光纤通信综合实验 实验六码型变换及眼图观察测试实验 实验目的 1.了解光纤通信采用的线路码型 2.掌握CM码的特点及编解码实现方法 3.掌握在光纤信道测量眼图的方法 、实验电路工作原理 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 码型,称之为线路码型.在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲,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。 数字光纤通信传输信道中,对于低速率系统采用CMI( Coded Mark Invers ion)码,传 号翻转码,即“1”码交替地用“00”和“11”表示,而“0”码则固定用“01”表示,因 此在1个时钟周期内,CMI编码器输入1bit的时间内输出变为2bit。CM码属于二电平的 不归零(NRZ)的1B2B码型,这种码的特点是: (1)不出现连续4个以上的“0”码或“1”,易于定时提取。 (2)电路简单,易于实现 3)有一定的纠错能力。当编码规则被破坏后,即意味着误码产生,便于中继监测 (4)有恒定的直流分量,且低频分量小,频带较宽 (5)传输速率为编码前的2倍,适用于低速率的光纤传输系统
光纤通信综合实验 24 实验六 码型变换及眼图观察测试实验 一、实验目的 1. 了解光纤通信采用的线路码型 2. 掌握 CMI 码的特点及编解码实现方法 3. 掌握在光纤信道测量眼图的方法 二、实验电路工作原理 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.在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，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。 数字光纤通信传输信道中，对于低速率系统采用 CMI(Coded Mark Inversion) 码,传 号翻转码，即“1”码交替地用“00”和“11”表示，而“0”码则固定用“01”表示，因 此在 1 个时钟周期内，CMI 编码器输入1bit 的时间内输出变为 2bit。CMI 码属于二电平的 不归零（NRZ）的 1B2B 码型，这种码的特点是: （1)不出现连续 4 个以上的“0”码或“1”，易于定时提取。 （2)电路简单，易于实现。 （3)有一定的纠错能力。当编码规则被破坏后，即意味着误码产生，便于中继监测。 （4)有恒定的直流分量，且低频分量小，频带较宽。 （5)传输速率为编码前的 2 倍，适用于低速率的光纤传输系统
码形变换及眼图观察实验 MI编码电路 (1)OM编码电路及其功能 CMI编码电路的方框图见图6-1。它接收来自伪随机码产生器产生的15位的伪随机码, 把它变换为CMI码送至光发送单元伪随机码产生器及CM编码电路均由CPLD可编程信号 发生器MAX7128内的逻辑电路组成 TP402 可编程信号发生器 CM编码电路 CMI码 64KHz时钟 图6-1可编程信号发生器CMI编码电路方框图 (2)OM编码电路的输入输出波形 oMI编码电路输入的伪随机码、128KHz时钟、输出的CM码可分别在TP4Ol、T402、TP409 测量 3.cM解码电路 (1)cMI解码电路的功能 CMI解码器将光收端机送来的MI码还原为单极性非归零码,在本实验中为15位伪随 机码 (2)电路组成 CMI解码器由U902A、U902B、U03A、U904A、U905A等组成(HD8634中这部分电路在 MAX7064中),其组成方框图、电原理图如图6-2、6-3所示。它的设计思路是采用串并变 换电路把串行码变成并行码,即把CMI码的每一组00、11、或01码中的奇数码与偶数码 分离开来,变成奇偶分列的、时序一致的码序列,再用判决电路逐一加以比较,判决输出 传号还是空号,从而解出单极性信码。 CMI解码电路中,奇数码提取电路由U902:A、U902:B组成,它是两级移位寄存器,第 一级用同相时钟触发,第二级用反相时钟触发,使奇数码延迟了一个64Kb/s码元的时间, 从而与偶数码同时出现于判决电路输入端。偶数码提取电路由U9O3:A组成,它是一级移位 寄存器,用反相时钟触发。判决电路由异或门U904:A和反相器U905:A组成,异或门作逻 辑比较器用,两个输入端电平相同时输出低电平,相反时输出高电平。反相器用来实现判
实验六 码形变换及眼图观察实验 25 2.CMI 编码电路 （1）CMI 编码电路及其功能 CMI 编码电路的方框图见图 6-1。它接收来自伪随机码产生器产生的 15 位的伪随机码， 把它变换为 CMI 码送至光发送单元。伪随机码产生器及 CMI 编码电路均由 CPLD 可编程信号 发生器 MAX7128 内的逻辑电路组成。 图 6-1 可编程信号发生器 CMI 编码电路方框图 （2）CMI 编码电路的输入输出波形 CMI 编码电路输入的伪随机码、128KHz 时钟、输出的 CMI 码可分别在 TP401、T402、TP409 测量。 3.CMI 解码电路 （1）CMI 解码电路的功能 CMI 解码器将光收端机送来的 CMI 码还原为单极性非归零码，在本实验中为15 位伪随 机码。 （2）电路组成 CMI 解码器由U902A、U902B、U903A、U904A、U905A 等组成（HD8634 中这部分电路在 MAX7064 中），其组成方框图、电原理图如图 6-2、6-3 所示。它的设计思路是采用串并变 换电路把串行码变成并行码，即把 CMI 码的每一组 00、11、或 01 码中的奇数码与偶数码 分离开来，变成奇偶分列的、时序一致的码序列，再用判决电路逐一加以比较，判决输出 传号还是空号，从而解出单极性信码。 CMI 解码电路中，奇数码提取电路由 U902:A、U902:B 组成，它是两级移位寄存器，第 一级用同相时钟触发，第二级用反相时钟触发，使奇数码延迟了一个64Kb/s码元的时间, 从而与偶数码同时出现于判决电路输入端。偶数码提取电路由 U903:A 组成，它是一级移位 寄存器，用反相时钟触发。判决电路由异或门U904:A和反相器U905:A组成，异或门作逻 辑比较器用，两个输入端电平相同时输出低电平，相反时输出高电平。反相器用来实现判 可编程信号发生器 CMI 编码电路 TP409 TP402 TP401 PN 码 64KHz 时钟 CMI 码
