?4B1H码型：；?线路速率为139.264×(4+1)/4=17；27；Chap.3No.10目前在光纤通信系统中对光源；?直接调制的特点参见3.2.1；28；Chap.3No.11光发送机中输入接口的作用是；?输入接口除了正常应该考虑信号幅度大小和阻抗外，；即将原始信息变换为适宜于在光纤中传输的码型；?对驱动电路要求：；?输出的光脉冲峰值必须保持恒定；?
? 4B1H码型：
? 线路速率为139.264×(4+1)/4=174.08Mbit/s
Chap.3 No.10 目前在光纤通信系统中对光源的调制采用的PCM脉码强度直接调制方式有什么特点？
直接调制的特点参见3.2.1。
Chap.3 No.11 光发送机中输入接口的作用是什么？对驱动电路有什么要求？
输入接口除了正常应该考虑信号幅度大小和阻抗外，特别应注意信号脉冲码型，
即将原始信息变换为适宜于在光纤中传输的码型。
对驱动电路要求：
? 输出的光脉冲峰值必须保持恒定。
? 光脉冲的通断比（即消光比）应≥10，以免接收灵敏度受到损害。
? 电流脉冲加上后，激光发射的时间必须远短于每位码元的时间段。
? 如加上的电流脉冲有较高的码速，则输出的光脉冲有可能引起弛张振荡，这就必须予以
阻尼，防止它对系统性能发生不良影响
Chap.3 No.12在光发送电路中为什么要设置自动功率控制（APC）电路？用APC电路是控制LD的哪些因素？试述APC电路的工作原理。
时输出光信号
输入电信号2 I
输入电信号1
? APC工作原理见光发送电路部分。重点理解APC电路与阈值电流之间的关系。
Chap.3 No.13 在光发送电路中为什么要设置自动温度控制（ATC）电路？用ATC电路是控制LD的哪些因素？试述ATC电路的工作原理。
此题知识点同前题
ATC的工作原理见光发送电路部分，重点仍是阈值电流的变化。
Chap.4 No.1 光纤通信系统对光检测器有什么要求？比较PIN和APD各自的特点。
参见4.1，光纤通信系统对光检测器的基本要求是：
波长段内响应度或灵敏度要高
具有足够的带宽和响应速度
由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并联电导必须最小
较低的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命
较小的几何尺寸，便于与光纤及其他电路组装
APD具有雪崩效应，倍增电流较大，但是噪声也较大。
Chap.4 No.2 光电二极管为什么必须工作在反向偏压状态??光电管的响应时间与什么有关？
参见4.1.1，在扩散区内，因为光生载流子的扩散速度比耗尽区内光生载流子的
漂移速度慢得多，这部分光生载流子的扩散运动的时延，将使检测器输出电流脉冲后沿的拖尾加长，影响了光电二极管的响应时间，限制了光电转换速度。在反向偏压情况下，增加了耗尽区的宽度，缩小了耗尽区两侧扩散区的宽度，从而减小了光生电流中的扩散分量，反向偏压也增强了耗尽区内的电场，加快了光生载流子的漂移速度，有利于加快光电二极管的响应时间。
P(mW) I(mA)
Chap.4 No.3 光电检测电路为什么会产生非线形失真？非线形失真对接收信号会产生什么影响？
参见4.1.2，PIN主要特性中线性饱和部分。
Chap.4 No.4 何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？暗电流的存在对信号的接收会产生什么影响？
处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照时仍有电流流过，这部分电流称
为暗电流。
光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响与消光比的影响相似。暗电流与
光源无信号时的残留光一样，在接收机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。
Chap.4 No.5 试述APD的工作原理。何谓“雪崩效应”？拉通型雪崩光电二极管有什么特点？APD的电流增益系数G与什么有关？
处于反向偏置的耗尽层光电二极管，当外加的反向偏压不断增强时，耗尽层内产
生的光生载流子在强电场作用下得到加速，获得很大的动能。
高能的载流子与半导体晶体内的原子相碰撞，将束缚在价带中的电子激发到导
带，从而在耗尽层内产生新的电子-空穴对，这种现象称为碰撞电离。
碰撞电离的第二代载流子在耗尽层的强电场的加速下再次引起碰撞电离而产生
第三代载流子。碰撞电离的反复循环使耗尽层内的载流子数雪崩似的急剧增加，通过二极管的电流也就猛增，这就是雪崩倍增效应。 雪崩光电二极管（APD）就是利用雪崩倍增效应实现内部电流增益的半导体光电转换器件。
Chap.4 No.6 接收机中的噪声包括哪些？这些噪声是怎么产生的？
光接收机中存在各种噪声源，根据噪声产生的不同机理，噪声可分为两类：散粒
噪声和热噪声。接收机中的噪声源及其引入部位参见教材图4-20所示。
Chap.4 No.7 何谓动态范围？??求该接收机的动态范围值和灵敏度值。
动态范围、灵敏度及其表示方法等参见教材。
? 10lg(0.2μw/1mw)=10lg(2×10-4)=-36.99dBm
? 10lg(13.6nw/1mw)=10lg(1.36×10-4)=-48.67dBm
? -36.99-(-48.67)≈11.68dB
? 所以，灵敏度为-48.67dBm，动态范围为11.68dB。
Chap.4 No.8 分析光纤通信系统误码率的大小与接收机接收光能量的大小的关系。
定性分析参见4.4光接收机的误码率一节，结合Q值的含义理解误码率和接收机
接收到的光脉冲能量之间的关系。
定量分析不做要求。
Chap.4 No.9 何谓噪声等效功率？噪声等效功率与什么因素有关？它的大小意味着什么？
此处参见4.3.4接收机的噪声分析，定性分析可由式4-54给出。
Chap.4 No.10 光接收机电路中为什么以FET构成最前端的互阻抗放大器？
参见4.2.1，重点是理解前置放大对高灵敏度和低噪声的要求和FET宽频带、低
噪声的特点。
列出影响光纤通信系统中接收机灵敏度的各种因素。并说明这些因素是怎样影响接收机灵敏度的。
影响接收机灵敏度的主要因素包括：
这些因素对接收机灵敏度的影响参见4.5.3。
Chap.5 No.1 光纤连接器应用在什么地方？影响光纤连接器损耗的因素有哪些？
光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成活动连接的器件，主要用于光源
器件尾纤输出或光电检测器尾纤输入与传输光纤之间的连接。
光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光纤的结构参数（如纤芯直径、数
值孔径等）、光纤的相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态（如形状、平行度）等。
Chap.5 No.3 光纤连接器有哪些种类，叙述平面对接（FC）型光纤活动连接器的原理。 ?
光纤活动连接器的种类很多，按结构可以分为调心型和非调心型；按连接方式可
以分为对接耦合式和透镜耦合式；按光纤相互接触关系可以分为平面接触式和球面接触式等。其中使用最多的是非调心型对接耦合式光纤活动连接器。
FC型光纤活动连接器的原理参见5.1.2。
Chap.5 No.4 光纤耦合器有哪几种？叙述熔锥型光纤耦合器的原理。
从使用角度来看，光纤耦合器可以分为3端口和4端口光纤耦合器、星形耦合器
和波分复用/解复用器（合波器/分波器） 。
熔锥型光纤耦合器的原理参见5.2.2。
Chap.5 No.5 定义光纤耦合器的插入损耗、附加损耗、耦合比和串音？
光纤耦合器的主要特性参数见5.2.3。
Chap.5 No.6 光衰减器有几种，各有什么作用？
光衰减器可分为可变光衰减器和固定光衰减器两大类。可变光衰减器主要用于
调节光线路电平，在测量光接收机灵敏度时，需要用可变光衰减器进行连续调节来观察
接收机的误码率。在校正光功率计时也需要光可变衰减器。固定光衰减器主要用于调整光纤通信线路电平，若光纤通信线路的电平太高，就需要串入固定光衰减器。
Chap.5 No.7 简述光环行器和光隔离器的工作原理，并比较它们的异同。
光环行器除了有多端口以外，其工作原理与隔离器相似。
光隔离器是一种只允许光波往一个方向传播，阻止光波往其他方向特别是反方向
传输的一种无源器件，主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回导致器件性能变坏。
Chap.5 No.8 常用光调制器有哪些？叙述它们的原理。
参见5.5，在调制器上加上外电压使调制器的某些物理特性发生变化，当光源产
生的恒定光信号射入调制器时，其输出端可得到已调制的光信号。可以利用电光效应、磁光效应、声光效应等来制成调制器。
Chap.6 No.1 试比较PDH和SDH的特点。
：准同步复接，码速调整，标准和规范不统一，互通困难
同步复用，标准接口，强大网管
Chap.6 No.2 说明SDH复用结构中C、VC、TU、TUG、AU和AUG等各复用单元的功能。 ?
