拟信号输出口。

W1:模拟信号幅度调节电位器。 （二） 光通信模块

1．光信道一

一体化数字光端机，包括光发射端机和光接收端机。半导体激光二极管LD、工 作波长1550nm，频带为DC到5MHZ，方便配套低端测量仪器使用。光端机的光 输入、输出接口都由单模尾纤引出至固定于底板的法兰，方便连接其它光器件。 其中TX1550表示光发送端，RX1550表示光接收端。 1550nm光信道测试点说明：

P203：电信号输入口。电信号只能为数字信号。电信号从该口输入，送到光端机 去进行电光转换。

TX1550：经过隔离电路输出的电信号，和P203信号一致。为了防止光端机电光 转换电路对输入电信号影响，P203输入的信号并没有直接连接到光端机的电光 转换电路，而是经过隔离电路后再送到光端机的电光转换电路。 P204：光电转换后电信号输出。 2．光信道二及LD性能测试模块 由激光管、光探测器及外围电路构成的光发射端机和光接收端机，关键电气参 数都可调节。可传输模拟和数字信号，测试LD的P-I曲线，具有无光告警、自 动功率控制APC等功能。激光管工作波长为1310nm，频带为DC到3MHz。激光 管的输出和光探测器的输入连接至固定于底板上的法兰，方便连接其它光器件。 其中TX1310表示光发送端，RX1310表示光接收端。 1310nm光信道测试点说明：

P201：电信号输入口。电信号可以为数学信号也可以是模拟信号。电信号从该口 输入，送到光端机去进行电光转换。

TP201：经过电平调节的电信号。P201输入的电信号，实际是通过电平调节电路 后将电信号送给光端机的激光器。TP201就是经过电平调节后的电信号测试点。 P202：经过光电转换后的数字信号输出。

P205：经过光电转换后的模拟信号输出。1310nm光信道传输信号时，输入的电 信号为同一个端口P201，但是输出端口分为数字信号输出和模拟信号输出。通 过跳线K05选择输出是数字信号还是模拟信号，如果我们传输的信号是数字信 号，则KO5跳在右侧，选择数字信号输出。如果我们传输的是信号是模拟信号， 则K05跳在左侧，选择模拟信号输出。这点需要注意，如果选择不对，则输出端 口检测不到信号。

W201：输入电平调节电位器。

4

W202：激光器电流调节电位器。

W203：输出信号幅度调节电位器。如果输出的信号幅度过大或者过小，通过该电 位器可以进行调节。 V201：视频输入,如果实验系统选配了摄像头，则摄像头的视频输出和该口相连 接，就可以通过光纤传输视频信号。

V202：视频输出，经过光纤传输后的视频信号从该口输出，如果实验系统配置了 监视器，可以看到摄像头拍摄到的视频信号。

GX201：激光器，为光发射器，其波长为1310nm。内有光探测器，可用手搭建A PC电路实现自动光功率控制。

GX202：光探测器，为光接收器，可接收发端发出的1310nm波长的光。

D201：无光告警（发光二极管），当激光器无光或光比较微弱时，该发光二极管 点亮。

TP202.TP203：为激光器电流测量点，在测量激光器电流时，须将K02短路器拔 掉，不测电流时必须插上。

K01：APC检测开关，用于检测自动光功率控制（APC）时，改变激光器的电流， K01短路器拔掉时激光器电流减小，K01短路器插上时激光器电流增大。

K03为自动光功率控制开关，短路器插入左侧时，实现自动光功率控制（APC）， 插入右侧时，不能进行自动光功率控制。

K05为模、数控制开关，短路器插入右侧时，选择数字信号输出，插入左侧时， 选择模拟信号输出。

3．LED+多模光纤传输扩展模块 由发光二极管、光检测器及外围电路构成的光发射端机和光接收端机，关键电 气参数都可调节。可传输模拟和数字信号，测试LED的P-I曲线，具有视频图 像传输等功能。发光二极管发光波长为850nm，频带为DC到1GHZ。本模块为选配。 （三） 管理控制模块

1.中央处理器模块

此模块主要由STM32编程实现。完成整个实验系统的控制协调功能，如测量信号 的输入、输出控制、功能选择、工作状态检测等。 2.液晶显示模块

此模块是具有触屏功能的液晶显示模块，主要完成实验类型的显示和选择，信号

源种类的选择和频率调节，误码测试仪的配置和显示等功能。

3.键盘模块

此模块主要配合液晶显示模块工作，和触摸屏上功能按钮对应，选择相应的实验

类型。

（四） 电源供给模块

由开关电源给本实验箱提供+12V、+5V（VCC)、-12V、-48V直流电源。-5V、-24 V、+3.3V电源则由相应的稳压片转换得到。电源供给模块部分3个LED指示灯分 别对应+12V、+5V、-12V三组电源的指示，同时系统提供+5V(VCC)电源输出。

5

二、配套仪器

最低配置仪器：20M通用双踪示波器或虚拟仪器，单模尾纤

建议配置器件：计算机；光功率计、多种接口标准的光纤线（法兰）、波分复用/ 解复用器一对、光可调衰减器、光固定衰减器、光分路器、光隔离器等，根据学校 情况选配（会影响一些光器件的测试实验）；

可选配仪器：①外置误码测试仪②光缆施工工具箱、光纤熔接机、稳定光源、光时时域反射仪等。

三、系统特点

1．采用模块化设计信号接口开放。各模块功能既可单独做实验又可组合完成系统实验。 2.自带数字信号源、模拟信号源，可外加信号，配有网络接口、USB接口。适应各种 实验需求。