光纤通信综合实验 器所要求的逻辑关系,它将异或门输出信号反相,从而使判决器在奇偶数码相同时输出 传号(高电平),相异时输出空号(低电平)。串并变换之后码速也随之降低一半,从输入的 128Kb/s恢复为输出的64K/s 奇数码 提取电路 奇数码 OM码信号 判决电路单极性管号) 偶数码 偶数码 提取电路 图6-2CM解码器方框图 图6-3CMI解码器电路及眼图观察电路 3)工作过程 当一序列128Kb/s的αMI码进入解码器后,奇数码经过两级移存器与只经过一级移存 器的偶数码同时到达判决电路,判决器U904A与U905A(MAX7064)根据CMI码的编解码规 则解码:奇偶数码相同者判为传号、相反者判为空号。输出一序列64Kb/s的单极性码,本 实验为15位伪随机码。(可从TP20l测量) 4.眼图观察电路 眼图观察电路由U201及一些阻容元件组成,详见图6-3所示
光纤通信综合实验 26 PN码 CMI码信号 （单极性信号） 决器所要求的逻辑关系，它将异或门输出信号反相，从而使判决器在奇偶数码相同时输出 传号(高电平)，相异时输出空号(低电平)。 串并变换之后码速也随之降低一半，从输入的 128Kb/s 恢复为输出的 64Kb/s。 奇数码 偶数码 图 6-2 CMI 解码器方框图 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 U902:A 74LS74 CLK 11 D 12 SD 10 CD 13 Q 9 Q 8 U902:B 74LS74 1 2 3 U904:A 74LS86 1 2 U905:A 74LS04 CMIOUT C64 VCC VCC R904 5.1K R907 100 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 U903:A 74LS74 1 TP401 1 TP201 E904 10uF 10 9 8 U901C TL084 R909 47K GND E905 10uF R908 47K W201 100K C902 91P C901 470P 1 TP202 CMITEST 3 2 1 K201 3PIN 1 2 A 图 6-3 CMI 解码器电路及眼图观察电路 （3）工作过程 当一序列 128Kb/s 的 CMI 码进入解码器后，奇数码经过两级移存器与只经过一级移存 器的偶数码同时到达判决电路，判决器U904A 与 U905A（MAX7064）根据 CMI 码的编解码规 则解码：奇偶数码相同者判为传号、相反者判为空号。输出一序列 64Kb/s 的单极性码，本 实验为 15 位伪随机码。(可从 TP201 测量) 4．眼图观察电路 眼图观察电路由 U201 及一些阻容元件组成，详见图 6-3 所示。 奇数码 提取电路 偶数码 提取电路 判决电路
码形变换及眼图观察实验 眼图是在同步状态下,各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的动态波形图,其 形状类似一个眼睛故名眼图,它是观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。将时钟输 入示波器的通道1、伪随机码的输出接示波器的通道2,缓慢调整示波器的同步旋钮即可在 示波器上观察到眼图,实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反 应。眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力,水平张开度反映过门限失真量的大小。眼 图的张开度受噪声和码间干扰的影响,当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要 受码间干扰的影响,因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。如图 6-4所示,其中 垂直张开度E= 水平张开度E1=4 l2 图6-4模型化眼图
实验六 码形变换及眼图观察实验 27 眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的动态波形图，其 形状类似一个眼睛故名眼图，它是观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。将时钟输 入示波器的通道1、伪随机码的输出接示波器的通道2，缓慢调整示波器的同步旋钮即可在 示波器上观察到眼图，实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反 应。眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。眼 图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要 受码间干扰的影响，因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。如图 6-4 所示，其中 垂直张开度 2 1 0 V V E = 水平张开度 2 1 1 t t E = V1 V2 t1 t2 图 6-4 模型化眼图