参见6.3节。
Chap.6 No.3 计算STM-1帧结构中RSOH、MSOH和AU PTR的速率。
对于STM-1，每帧为9×270=2430字节，其中
? RSOH：3行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝1.728Mb/s
? MSOH： 5行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝2.88Mb/s
? AU PTR：1行×9列×8比特/字节×8000帧/秒＝0.576Mb/s
? 注：段开销SOH区域中，第1～3行为再生段开销RSOH。第5～9行为复用段开销MSOH。
Chap.6 No.4 将2Mbit/s映射复用进SDH，为什么会有三种结果容量。哪种映射的效率最高？哪种映射的效率最低？哪种映射方式最为灵活？
根据复用路径不同，可以有C4、C3和C12三条路径，对应的最终等效业务容量
分别是64、48和63个2Mbit/s。
其中C4路径映射效率较高，而C12路径最为灵活。
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第四章 光检测和光接收机
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第四章 光检测和光接收机
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3秒自动关闭窗口毕业设计论文中文摘要光纤通信系统的计算机仿真，是对此类系统进行规划设计、可行性论证以及研制新型系统的重要手段，可用于对已设计的光纤传输系统在硬件实现之前进行性能评估和可行性论证，可以节约大量的时间和经费，同时在分析中可随时改动参数值，便于理论研究。在对光纤通信系统分析的基础上，利用Optisystem仿真软件，建立了高速大容量光纤系统的仿真模型，得到了高速光纤通信系统特性与激光器的调制频率、偏置电流的关系，光纤的损耗和色散以及其他参数的仿真结果。并对传输速率为10Gb/s的光纤通信系统进行仿真设计和分析。通过对系统的改进以及对各项参数进行调试，得到传输速率为10Gb/s，传输距离为40km，误码率在10-9以下的光纤通信系统仿真模型，得到一组比较优化的系统参数。关键词 光纤通信，计算机仿真，系统分析，色散，损耗 &毕业设计论文外文摘要Title The simulation analysis of the optical fiber&&& communication system&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& AbstractThe optical fiber communications of system computer simulation is with which this kind of system carried on the plan design and proofed the feasible and been the important method of developing the new system .It may used to appraisal performance and proof the feasible for the optical fiber transmission system designed before carries on the performance appraisal with the hardware realization.This may save a lot of time and the funds.And simultaneously may modify the parameter value as necessary in the analysis,that is advantageous for the fundamental research. Based on the optical fiber communications of system analysis foundationin, uses Optisystem simulation software, has established the highspeed large capacity optical fiber system simulation model, obtained the relations of between the high speed optical fiber communications of system performance and the laser modulation frequency and the bias electric current, obtained the optical fiber loss and the chromatic dispersion and all that parameters simulation results. And to design simulation and analyze the optical fiber communications of system which the speed of transmition is the 10Gb/s .Through carries on improvement of the system and the debugging ofeach parameter, obtains the optical fiber communications of system simulation model which the transmission speed is 10Gb/s, thetransmitting range is 40km, the error rate in 10-9 below, as well as a group compares the system parameter which optimizes.Keywords&& Optical fiber communication,Computer simulation,System analysis,Dispersion,Loss光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。由于光纤媒质所具有的传输带宽大、传输损耗低，抗干扰能力强等特点，使光纤通信技术始终在通信基础网络建设中占据着主导地位。在“信息高速公路”的概念被提出以后，光纤通信技术在加大容量和延长通信距离方面取得了突飞猛进的发展。1.1& 光纤通信系统仿真研究的目的及意义光纤通信系统[1]是一门多学科专业交叉渗透的综合技术。无论是系统的规划与设计，还是新型传输系统与体制的探索与研究，都会遇到冗长繁杂的计算。此外，为了验证其性能是否符合要求，还需反复进行实验研究与测试。如果每次都直接用真实系统进行实验，不仅耗资昂贵，费工费时，有时甚至难于找到问题症结所在。因此，解决上述问题的有效方法是采用计算机仿真技术，即通过建立器件、部件乃至系统的模型，并用模型在计算机上做实验，利用计算机的高速运算处理能力，完成对光纤通信设备与系统的分析、设计以及性能优化与评估测试。显然，建立光纤通信系统的计算机仿真平台，既能提高设计的成功率，大大缩短新产品研制周期和节省投资费用，且极大地促进光纤通信的基础理论研究。仿真分为电路仿真和系统级仿真。电路级仿真就是由电阻、电容、电感等组成等效的电路模型来模拟器件的外特性。系统级仿真是利用传输函数或数字公式来模拟器件的外特性的模拟。国外已有一些光纤通信系统仿真软件，用于电路分析时，其侧重点不同，例如Boss是一种界面友好的光链路仿真软件，它包括光纤器件模型，但只适用于单一波长系统。SCOPE（Super Compact Optoelectronic Simulation）是一种把系统的光电器件和光器件用两端口网络模型来模拟的非线性微波仿真软件，其主要用途是对在微波频率的IM/DD光通信系统进行仿真。DEX SOLUS（Simulation of Light Using Spice）是基于Spice电路仿真软件的专用于光通信领域的信号分析软件，它采用等效电路模型来模拟光电器件，这些模型的光功率在仿真中用电压来表征。还有其它电路级的仿真软件如iSMILE和MISIM等。IBM的OLAP（Optical Link Analysis Program）是一个把SYSTID和低级的光器件仿真软件综合起来应用的软件。还有一些新的仿真软件如iFROST（illinois FibeR-optic and Optoelectronic Systems Toolkit）等，用户可调用其他仿真软件来提供混合级的仿真环境。 基于加拿大Optiwave公司的Optisystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通信系统到LANS和MANS都能使用。为此，设计光通信系统的仿真模型，并利用这些模型来研究光通信系统的性能，可以用OptiSystem这一仿真软件来实现。光纤通信系统的计算机仿真，是对此类系统进行规划设计、可行性论证以及研制新型系统的重要手段，可用于对已设计的光纤传输系统在硬件实现之前进行性能评估和可行性论证，可节约大量时间和经费；同时在分析中可随时改动参数值, 便于理论研究。本文对光纤通信系统进行了仿真研究，描述了光纤通信系统的发展现状，发展趋势以及意义；光纤通信系统的光发射机，光纤线路，光放大器和光接收机；以及光纤通信系统仿真软件Optisystem的优点和各器件的功能运用。在本仿真设计中，首先，对光纤通信系统性能与其部分参数关系的验证。得到如下结论：1）在其他参数相同的情况下，光偏置电流低于阈值电流时，系统的性能降低了。在一般情况下，传输速率较低时，光纤通信系统的性能就越好；但在速率非常低时，系统的误码率并不会降低而会上升，而且系统的有效性会降低。2）光纤的长度，色散和损耗都对系统性能有一定的影响，光纤信道长度增加会使系统信号变弱。色散和损耗都是光纤的固有特性，在长度一定时，它们的参数是一定的。但系数的大小就决定着信号传输长度和传输质量。在光纤传输信道中加入光放大器，可以使信号能量增加，但也会使信道噪声随之增加。3）光检测器是光纤通信系统接收端的重要器件，为了提高光电检测器的响应速度和光电转换效率，设计出了PIN光电二极管，为使光电检测器有较大的输出电流，利用半导体的雪崩倍增效应制成了APD雪崩二极管。这两者各有各的优点，应用于不同的领域。4）对波分复用器进行了仿真。复用器又称合波器，其功能是将多个单通路光信号合成为一路合波信号，然后耦合进同一根光纤传输。解复用器又称分波器，它的作用是在收端将一根光纤传输的合波信号再还原成单路波长光信号，然后分别耦合进不同的光纤信道中。然后在对光纤通信系统分析的基础上，在Optisystem光仿真软件中对传输速率为10Gb/s，传输距离为40Km的单模光纤通信系统进行仿真，设计了光纤通信系统的仿真模型。通过前部分对系统各器件的部分参数与系统性能影响的验证，对系统的各项参数进行调试，并最终得出高速光纤通信系统特性，以及一组比较优化的系统参数，使误码率达到10-9以下。OptiSystem光纤系统仿真软件很适合对光纤通信系统进行仿真，并且可以很好地实现对其系统参数的测试。在该系统发展迅速的当前，对其进行仿真是减少经费开支和试验时间最好的途径。此外，利用此仿真软件，还可以非常灵活地设计满足需要的仿真系统，并且可以非常方便地对光纤通信系统的仿真模型的各个参数进行修改，可节约大量时间和经费，便于理论研究。本次设计到此暂时结束，但是设计中仍存在着很多瑕疵和不足，由于时间仓促以及作者能力有限，没能做到尽目&&&&&& 录1& 绪论………………………………………………………………………………11.1& 光纤通信系统仿真研究的目的及意义 ………………………………………11.2& 设计要求及预期结果 …………………………………………………………22& 光纤通信系统 ……………………………………………………………………22.1& 光发射系统 ……………………………………………………………………32.2& 光接收系统 ……………………………………………………………………42.3& 光纤信道 ………………………………………………………………………62.4& 光放大器 ………………………………………………………………………73&& 光纤通信系统仿真软件 ………………………………………………………84&& 高速光纤传输系统性能仿真分析 ……………………………………………9(优秀毕业设计:) 4.1& 光源与系统性能关系的仿真分析 ……………………………………………114.2& 光纤信道与系统性能关系的仿真分析 ………………………………………124.3& 光电检测器与系统性能关系的仿真分析 ……………………………………204.4& 波分复用系统仿真分析 ………………………………………………………225& 传输速率为10Gb/s光纤通信系统仿真分析……………………………………245.1& 光纤通信系统模型的建立 ……………………………………………………245.2& 仿真结果分析 …………………………………………………………………255.3& 光纤通信系统模型模型的改进及系统性能分析 ……………………………26结论……………………………………………………………………………………32致谢……………………………………………………………………………………34参考文献………………………………………………………………………………35
以上是大纲或介绍,如需要完整的资料请购买. 本站资料均已反复审核通过,内容原创保密,标准格式,质量保证.