3．采用液晶键盘显示管理实验参数，取代原有的接插件，实验方便直观。

4．电端机部分功能强大，电话交换系统，多种线路编码，完善的数字时分复接系统，功能可定制升级。

5．电信号、光信号均由实验者连接。光输入、输出接口设计朝外，方便连接其它光器件。

6．整板采用有机玻璃覆盖保护，便于实验室管理。

四、使用注意点

1. 进行铆孔连接时，连接线接头插入铆孔后，轻轻旋转一个小角度，接头将和铆孔 锁死；拔出时，回转一个小角度即可轻松拔出，切勿使用莽力，以免插头针断在 铆孔中。使用方法可参考光盘中的影象片段。

2. 光器件连接：在摘掉光接口保护套前，请确保实验台板面清洁，注意收集好接口 保护套；光接头连接时，请预先了解接头的结构，手持接头金属部分，按接口的 轴线方向轻插轻拔，防止损坏纤芯；

3. 使用光纤时，注意不要过度弯曲（直径不得小于4cm）、扭曲、挤压或拉扯光纤。 因为纤芯玻璃细纤维，非常的脆弱，使用时请务必注意。纤芯断开或出现伤痕， 光信号的功率将严重衰耗，出现断路或增加误码等情况。

4. 数据发送单元的SW101红色拨码器，有8位独立的开关组合。若不作特殊说明， 白色开关往上，对应的输出序列为1；白色开关往下，对应的输出序列为0。设置 时需轻轻拨动。

5. 若不作特殊说明，本实验平台输出的串行数字序列，低位在前，高位在后。在示 波器上观测到的波形即低位在窗口的左端，高位在窗口的右端。

6

实验1 半导体LD光源的P-I曲线绘制实验

一、实验目的

1．了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系； 2．掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱（激光/探测器性能测试模块） 2.示波器 3.光功率计 4.三用表。

5.信号连接线 1根

三、实验原理

1．半导体激光器的功率特性示意图：

p 受激 辐射 输入光信号

自发 Ith I 辐射 输入电信号

半导体激光器的输出光功率P与驱动电流I的关系如图3.3.1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流（或称阀值电流），用Ith表示。在门限电流以下，激光器工作于自发辐射，输出荧光，功率很小，通常小于100pw；在门限电流以上，激光器工作于受激辐射，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，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为1.2V。

P-I特性是选择半导体激光器的重要依据，在选择时，应选阀值电流Ith尽可能小，

7

图3.3.1 激光器的功率特性示意图

Ith对应P值小的半导体激光器，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，给驱动电路带来麻烦：斜率太大，则会出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阀值条件。一般用注入电流值来标定，也即阀值电流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光端机信号输入电路中电流表的电流值。

P201 测试 数据 TP202 TP203 K02 光发射 FC头细尾纤 端 机 电 光 I 图3.3.2 P-I曲线测试连接示意图

P

四、实验步骤

1.关闭系统电源，按照图3.3.2将激光/探测器性能测试模块、光功率计、三用表连接好。

2．将电流表（直流档）接TP202，TP203，正表笔接TP202，负表笔接TP203，将K02跳线器拔掉。用尾纤将光功率计与TX1310法兰输出相连。 3．用锚孔连接线将P201信号输入口接地。 4．将K01跳线器拔掉，加电后即可开始实验。

5. 按照下表调整W202，达到相应的电流值（顺时针调激光管输入电流减小），测出与电流相对应的光功率。

电流I（mA） 4.6 5.0 功率P（dB） 功率P（dB） 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 电流I（mA） 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 13.0 13.5 14.0 15.0 8

6．以横轴为为电流I，纵轴为功率P，按照上表画出其相应的P-I曲线。 另外，如果配置了LED扩展模块（选配），可以测试LED光源的P-I曲线。

7．测试完毕后，关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽，插好K01.K02跳线器。

五、实验结果

1.整理P、I数据，绘制P-I曲线。

2.若配置的LED的850nm光传输系统模块，测试LED光源的P-I曲线，对比测试的1310nmLD的P-I曲线有什么不同，得出你的结论。

六、思考题

1．利用半导体激光器传输模拟信号时，半导体的电流I应选择在P-I曲线的什么位置 比较合适？如果电流I分别选择以下三种情况时，当输入端加上模拟信号，激光探测器接收

端输出的模拟信号会出现什么情况？ ○1电流I小于阀值电流时； ②电流I等于阀值电流时；

③电流I在P-I曲线直线段中间位置时。

建议：先在P—I曲线上画出以上三种情况下的加正弦信号时输出波形图，然后通过实验验证。

做验证实验时的方法步骤：

①用尾纤把激光器收发连接起来(TX1310与RX1310相连>； ②K03置右侧，KOI、K02拔掉，K05置左侧(模)；

③电流表（置20mA或200mA档）接TP202.TP203(正表笔接TP202)；

④将正弦信号（P01）加到激光器输入端(P201)，输入正弦信号峰一峰值200mV左右；

⑤将电位器W201顺时针调到底； ○6示波嚣CH1接TP201，CH2接TP205;

⑦接通电源，调整电位器W202使电流表指示为以上三种情况的某一值，从示波器上观看电流变化时，输出波形如何变化（注意调整W203），验证其分析。

2．利用半导体激光器传输数字信号时，半导体的电流I应选择在P-I曲线的什么位置？

建议：先分析然后通过实验验证 验证实验方法步骤： ○1尾纤把激光器收发连接起来（TXl310与RX1310相连）； ②K03置右侧，K01、K02拔掉，K05置右侧（数）；

③电流表（置20mA或200mA档）接TP202、TP203(正表笔接TP202)： ④将数字信号(P101)加到激光器输入端（P201）： ○5示波器CH1接TP201，CH2接TP207; ○6通电源，调整电位器W202使电流表指示变化，从示波器上观看电流变化时，输出

