实验二 模拟和数字信号光纤传输系统实验

一路挂机后另一路将送忙音，当两部电话都挂机后通话结束。 电话接口芯片采用的是 AM79R70，电路原理如下:
AM79R70 应用电路图 AM79R70 的工作状态说明如下表： /DET 输出 状态 0 1 2 3 4 5 6 7 C3 0 0 0 0 1 1 1 1 C2 0 0 1 1 0 0 1 1 C1 0 1 0 1 0 1 0 1 两线状态 E1=1 开路 振铃 通话状态 挂机传输 Tip 开路 候机（备用） 接通极性反转 挂机极性反转 振铃回路 振铃回路 环路检测 环路检测 环路检测 环路检测 环路检测 环路检测 E1=0 振铃回路 振铃回路 B2EN 接地键 接地键 接地键 接地键 接地键 B2EN 接地键 B2EN＝1** VBAT1 馈电选择
a4
D
a3
D
a2
D
a1
D
a0
PN序列输出
PN 序列的波形如下： CLK PN 序列 光端 FPGA 模块中有两路 PN 序列输出， 其中 TP720 是 7 位 32Kbit/s 的 NRZ 码， TP718 是 15 位 256Kbit/s 的 NRZ 码。 4.CMI 1）线路码型
数字光纤通信与数字电缆通信一样，在其传输信道中，通常不直接传送终端机（例如 PCM 终端机） 输出的数字信号，而需要经过码型变换，使之变换成为适合于传输信道传输的码型 , 称之为线路码型. 在 数字电缆通信中, 电缆中传输的线路码型通常为三电平的“三阶高密度双极性码”, 即 HDB3 码，它是一种 传号以正负极性交替发送的码型。 在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲， 因而不能采用 HDB3 码，只能采用“0”“1”二电平码。但简单的二电平码的直流基线会随着信息流中“0”“1”的不同的组合情况而 随机起伏，而直流基线的起伏对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。 线路编码还有另外两个作用： 其一是消除随机数字码流中的长连“0”和长连“1”码，以便于接收端时钟的提取。 其二是按一定规则进行编码后，也便于在运行中进行误码监测，以及在中继器上进行误码遥测。 2）CMI 码 CMI （Coded Mark Inversion） 码是典型的字母型平衡码之一。 CMI 在 ITU-T G.703 建议中被规定为 139 264 kbit/s（PDH 的四次群）和 155 520 kbit/s（SDH 的 STM-1）的物理/电气接口的码型。其变换规则如下 表所示： CMI 码 输入码字 模式 1 模式 2 0 01 01 1 00 11 CMI 由于结构均匀，传输性能好，可以用游动数字和的方法监测误码，因此误码监测性能好。由于它 是一种电接口码型，因此有不少 139 264 kbit/s 的光纤数字传输系统采用 CMI 码作为光线路码型。除了上 述优点外，它不需要重新变换，就可以直接用四次群复接设备送来的 CMI 码的电信号去调制光源器件，在 接收端把再生还原的 CMI 码的电信号直接送给四次群复用设备，而无须电接口和线路码型变换/反变换电 路。其缺点是码速提高太大，并且传送辅助信息的性能较差。 3）CMI 编码原理框图
二、实验内容
1.通过不同频率的正弦波、方波、三角波信号进行光传输实验。 2.电话语音通过光纤的模拟信道进行传输。 3.PN 序列的光纤传输。 4.CMI 码的光纤传输。 5.扰码的光纤传输。 6.用示波器观察两路音频信号的编码结果，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，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。
用户接口 振 铃
过压 保护
编码器 馈 电 试 验 监 测 混 合 交换 网络 编码器
BORSCHT 结构图
控 制 系 统
(1)、馈电 B 在目前的交换机中，普遍都对外部模拟话机提供集中供电方式，即话机中送话器所需的直流工作电流 由交换机提供，馈电电压一般为-48V。 (2)、过压保护 O 交换机接口应保护交换机的内部电路不受外界雷电、工业高压和人为破坏的损害。 (3)、振铃控制 R 接口应能向话机输送铃流，并能在话机摘机后切断铃流(截铃)。 (4)、监测 S 接口应能监测用户环路直流电流的变化，并向控制系统输出相应的摘、挂机信号和拨号脉冲信息。 (5)、编解码 C 用于完成模拟话音信号及带内信令的 PCM 编码和解码。 (6)、混合电路 H 用于完成环路 2 线传输与交换网络 4 线传输之间的变换。 (7)、测试 T 接口通常还应提供测试环路系统各个环节工作状态的辅助功能。 Am79R70 在 ALU 中主要完成 B(馈电)、 O(过压保护)、 R(振铃控制)、 S(监测)、 H(混合)、 T(测试)功能， 而编解码通常由编解码芯片来完成。 3. PN 序列光纤传输系统 PN 码也称伪随机序列。它具有近似随机序列(噪声)的性质，而又能按一定规律(周期)产生和复制的序 列。因为随机序列是只能产生而不能复制的，所以称其是“伪”的随机序列。常用的伪随机序列有 m 序列、 M 序列和 R－S 序列。 本实验系统是采用的 m 序列作为伪随机序列。m 序列即长线性反馈移位寄存器序列的简称。 带线性反馈逻辑的移位寄存器设定各级寄存器的初始状态后，在时钟触发下，每次移位后各级寄存器 状态会发生变化。 观察其中一级寄存器 （通常为末级） 的输出， 随着移位时钟节拍的推移会产生一个序列， 称为移位寄存器序列。 可以发现， 移位寄存器序列是一种周期序列， 其周期不但与移位寄存器的级数有关， 而且与线性反馈逻辑有关。 本实验系统采用了如下的逻辑关系：
VFR O VCC FS R DR BCLK R / CLKSEL MCLK R / PDN
VBB VFX I VFX I GS X ANLB TS X FS X DX BCLK X MCLK X
TP3067 管脚定义
符号比特提取
GSx
VFxIVFxI+
Biblioteka Baidu
－ ＋
抗混叠 滤波器
带通 滤波器
D/A阶梯波 形成器