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数字光纤通信系统传输特性的研究
数字光纤通信系统传输特性的研究The study on transmission characteristics of Digital Optical fiber Communication SystemAbstractThis paper introduces a digital optical fiber communication systems transsion principle, and using MATLAB Simulink simulation module design a digital communication system simulation model. This simulation model of choice pulse modulation amplitude modulation, In the receiver using a cutoff frequency of 3500 Hz low-pass filter. In the receiver using a 3 ~ 5 times the power amplifier. Testing the communication system in different forms of modulation, different channels, for different input frequency, Communication System waveform recovery, and error rates. To experiment known to be high-quality digital fiber communication system, Need as much distinctly different length decreases as possible；In selecting channel coding manner possible to the election there were some redundant channel encoding. Win some experiments with the Nanjing - jiehui JH5002 fiber-optic communications system for experimental simulation results verified.&Key Words: PCM CMI M BER; SNR数字光纤通信系统传输特性的研究&&& 本文主要介绍了数字光纤语音通信系统的传输原理，用MATLAB的simulink仿真模块设计了一个数字通信系统仿真模型。此仿真模型的调制方式选择脉冲振幅调制方式，在接收端采用一个截止频率为3500Hz的低通滤波器,在接收端采用一个3～5倍的功率放大器。测试了通信系统在不同的调制形式下、不同的信道中、对于不同的输入频率，通信系统波形的恢复情况以及误码率的情况。通过实验可知要想得到高质量的数字光纤通信系统，需要尽可能的使码子长度减小；在选择信道编码方式时要尽可能的选择有一定信道冗余的编码方式。实验部分选用运南京捷辉的JH5002光纤通信实验系统对仿真结果进行验证。&关键词：PCM编译码；CMI编译码；调制；误码率；信噪比413&&&&&&&&&&
光纤通信的发展正进入一个历史性的时期，这一时期的主要技术特征是高速化、联网化、长波长化和集成化.从网络运用上看，则正从长途网、中继网和馈线网向分配网推进。截至1992年底，全世界敷设的陆地光缆系统总长度已经超过4240万光纤公里，由于用户网市场的开发，在未来几年将会形成一个新的光通信发展高潮.．K．Kao)和霍克哈姆(C．A．Hockham)发表论文，预见了低损耗的光纤能够用于／km的光纤，光纤通信时代由此开始。光纤通信是以很高频数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。光纤通信系统年～2000年增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍.<FONT face=宋体 color=#.2 光纤通信发展的现状、1310nm 零色散光纤上进行了55x20Gbit/s传输的传输。NEC公司进行了132x20Gbit/s、120 km传输的研究，实现了2.64Tbit/s的传公司实现了3Tbit/s的传输。目前，以日本为代表的发达国家。在光纤传输方面实现了10.96Tbit/s(274x40Gbit/s)的实验系统，对超长距离的传输已达到4000 km无电中继的技术水平。在光网络方面，光网技、多波长光网络(MO)、泛欧光子传送重迭网(PHOTON)、泛欧光网络(OPEN)、光通信网管理(MOON)、光城域通信网(MTON)、波长捷变光传等一系列研究项目的相继启动、实施与完成，为下一代宽带信息网络，尤其为承载未来1.2.1 复用技术 、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、空分复用(SDM)和码分复用（CDM）。目前的光通信领技术比较成熟，它能几十倍上百倍地提高1.2.2 宽带放大器技术是WDM技术实用化的关键，它有对偏振不敏感、无串放大(1530～1565 nm)。这就限制了能掺铒氟化物光纤放大器(EDFFA)，的放大带宽。2)碲化物光纤放大器，它可实现76 nm的放大带宽。3)控制掺铒光纤放大器与普通的EDFA组合起来，可放大带宽约80nm。4)拉曼光，它可在任何波长处提供增益，将拉曼放大器与EDFA结合起来，可放大带宽大于100 nm1.2.3 色散补偿技术?km)的色散将导致脉冲展宽而引起误。因此，长距离传输中必须采用色散补偿技术。目前的色散补偿方法有：1)色散补偿光纤(DCF)，它在1550 nm波段有很大的负色散，可以补偿常规光纤的色散，但其不能在多个啁啾光纤光栅，其插入损耗小，色散斜率可控制为与传输光纤色散管理，利用正、负色散系数的光纤交错连接。在发射机引入预色散补偿。1.2.4 孤子WDM传输技术1.2.5 光纤接入技术技术早就出现了，它可与多种技术相、SDH、以太网等，分别产生APON，。由于ATM技术受到IP技术的挑战等问发展基本上停滞不前，甚至走下坡路，但有报道指出由于ATM交换在美国广泛应用，APON将用于实现FTTH方案。GPON对电路交换性的业务支持最，但是技术比较复继承了以太网的优势，成本相对较类业务的支持难度相对较大。所谓EPON％的局域网都使用以太网，所以选择以太网技术数据最佳的接入网是很合乎逻辑的，并且技术是点对点不再只限于众多的MAC技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用EPON技术。<FONT face=宋体 color=#.3 光纤通信技术的发展方向1.3.1 光纤到户FTTH和HFC网相当，这使FTTH的实用化成为可能。据报道，1997年日本NTT公司就开始发展FTTH，2000年后由于成本降低而年前后的12月中。FT％以上。但对光纤到户的市公司对FTTH并不看上该公司认为带宽不是万能．发展应用和内容才是关键，因此在相当的时间内，nT11H的市场可能很小。美国运营商Verizon、Sprint则比较积极，并在0FC2004上介绍了他们发展FTTH的计划和技术方案。在我国，光纤到户也是势在必行，光纤到户的实验网已在武汉、成都等市开展，预计2012年前后，我国从沿海到内地将兴起光纤到户建设高潮。可以说光纤到户是光纤通信的一个亮点，伴随着相应技术的成熟与的大趋势1.3.2 全光网络&&&&&&&&&&&&
