【正文】 編譯碼單元的A_IN 相連。右模擬信號源的輸出—正弦波R_SINE 與PCM 編譯碼單元的B_IN 相連。PCM 編譯碼單元A_TXD 與PCM 編譯碼單元TXD_A 相連。PCM 編譯碼單元A_RXD 與PCM 編譯碼單元RXD_A 相連。PCM 編譯碼單元B_TXD 與PCM 編譯碼單元TXD_B 相連。PCM 編譯碼單元B_RXD 與PCM 編譯碼單元RXD_B 相連。PCM 編譯碼單元PCM_OUT 與光發(fā)送數(shù)字信號輸入端L_DIN 相連。PCM 編譯碼單元PCM_IN 與光接收數(shù)字信號輸出端L_DOUT 相連。1) 打開系統(tǒng)電源，用示波器在光接收模塊的數(shù)字信號輸出端口觀察輸出信號與光發(fā)送的數(shù)字信號輸入信號。2) 用示波器觀察PCM 編碼前譯碼后的波形，比較波形，是否有信號失真。若有失真，仔細調(diào)節(jié)電位器W8W81，直到輸出信號無失真。(在做這個實驗時要求先用模擬信號源的PCM碼流將光接收機中的兩個電位器調(diào)試好)7．話音信號的PCM 數(shù)字傳輸實驗(以圖94 為參考)1) 保持步驟6 的所有連接線，做以下調(diào)整：PCM 編譯碼單元A_IN 與電話接口模塊一L_TXPCM 編譯碼單元B_IN 與電話接口模塊二R_TXPCM 編譯碼單元A_OUT 與電話接口模塊一R_RXPCM 編譯碼單元B_OUT 與電話接口模塊二L_RX2) 開啟系統(tǒng)電源，電話一、二摘機，雙方進行通話。3) 實驗結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除所有連接線，收拾整齊。六、實驗報告要求1．記錄并畫出實驗所用及所得到的波形，并進行比較。2．比較模擬信號兩種傳輸方式，分析哪種傳輸方法的傳輸效果更好。實驗十 二—八臺計算機單/雙光纖全雙工通信傳輸一、實驗?zāi)康?1．學(xué)習(xí)掌握多路異步數(shù)據(jù)復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)。 2．學(xué)習(xí)并掌握多臺計算機 RS232 光纖傳輸技術(shù)。3．掌握時分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)的靈活搭配使用。 二、實驗內(nèi)容 1．用一個實驗箱實現(xiàn) 4 臺計算機間的全雙工數(shù)據(jù)雙光纖通信。 2．用一個實驗箱實現(xiàn) 6 臺計算機間的全雙工數(shù)據(jù)雙光纖通信。 3．用一個實驗箱實現(xiàn) 8 臺計算機間的全雙工數(shù)據(jù)雙光纖通信。 4．用一個實驗箱實現(xiàn) 8 臺計算機間的全雙工數(shù)據(jù)單光纖通信。 三、實驗儀器示波器一臺、THKEGC2 型實驗箱一臺、計算機若干臺(最低操作系統(tǒng)版本：WIN95，數(shù)量根據(jù)實驗內(nèi)容要求配置)、串行通信電纜(RS232) 若干根、串行通信軟件、FC/PC 連接器一只、FC/PC 光纖跳線兩根、1310nm/1550nm 波長波分復(fù)用器兩只(接頭類型：FC/PC)。 四、基本原理變速率時分復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)原理。復(fù)接電路組成框圖如圖101 所示。 圖 101 復(fù)接電路組成框圖各組成模塊的功能說明如下：線路編碼器(前 4 個)：把被復(fù)接的 4 個不同速率數(shù)據(jù)編碼成具有相同標(biāo)稱速率的信號。時鐘信號源：為整個復(fù)接電路提供穩(wěn)定的時鐘信號。緩沖存儲和插入控制器：進行碼速調(diào)整，即把 4 個標(biāo)稱速率相同實際有容差的信號都調(diào)整到同一速率上，使它們同步。 復(fù)接器：將 4 個支路已經(jīng)同步的信碼流復(fù)接成一個高速率的信號。