并串变换 寄存器
Dx
参考电压
A/D转换 逻辑控制单元
比较器
VFRO
－ ＋
平滑 滤波器
低通 滤波器
D/A阶梯波 形成器
串并变换 寄存器
DR
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。 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。 MCLKX 发送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 MCLKR 异步，但是同步工作时 可达到最佳状态。 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。 DX 发送部分 PCM 码流三态门输出端。 FSX 发送部分帧同步信号输入端，此信号为 8KHZ 脉冲序列。 由于时钟频率为 2.048MHZ，抽样信号频率为 8KHZ，故两路的码速率都是 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。 TP3067 由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。 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。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。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
实验二 模拟和数字信号光纤传输系统实验
一、实验目的
1.了解模拟信号光纤系统的通信原理，了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构，掌握各种模拟 信号的传输机理。 2.了解电话语音信号光纤系统的通信原理，了解完整的电话语音信号光纤通信系统的基本结构，了解 用户接口电路的原理。 3.了解 PN 序列的特点，掌握 PN 序列的产生方法。 4.了解线路码型的用途，掌握 CMI 编解码的方法。 5.掌握扰码与解扰码的方法。 6.掌握 PCM 编译码原理，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。
三、实验仪器
1.光纤通信实验系统 1 台。 2.示波器 1 台。 3.光纤跳线 2 根。 4.电话 2 部
四、实验原理
1.模拟信号光纤传输系统 本实验中将模拟信号源输出的正弦波、三角波、方波信号通过光纤进行传输。模拟信号源的电路图如 下：
图中 P400 是输入的方波信号， 输入的方波信号有两种频率可选 1k、 2k。 P401 是三角波的输出端， P410 是正弦波的输出端。 模拟信号也可以通过 PCM 编码后变成数字信号。然后，再送入光发射模块数字信号端进行传输。接 收到信号后再送入 PCM 译码模块，得到模拟信号。这种传输方法将在后面的实验中进行。 2.电话语音光纤传输系统 本实验系统的电话系统采用了热线电话的模式，热线电话的工作模式：其中任意一路摘机后（假定是 甲路） ，另一路将振铃（假定是乙路）而电话甲将送回铃音。当乙路摘机后，双方进入通话状态。当其中
当 B2EN 输入低电平时，使用 VBAT2 馈电，输入高电平时，使用 VBATl 馈电。其中，C2、C1、B2EN 都由电话控制电路的单片机 U509 控制。 Am79R70 在 ALU 的应用： ALU(模拟用户接口单元)是连接普通模拟话机和数字交换网络的接口电路，CCITT 为程控数字交换机 的模拟用户接口规定了 7 项功能，称为 BORSCHT，下图所示是 BORSCHT 的结构框图，这七项功能分述 如下。
输入序列
D
加扰输出
D
D
D
D
解扰器的框图如下：
输入加扰序列
D
加扰输出
D
D
D
D
解扰输出
6. PCM 编译码原理及数字电话光纤传输系统 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。国际标准化的 PCM 码组（电话语音）是八为码组代表一个抽样值。从通信中 的调制概念，可以认为 PCM 编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变 脉冲序列的有无“1”、“0”，所以 PCM 编码称为脉冲编码调制。国际上存在 A 律和 μ 律两种 PCM 编译码标 准系列。脉码调制的过程如下图所示： 模拟信源
x(t )
预滤波器
抽样器
x(n)
波形编码器 量化、编码
光发射机
tp3067
光纤
光接收机
模拟终端
x(t)
重建滤波器 抽样保持、x/sinx 低通
x(n)
波形解码器
本实验系统中的是 A 律 PCM 编译码集成电路 TP3067 其引脚及内部框图如图所示。
VPO+ GNDA VPOVPI 1 20 2 19 3 18 4 17 5 16 TP3067 6 15 7 14 8 13 9 12 10 11
NRZ码
采 样 反 相
判断 0
1
翻转 电路
时钟
4）CMI 译码原理框图
开 关
合 CMI码 成
CMI同步时钟
二分频

上升沿读取 第一路信号 比较 NRZ 码

CM I 码

0101 检出
下降沿读取 第二路信号
5.扰码解扰原理 扰码原理是以线性回馈移位寄存器理论作为基础的。 在数字基带信号传输中， 将二进数字信息先作“随 机化”处理，变为伪随机序列，从而限制连“0”或连“1”码的长度，以保证位定时信息恢复的质量，这 种“随机化”处理称为“扰码”。在接收端解除这“扰乱”的过程称为“解扰” 。当输入二进信息码为全 0 码 时，扰码器实际上就是一个 m 序列伪随机码发生器。 采用扰码方法的主要缺点是对系统的误码性能有影响。在传输扰码序列过程中产生的单个误码会在接 收端解扰码器的输出端产生多个误码，这是因为解扰时会导致误码的增加。 扰码器框图如下：