9

波形如何变化（注意调整W203）验证分析结果。

10

实验2 波分复用器的性能指标测量

一、实验目的

1．了解光波分复用器（OPTIC WDM）的指标要求； 2．掌握光波分复用器的测试方法； 3．了解光波分复用器的用途。

二、实验仪器

1．光纤通信实验箱 2．示波器

3．光功率计（选配）

4．光波分复用器（中心波长1310/1550） 1对 5．活动连接器（法兰） 1个 6．信号连接线 2根

三、基本原理

光波分复用器又称为光合波/分波器。光波分复用器是为适应光波波分复用技术的需要研制出来的，使用光波分复用器的主要目的是提高光纤传输线路的传输容量。

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，因此波分复用又称多群复用。图2.7.1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。同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图中的虚线所示，这样的复用称为双向复用，显然，双向复用的复用量将增大一倍，如一个通道传输的信息量为B，单向复用传输的则为NB，双向复用传输的则为2NB。 从上面分析不难看出，复用通信系统中关键的部件是合波、分波器，由于分波器与合波器在原理上是相同的，因此可统称波分复用器。图2.7.2和图2.7.3分别是合波器和分波器的实物图片。

CH1 CH1

CH2 合分CH2

波波器器CH1+CH2+?+CHn

CHn-1 分合

波波CHn-1 器器CHn CHn 图2.7.1 波分复用原理图 …… …… / / 11

图2.7.2 波分复用合波器

图2.7.3 波分复用解波器

12

这里需要说明一点的是，有的波分复用器将合波器和解波器合二为一，你可以不用去分哪个是合波器哪个是解波器，可以将其中一个做合波，另外一个做解波。

光波分复用器一般地分为有源、无源以及集成光学型几类。 1. 无源光波复用器

无源光波复用器由光滤波器构成。光滤波器一般地分为三种类型，即相干光滤波器、棱镜型滤波器，以及衍射光栅滤波器。 2. 有源波分复用器

有关有源光波分复用器主要是多波长激光器（LD），多波长发光二极管（LED）、多波长光检测器以及集成光学型的光波分复用器。 3. 光波分复用器一般性能

光波分复用器的主要性能指标是：波分复用光通道数、工作波长、插入损耗、波长隔离度以及结构方式、外形尺寸等等。

光波分复用器的主要技术性能指标如：

工作波长：1300、1550nm 插入损耗：≤0.5dB 波长隔离度：>20 dB 温度范围：0~65℃ 热稳定性：≤4%

偏振稳定性：≤±2.5% 回波损耗：>50 dB 最大功率：350mW

本实验系统提供了1310nm、1550nm两个工作波长光源，所以配置波分复用器也必须是这两个工作波长。图2.7.4为波分复用器（合波器、分波器）在本实验系统中常用连接示意图。a点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。

13

TX1310 1310nm 光发 a d c 合波器 分波器 b 1550nm 光发 TX1550 g e P

图2.7.4 波分复用器常用连接示意图

图2.7.4中，c点的1310nm光功率与a点的1310nm光功率的差值为光波分复用器对1310nm光传输的插入损耗，c点的1550nm光功率与b点的1550nm光功率的差值为光波分复用器对1550nm光传输的插入损耗。但由于便携式光功率计不能滤除1310nm光只测1550nm的光功率，同时也不能滤除1550nm光只测1310nm的光功率。所以我们改用下面方法进行插入损耗测量，也可以同时对其隔离度指标进行测量。见图2.7.5：

TX1310 1310nm 光发 a d c 波分复用器 1550nm 光发 TX1550 b g e P

图2.7.5 波分复用器测量连接示意图

（一）测量1310nm的插入损耗和波长隔离度

如图2.7.5中所示，首先测出1310nm光源的输出光功率，记为Pa。紧接着将

14

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2.7.1。

插入损耗： Li?10LgPa（dB） （式2.7.1） PdPa（dB） （式2.7.2） Pe隔离度： Lg?10Lg（二）测量1550nm的插入损耗和波长隔离度

如图2.7.5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2.7.1。

插入损耗： Li?10LgPb（dB） （式2.7.3） PePb（dB） （式2.7.4） Pd隔离度： Lg?10Lg表（2.7.1） 波 长 功 率 输入功率（mW）Pa： Pb： 输出功率（mW） Pd： Pe： Pe： Pd： 插入损耗（dB） 隔离度（dB） 1310nm 1550nm

四、实验步骤

（一）光波分复用器1310nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量

1．关闭系统电源，按照前面实验中图2.4.2（a）将1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。

2．打开系统电源，液晶菜单选择“测量—平均光发功率—PN码64K”，即在P101铆孔输出6KKHZ的2047位m序列。

3．示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。

4．用信号连接线连接P101.P201两铆孔，示波器A通道测试TP201测试点，确认有相应的波形输出，,调节电位器W201(输入电平调节电位器）使输出波形幅度最大，即将64KHZ的2047位m序列电信号送入1310nm光发端机，并转换成光信号从TX1310法兰接口输出。

5．按下光功率计上的“λ”键，设置波长为1310nm，设置单位为dBm。读取此时光功

15

率读取此时光功率，即为1310nm光发射端机在正常工作情况下，对于2047位m序列的平均光功率，记录光功率Pa。

6．关闭系统电源，按照图2.7.5将光波分复用器串入，测得1310nm输出端口的光功率Pd，紧接着将光功率计移到1550nm输出端口，测得1310nm串扰光功率Pe，注意收集好器件的防尘帽。

7．将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。 8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

（二）光波分复用器1550nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量

1．关闭系统电源，按照前面实验中图2.4.2（a）将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。

2．开系统电源，液晶菜单选择“测量—平均光发功率—PN码64K”，即在P101铆孔输出64KHZ的2047位m序列。

3．示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。

4．用信号连接线连接P101.P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有相应的波形输出，即将64KHZ的2047位m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。