數(shù)字復(fù)接由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器兩部分組成，且數(shù)字復(fù)接器是將同步的多路信號復(fù)接成一路信號，在本實驗中，我們將討論如何將異步的多路數(shù)字信號復(fù)接成一路信號，即異步復(fù)接。什么是異步復(fù)接呢？當(dāng)輸入支路數(shù)字信號不同步而與本機定時信號是異步的，即它們的對應(yīng)生效瞬間不一定以同一速率出現(xiàn)，那么調(diào)整單元就要對各個支路數(shù)字信號實現(xiàn)頻率和相位調(diào)整，使之成為同步信號，這種復(fù)接稱為異步復(fù)接，這種復(fù)接器稱為異步復(fù)接器。還有兩種情況，即：如果輸入支路數(shù)字信號的生效瞬間相對于本機對應(yīng)的定時信號以同一標(biāo)稱速率出現(xiàn)，而速率的任何變化都限制在規(guī)定的容差范圍內(nèi)，這種復(fù)接稱為準(zhǔn)同步復(fù)接，這種復(fù)接器稱為準(zhǔn)同步復(fù)接器；如果被復(fù)接的各支路數(shù)字信號的時鐘源是各自獨立的，盡管它們的標(biāo)稱碼率都相同，并允許在規(guī)定的容差范圍內(nèi)變化，這種準(zhǔn)同步復(fù)接一般又稱為異源復(fù)接。具有相同標(biāo)稱速率但不是由同一時鐘源產(chǎn)生的兩個信號通常就是準(zhǔn)同步的。討論同步復(fù)接中的另一復(fù)接方式—逐比特復(fù)接，再討論異步復(fù)接。1．逐比特復(fù)接原理 圖 102 逐位復(fù)接示意圖逐比特復(fù)接也叫逐位復(fù)接。逐位復(fù)接的示意圖如圖 102 所示。(a)、(b)、(c)、(d)是 4 個被復(fù)接支路的信號(基群數(shù)字信號)，(e)是復(fù)接后的數(shù)字信號。復(fù)接過程是這樣的：首先取第一基群的第一位碼，接著取第二基群的第一位碼，再取第三基群的第一位碼，再取第四基群的第一位碼，輪流將 4 個支路的第一位碼取值一次再進行第二位碼取值，方法仍然是：首先取第一基群的第二位碼，接著取第二基群的第二位碼，再取第三基群的第二位碼，輪流將 4 個支路的第二位碼取值一次后再進行第三位碼取值，依次類推，一直循環(huán)下去。這樣得到的圖中(e)序列的就是復(fù)接后的二次群序列。可以看出，復(fù)接后每位碼的寬度是原來支路每位碼寬度的 1/4，換言之，容量增加了 4 倍。一個簡單例子：PCM 基群話路信號的容量為 30 個話路，進行二次群復(fù)接后增大到 120 路了。這種方法簡單易行，現(xiàn)有的復(fù)用設(shè)備多采用這種方式。其最大優(yōu)點是所需緩存器的容量最小。復(fù)接時，緩沖存儲器是不可少的，其原因可由圖 101 看出；當(dāng)復(fù)接器在復(fù)接第二、第三、第四基群的第一碼時，第一基群的第二位碼，第三位碼…不斷送來，而這些碼位要等四基群的第一碼復(fù)接完了才能復(fù)接它們。因此，每個基群都需要存儲器先把它們存儲起來。由于是復(fù)接，循環(huán)周期不長，存儲器所需的容量不大，制作比較簡單。緩沖存儲器的容量由下式?jīng)Q定： (61)式中 u 為復(fù)接單位的比特數(shù)。圖 101 中每次復(fù)接一位，即 u=1；m 為被復(fù)接的基群數(shù)，這里 m=4。這樣二次群復(fù)接器所需的容量 M 為： (62) 式中的 1bit 是先寫進去以便讀出的存儲起始位，3/4 是讀第二、三、四基群的第一位碼時最低所需存儲容量?？梢?，緩沖存儲器的容量取 2bit 就夠了。 2．復(fù)接電路原理 在本實驗中，雖然輸入的信號為異步信號，但通過速率調(diào)整，相位調(diào)整等處理電路后，最終送至復(fù)接電路的信號是同頻率、同相位的同步信號，所以在這里，我們使用的是位復(fù)接器。