网、移动通技术与光交换技术为主的光网络层。建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成未来<FONT color=#.4 本文主要研究内容本文首先对国内外的光纤通信系统进行介绍，通过分析，自己设计一套光纤通信系统。完成对采集到的模拟信号进行模数转换（信源编码），使其产生数字信号。在光纤通信系统进行传输，在接收端进行信源解码输出模拟信号。并利用MATLAB软件的simulink模块对所设计的通信系统进行仿真并通过仿真实验测试系统的误码率和波形误差。再利用JH5002X型光纤通信系统的实验箱，实现数字光线电话通信系统并验证方针测试结果。系统结构如图1.4.1所示。&&若图片无法显示请联系QQ&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 光&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 纤& &&&&&&&&&&&& 图1.1&& 光纤通信系统结构图在设计或评价通信系统时，往往要涉及通信系统的主要性能指标，否则就无法衡量其质量的优劣。性能指标也称质量指标，它们是对整个系统综合提出或规定的。通信系统的性能指标涉及其有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性、及维护使用等等。尽管对通信系统有名目繁多的要求，但是从研究消息的传输特性来说。通信的有效性与可靠性是主要的矛盾所在。这里所说的有效性主要指消息传输的“速度”问题，而可靠性主要指消息传输的“质量”问题。显然，这是两个相互矛盾的问题，这对矛盾通常只能依靠实际要求取得相对的统一。例如，在满足一定可靠性指标下，尽量提高消息的传输速度；或者，在维持一定有效性下，是消息传输质量尽可能地提高。在数字通信系统中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制码元。（1）传输速率，它通常以码元传输速率衡量。又称为码元速率，它被定义为每秒传输的码元数目，单位为“波特”，常用符号“B”表示码元速率仅仅表征单位时间内传送码元的个数， （2）误码率，它指的是系统过程中发生误码的个数和传输总码数的比，这是一个统计数值。误码率的大小由传输系统特性，信道质量及系统噪声等因素决定。在数字系统的研究中，最重要可测试性又强的就只有系统的误码率和传输系统输入信号的波形误差。所以在本文中对与数字光纤语音通信系统传输特性的研究的主要对象就是指系统的波形误差和系统误码率。对于传输速率和信道利用率等因素。只能在实际中得到相对统一，从而得到较好的传输特性。&<FONT color=#& 数字光纤通信系统设计光纤语音传输是以光波为信息载体,以光纤为传输媒介的一种新型通信方式,语音传输系统的主要组成部分有:信源编译码器、光发射机和光接收机。本章主要介绍了信源编译码器、光发射机和光接收机的基本结构及原理,并且对光纤语音传输系统进行初步的理论介绍；并设计了一套光纤语音传输系统。<FONT color=#.1 光纤语音传输技术介绍光纤语音传输系统实现了语音信号的光纤传输，其过程为：通过外部拾音器输入的语音信号经放大后,送入信源编码电路进行信源编码,经编码后的语音信号送入光发射模块进行数字光纤传输,经光纤信道传输再由光接收模块完成光电转换和信号恢复,再送到信源译码电路进行译码,恢复成原始的话音信号,由内接扬声器发出语音。2.1.1 语音传输的编译码(信源编码)由于光纤传输系统光源的发射功率和线性特性有限,因此通常选择二进制脉冲传输,因为传输二进制脉冲信号对接收机的信噪比(SNR : signal noise ratio) 要求非常低，对光源的非线性要求也不苛刻，常常采用脉冲编码调制PCM（Pulse－Coded Modulation） 技术，和差值脉冲编码DPCM(Difference Pulse Code Modulation)技术。1&& PCM编译码介绍PCM编码器是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，其最大的特点是把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。在现代通信系统中以PCM为代表的编码调制技术被广泛应用于模拟信号的数字传输。这主要是因为PCM具有如下的优点：抗干扰能力强；失真小；传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积；另外，PCM 还可以在一个信道上将多路信号进行时分复用传输，以此来扩大通信系统所传输的通信容量。PCM码技术主要是通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码,其变换过程如图2.1所示。&&&&&&&&&&&&
数字光纤通信系统传输特性的研究& 图2.1& PCM编码调制技术示意图a 　取　样　　所谓取样是指以固定的时间间隔T，分别取出模拟信号的瞬时幅度值(简称样值) 的过程。要想实现模拟/ 数字(A/ D) 变换，首先要进行取样。由图2.1可见，时间上连续的信号变成了时间上离散的信号，因而给时分多路复用通信技术奠定了基础。b 　量　化所谓量化指的是将幅度为无限多个连续样值变成有限多个离散样值的处理过程。具体来说，就是将样值的幅度变化范围划分成若干个小间隔，每一个小间隔称之为一个量化级,当某一样值落入在某一个小间隔内时，可采用“四舍五入”的方法分级取整，近似看成某一规定的标准数值。 对于图2.1，经过量化后的各样值可用有限个值来表示，进而即可进行编码。c 　编　码所谓编码指的是用一组组合方式不同的二进制码来替代量化后的样值信号的处理过程。对于标准PCM技术，其编码信号的信噪比基本上与下面三个参数有关：量化电平数(每个代码包括的码元数)；编码器压缩系数(当采用压缩PCM 时)；输入信号与量化器电平值比较的幅度或幅度统计值。 在接收端的译码过程,则需采取与编码相反的处理过程即可。2&& DPCM差值脉冲编码技术语音信号中存在着大量冗余，信源编码就是用压缩技术去处这些冗余，来提高通信的有效性，而预测是其中的手段之一。差值脉冲编码DPCM(Difference Pulse Code Modulation).由于语音信号的相邻样值之间存在幅度的相关性，因此，在发送端进行编码时，可以根据前面时刻的样值预测当前时刻的样值 ，而只传送样值性 和预测值 之差（称为预测误差） ，不必传送样值 本身；在接受端，根据前面时刻的样值的样值预测当前时刻的样值 ，再加上收到的当前时刻样值的预测误差 即得到当前时刻的重建样值 。这种方法称为预测编码。因为预测误差序列代表了原来样值序列中的有效信息，因此压缩了原样值序列的冗余，其表现就是预测误差序列的幅度远小于原样值，这样就可以采用较少的量化电平数，从而大大传码率。2.1.2 　光发射机光发送机的功能是把输入的电信号转换成光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发送机由光源、驱动器和光调制器组成，光源是光发送机的核心。光发送机的性能基本上取决于光源的特性，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能的小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。目前广泛使用的光源有半导体发光二极管（LED）和半导体激光二极管（或称半导体激光器）(LD)，以及普线宽度很小的动态单纵模分部反馈（DFB）激光器。有些场合也使用固体激光器，例如大功率的掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）激光器。光发送机把电信号转换为光信号的过程，是通过电信号对光的调制而实现的。目前有直接调制和间接调制两种调制。直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方法技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受到激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。目前有多种调制器可供选择，最常见的是电光调制器。这种调制器是利用电信号改变光电晶体的折射率，使通过调制器的光参数随电信号的变化而实现调制。外调制优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。&&& 对光参数的调制，原理上可以是光强（功率）、幅度、频率或相位调制，但实际上目前大多数光纤通信系统都采用直接光强调制。因为幅度、频率或相位调制，需要幅度和频率非常稳定，相位和偏振方向可以控制，谱线宽度很窄的单模激光源，并采用外调制方案，所以这些调制方法只在新技术系统中使用。光纤通信中最常用的光源是半导体激光器(LD :laser diodes ) 和发光二极管( LED : light emitting diodes) ,尤其是单纵模半导体激光器,在高速率、大容量的数字光纤系统中得到了广泛应用. 近年来逐渐成熟的波长可调谐半导体激光器是相干、多信道、WDM光纤通信系统的关键器件,越来越受到人们的关注. 通过合理的设计可使光发射机工作在10 Gb/ s 和40 Gb/s 的高速传输。2.1.2 　光接收机光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发送前的电信号。光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心。对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。目前广泛使用的光检测器有两种类型：在半导体PN结中加入本征层的PIN光电二极管（PIN-PD）和雪崩光电二极管（APD）。光接收机把光信号转换为电信号的过程，是通过光检测器的检测实现的。检测方式有直接检测和外差检测两种。直接检测是用检测器直接将信号转换为电信号。这种检测方法设备简单、经济实用，是当前光纤通信系统普遍采用的方式。