5．按下光功率计上的“λ”键，设置波长为1550nm，设置单位为dBm。读取此时光功率，即为1550nm光发射端机在正常工作情况下，对于2047位m序列的平均光功率，记录光功率Pb。

6．关闭系统电源，按照图2.7.5将光波分复用器串入，测得1550nm输出端口的光功率Pe，紧接着将光功率计移到1310nm输出端口，测得1550nm串扰光功率Pd，注意收集好器件的防尘帽。

7．将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。 8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

五、实验结果

1.根据实验数据，完成表格2.7.1。

2.设计实验方案，测量图2.7.4中连接方式（分波器-合波器）的整体性能参数。 3.设计实验方案，画出连接示意图，实现两路信号通过1310nm、1550nm波分复用、解复用传输的过程。

16

实验3 5B6B编码原理及光传输实验

一、实验目的

1．掌握5B6B编译码规则； 2．了解5B6B编译码的性能；

3．了解光纤通信中5B6B的选码原则。

二、实验仪器

1．光纤通信实验箱 2．示波器

3．FC-FC单模光纤线 4．信号连接线 1根

三、基本原理

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线路编码功能。5B6B码光纤通信基本组成结构如下图所示：

5B6B TP201 自编 数据 线路编码 P202 光纤 光发射 光接收 光 电光 电 1310nmLD+单模 判决 再生

图6.2.1 CMI码光纤通信基本组成结构

下面对数字信号5B6B码编码译码进行分析和讨论：

5B6B线路码型是国际电报电话咨询委员会（CCITT）推荐的一种国际通用光纤通信系统中采用的线路码型，也是光纤数字传输系统中最常用的线路码型。

5B6B线路码型有很多优点：码率提高的不多，便于在不中断业务情况下进行误码监测，码型变换电路简单，它是我国及世界各国四次群光纤数字传输系统中最常采用一种码型。

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

17

电平浮动。具体选择如下：

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，定时信息最丰富，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最合理的折中。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。

0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 图6.2.2 5B6B码变换规则示例

本实验中5B数据信息是5位的自编数据（本是8位拨码器，最后5位有效），其自编数据和编码数据输出波形在示波器窗口显示为：高位在左，低位在右。采用编码对照表为5B6B-1。

18

表格5B6B编码表

输入 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 11100

模式Ⅰ 110010 110011 110110 100011 110101 100101 100110 100111 101011 101001 101010 001011 101100 101101 101110 001110 110001 111001 111010 010011 110100 010101 010110 010111 111000 011001 011010 011011 011100

模式Ⅱ 110010 100001 100010 100011 100100 100101 100110 000111 101000 101001 101010 001011 101100 000101 000110 001110 110001 010001 010010 010011 110100 010101 010110 010100 011000 011001 011010 001010 011100

19

11101 11110 11111

011101 011110 001101

001001 001100 001101

四、实验步骤

1．关闭系统电源，按照图6.2.1将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。注意收集好器件的防尘帽。 2．打开系统电源，在液晶菜单选择“码型—5B6B”；SW101拨码器（注意拨码器后5位有效，前3位未用）设置数据为“01001”，用示波器观测拨码器设置的数据，对应的时钟信号从P102输出，示波器通道CH1接P101，示波器通道CH2接P102，所测波形如图6.2.3所示：

图6.2.3 拨码器设置数据“01001”波形

3.对应5B6B编码表，写出对应的编码数据。编码数据通过P103输出，通过示波器观测 P101拨码器设置数据和P103对应的5B6B编码数据。示波器通道CH1接P101，示波器通道CH2接P103，所测波形如图6.2.4所示：

20

图6.2.4 拨码器设置数据“01001”对应的编码

为了读出P103的编码数据，我们接合对应的编码时钟P104来对出，示波器通道CH1接P103，示波器通道CH2接P104，所测波形如图6.2.5所示：

图6.2.5 编码数据波形图

21

读出编码数据，验证一下测得数据和前面写的编码数据是否一致。如果有4通道的示波器的话吗，我们可以用一路通道接帧脉冲P106，这样就能确定数据的起始位置，数据在帧脉冲的下降沿输出。这里我们用双踪示波器观察一下，示波器通道CH1接P103，示波器通道CH2接P106，观测波形如图6.2.6所示：

图6.2.6 编码数据和帧脉冲

4． 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。 5．跳线器插入K05右侧（数字信号输出），示波器通道CH2测试P202测试点，看是否有与TP201测试点一样的信号波形（如果波形有失真可调节W203,注意插好K01.K02.K03跳线器。）。示波器通道CH1接TP201，所测波形如图6.2.7所示：

22

图6.2.7 编码数据传输前后波形图

6．轻轻拧下TX1310或RX1310法兰接口的光纤线，观测P202测试点是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。

7．重复步骤2，设置其它数据，完成实验，记录有关数据。 8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注：本实验也可选择工作波长为1550nm的LD光发射端机，也可选择扩展模块。

五、实验结果

1．记录实验中得到的数据和波形，标上必要的实验说明。

2．长连“0”、长连“1”的数字信号不利于接收端的位同步提取，5B6B编码是怎样解决这个问题。

3.5B6B编码是否有查错和纠错功能？

23

实验4 数字光收端机的灵敏度和动态范围测量

一、实验目的

1.熟悉数字光收端机灵敏度和动态范围的概念； 2.掌握数字光收端机灵敏度和动态范围的测试方法。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱 2.示波器

3.光功率计（选配） 4.可调衰减器（FC-FC） 5.外置误码测试仪（选用） 6.信号连接线 2根

三、基本原理

光收端机的灵敏度是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所允许接收的最小光功率。灵敏度的单位为分贝毫瓦（dBm）。

