一種波分復用數字通信實驗教學系統的制作方法

一種波分復用數字通信實驗教學系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供的一種波分復用數字通信實驗教學系統，包括將原始模擬信號轉換為光信號的信號發送端機、將光信號耦合入光纖傳輸鏈路的第一波分復用器WDM、將來自光纖傳輸鏈路中的疊加在一起的不同波長的光信號分離開來并將分離后的不同波長的光信號傳輸給信號接收端機的第二波分復用器WDM和將來自第二波分復用器WDM的光信號還原為原始模擬信號的接收端機；該系統采用全非編程的系統設計結構，可實現兩路信號高質量、低誤碼率地傳輸，后期維護方便、低成本，使學生更直觀地理解脈碼調制、群同步碼組的產生及將產生的群同步碼組插入到每幀數據的幀頭、CMI編碼及解碼、群同步及數據分組、脈碼解調等知識，具有較強的教學應用價值。
【專利說明】一種波分復用數字通信實驗教學系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種波分復用數字通信實驗教學系統，特別是一種適用于高等院校通信類專業使用的基于全非編程芯片的實驗教學系統。
【背景技術】
[0002]隨著通信技術的迅猛發展以及社會需求的日益增長，信息化已經在我們的生活中扮演著不可替代的角色。然而，信息化的完全普及依舊有很長的路需要走。因此，亟需培養一批具有創新精神和較強實踐能力的人才，來支撐國家信息化的進一步普及，而這正是高等教育肩負的歷史使命。
[0003]通信原理、光纖通信等課程是高等院校通信及電子信息類專業的重要的專業課，具理論性強、概念抽象、知識面廣、實踐性強等特點，其中很多的理論知識和技能必須在實踐中才能得到掌握和提高。實驗教學課就成為輔助這些課程理論學習的重要工具。學生通過實驗，不僅可以加深對理論知識的理解，還有利于提高學生的動手實踐能力，學以致用。為此，國家對通信類實驗課程十分重視，各高校也因此開設了大量的實驗課程，也配備了相應的實驗儀器和設備。
[0004]目前各高校主要是圍繞各廠家提供的實驗箱開設實驗，但是，當前市面上的實驗箱存在一系列的問題。一方面，此類實驗箱的核心處理器都是編程芯片或者高集成度通信芯片，如FPGA或者單片機等可編程芯片，這些芯片不僅成本高，而且后期維護困難。另一方面，這種實驗箱電路結構相對固定，多數實驗的實驗方法只需作導線連接和可變電阻器阻值的調節，主要是驗證性觀察測量，不能讓學生清晰直觀地理解數據地傳輸等過程，導致實驗教學與實際應用的脫節；更不能讓學生以系統的規模來進行設計性、綜合性實驗，學生獨立思考、自主設計的空間較少，使其得不到創新性、開發性教育，難以達到理想的教學效果。
[0005]有一種解決上述問題的方法是采用全非編程芯片來設計數字信號光纖傳輸實驗教學系統，這類實驗教學系統可以使各部分電路功能明確和易于更換，適合用于實驗教學演示，能讓更直觀地理解數據如何編碼、調制、傳輸、解調、解碼等過程，具有較強的應用價值。但是這種采用全非編程芯片設計的數字信號光纖傳輸實驗教學系統，至今未見報道，具體的實驗系統更是空缺。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種波分復用數字通信實驗教學系統及方法，使之能夠完成對模擬信號進行脈碼調制、群同步碼組的產生及將所產生的群同步碼組插入到每幀數據的幀頭、CMI編碼及解碼、群同步及數據分組、脈碼解調等，讓學生把原理和實踐聯系起來，直觀地理解整個數據通信過程，更好地掌握光纖通信課程相關知識，并且便于教學演示和學生操作。
[0007]為達上述目的，本發明提供了一種波分復用數字通信實驗教學系統，包括:
信號發送端機，對接收到的原始模擬信號進行脈碼調制、并在脈碼調制后的每組數據組前插入群同步碼組、然后對每幀數據進行CMI編碼轉換、最后將攜帶信息的第一電信號轉換為不同波長的光信號；