光纤通信综合实验 TP409 光发单元 做字信号选择开Pm1 PN码 手工操作 甲方 CPLD 光发 甲方 端机 逻辑电路 TP202 字信号选择开关TP904 乙方 (手工操作) 光收 电路 乙方 端机 发端眼图测试信号 光收单元 图6-5(a)N码眼图观察方框图 J301 光发单 数字信号选择开TP0 CMI编码 甲方 手工 CPLD 光发 可编程 甲方 端机 逻辑电路 S401 TP202 TP201数字信号选择开关TP904 乙方 观察 光收 乙方 端机 发端眼图测试信号 光收单元 图6-5(b)CMI码眼图观察方框图 三、实验内容 1.了解光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点
光纤通信综合实验 28 三、实验内容 1.了解光纤通信采用的线路码型及 CMI 码的特点 PN 码 CPLD 可编程 逻辑电路 甲方 光发 端机 数字信号选择开关 （手工操作） 数字信号选择开关 （手工操作） 乙方 光收 端机 TP701 TP904 尾 纤 光发单元 发端眼图测试信号 J701 S401 甲方 乙方 图 6-5 (a) PN 码眼图观察方框图 眼图 观察 电路 TP202 K201 光收单元 2 3 1 CMI 编码 CPLD 可编程 逻辑电路 甲方 光发 端机 数字信号选择开关 （手工操作） 数字信号选择开关 （手工操作） 乙方 光收 端机 TP401 TP701 1 TP904 尾 纤 光发单元 发端眼图测试信号 J301 S401 甲方 乙方 图 6-5(b) CMI 码眼图观察方框图 眼图 观察 电路 TP202 TP201 K201 光收单元 2 3 1 TP409
码形变换及眼图观察实验 2.了解CMI码的编解码实现方法 3.分析CMI编解码器电路的各个测量点的波形 4.比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同 5.观察眼图 四、实验步骤及注意事项 1.将J701(J901)跳线设置在CMI位置,J902(J702)跳线设置在CMI2T( CMIIOUT) 位置。实验箱与两个光收发系统,但只有一个CMI解码电路,故需用开关K501进行选 择,若模块1发和收,则K501置2-3端,模块2发和收则K501置1-2端,如下图所示: 1 CMIlOUT CMIOUT 2 3 CMI2OUT 2.用示波器测出CMI编解码电路各测量点TP201、TP202、TP401、TP402、TP409、TP701 TP702、TP901、TP9O2的波形。 3.用示波器观察眼图测量点TP202的波形 测试方法如下:若用示波器的一根探头放在TP901,另一根探头放在TP702,调整好示波 使输出波形同步,同时慢慢调节电位器W201,观察眼图的波形变化。 五、测量点说明 1.TP409:由CPLD可编程器件产生的数字基带信码输入,码形为11100001010 2.TP402:由CPLD可编程器件产生的64KHz的方波 3.TP701:经过第一路光收端机驱动电路驱动后的CMI码信号输入 4.TP201:CM码转换后的Ⅳ码输出信号 5.TP202:眼图观察测试点波形。测试方法如下:若用示波器的一根探头放在TP202,另 根探头放在TPA02,调整好示波器使输出波形同步,并调节电位器W201,才能观察到 眼图的波形。 六、实验报告要求 1.MI码的编码规则是怎样的,CM编解码器输入信码与输出信码码型、码速各是怎样
实验六 码形变换及眼图观察实验 29 2.了解 CMI 码的编解码实现方法 3.分析 CMI 编解码器电路的各个测量点的波形 4.比较 CLK 时钟、NRZ 码及 CMI 码的异同 5.观察眼图 四、实验步骤及注意事项 1．将 J701（J901）跳线设置在 CMI 位置，J902（J702）跳线设置在 CMI2OUT（CMI1OUT） 位置。实验箱与两个光收发系统，但只有一个 CMI 解码电路，故需用开关 K501 进行选 择，若模块 1发和收，则K501 置 2-3 端，模块 2 发和收则 K501 置 1-2 端，如下图所示： 1 2 3 CMIOUT CMI1OUT CMI2OUT 2.用示波器测出CMI 编解码电路各测量点 TP201、TP202、TP401、TP402、TP409、TP701、 TP702、TP901、TP902 的波形。 3.用示波器观察眼图测量点 TP202 的波形。 测试方法如下：若用示波器的一根探头放在TP901，另一根探头放在TP702，调整好示波 器 使输出波形同步，同时慢慢调节电位器 W201，观察眼图的波形变化。 五、测量点说明 1.TP409:由 CPLD 可编程器件产生的数字基带信码输入，码形为 111100010011010 2.TP402:由 CPLD 可编程器件产生的 64KHz 的方波 3.TP701:经过第一路光收端机驱动电路驱动后的 CMI 码信号输入 4.TP201:CMI 码转换后的 PN 码输出信号 5.TP202:眼图观察测试点波形。测试方法如下：若用示波器的一根探头放在 TP202，另 一根探头放在 TP402，调整好示波器使输出波形同步，并调节电位器 W201，才能观察到 眼图的波形。 六、实验报告要求 1. CMI 码的编码规则是怎样的，CMI编解码器输入信码与输出信码码型、码速各是怎样
光纤通信综合实验 2.分析本实验的CMI编解码电路的工作过程,画出各测量点的工作波形。 3.眼图是怎样形成的,如何观察眼图
光纤通信综合实验 30 的。 2.分析本实验的 CMI 编解码电路的工作过程，画出各测量点的工作波形。 3．眼图是怎样形成的，如何观察眼图