测量方法是：首先用误码测试仪向光发射端机的数字驱动电路发送215?1的伪随机

序列作为测试信号，光发射端机接可调衰减器，调整可调衰减器使其衰减值逐渐增大，从而使输入光收端机的平均光功率逐步减小，使系统处于误码状态，并且使得系统测试得到的误码率达到最高允许值（例如： 1?10?11），测得此时的光功率即为此误码率条

件下光收端机的最小光功率，这也就是光收端机的灵敏度。

光接收机灵敏度主要决定于光接收机内部噪声（光检测噪声和前置放大器噪声）。光接收机内部噪声是伴随光信号的接收检测与放大过程产生的，它使接收机最小可接收平均光功率受到限制，即它决定了光接收机的灵敏度。

本实验系统中，作为演示性测试实验，仅要求这里的误码率达到1?10时作为测量的指标要求。另外，本实验系统自带误码测试仪功能。当误码测试仪检测到信道当前误码率达到1?10时，误码状态显示即由“正常”切换为“误码”；反之，由“误码”切换为“正常”，可以很方便的用于灵敏度测试实验。当然，如果实验室已配置外置误码测试仪，那测试精度可能会高些。

实验测量结构示意图如下图所示：

?3?3 24

TX1550 P P P204 光发射 端 机 可调衰减器 光接收 端 机 误码测试仪

图4.1.1 收端机灵敏度的测试结构示意图

四、实验步骤

1.关闭系统电源，按照图4.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、法兰式可调衰减器、1550nm光接收端机的RX1310法兰接口连接好。注意收集好器件的防尘帽。

2.信号连接线连接P108.P111两铆孔（打开系统电源前需将信道连接好）。 3.打开系统电源，液晶菜单选择“测量—接收灵敏度”。即将误码测试的伪随机码（P108）直接通过信号连接线送入误码检测单元（P111），内部处理单元将对比收发的伪随机码序列得到误码个数，再与接收的码元总数相除，即得出误码率。由信号连接线构成的信道可以认为是理想的，所以不会出现误码，此时误码状态显示为“正常”；若断开信号连接线，此时误码状态将显示为“误码”，说明此时的误码率已超过了门限。

4.用示波器测试P108（P111）点波形，即为误码测试的伪随机码系列，由于采用较长的码型，一般非存储示波器将无法测得其码序列，所以这里不做记录波形要求。 5. 关闭系统电源，信号连接线分别连接P108.P203和P204.P111铆孔，即构成如4.1.1图示测量结构示意图。

6.打开系统电源，液晶菜单选择“测量—接收灵敏度”。慢慢调节可调衰减器（减少衰减量），直至在一定调节范围内，误码状态一直显示为“正常”。保持此时可调衰减器状态。

7. 按“返回”键，选择“测量—接收灵敏度”。刷新误码仪，此时误码状态应该一直显示为“正常”。慢慢调节可调衰减器，增加衰减量，即使进入光收端机的光功率逐渐减小，出现误码率或者误码率逐渐增大。当误码率达到1?10时，误码状态显示即由“正常”切换为“误码”。此时可以反调衰减器减少其衰减量，在误码状态切换点停止调节，保持此时可调衰减器状态。

8.如图4.1.1所示，断开光接收端机，测量可调衰减器的输出光功率Pmin（dBm），

25

?3

即为此光收端机的灵敏度。注意操作过程中，不可改变可调衰减器状态。 9. 关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注：本实验也可选择工作波长为1310nm的LD光发射端机。注：本实验可以使用系统自带的误码测试仪功能，或者用外置误码测试仪，其操作请参见其配套说明书。

动态范围、基本原理

光收端机的动态范围是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所允许接收的最大和最小光功率之比的分贝数。其计算公式如下：

D?10LgPmax（dB） （式4.2.1） Pmin它表示了光收端机对输入信号变化时的适应能力。在测试光收端机的动态范围时，其测量方法是：首先用误码测试仪向光发射端机的数字驱动电路发送215?1的伪随机序

列作为测试信号，调整光衰减器使其衰减值逐渐减小，从而使输入光收端机的平均光功率逐步增大，使系统处于误码状态，并且使得系统测试得到的误码率为1?10?11，测得

此时的光功率即为光收端机的最大光功率，这也就是光收端机的动态范围的上限Pmax。实验测量结构示意图如图4.1.1所示。关于光收端机的动态范围的下限Pmin，测试与灵敏度完全相同。同样本实验系统中，作为演示性测试实验，仅要求这里的误码率达到

1?10?3时作为测量的指标要求。

本实验系统自带误码测试仪功能，前面实验已做介绍。另外，为方便其它实验的操作，本实验系统提供的一体化数字光端机在出厂时，已对光发端机功率上限做了限制，以保证理想信道下光接收机的正常工作。所以，这里我们将测得的光发端机最大功率视为动态范围上限。

四、实验步骤

1．关闭系统电源，按照图4.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、法兰式可调衰减器、1550nm光接收端机的RX1550法兰接口连接好。注意收集好器件的防尘帽。 2．信号连接线分别连接P108.P203和P204.P111铆孔。即构成如4.1.1图示测量结构示意图。

3．打开系统电源，液晶菜单选择“测量—接收灵敏度”。慢慢调节可调衰减器（减少衰减量），直至在一定调节范围内，误码状态一直显示为“正常”。保持此时可调衰减器状态。

4. 按“返回”键，选择“测量—接收灵敏度”。刷新误码仪，此时误码状态应该一直显示为“正常”。慢慢调节可调衰减器，增加衰减量，即使进入光收端机的光功率逐渐减小，出现误码率或者误码率逐渐增大。当误码率达到1?10时，误码状态显示即由“正