外差检测要设置一个本地振荡器和一个混频器,使本地振荡光和光纤输出的信号光在混频器中产生差拍而输出中频光信号，再由光监测器把中频光信号转换为电信号。外差检测方式的难点是需要频率非常稳定、相位和偏振方向可控制、谱线宽度很窄的单模激光源；优点是有很高的接受灵敏度。目前，使用光纤通信系统普遍采用直接调制――直接检测方式。外调制―外差检测方式虽然技术复杂，但是传输速率和接受灵敏度很高，是很有发展前途的通信方式。光接收机最重要的特性参数是灵敏度。灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时接受微弱光信号的能力。灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声，并受传输速率、光发射机的参数和光纤线路的色散影响，还与系统要求的误码率或信噪比有密切关系。所以灵敏度也反应光纤通信系统质量的重要指标。2.1.3光纤线路目前使用的石英光纤有多模光纤和单模光纤，单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模光纤便宜，因而得到更广泛的应用。单模光纤配合半导体激光器，适合大容量长距离光纤传输系统，而小容量短距离系统用多模光纤配合半导体发光二极管更加合适。为适应不同的通信系统的需要，已经设计了多种结构不同、特性优良的单模光纤，并成功的投入了实际应用。<FONT color=#.2 数字电话通信系统原理数字电话通信系统指的是模拟话音信号在数字通信系统中传输,其分析模型如图2.2所示。若图片无法显示请联系QQ&&&&&&&&&&&&&&&& &图2.2 数字通信系统的结构图差分脉冲编码调制) 和ADPCM(自适应差分脉冲编码调制) 等。其中,PCM通信系统分析模型如图2.3 所示。我国现用的PCM技术采用A律压扩特性(PCM信号的数码率为64kb/ s) ,以符合长途电话传输语音的质量标准,但系统的频带利用率不高。DPCM 和ADPCM都是基于降低数字化语音信号数码率以提高数字通信系统的频带利用率而采用的语音压缩编码。其中ADPCM是在DPCM的基础上发展起来的,其实现的复杂度较低,并能在32 kb/ s 速码率上达到符合64 kb/ s 的语音质量要求。若图片无法显示请联系QQ&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图2.3 　PCM通信系统模型目前数字通信系统中广泛采用的数字调制技术是MPSK(Phase - Shift - &Keying ,相移键控,M代表进制数) 。利用多进制数字调制,每个符号可以携带log2M比特信息,当信道频带受限时可以提高频带利用率。<FONT color=#.3 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光缆和通信设备组成，而其设备主要有电端机（收、发）、光端机（收、发）以及辅助工作系统组成。对于长距离的光纤2.3.1 主要设备:发送端的电端机：对来自信源的模拟信号进行A/D变换，将各种低速率数字信号复接成一个高速率的电信号进入光端机的发送端。& 接收端电端机：将高速电信号进行分接，变成低速信号或进行D/A变换还原成原信号。可以为模拟信号终端设备，如电视视频设备；可以为数字终端设备，如脉冲调制设备（PCM）或复接设备。:发送端的光端机：接受电端机的信号，按特定方式将电信号便成光信号，再经光纤连接耦合进入光纤，经传输到达光接受器。接收端：将接受道德光信号转换成电信号，经过放大、判定等处理后，恢复成原电信号输入到电端机的接收端。:将经过长距离传输而衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成一定强度的光信号，继续往下传输，以保证系统通信质量。:包括电源系统（提供可靠工作电源）、监控系统（对运行状态进行监测与控制、确定故障位置）、切换系统（故障时进行切换）、公务电话系统等。<FONT color=#.4 数字光纤通信系统设计方案，和研究其传输特性，并在最后用实验箱进行实验验证仿真结果。本次通信系统的设计原则是通用性强，可调换行强，和可测试性强。以这样的原则设计的系统才是最符合本次设计的要求。如图2.4为数字光线语音通信系统原理框图。图2.4数字光纤语音通信系统原理框图&若图片无法显示请联系QQ现将各个组件的类型和主要参数介绍如下：1.信号源：对于语音通信系统来说，其信号源就是声音信号，因为人的声音信号的频谱范围是300～3400Hz ,的带宽主要应该在300～3400Hz范围内。2.信号采集转换设备: 对语音信号的接收和采集设备，就是指电话或话筒等声音采集设备，由于本次设计的系统是双工语音通信系统，所以采用普通的电话机即可。这也是实现双向双工通信的必备器件。3.信源编码译码：从电话机里传出来的信号为模拟信号，为了节省信道资源、提高通信质量。我们在这里采用数字通信系统。将模拟信号转换为数字信号的过程就是信源编码。由于语音信号的振幅特性，振幅变化平缓。所以采用差值脉冲编码（DPCM）比较合适。也可以减少码字长度，从而提高信息传输速率。译码器应该采用相同的方式并将参数也设置一样。它相比PCM编码的有点就是可以大大压缩传码率，从而提高质量。4.调制方法：，从而获得相应的光信号光纤通信系统中传输的光，可视为光频载波，电信号对光源器件的直接调制方式，使光源发出的光载波功率大小在时间上随驱动电流而变化。这种方法是强度调制（IM）5.光源：光发送机是指将电信号转换成光信号是设备。光发送机由光源、驱动器和光调制器组成，这里的光源采用半导体激光器（LD）。它具有发射功率稳定，灵敏度高等特点。6.光纤线路：目前使用的石英光纤有多模光纤和单模光纤，单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模光纤便宜，因此我们选择单模石英光纤。7.光检测器：光检测器是光接收机的核心。这里的光检测器选择本征光电二极管，它具有灵敏度高，使用时间长等特点。8.检测方法：对于检测方法这里选择直接检测法。这样调制的优点是结构简单经济实用。是用检测器直接将信号转换为电信号。9.滤波器:这个系统中总共用了两个滤波器。在光检测器后端设置一个带通滤波器它的中心频率在32KHz带宽为40Hz就可以很好的率除带外噪声。第二个滤波器设置在信源解码的后面主要作用使提高模拟信号的波形恢复情况。它采用截至频率为3500Hz的低通滤波器即可以起到作用。信宿：语音通信系统的信宿的作用是把模拟的电信号转换成声音信号的器件，在本次中采用的是电话。 &&&&&&&&&&&&
数字光纤通信系统传输特性的研究 <FONT color=# MATLAB系统仿真模块设计<FONT color=#.1 引言随着通信系统复杂性的增加，传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不能适应发展的需要。而数值模拟可以在不用进行实际实验的情况下用计算机对通信系统的运行情况进行系统的研究，已成为现代科学研究的重要手段之一，因此通信系统的计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优越性。利用仿真、可以避免硬件资源的浪费，而且容易找出其内在的规律。尤其对含有随机变量和随机过程并且难以建立数学模型的客观事物的研究，计算机仿真方法更是具备很大的优势，已成为分析、研究和设计各种系统的重要手段。因此，我们对语音光纤通信系统进行MATLAB仿真，进一步了解光纤通信系统的结构和原理。<FONT color=#.2 MATLAB介绍Matlab是由MathWorks公司开发的一种主要用于数值计算及可视化图形处理的高科技计算语言.它的特点是将数值分析、矩阵计算、图形图像处理和仿真等诸多强大功能集成在一个极易使用的交互式环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科提供了一种高效率的编程工具。Matlab这个单词代表“矩阵实验室"(Matrix Laboratory.)它是以著名的线性代数软件包LIN-PACK和特征值计算包EISPACK中的子程序为基础发展而成的一种开放型程序设计语言，其基本数据单元是一个维数不加限制的矩阵.与C, Fortran, Pascal和Basic高级语言相比，Matlab不但在数字语言的表达与解释方ICI表现出人/机交互的高度一致，而且具有如下特征:a).高质量、高可靠的数值计算能力.b).基于向量、数组和矩阵的高级程序设计语言.c).高级图形和可视化数据处理能力.d).广泛解决各学科领域内复杂问题的能力.e).拥有一个强大的非线性系统仿真工具―Simulink.f).支持科学和工程计算标准的开放式、可扩充结构.g).跨平台兼容.&<FONT color=#.3Simulink―非线性动态系统仿真的强大环境Simulink是一种针对各种物理、数学，尤其是控制系统以及基于数字信号处理(DSP)系统的建模、分析以及仿真环境.