當(dāng)被復(fù)接的幾個支路是同步的信號(就是有相同的時鐘)，并且又和復(fù)接信號同步時(時鐘是倍頻的)，復(fù)接過程很簡單，例如將 4 個 128kb/s 的信號復(fù)接為 512kb/s，可以認為 4 個支路的時鐘都是由 512kb/s 進行 4 分頻得到，都是 128khz，它們的誤差容限都相同。復(fù)接示意如圖 10104 所示。圖中 4 為 4 個被復(fù)接的 128kHz 信號。 圖 103 逐比特復(fù)接簡易原理框圖圖 104 逐比特同步復(fù)接示意圖 3．正碼速調(diào)整原理 在實驗二十一中的三路信號(DDD3)復(fù)接時，由于各路是使用同一個時鐘源，且頻率相位相同，是同步復(fù)接，因此實現(xiàn)起來較為簡單。然而，在系統(tǒng)中，若要對四路不同計算機的串口數(shù)據(jù)進行復(fù)接，由于它們各自通信的波特率不同，所以對它們進行復(fù)接，應(yīng)分三個步驟來進行： 第一步 將各輸入信號進行編碼，使它們速率的標(biāo)稱值相同；第二步 將各支路的編碼后的信碼變換成與一個標(biāo)準(zhǔn)信號同頻同相的信碼，即先對各支路進行碼速調(diào)整，使之達到碼速同步； 第三步 進行同步復(fù)接即將已同步的信碼進行復(fù)接。后兩個步驟組合起來就稱為準(zhǔn)同步復(fù)接，實現(xiàn)準(zhǔn)同步復(fù)接其重要概念是：先進行碼速調(diào)整，再進行同步復(fù)接。碼速調(diào)整為同步復(fù)接提供條件。碼速調(diào)整有三種方式：正碼速調(diào)整；正/負碼速調(diào)整；正/零/負碼速調(diào)整。ITUT 推薦使用正碼速調(diào)整和正/零/負碼速調(diào)整方式。我國大部分復(fù)用設(shè)備采用正碼速調(diào)整方式，也有采用正/零/負碼速調(diào)整方式的。目前應(yīng)用最多是“脈沖插入同步”方式，這種方式是利用插入脈沖的方法來實現(xiàn)調(diào)整的。所謂正碼速調(diào)整就是將被復(fù)接的低次群的碼速都提高，使其同步到某一規(guī)定的較高的碼速上。例如在 PCM 基群的數(shù)碼率標(biāo)稱值都是 2048kb/s，但由于各個獨立的時鐘源總是存在偏差，因此，可根據(jù)復(fù)接幀的要求，確定脈沖的插入數(shù)目，使每個基群的碼率均由 2048kb/s 填充到所要求的碼率，二次復(fù)接時為 2112kb/s。這樣，碼速都提高了，又達到了相互同步的目的。由于是用提高來使其同步，故稱為正碼速調(diào)整。 圖 105 脈沖插入同步方式插入部分的原理示意圖 (a)方框圖 (b)支路輸入數(shù)碼流 fi (c) 碼速調(diào)整后的數(shù)碼流 fm 在系統(tǒng)中，首先對輸入的四路信號按一定速率進行編碼，以便使四路信號速率的標(biāo)稱值相同，編碼方式可以采用多種方式(如 CMI、DMI，5B6B，4B1H 等等)，然后再對編碼后的信號進行脈沖插入同步的正碼速調(diào)整，下面，我們對正碼速調(diào)整中插入脈沖部分的原理作簡單介紹，而去插入脈沖部分將在下一實驗中說明： 采用脈沖插入同步的正碼速調(diào)整的原理如圖 105(a)所示。該圖只繪出一個支路的碼速調(diào)整插入部分情況，去插入部分和復(fù)接部分沒有繪出。基群輸入的數(shù)字信號先寫入到一個緩沖存儲器，寫入速率是編碼速率，讀出時鐘頻率則是碼速調(diào)整后的速率 fm，而 fmfi ，所以存儲器是讀得快寫得慢，即存儲器處于“快讀慢寫”狀態(tài)?？熳x慢寫會出現(xiàn)什么結(jié)果呢？從圖(b)和(c)可以看出，第 1 個脈沖經(jīng)過一段時間后讀出，第 2 個脈沖的讀出，其經(jīng)過的時間長度比前者要短一些，因讀出速度比寫入速度快，以后的寫入與讀出時間差，即相位差愈來愈小，在第 6 個脈沖時兩者相位差已很小，即將出現(xiàn)取空狀態(tài)，當(dāng)相位差小到一定程度時，由相位比較器(在緩沖存儲器中)發(fā)出插入要求，要求插入脈沖控制電路發(fā)出一個插入指令，停止一次讀出，同時在此瞬間插入一個脈沖。