26

?3常”切换为“误码”。此时可以反调衰减器减少其衰减量，在误码状态切换点停止调节，保持此时可调衰减器状态。

5．如图4.1.1所示，断开光接收端机，测量可调衰减器的输出光功率Pmin（mW），即为此光收端机的动态范围下限。注意操作过程中，不可改变可调衰减器状态。

6．重复步骤3，刷新误码仪。慢慢调节可调衰减器，使衰减量减至最小。测量此时可调衰减器的输出光功率Pmax（mW）。

7．代入公式4.2.1，算出此光收端机的动态范围D。 8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注：本实验也可选择工作波长为1310nm的LD光发射端机。如果用外置误码测试仪，实验步骤2中的操作请参见其配套说明书。

五、实验结果

1.记录数字光接收端机的灵敏度，标上必要的实验说明。 2．简述光接收灵敏度的测试方法。

3．记录数字光接收端机的动态范围D，标上必要的实验说明。

27

实验5 模拟/数字电话光纤传输系统实验

一、实验目的

1．了解电话接口电路组成； 2．了解电话呼叫接续过程；

3．掌握电话呼叫时的各种可闻信号音的特征； 4．了解记发器的工作过程； 5．掌握PCM编译码原理；

6．了解双光纤全双工通信的组成结构。

二、实验仪器

1．光纤通信实验箱 2．示波器

3．FC-FC单模光纤线 2根 4．小型电话单机 2部 5．铆孔连接线 若干

三、基本原理

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，一种是原始电话语音信号，经过光纤直接进行传输，这种模拟传输的方式已经很少甚至是不用了，本文里不做；另一种方式是先把话音信号数字化，然后再经过光纤传输，目前使用最多的是PCM编译码方式。

P601 P201 P205 激光/探测器 用户A P802 图7.1.1 电话用户A、B模拟光传输结构示意图（A到B单工）

用户B

28

P201 电话 用户 接口A PCM 编 译 码 光纤 光发射 电 光 1310nmLD+单模 光纤 光接收 光 电 1550nmLD+单模 P202 光接收 光 电 光发射 PCM 编 译 码 电话 用户 接口B P203 P204 电 光

图7.1.2数字电话光纤通信基本组成结构示意图

（一）电话接口电路原理介绍

用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。任何交换机都具有用户线接口电路。根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC）分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。

模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSHCT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由集成模拟SLIC完成。

在布控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-60V，用户的馈电电流一般是20mA～30mA，铃流是25Hz,90V左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）、O（过压保护）七项功能。图7.1.4为模拟用户线接口功能框图。

模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义是：

（1）馈电（B-Battery feeling）向用户话机送直流电流。通常要求馈电电压为—48伏或—24伏，环路电流不小于18m A.

（2）过压保护（O—Overvoltage protection）防止过压过流冲击和损坏电路、设备。

（3）振铃控制（R—Ringing Control）向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/90Vrms正弦波。

（4）监视（S-Supervision）监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。

（5）编解码与滤波（C-CODEC/Filter）在数字交换中,它完成模拟话音与数字码间的转换。通常采用PCM编码器（Coder）与解码器(Decoder)来完成,，统称为CODEC。

29

相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路（300Hz-3400Hz）带宽，编码速率为64kb/s。 （6）混合（H—Hyhird）完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送，接收数字四线单向信号之间的连接。过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”。

（7）测试（T—Test）对用户电路进行测试。 PBL 387 10 TP3067 铃流发生器 馈电电源 发送码流 a 模拟 用户线 b 过压保护电路 测试开关 振铃继电器 馈电电路 混合电路 低通 编码器解码器 接收码流 (编码信号) 平衡低通 用户线 测试总线振 铃状态信号

图7.1.3 模拟用户线接口功能框图

用户线接口电路:

在本实验系统中，用户线接口电路选用的是PBL 387 10。PBL 387 10是2/4线厚膜混合用户线接口电路。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出。PBL 387 10用户电路的双向传输衰耗均为﹣1dB，供电电源为+ 5 V和﹣5 V，PBL 387 10还将输入的铃流信号放大以达到电话振铃工作的要求，即达到+75V的有效值。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。

（1）该电路的基本特性

1．向用户馈送铃流 2．向用户恒流馈电 3．过压过流保护

4．被叫用户摘机自截铃 5．摘挂机检测和LED显示 6．音频或脉冲拨号检测

7．振铃继电器驱动输出 8．语音信号的2/4线转换 9．能识别是否有话机

30

10．无需耦合变压器 （2）用户线接口电路主要功能 电话接口

// 二/四 输入控制译码 控制信号1 控制信号2 状态指示

摘机检测 馈电与平衡 电 路 话音通道 传输 振铃控制 语音发送支路

语音接收支路 振铃控制

线 接 口 内部电源稳压电路 图7.1.4 PBL 387 10内部电路方框图

1. 向用户话机供电，PBL 387 10可对用户话机提供恒流馈电，馈电电流由VBAT以及VDD供给。当环路电阻为2KΩ时，馈电电流为18 mA。具体如下： A. 供电电源VBAT采用-48V；

B. 在静态情况下（不振铃、不呼叫），-48V电源通过继电器静合接点至话机； C. 在振铃时，-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机； D. 用户挂机时，话机叉簧下压，馈电回路断开，回路无电流流过；

E. 用户摘机后，话机叉簧上升，接通馈电回路（在振铃时接通振铃支路）回路。

2. PBL 387 10内部具有过压保护的功能，可以抵抗保护TIP--RING端口间的瞬时高压，如结合外部的热敏与压敏电阻保护电路，则可抵抗保护250V左右高压。

3. 振铃电路可由外部的振铃继电器和用户电路内部的继电器驱动电路以及铃流电源向用户馈送铃流：当继电器控制端 (RC端) 输入高电平，继电器驱动输出端 (RD端) 输出高电平，继电器接通，此时铃流源通过与振铃继电器连接的15端 (RV端) 经TIP--RING端口向被叫用户馈送铃流。当控制端 (RC端) 输入低电平或被叫用户摘机都可截除铃流。用户电路内部提供一振铃继电器感应电压抑制箝位二极管。

