实验1 电光、光电转换传输实验

一、实验目的

1.了解本实验系统的基本组成结构； 2.初步了解完整光通信的基本组成结构； 3.掌握光通信的通信原理。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱 2.20M双踪示波器 3.FC-FC单模尾纤 1根 4.信号连接线 2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。实验系统基本组成结构（光通信）如下图所示：

电 发 射 P203 光纤 光发射 电 光 1550nmLD+单模 图1.2.1 实验系统基本组成结构

在本实验系统中，电发射部分可以是M序列，可以是各种线路编码（CMI、5B6B、5B1P等），也可以是语音编码信号或者视频信号等，光信道可以是1550nmLD+单模光纤组成，可以是1310nm激光/探测器组成，也可以是850nmLED+多模光纤（选配）组成。本实验系统中提供的1550nmLD光端机是一体化结构，光端机包括光发射端机TX（集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等），光接收端机RX（集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路）。其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。一体化数字光端机的结构示意图如下：

P204 光接收 光 电 电 接 收 P204

P203

光接收输入

光纤

图1.2.2 一体化数字光端机结构示意图

光发射输出

四、实验步骤

1. 关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为1550nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。

2. 打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15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，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超过5V。即将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.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点，看是否有与TX1550测试点一样或类似的信号波形。

6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。改变SW101拨码器设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P204和TX1550测试点波形是否跟着变化。

7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线，观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。

8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。

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和扩展模块的光信道。

五、实验结果

1.画出实验过程中测试波形，标上必要的实验说明。 2.结合实验步骤，叙述光通信的信号变换、传输过程。

3.画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图，标上必要的实验说明。

实验2 CMI编译码原理及光传输实验

一、实验目的

1.掌握CMI编译码规则。 2.了解CMI编译码的性能。 3.了解光纤通信中CMI的选码原则。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱 2.20M双踪示波器 3.FC-FC单模光跳线 4.信号连接线 2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CMI线路编码功能。涉及的电接收部分就是时钟提取和再生功能、相应的CMI线路译码功能。CMI码光纤通信基本组成结构如下图所示：

CMI TX1550 自编 数据 线路编码 P204 光纤 光发射 光接收 光 电光 电 1550nmLD+单模 CMI 判决 再生 线路译码

图6.1.1 CMI码光纤通信基本组成结构

下面对数字信号CMI码编码译码进行分析和讨论：

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，图6.1.2 为CMI码变换规则示例，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。

CMI译码的设计思路：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。

0 0 1 0 1 1 1 0 1 0

图6.1.2 CMI码变换规则示例

CMI的连“0”连“1”为3，故这种线路码含有丰富的定时信息，便于定时提取。这种码都容许进行不中断业务的误码检测。

CMI码在ITU-TG.703建议中被规定为139.264Mbit/s和155.520Mbit/s的物理/电气接口的码型。因此有不少139.264Mbit/s和155.520Mbit/s数字光纤传输系统就用CMI作为光线路码型。除了上述优点外，直接将四次群复用设备送来的CMI码直接调制到光器件上，接收端把还原的CMI码直接送给四次群解复用设备，这样做无需电接口和线路码型的变换/反变换，具有设备简单的优点。

四、实验步骤

1．关闭系统电源，按照图6.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、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．打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验-- CMI码设置” 确认，即在P101铆孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。P103为对应的CMI编码输出。

3．示波器测试P101、P103铆孔波形，确认有相应的波形输出。

4．用信号连接线连接P103、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，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度最大（不超过5V），记录信号电平值。连接P204、P111两铆孔，即将光电转换信号送入数据接收单元。信号转换过程如图6.1.1。

5．注意观测P204测试点对接收的的数据是否与发端的TX1550测试点波形一样。 6．注意观测P115测试点为CMI译码输出波形是否与发端的P101波形一样。 7． SW101拨码器设置其它数字序列组合，对比P103编码输出波形，分析熟悉CMI编码规则。

8．按返回键，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。

9．对应P102码元同步时钟读出码序列，根据CMI编码规则，写出对应的编码序列。 10．观察P103输出编码波形，验证你的序列。 11．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，也可选择扩展模块。

五、测量点说明

P101：菜单设置的数字序列输出序列波形测试点。 P102：P101对应的码元时钟测试点。 P103：对应的CMI编码信号。

P111：数据接收单元的电信号接收铆孔。 P115：CMI译码输出。

P203：光发射端机的外部电信号输入铆孔。 TX1550：输入1550nm光发射端机的电信号。 P204: 1550nm光接收端机输出的电信号。

六、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，CMI编码是怎样解决这个问题。

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 2．20M双踪示波器 3．FC-FC单模光跳线 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6.3.2 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。

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

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

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

11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111

011001 011010 011011 011100 011101 011110 001101

011001 011010 001010 011100 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“码型变换实验-5B6B码设置”的子菜单，确认；SW101拨码器（后5位有效）设置数据为全“0” 或全“1” 或其它复杂数据， P101测试点观测自编数据。