广泛应用于线性系统、非线性系统、离散时间系统、连续时间系统、单输入单输出系统、多输入多输出系统、多速率系统和多级模型系统等.与其它仿真软件包相比，Simulink包含如下两个突出特点：a)拥有先进的仿真和分析技术（1）提供了针对固定步长、变步长和刚性系统的7种积分算法（2）动态图形显示的交互式仿真（3）Monte Carloc(蒙特卡罗)仿真（4）微调:确定稳态平衡点（5）线性化（6）针对DSP（数字信号处理）及定点设计的可选购特殊目的子块图库b)具备开放和可扩展体系结构（1）用用户自己的图标和用户界面从Matlab ,Fortran和C语言中建立框图和框图库（2）链接预先存在Fortran和C仿真程序以便保留仍有价值的程序资源（3）若用户购买了Simulink实时Workshop（硬件卡），则可根据用户模型生成C语言程序3.4matlab通信工具箱的构成及其功能介绍MATLAB 通信工具箱是一套用于通信领域进行理论研究、系统开发、分析设计和仿真的专业化工具软件包，主要由两部分组成：通信系统功能函数库和SIMULINK 通信系统仿真模型库。MATLAB 通信系统功能函数库由70 多个函数组成，每个函数又有多种选择参数，函数功能覆盖了现代通信系统的各个方面。这些函数包括：信号源产生函数、信源编码/解码函数、调制/解调函数（基带和通带）、滤波器函数、传输信道模型函数、TDMA、FDMA、CDMA 函数、同步函数、工具函数等。用MATLAB通信系统功能函数库进行通信系统仿真，是利用函数进行计算的数据流仿真，速度比较慢。SIMULINK通信系统仿真模型库（Communication toolbox）如图3.1 所示，每个框图都是由一个子仿真模型库构成。在通信系统中，一般情况下传输和接受所采用的技术是相互对应的。因此，可以将发射和接受部分的各个子仿真模型库进行相应的归类。以调制解调为例，发射部分的调制和接受部分的解调所对应的子仿真模型库归类后。又分为中层子库和下层字库两层。另外，为了进行通信系统的全系统仿真，SIMULINK 通信系统仿真模型库提供了通带和基带二种类别的信道模型，其中，通带信道有4 种模型，基带信道有6 种模型。&&若图片无法显示请联系QQ图3.1 SIMULINK 通信系统仿真模型库利用SIMULINK 通信仿真模型库进行通信系统仿真，是一种动态方式的时间流仿真，即在每一时刻，所有的功能模块都同时执行，仿真速度比用MATLAB通信系统功能函数库进行仿真要快得多。<FONT color=#.5数字光纤电话语音通信系统SIMULINK仿真的建立对于通信系统的simulink仿真，主要是选择各个模块并将其连接起来，在设置各个器件的参数，使信号在通信系统中传输。并通过改变信号的频率，振幅和信道的信噪比等重要参数，来测试通信系统的传输特性。如图3.2为数字通信系统的simulink仿真模型。&若图片无法显示请联系QQ&图3.2 数字通信系统simulink仿真图&&3.5.1系统框图搭建的操作步骤&&& 首先，双击MATLAB图标打开MATLAB。当MATLAB打开后在单击simulink图标或在MATLAB命令窗口中输入simulink再点回车键就可以进入simulink系统仿真模块。当 simulink的工具框展开后，就可以点击工具栏的file再点击new新建一个simulink的mdl文件。1、建立信源。在simulink器件库中选择sources信号源库中选择一个信号发生器（ ）单击点中之后就将其拖入新建的文件中。2、选择信源编码。在通信模块（Communications Blockset）中的信源编码库中选择差值脉冲编码器（DPCM Encoder）和差值脉冲解码器（DPCM Decoder）。将其选中后拖入图框中即可。3、选择调制方式。在通信模块（Communications Blockset）中的调制（Modulation）中选择数字基带调制（Digital Bassband Modulation）在AM调制中选择M-PAM调制（ M-PAM Demodulator Baseband）和M-PAM解调（M-PAM Modulator Baseband）将其选中后拖入图框中即可。4、选择信道。在通信模块（Communications Blockset）中的信道模块中选择加性高斯白噪声信道（AWGN Channel）将其选中后拖入图框中即可。5、选择示波器和误码仪。在simulink模块中的sinks库中选择Scope,并将其拖入图中。再在通信模块（Communications Blockset）中的显示模块库（comm sinks）中误码仪(Error Rate Calculation)将其拖入图中，再选中simulink模块中的sinks库中的Display显示器。6、连接。如图3.2中所示将各个器件连接起来即可。（再需要分路连接时按着Ctrl键在要分线的点处点击再将线连接就可以了）如此即完成了器件的连接。（在器件方向不利于整体图的排列时，按ctrl＋R键可以转换器件的引脚方向。3.5.2参数设置& 1、信号源的参数设置：双击Signal Generator。会弹出如图所示窗口。将信号波形（wave form）设置成正弦信号（sine）;将时间设置成仿真时间，将振幅（Amplitude）设置成1；将频率(Frequency)设置成300。单位（units）选择Hertz.&&若图片无法显示请联系QQ&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&3.3& 、DPCM编码译码器的参数设置：&& 双击DPCM encoder模块，会弹出图3.4中左边所示的窗口，按照图中的参数将预测分子（Predictor numerator）设置成0.9953；将预测分母设置成1；量化分割按照图中所示设置；量化代码本（Quantization codebook）如图设置;抽样时间设计为0.000125秒。&& 再双击DPCM decoder模块，会弹出图中右边所示的窗口其它参数不变，只要将抽样时间改为-1，其意义为和上一级器件的抽样频率相同。若图片无法显示请联系QQ&&3.4& DPCM编码译码参数设置窗口&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 3双击M-PAM Modulator Baseband会弹出如图3.5左边所示窗口。按图中所示将进制数（M-ray number）设置成4；将输入信号类性（input type）设置成整型（Integer）;将归一化方式（normalization method）设置成码元间的最小距离，将最小距离设置成8；将每个码元的抽样次数设置成1。双击M-PAM Demodulator Baseband会弹出如图右边所示的窗口和调制器相对应的参数设置都一样，只是把输出信号类型也改成整型。&若图片无法显示请联系QQ&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 3.5 AWGHAWGN Channel模块会弹出如图所示窗口。按图3.6所示，只需将Es/No设置成5；将输入信号功率设置成1，将码元周期设置成0.000125秒。图3.6& AWGH信道设置窗口&&5、误码议的参数设置：会弹出如图3.7所示窗口，按照图中所示先将前两项接受延迟和运算延迟都设置成0；在将计算方式（computation mode）改为整体结构(entire frame);将输出数据选择端口输出。其他参数不选择，设置完成点击ok即可看到误码仪的输出端多了一个引脚。即输出引脚。再将这个引脚和Displayl连接起来就完成里误码仪的参数设置。&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&图3.7& 误码仪的参数设置窗口6、示波器的参数设置：若图片无法显示请联系QQ双击示波器会出现如图中所示的那个窗口。在此窗口中点击参数（Parameters）按键，会出现如图3.8所示的窗口，将输入端口个数（Nnmber of axes）窗口中把原来的1改为2。就会发现示波器的仿真器件图中的输入引脚变成了两个。将时间范围设置到自动格式，其他参数不变。就可以看到示波器的输入端多了一个引脚。这样就完成里示波器的参数设置。&&图3.8& 示波器的参数设置窗口<FONT color=#.6数字光纤电话语音通信系统simulink仿真实验&&&& 本实验的主要目的是通过改变器件的参数和改变系统的信噪比等系统参数，来测试系统的误码率并且定性的测试系统的波形误差，以此来测量系统的传输特性。3.6.1输入信号频率改变时，系统的误码率和接收到的波形质量的研究&&& 将输入信号的振幅设为1；DPCM预测分子设置成0.7070；抽样频率为8KHz，调制解调气的参数和初始状态相同；信道信噪比为5；输入信号功率为1；码元周期为0.000125秒，测试时间为100秒，得到如下数据，如图：&&&&&&&&&&&&&& 图3.9 频率为300Hz的正弦波测试结果&&&若图片无法显示请联系QQ&&&&&&&&&&&&&&& 图3.10 输入信号频率改为3400Hz&&&&&&&&&&&&&&&& 图3.11 输入信号频率改为2000Hz由实验结果可以看出，系统输入信号的频率改变时，系统的误码率变化不明显；但对接收波形恢复质量有很大的影响。