4. 监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号，具体如下： A.用户挂机时，用户状态检测输出端输出低电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“闲”；

B.用户摘机时，用户状态检测输出端输出高电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“忙”；

C.用户若拨电话号码为脉冲拨号方式时，该用户状态输出端应能送出拨号数字脉冲。

31

回路断开时，送出低电平，回路接通时送出高电平（注：本实验系统不选用脉冲拨号方式，只采用DTMF双音多频拨号方式）；

5. 在TIP--RING端口间传输的语音信号为对地平衡的双向语音信号，在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡语音信号。PBL 387 10可以进行TIP--RING端口与四线VR端和VX端间语音信号的双向传输和2 / 4线混合转换。 6. PBL 387 10可以提供用户线短路保护：TIP线与RING线间，TIP线与地间，RING线与地间的长时间的短路对器件都不会损坏。

7．PBL 387 10提供的双向语音信号的传输衰耗均为－40dB。该传输衰耗可以通过PBL 387 10用户电路的内部调整，也可通过外部电路调整。

8．PBL 387 10的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。 （二）正常呼叫接续时传送信号工作流程

图7.1.5为一次正常呼叫传送信号流程图，图7.1.7是一次正常呼叫状态分析图。

用户线 主叫用户 摘机

呼叫信号 拨号音号码信号 回铃音信号 振铃信号 应答信号 话音信号 通信建立 摘机机

用户线 被叫用户

忙音信号 挂机

挂机信号 （用户线信号） 挂机（先挂方）

图7.1.5 一次正常呼叫传送信号的流程图

当主叫用户电话摘机，话机听筒传来拨号音。开始拨号，拨号音断。拨号完毕，若呼叫存在，话机听筒传来回铃音，被叫用户话机振铃，被叫用户摘机，回铃音断；若呼叫号码不存在，话机听筒传来忙音。在等待拨号、拨号、呼叫等每个状态都有计时，若超过规定时间，则呼叫中断，话机听筒传来忙音，催挂机。通话完毕，一方挂机，另一方送忙音。

32

输入 输入信息 输入 收号 输入振 铃 状态 通 话 输入信息 收第一位中途挂机 超时 被叫摘机 主叫挂机 超时 停拨号音 挂机处理 送忙音 应答接续 挂机处理 送忙音 主叫先挂处理 转收号状态 转空闲状态 转听忙音状态 转通话状态 转空闲状态 转听忙音状态

输入信息 主叫先挂 主叫空闲状态 锁定状态

被叫先挂 被叫先挂处理 图7.1.6 一次正常呼叫状态分析图

（三）各种可闻信号音的特征

在用户话机与交换机之间的用户线上，要沿两个方向传递语言信息。但是，为了实现一次通话，还必须沿两个方向传送所需的控制信号。比如，当用户想要通话时，必须首先向程控机提供一个信号，能让交换机识别并使之准备好有关设备，此外，还要把指明呼叫的目的地的信号发往交换机。当用户想要结束通话时，也必须向电信局交换机提供一个信号，以释放通话期间所使用的设备。除了用户要向交换机传送信号之外，还需要传送相反方向的信号，如交换机要向用户传送关于交换机设备状况，以及被叫用户状态的信号。

由此可见，一个完整电话通信系统，除了交换系统和传输系统外，还应有信令系统。用户向电信局交换机发送的信号有用户状态信号（一般为直流信号）和号码信号（地址信号）。交换机向用户发送的信号有各种可闻信号和振铃信号（铃流）两种。

在本实验系统中，电话呼叫接续时的各种可闻信号音由CPLD可编程逻辑器件EPM240产生，在记发器的控制下，将相应的信号音送给电话用户。

A．各种可闻信号：一般采用频率为500Hz的交流信号，例如：

拨号音：（Dial tone）连续发送的500Hz信号。

回铃音：（Echo tone）1秒送，4秒断的5秒断续的500Hz信号。

忙音： （busy tone）0.35秒送，0.35秒断的0.7秒断续的500Hz信号。 B．振铃信号（铃流）：一般采用频率为25Hz，幅度为75V±15V的交流电压，以1秒送，4秒断的5秒断续方式发送。

33

用户状态信息 各种可闻信号 程控 交换机 图7.1.7 工作原理框图

记发器电路是记发器模块（CPU主处理器）及外围电路，主要由CPU芯片U501 （AT89C51）、CPLD可编程器件EPM240、锁存器74HC573等组成，它们在系统软件的作用下，完成对话机状态的监视、信号音及铃流输出的控制、电话号码的识别、交换命令发送等功能。见图7.1.8，具体叙述如下：

1.用户状态检测电路：接收各个用户线接口电路输出的用户状态检测信号DETX（X是话路的序号），可以是A、B，例如DETA是电话Ａ话路的用户状态检测信号（下面文字说明中标号的X含义与此处相同），信号直接送入CPU的P1口，以识别主、被叫用户摘挂机状态。

2.信号音控制电路：主要由单片机U501及4066的电子开关组成，由CPU经EPM240口输出的拨号音控制信号（SELA1）、忙音控制信号（SELA2）、回铃音控制信号（SELA3）的作用下，分别分时地将上述三种信号通过电子开关送入主叫用户的电话收端(听筒)。 3．铃流控制电路：由上述的单片机U501.EPM240和用户线接口芯片PBL 38710的有关电路等组成。自动交换时，在单片机U501控制作用下，EPM240口输出的振铃音信号（RING），铃流音控制信号(CA)送给PBL38710，RING信号由PBL38710提升功率后，使其有效值达到75V左右，在CA的控制下送往电话机，驱动振铃。