插入脈沖是不攜帶信息的，所以在接收端應(yīng)把它去掉，為此，發(fā)送端在插入脈沖的同時，必須發(fā)出一個標(biāo)志信號通知接收端，據(jù)此判別出哪些是插入脈沖，然后把它去掉以恢復(fù)原始信號。正碼速調(diào)整過程的要點如下： 1) 輸入的數(shù)碼流以 fi 的速率寫入緩沖存儲器；緩沖存儲器以 fm 的速率讀出，即進行快讀慢寫。 2) 當(dāng)讀時鐘與寫時鐘的相差小到某一規(guī)定值時，由鑒相器檢出其狀態(tài)，要求插入脈沖控制電路發(fā)出一個指令，此指令控制三個動作；停止一次讀出；插入一個脈沖，給插入脈沖作標(biāo)志。 3) 4 個基群支路的速率都正調(diào)整到 fm 后，再復(fù)接成二次群。即 fi→fmX4→4fm。 以上就是系統(tǒng)所采用的碼速率調(diào)整部分、逐比特同步復(fù)接的原理介紹，通過這兩部分的協(xié)同工作，就可以將輸入的四路異步信號復(fù)接成一路串行信號進行傳輸。在接收端，進行一次逆變換，就可以將信號復(fù)原成原始信號，這一部分將在下一實驗中說明。實驗中所用的接線/測試端口說明如下表：表101接線/測試端口說明注：上表為 1310 nm 光端機部分的說明(左邊)，對于 1550 nm 光端機部分的說明(左邊)信號前面的“L”變?yōu)椤癛”。 在本實驗中我們將通過這一技術(shù)來實現(xiàn)最多 8 臺計算機之間的全雙工數(shù)據(jù)通信。在實驗中，我們首先對 8路 RS232 數(shù)據(jù)流進行編碼、復(fù)接后再送到光纖傳輸，在接收端對復(fù)接信號進行解復(fù)用，然后再進行譯碼，最后送給相應(yīng)的計算機。整個實驗系統(tǒng)的傳輸框圖如圖 106和 107 所示。 圖 106 8臺計算機全雙工通信雙光纖傳輸示意圖圖 107 臺計算機全雙工通信單光纖傳輸示意圖五、實驗步驟以下實驗步驟以 8 臺計算機全雙工雙光纖通信實例，其他內(nèi)容請自行設(shè)計傳輸示意圖并進行實驗操作。1．八臺計算機 RS232 全雙工數(shù)據(jù)通信，編碼方式：時分復(fù)用；傳輸介質(zhì)：光纖(圖 106) 表102 八臺計算機 RS232 全雙工數(shù)據(jù)通信電氣部分連接方法表 注：上表中所列的接線方法是八臺計算機通過光纖自發(fā)自收的實驗連線表，要完成不同計算機之間的信息交換時，學(xué)生可參考以上的實驗連線表格自己制定。 1) 電氣導(dǎo)線的連接：關(guān)閉實驗箱的電源，參考表 102 連線。 2) 光路部分的連接，參考實驗十四的相關(guān)內(nèi)容。 3) 打開實驗箱電源。運行程序：“”，按照附錄二中所介紹的軟件使用方法向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，在接收窗口中觀察所接收的數(shù)據(jù)，檢測通信的正確性。 4) 用示波器觀察各連接點的波形，并記錄。 5) 如果在通信過程中出現(xiàn)一路或多路數(shù)據(jù)傳輸錯誤，請自行查找錯誤，并記錄故障現(xiàn)象同時記錄解決方法及過程。 2．八臺計算機 RS232 全雙工數(shù)據(jù)通信，編碼方式：時分復(fù)用；傳輸介質(zhì)：光纖、波分復(fù)用器(圖 107) 本部分實驗內(nèi)容的實驗步驟請參考圖 107 自行設(shè)計連接，并按照實驗 1 的實驗步驟形成文檔，記錄實驗波形和數(shù)據(jù)。 六、實驗報告要求 1．寫出實驗 2 的實驗步驟。 2．詳細說明傳輸過程中各連接的作用，并畫出波形。 3． 畫出 4/6 臺計算全雙工通信的單/雙光纖傳輸示意圖，并寫出實驗內(nèi)容的實驗步驟。 57