输入信号的频率越小，接收端的波形质量越好。因为数字信号只是对每一个抽样值进行量化编码，并进行传输，在接收端接收到的也是数字信号，数字信号传输质量的好坏于它前端的参数无关。而根据抽样定理输入信号的频率对接收信号的波形恢复质量影响很大，因为当输入信号的频率很大时，即使在符合抽样定理但实际中还是无法很好的恢复信号波形。3.6.2改变DPCM编码译码器的预测分子，对系统误码率的影响其他参数保持不变，只改变DPCM编码译码器的预测分子设置成0；0.7070；0.5；0.9963。其中0.7070的测试结果和图3.11相同，这里不在重复出现。&&& &&&&&&&&&&图3.12 DPCM预测分子为0.9963时的测试结果图3.13 DPCM预测分子为0.5时的测试结果&&&&&&&&&&&&& 图3.14& DPCM预测分子为0时的测试结果由以上的数据可以看出改变DPCM编码译码器的预测分子时，系统的误码率会有明显的变化，但是规律不是很明显，只是在将预测分子设置到0.9963时得到了误码率的极小值0.005914。根据DPCM编码译码器的编码原理，其采用的时预测编码，通过预测来压缩信道冗余；采用不同的预测值时，系统数字心好的冗余就不同，在系统中的传输特性就有所不同。所以就一定存在一个最佳预测值。在取到这个值时系统的误码率最小。3.6.3选择不同的调制方式，系统误码率的变化输入信号改为300Hz的正弦波，信道参数不变。DPCM编码参数保持不变。将调制方式改为M-PSK；General QAM；M-PAM这三种调制解调方法。可得到如下数据：若图片无法显示请联系QQ&&&&&&&&&&&&&&&& 图3.15 M-PSK调制方式测试结果图3.16 General QAM调制方式测试结果图3.17 M-PAM调制方法测试结果&&&&&&&&&&&&
数字光纤通信系统传输特性的研究这里采用了三种不同的调制方式& M进制相移键空（M-PSK）；常规正交幅度调制（General QAM ）； M进制脉冲幅度调制（M-PAM）通过对比发现在误码率方面PAM调制的误码率是最小的。这是因为这种调制方式正好适合于在AWGN信道中传输。在接收波形质量方面也是PAM调制方发得到的波形质量最好正交幅度调制方式的波形质量也很好只是增加了一定的直流分量。这都是由于调制原理不同造成的。3.6.4不同输入波形，系统接收波形的情况接收端加3500Hz的低通滤波器，采用300Hz的正弦波，方波，锯齿波时信号的接收端信号的波形恢复情况如图所示&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&& 图3.18正弦信号的波形恢复情况&&若图片无法显示请联系QQ3249144&图3.19 锯齿波信号的波形恢复情况&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图3.20 方波信号的波形恢复情况如图所示图3.18是输入正弦信号时的波形恢复情况；图3.18输入锯齿波信号时的波形图；图3.20是输入方波信号时的波形恢复情况。从图中可以看出当输入为正弦信号时系统的波形恢复情况最好，这是由于接收端低通滤波器的影响，低通滤波器只有低频成分通过，高频成分不能通过。所以只有幅度变化缓慢的正弦信号波形恢复的最好。3.6.5 抽样频率不同对系统误码率的影响信号源采用300Hz的正弦信号；信道中的码元周期改为0.00125秒；为了使误码率的变化取于明显，信噪比设置为1；选用不同的抽样频率：图3.21 抽样频率不同时系统误码率的变化情况由以上数据可以看出，随着对同一个信号，采用不同的抽样频率时，随着抽样频率的增加，误码率也在迅速的增长。这是因为随着抽样频率的增长，系统有效性参数码元传输速率在明显增加，单位时间传输的码元个数随抽样频率的增加而等比例增加，而系统的可靠性就会下降，反映在误码率的增加。<FONT color=#.7 小结通过以上几个测试和对结果的分析，可以知道在数字语音通信系统中，由于语音信号的频率成分主要分布在300～3400Hz之间，这时满足抽样定理的最低抽样频率应为fsmin=6800Hz,为了留有一定的防护带，IUT-T规定语音信号的抽样频率为FS=8000Hz,这样就溜出了8000－6800＝1200Hz作为滤波器的防护带。对输入信号进行8kHz的抽样保持。由于语音信号的振幅变化比较缓慢、也比较平滑，一般都会得到比较好的恢复波形；对于DPCM编码译码器的预测值取到0.9963时，编译码效果最好，误码率最小；调制解调器应选用M-PAM在此系统中也是最适合的，使用这种调制解调方法是相对误码率小，信道中的码元时间设置成0.000125秒；并在接收端采用截止频率为3500Hz的模拟低通滤波器。由于译码器的输出功率太小，所以建议在接收端采用3-5倍的功率放大器。&&& 知道了要想得到高质量的通信系统必须选择合适的抽样频率，因为随着抽频率的增加系统的波形恢复情况会越来越好，但是随着抽样频率的增加系统的误码率也会有明显的增加，所以只有选择适当的抽样频率才能得到高质量的数字信号传输系统。<FONT color=# 光纤通信系统实验<FONT color=#.1 JH5002光纤通信综合实验系统介绍南京捷辉科技有限公司与解放军理工大学通信工程学院、全军卫星通信重点实验室联合研制的“JH5002型光纤通信实验综合实验系统”，由电终端机和光终端机两部分组成。图4.1& JH5002型光纤通信原理实验箱&& “JH5002型光纤通信原理综合实验系统”主要为从事光纤通信专业的教学提供先进的实验手段，为提高实验质量，该设备中的系统功能电路组成、通信过程与实际设备尽可能一致，并在此基础上增设特殊的实验环境，通过实验可以比较容易的掌握光端机组成的基本原理、关键技术以及常用的技术指标测量方法，促进对光纤通信技术理论知识的掌握和理解。&&& “JH5002型光纤通信综合实验系统”所涉及的技术在电端机部分有：2/4线路用户接口技术、DTMF检测技术、数字复接和分接技术（E1传输技术）、HDB3编译码技术、电终端定时技术等；CMI编译码技术、5B6B编译码技术、误码检测技术、光纤端定时技术、波分复用技术与单纤双向光路传输技术。4.2 电路组成概述&&& “JH5002型光纤通信原理综合实验系统”包含有电端机和光端机两个组成部分。为体现出两部分设备在实际应用中的相对独立性，两部分设备电路在改硬件平台的PCB板上以清晰的白色粗隔离线条划分开。对各部分设备电路的具体功能&&&&&&&&&&&&
数字光纤通信系统传输特性的研究按电路测试模块划分，在PCB板上均由白色细线条将其明显划分开来，对每一个电路测试模块都能单独开设实验、实验和实验内容的组织、划分、实验平台上电路测试模块布局见图4.2&&&& &&&&&&&&&& 图4.2 JH5002型光纤通信原理综合实验系统布局图4.2.1 接口介绍“JH5002光纤通信原理综合实验系统”通过一下几个端口与为部通信终端或测量设备进行连接：1、电话接口：连接自动电话，与对端用户进行通话实验机测量。2、同步数据接口（在实验箱上端同步接口模块内）：同步数据接口方式。该接口中电平特性为RS422，通过该端口接收来自外部的发送数据，并送入光终端机中；同时将光终端机的数据通过该接口送往外部设备。3、尾纤FC连接端口（在光纤收发模块UE02右端）：用该端口连接一条单模光纤。可与对端实验箱连接，实现单纤双向光纤通信；或为光无源器件提供测量光源。4、J002（钟测试信号输入）、J003（模拟测试信号输入）J004（地）：为测试信号输入端，用于向JH5002光纤通信原理综合实验系统中送入各种测试信号。测试信号的输入能否加入测试模块还与测试模块的跳线器有关，具体见测试步骤。4.2.2 综合介绍“JH5002光纤通信原理综合实验系统”中，为便于学习和实验，各项实验内容是以模块进行划分的，每个测试模块可以单独开设实验。各模块之间的系统连接见图4.3所示。&&&&&&&&& &图4.3JH5002型光纤通信系统综合实验系统模块连接示意图发送方向信号的基本流程为：用户电话接口&&&&& 语音编码&&&&&& E1复接电终端HDB3编码接口&& &&& 光终端HDB3译码&&&& 数据扰码 &&&& 线路编码（CMI/5B6B编码）&&&& 电光转换&&&&& 波分复用&&&&& 光纤。接受方向信号的基本流程为：光纤&&&&& 波分复用 &&&&& 光电转换&& 线路译码（CMI/5B6B译码）&&&& 数据解扰&&&&& 光终端HDB3编码&&&&& 电终端HDB3译码&&&&& E1复接&&&& PCM译码&&&& 用户电话接口。这样设计实验系统的目的是为了在不增加成本的条件下最大限度的增加系统实验内容，便于将各测试模块放在不同的系统中进行测试、比较。