4.DTMF接收控制电路：主要由EPM240可编程器件和CPU的中断端口组成，当MT8870收到电话号码后，便发出使能信号（12EN或34EN）向CPU(U501芯片)申请中断，接收电话号码数据（D1～D4）送给CPU（U501）和EPM240进行处理。然后，CPU（U501）译成交换命令（COMM字节表示）送往交换单元。

34

CPLD信号产生单元 EPM240（U105） 拨号音 忙音 回铃音 SELA控制信号 控制信号 语音信号 话音、信号音切换电子开关 各种可闻信号 主处理器 89C51 （记发器U501） 摘机信号DET 用户接振铃音RING 振铃控制CA 交换控制信号 口电路 语音数据 D1 12EN 交换控制单元 D2 DTMF信号 D3 号码检测 D4 MT8870 图7.1.8 记发器工作过程示意框图

DTMF

（四）双音多频（DTMF）检测

DTMF接收器包括DTMF分组滤波器和DTMF译码器。DTMF接收器先经高、低群带通滤器进行fL / fH区分，然后过零检测、比较，得到相应于DTMF的两路fL、fH信号输出。该两路信号经译码、锁存、缓冲，恢复成对应于16种DTMF信号音对的4比特二进制码（D1～D4）。

锁高频带通过零 码 存 滤波器 检测器 信与变 号输入缓 输电路 冲 换 入 低频带通过零 滤波器 检测器 图7.1.9 典型DTMF接收器原理框图

本实验系统采用MT8870进行号码检测的，MT8870的译码表见7.1.1所示，图7.1.9为双音多频实验系统的电原理框图。其中，数据输出允许端EN和D1～D4见平台上记发器模块的左边测试过孔。

35

表7.1.1 MT8870译码表

fL（Hz） fH(Hz) 697 697 697 770 770 770 852 852 852 941 941 941 697 770 852 941 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1209 1336 1477 1336 1209 1477 1633 1633 1633 1633 NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 * # A B C D EN H H H H H H H H H H H H H H H H L D04 L L L L L L L H H H H H H H H L Z D03 L L L H H H H L L L L H H H H L Z D02 L H H L L H H L L H H L L H H L Z D01 H L H L H L H L H L H L H L H L Z

四、实验步骤

（一）模拟电话光纤传输（单工） 1．关闭系统电源。按照图7.1.2所示连接好信号连接线，模拟信号的输出P601(1VT)与1310光传输部分P201相连，1310光传输部分P205与P802相连，另外，信号连接线连接P108→P111（否则电话无法拨号呼叫）,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,即构成电话A到电话B的单工语音信号直接光纤传输通道。

2．电话A、B接上电话单机，打开系统电源。

3．K01.K02.K03插上跳线器，K05插入左侧模拟信号输出。 4．电话A(48)呼叫电话B(49)。

5．电话B摘机，此时，如图7.1.2，电话A到电话B通，反之不通。感受一下电话语音的传输效果。

（二）数字电话光纤传输（双工）

1．关闭系统电源，按照图7.1.1.图7.1.3将电话单机、信号连接线（P603→P201，P202→P802，P801→P203，P204→P604）、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，信号连接线连接P108→P111（否则电话无法拨号呼叫）。注意K01.K02.K03插上跳线器，K05插入右侧数字信号，收集好器件的防尘帽。

2．打开系统电源，在液晶菜单选择“传输—PCM数据”；电话A、B两路“PCM编译

36

码”正常工作，将语音信号转化为64KHZ的数字信号输出。

3．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备，同时，记发器给电话A送上拨号音信号；

4．电话A拨号（如：49），号码信号传送到DTMF接收器进行译码，同时在拨第一个号码时就通知记发器停止送拨号音信号；

5．电话A拨号完毕，记发器单元给电话A送回铃音信号，同时给被呼叫方送振铃信号；

6．被叫方电话B摘机，摘机信号DET通知记发器。此时，电话A的回铃音和电话B的振铃信号结束。

7．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，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。

8．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；

9．电话A挂机，挂机信号（DET）通知记发器单元，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。

10．认真思考整个呼叫的过程，实验验证系统是怎样处理各种突发现象的。 测试实验过程中的各个测试点，叙述信号变化的过程。 11．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注意：一般情况下，一体化数字光端机的输入电平调节电位器，都右旋到底。如果配置了波分复用解复用器及法兰1套，自行设计连接方案，实现两路电话在光纤上的合波及解波的双工通信，画出你的实验方框图。

五、实验结果

1．画出各个实验连接示意图，标上必要的实验说明。

2．测试并记录实验过程中的各个测试点信号波形，分析信号的变化过程。 3．叙述记发器单元的工作过程，尝试画出其程序流程图。

4．自行设计连接方案，实现两电话语音单光纤的同向和反向本地双工通信，画出你的实验方框图及使用的器件。

37

附 录：

一、光信道调节方法及步骤

1.在关电前提下，连接好测试系统信道，铆孔连接P108与P201/P203(光发端电信号输入)、P202/P204与P111(光收端电信号输出)，光纤线直接连接光模块发端和收端（其它设置参考有关说明）。

2.打开电源开关，液晶选择 “系统”，系统开始运作，此时8个发光二极管亮灭状态应与SW101拨码器设置同，并可同步变化。此时可确定测试信道完好，无需调整。 3.由于实验室实验用的传输光纤较短，到达光收端机的光功率较强，光功率容易超出光收端机的动态范围。像这类个别情况，可以在光信道中串入光衰减器，或者在连接光纤线时光纤头略微拨出一点不要拧太紧，以减小到达光收端的光功率。所以当步骤2中测试现象异常时，可以通过这两种方法解决。

38

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/moo7.html