实验二 光纤通信系统线路码型CMI 编译码实验
一、实验目的
1.了解线路码型在光纤传输系统中的作用
掌握线路码型CMI编码过程和电路实现原理
二、实验内容
1.验证符合光纤传输系统的线路码型 2.观察线路码型的编译过程
三、实验仪器
1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理试验箱 2、20MHz双踪模拟示波器 3、FC-FC单模光跳线 4、连接导线
1台 1台 1根 20根
四、实验原理
线路码变换电路主要是为满足数字光纤通信传输的需要而设置的。因此，数字光纤通信传输过程前后必须有线路码变换和反变换电路。
线路码型是指信道码的码型，它将二进制数字串转换为适合特定传输媒介的形式。因此，对于不同的传输媒介，有不同类型的线路码。对于光纤数字传输系统，不仅要考虑其传输媒介光纤的特性，还要考虑光电转换器件的特性，即光源器件和光检测器件。例如，光纤线路的带宽（色散）特性影响线路代码速率变化的选择，光源器件的非线性影响线路代码是单极还是多极的选择，一般来说，光纤传输线路代码的选择主要考虑以下要求：
(1)比特序列的独立性
(2)提供足够的定时信息
(3)降低功率谱密度中的高低频分量 (4)误码倍增小
(5)方便实现不中断业务的误码监控
(6)监控、公务、数据等维护管理信息，以及区间通信等辅助信号，易于传输主信息(业务信息)。
(7)易于实现
在介绍常用线路码型之前，先介绍一下线路码型的分类，如果从泛指的线路码型来讲，可以从不同角度来分，现简述如下。
根据应用场合，有金属电缆线路代码类型（也可细分为同轴电缆、对称电缆等）、无线系统线路代码类型、光缆传输系统代码类型等。本实验介绍CMI线路码型是光线路码型。
根据传输信道（或调制），基带信道的线路代码类型和承载（载波）信道的线路代码类型。目前，大多数光纤传输系统使用基带直接调制光信号，仍然输入基带代码类型。
根据线路码型的电平数，有两个电平码、三个电平码、四个电平码和多个电平码。两个电平码通常用于光纤传输系统的线路码型。
光线路码型应为两电平、基带、连续运行和固定长度组码。 由于CMI代码有许多优点。它不仅是中国数字通信标准规定的两种接口码型之一，也是数字光纤通信系统中使用的线路码型。mBnB码(1B2B代码)。因此，本实验采用了线路码型CMI码。
CMI代码是信号反转码(Code Mark Inversion)，二电平不归零码是一种PCM四组线路传输码型，即四组数字光纤通信设备和四组PCM设备之间的接口码类型。
1、CMI码的特点
A、CMI编码电路简单，便于设计和调试。 B、CMI最大连的0和1码是三个
C、具有误码监控能力，当其编码规则被破坏时，表示有误码，便于线路传输中的误码监控。
D、CMI码功率谱中的直流分量恒定，低频分量小，fr频率有限谱，频带宽，便于定期提取。
E、CMI编码前的信号速率是编码前的两倍。 2、CMI编码规则
A、对于二进制“0”被编码成为前后得A1和A2(A1为0电平，A2为1电平)两个振幅的电平，每个振幅占单位时间间隔的一半(T/2)，即在CMI码中为01码。
B、二进制1用幅值电平A1和A2来编码。A1或A2者都占据了单位间隔(T)，即在CMI码流为00或11码；对于相继的二进制1，这两个电平相互交替。这就是前一个二进制1A1.(即00)A相反，前一个二进制1被编成A(即11)A1，即在CMI00和11信号在码流中相互交替。
电平码 CMI
模式1 模式2
0 01 01
1 00 11
表2-1 二电平码变成CMI和DMI码的规则
3、CMI编码电路的方式
CMI编码电路相对简单，CMI编码规则是二值码NRZ序列中的1和0状态分离，然后按照各自的编码规则编码，最后由这两种状态的编码合成输出CMI码。
4、CMI译码电路
数字基带信号在实验中编码NRZ适用于数字光纤通信系统传输的线路码型转换CMI码，CMI代码通过光纤传输通过线路译码转换为基带信号NRZ代码。实验方框图如图2-1所示。观察每个点的波形来理解CMI编码规则。
光纤数字基带信号CMI编码光发送光接收CMI译码
图2-1 CMI实验框图编译码
以下是原理图分析：
图2-2 CMI编码电路
如图2-2，根据CMI编码规则，1交替编成00和11；0编成01。把所有的0都反过来BS相乘，把所有的0都编成01。然后，根据JK触发器的特性，遇到1就翻转；遇到0就保持特性，把所有的1交替编成00和11。最后，合成输出。
图2-3 CMI译码电路
如图2-3所示，译码电路应首先同步提取位置。这一步，在CPLD在模块中实现。获得和输入CMI码同步的BS之后，改变上图所示的电路。CMI代码的前半部分与后半部分相同或相同，翻译为1，不同的翻译为0。
五、实验步骤
1终端模块和光终端模块用导线连接光发射机端，T66(C_O)和 T81(C_I)，T65(D_O)和T82(D_I)；
连接光接收器端的电终端模块和光终端模块T71(C_I) 和T85(C_O)，T69(D_I)和T86(D_O)；
连接光发射机端数字信号源模块和电终端模块， T79(D1_O)和T67(D1_I)，T78(D2_O)和T64(D2_I)，T8(D3_O)和T63(D3_I)；
电终端模块与数字终端模块连接数字终端模块，T70(D1_O)和T88(D1_I)，T72(D2_O)和T75(D2_I)，T73(D3_O)和T74(D3_I)；
2、将拨码开关K35值拨为1100，K38值拨为0000，K37值为万万。数字信号源模块的拨码开关K36、K32和K值拨为任意值。(产生数字信号序列)
3、将开关K7、K28、K29全部拨下，选通1550nm作为光源的激光器。
4.旋转发光机光纤输出端口(1550nm T)防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光机关闭(1550nm R)连接起来。
5.打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7、D8亮。
6.用示波器探头测量光终端模块T82(D_I)波形(即未进行CMI编码前的数据波形)并记录下来。
7.用示波器测量另一个探头T92(15_DIN)此时的波形为CMI编码后的波形将示波器的第一通道设置为触发模式，观察和记录两个信号之间的差异，并验证CMI编码原理。
8.用示波器探头测量并记录T89(15_DOUT)光纤传输后纤传输后的信号波形。
9.用示波器测量并记录电终端T65(D_O)和T69(D_I)波形，观察CMI编码后的波形是否与编码前的波形一致，并观察数字终端二极管的发光顺序是否与数字信号源一致，说明解码正确。
10.实验完成后，关闭交流电源，拆除各连接，向下拨动所有开关，恢复实验箱。
六、实验试点说明
T92(15_DIN) 1550光发送机数据信号输入端 T89(15_DOUT) 1550光接收器的数据信号输出端
七、实验报告
1、简述CMI编码电路的原理
CMI码是一种1B2B代码，一个即将到来的代码用两个代码表示。当0代码过来时，代码将输出固定的01代码；当1代码过来时，代码将输出00或11代码并交替出现。
2、记录T82(D_I)，T92(15_DIN)，T89(15_DOUT)，T69(D_I)分析和验证波形CMI编码原理的正确性
T82(D_I)
未进行CMI编码前的数据波形为0000 1111
T92(15_DIN)
编码完，0000 1111波形变为0101 0101 0011 0011