3．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。 4．对照5B6B编码表，观测P103测试点的5B6B编码信号，是否符合其规则。看波形码型时可用其时钟进行同步。P102为5B数据对应的时钟， P104为6B数据对应的时钟。 5．示波器A通道测试TP201测试点。

6．跳线器插入K05右侧（数字信号输出），示波器B通道测试P202测试点，看是否有与TP201测试点一样或类似的信号波形。（如果波形有失真可调节W203,注意插好K01、K02、K03跳线器。）

7．轻轻拧下TX1310或RX1310法兰接口的光跳线，观测P202测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。 8．重复步骤2，设置其它数据，完成实验，记录有关数据。 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1550nm的LD光发射端机，也可选择扩展模块。

五、测量点说明

P101：SW101拨码器设置输出序列5B信号测试点。 P102：P101对应的码元时钟测试点。 P103：对应的6B编码信号。 P104：6B数据的同步时钟。

P106：5B6B的数据帧，帧下沿开始新帧。

P201：光发射端机的外部电信号输入铆孔。 TP201：输入1310nm光发射端机的电信号测试点。 P202: 1310nm光接收端机输出的数字信号。

六、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？

实验4 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 2．20M双踪示波器

3．FC-FC单模光跳线 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，一种是原始语音信号，经过光纤直接进行传输；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。

下面先介绍本实验平台上两路电话电路接口示意图。

P601 P602 PCM 编码 PCM P603 P604 用户A：48 TP601 译码

P801 TP801/802 PCM 编码 PCM P802 用户B：49 P804 P803 译码

图7.1.1 电话用户A、B结构示意图

P601 P201 P205 激光/探测器 用户A P804 图7.1.2 电话用户A、B模拟光传输结构示意图（A到B单工）

P201 光纤 光发射 电 光 1310nmLD+单模 光纤 光接收 光 电 1550nmLD+单模 用户B

P202 光接收 电话 用户 接口A PCM 编 译 码 光 电 光发射 PCM 编 译 码 电话 用户 接口B P203 P204 电 光

图7.1.3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。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 振铃用户线

测试总线 状态信号

图7.1.4 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

10．无需耦合变压器 （2）用户线接口电路主要功能

内部电源稳压电路 图7.1.5 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 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。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7.1.6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7.1.6 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。 输入

（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。

输入信息 主叫先挂 输入 收号 输入振 铃 状态 通 话 输入信息 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 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

送忙音 主叫先挂处理 主叫空闲状态 锁定状态

被叫先挂 被叫先挂处理 图7.1.7 一次正常呼叫状态分析图

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。

用户状态信息 程控 各种可闻信号 交换机

图7.1.8 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7.1.9，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。

交换控制信号 CPLD信号产生单元 EPM240（U105） 拨号音 忙音 回铃音 SELA控制信号 话音、信号音切换电子开关 控制信号 语音信号 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 口电路 语音数据 交换控制单元 12EN D1 DTMF D2 DTMF信号 D3 号码检测 D4 MT8870 图7.1.9 记发器工作过程示意框图

（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，其基本原理如图7-1所示。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）。

信号输入 高频带通滤波器 输入电路 低频带通滤波器 过零 检测器 过零 检测器 码 变 换 锁存与缓冲

图7.1.10 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7.1.10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。 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 三、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（P601与P201相连，模拟信号的输出口P205与P804相连），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摘机（无需拨号呼叫，可直接语音通信）。

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（P601—P602，P603-P201，P202-P802，P801-P203，P204-P604，P803-P804）、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“光纤传输实验-PCM数据”的子菜单，确认；电话A、B两路“PCM编译码”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，测试TP601点；

4．电话A拨号（如：49），号码信号（P601）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（TP601等），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（P601）；

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、测量点说明

电话用户A测试点：

P601：电话A语音信号发送连接铆孔；

TP601: 电话A接收的语音信号测试点（需拨通电话）； P602：PCM1编码的模拟信号输入铆孔。 P603：PCM1编码数据输出连接铆孔；

P604：PCM1译码数据输入连接铆孔； 电话用户B测试点：

TP801、TP802:电话B的模拟用户线上测试点 P801：PCM2编码数据输出连接铆孔 P802：PCM1译码数据输入连接铆孔；

P803：PCM2译码恢复的模拟信号输出连接铆孔； P804：电话B接收的语音信号的连接铆孔；

光信道测试点说明：

TP201：输入1310nm光发射端机的电信号测试点。 P201: 1310nm光发射端机的数字信号输入连接铆孔。 P202：1310nm光接收端机输出的数字信号输出连接铆孔。

TX1550：输入1310nm光发射端机的电信号测试点。 P203: 1550nm光发射端机的数字信号输入连接铆孔。 P204：1550nm光接收端机输出的数字信号输出连接铆孔。

六、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。