4.3 PCM译码器输出模拟信号观测将K304设置在自环位置2_3（右端），此时PCM输出编码数据直接送入本地译码器构成自环。用函数信号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J003和TP001（地）。（1）用示波器同时观测解码器输出信号端口（TP306）和编码器输入信号端口（TP301），观测信号时以TP301做同步。定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。（2）将测试信号频率固定在1000Hz，改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。观测信噪比随输入信号电平变化的关系。（3）将测试信号电平固定在2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。观测信噪比与输入信号频率变化的&&&&&&&&&&&&&& &&&& 此图为电话通信系统中的PCM波形,上面为输入正弦信号,下面的为另一端接受到的信号。对于通信系统正弦波下半部分的失真，主要原因是振幅调制的直流电压太小，所造成的。F=1000Hz ds=0.5ms 2Vp-p=0.5v dv1=0.2v dv2=0.1v&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&4.4& PCM 此图为PCM编码自环时的波形，上面的是输入信号的波形，下面的是接收端的信号波形，dt=0.2ms dv1,2=0.2v。可以看出其波形质量很好也没有衰减，是理想状态。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 4.5 PCM &此图为1000Hz方波信号的波形。其波形误差是由调制解调器造成和滤波器造成。滤波器的参数设置也会影响方波信号的恢复。详细原因在第三章已经作了详细的解释，这里不在重复。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 4.6PCM&&&4.4 误码率的测试实验由于JH5002型综合实验系统只设计了5B6B编码的误码率测试实验；所以本次误码绿的测试实验只能用5B6B编码测试系统误码率的规律，这里主要观察随着输入码图案的变化，系统误码率的变化情况，从而验证仿真的到的结论，证明单位时间内传输的码元个数增加时通信系统的误码率也会增加。4.4.1 不加衰减器时系统误码率测试实验：测试1.插入误码0，码图案221－1，接口RS422外时钟，触发方式，发送端上升沿触发、接收端上升沿触发。A& 013003 164901.4910-6B& 013003
180941.6410-6&&&&&& B30测试2.插入误码0，码图案215－1，接口RS422外时钟，触发方式，发送端下降沿触发、接收端下降沿触发。A& 1509&&
981 5.2710-7B& 1509&&
1701 9.1310-7测试3.插入误码0，码图案29－1，接口RS422外时钟，触发方式，发送端下降沿触发、下降沿触发。不加衰减器。A& 2002&&
40&& 1.6510-8B& 2003&&
69&& 2.8010-8 由测试结果可以证明仿真得到的结论，测试1、测试2和测试3是不加损耗器时的测试数据，当码图案为29－1时，误码率是在10－8数量级；当码图案为215－1时，误码率在10－7数量级；当码图案为221－1时，误码率为10－6数量级。这样的实验结果和仿真是测试得到的结论非常吻合，可以证明在这样的情况下该结论是成立的。4.4.2 加衰减器时系统误码率测试实验测试4.插入误码0，码图案215－1，接口RS422外时钟，触发方式，发送端下降沿触发、接收端下降沿触发。加衰减器。A& 1500&& & 1389813 7.5410-4B& 1500&& &
3122736 1.6910-3测试5.插入误码0，码图案29－1，接口RS422外时钟，触发方式，发送端下降沿触发、接收端下降沿触发。加衰减器。A& 1502&& &
3445 1.8610-6B& 1502&& &
4767 2.5810-6&&&&&&&&&&&&
数字光纤通信系统传输特性的研究测试6.插入误码0，码图案221－1，接口RS422外时钟，触发方式，发送端下降沿触发、下降沿触发。加衰减器。A& 1506&&
68653 3.7510-5B& 1506&&
42274 2.3010-5测试4、测试5 测试6为加衰减器以后系统测试结果，当码图案为29－1时，A端误码率为1.86×10-6、B端误码率为2.58×10-6；当码图案为215－1时，A端误码率为7.54×10-4、B端误码率为1.69×10-3；当码图案为221－1时，A端误码率为3.75×10-5、B端误码率为2.30×10-5。在加衰减其之后测试的结论并不是完全遵循所得到的结论，这可能是因为衰减器的接口震动或光纤的弯曲损耗造成的实验所用的光纤非常柔软，而且光纤的弯曲损耗[微软中国1]对系统的影响非常大，光纤每次摆放位置的不同，或测量时间的不同都会使光线通信系统的误码率由所不同。4.5 小结
数字光纤通信系统传输特性的研究& 致 谢感谢导师段老师的关心、指导和教诲。段存丽老师追求真理、献身科学、严以律己、宽以待人的崇高品质对学生将是永远的鞭策。作者在攻读学士学位期间的工作自始至终都是在段老师全面、具体的指导下进行的。段老师渊博的学识、敏锐的思维、民主而严谨的作风，使学生收益匪浅，终生难忘。感谢实验室的路老师的关心和帮助。感谢我的学友和朋友们对我的关心和帮助。&& 参考文献张筱华，石方文.通信英语.北京：北京邮电大学出版社，2004.262徐澄圻.21世纪通信发展趋势.北京：人民邮电出版社，2002.224 (美)韦尔斯(Wells, R.B.).工程应用编码与信息理论：英文版.北京：机械工业出版社，2002.1305(美)布莱克(Black,U.).图解通信辞典.第二版.北京：电子工业出版社，2001.539高学民.新出现的信息技术缩略语.光纤与电缆及其应用技术， ):47～48 张煦.光通信技术快速发展的历程和趋向.光纤与电缆及其应用技术，2001，24(6):1～7 郝素君，游善红，李晓东等.单模光纤弯曲损耗的测量与分析.光纤与电缆及其应用技术,):12～15 任海兰.光传送网的性能监控.光通信技术,):28～29 原荣.光纤通信.北京市：电子工业出版社，2002.443(美)谢泼德(Shepard, S.)编著；牟春波, 闻和译.光网络速成教程.北京：人民邮电出版社，2002.243 王加强,岳新全,李勇.光纤通信工程.北京：北京邮电大学出版社，2003.280 顾畹仪，张杰. 全光通信网.北京：北京邮电大学出版社，2001.225 (美)[D. 格林费尔德]David Greenfield著；郑文萧译.光网络导论.北京：清华大学出版社，2003.237[15] 张明德, 孙小菡.现代光纤通信技术.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2003.245[16] ..硕士学位论文.山西太原：中山大学，2006[17] 李蕾.基于MATLAB 的数字基带传输系统仿真实验设计.济南.山东大学信息科学与工程学院，1999[18] 李军,常鸿森,保宗悌.基于MATLAB 的数字通信系统仿真应用.广东广州.华南师范大学物系，2001<FONT color=#] R.Noe, D.Sandel, v.Mirvoda, et al. Polarization Mode Dispersion Detected by Arrival Time Measurement of Polarization Scrambled Light, Journal of Lightwavetechnol., ): 229-235<FONT color=#]R.M.Jopson,L.E.Nelson, Kogelnik et al. Probability Densities of Depolarization Associated with Second-Order PMD in Optical fibers, OFC,2000:ThA4-1<FONT color=#] G Ishikawa and H.Ooi, Polarization-mode dispersion sensitivity and monitoring in 40-Gbit/sOTDM and 10-Gbit/s NRZ transmission experiments, OFC’98, Technical Digest, WCS, 1998:& 117-119问题：1、文中引用的图都没有标明；2、符号的半角和全角不分；3、部分章节语言太口语化。&&&&&&&
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