信號接收端機，將來自信號發送端機的不同波長的光信號轉換為電信號，并對該電信號進行脈沖整形、CMI解碼和脈碼解調，之后再對解調后的信號進行低通濾波及功率放大后，獲得與第一電信號相同的第二電信號；
第一波分復用器WDM，將來自信號發送端機的不同波長的光信號耦合進同一根光纖傳輸鏈路中同時傳輸；
第二波分復用器WDM，將來自光纖傳輸鏈路中的疊加在一起的不同波長的光信號分離開來并將分離后的不同波長的光信號傳輸給信號接收端機。
[0008]上述第一波分復用器WDM的分波端口連接到信號發送端機的發送端口，第一波分復用器WDM合波端口連接到光纖傳輸鏈路的輸入端口 ；
第二波分復用器WDM的合波端口連接到光纖傳輸鏈路的輸出端口，第二波分復用器WDM的分波端口連接到信號接收端機的輸入端口。
[0009]上述信號發送端機包括信號源輸入接口 Signal端口、時鐘產生模塊、脈碼調制模塊、群同步碼組產生及插入模塊、CMI編碼模塊和光電轉換模塊；
所述時鐘產生模塊的1/2BS端口連接到脈碼調制模塊的1/2BS端口，時鐘產生模塊的BS端口分別連接到脈碼調制模塊、群同步碼組產生及插入模塊、CMI編碼模塊的BS端口，時鐘產生模塊的2BS端口連接到CMI編碼模塊的2BS端口 ；
脈碼調制模塊的ENSAV端口連接到群同步碼組產生及插入模塊的ENSAV端口，脈碼調制模塊的SI端口連接到群同步碼組產生及插入模塊的SI端口，群同步碼組產生及插入模塊的S2端口連接到CMI編碼模塊的S2端口；
CMI編碼模塊的FS端口連接到電轉換模塊的FS端口。
[0010]上述信號接收端機包括將光信號轉換為電信號的光電轉換與脈沖整形模塊、對經脈沖整形后的電信號進行碼元同步的碼元同步模塊、對經脈沖整形后的電信號進行解碼的CMI解碼模塊、實現群同步組與原始數據分離的群同步模塊、實現脈碼解調的數據分組及脈碼解調模塊和對解調后的信號進行低通濾波及功率放大以產生原始模擬信號的低通濾波及功率放大模塊；
光電轉換與脈沖整形模塊的RS端口分別連接到碼元同步模塊、CMI解碼模塊的RS端
Π ；
碼元同步模塊的OCLK端口連接到群同步模塊的OCLK端口，碼元同步模塊的CLK端口分別連接到CMI解碼模塊、群同步模塊的CLK端口 ；
CMI解碼模塊的RSl端口連接到群同步模塊的RSl端口；
群同步模塊的I至8號端口分別連接到數據分組及脈碼解調模塊的I至8號端口，群同步模塊的EN端口連接到數據分組及脈碼解調模塊的EN端口；
數據分組及脈碼解調模塊的DS端口連接到低通濾波及功率放大模塊的DS端口。
[0011]上述信號接收端機的晶振頻率為信號發送端機的晶振頻率的16倍。
[0012]上述群同步碼組產生及插入模塊產生12位的群同步碼組。
[0013]上述12位群同步碼組是用8位并入串出移位寄存器和串入并出移位寄存器產生。
[0014]上述信號發送端機的本地時鐘脈沖是從計數器的Q2端口引出來的。[0015]上述信號發送端機、信號接收端機分別包括左信道和右信道。
[0016]本發明可實現兩路信號高質量、低誤碼率地傳輸；與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:1、全非編程芯片設計結構設計，使其各部分模塊功能明確，使學生對于脈碼調制，群同步碼組的產生及將所產生的群同步碼組插入到每幀數據的幀頭，CMI編碼及解碼，碼元同步、群同步、數據分組及脈碼解調、波分復用等知識有著進一步地理解；2、基于CMI碼的數據傳輸，使信號碼流中且具有很強的定時信息，便于從信號中提取時鐘信息，電路上易于實現；3、在碼元同步模塊中，在本地時鐘計數脈沖驅動下檢測到一個信號的上升沿到來后，即在一個碼元的開始時刻，計數器所產生的進位脈沖剛好處于一個碼元范圍的正中間，從而保證時鐘信號相對于輸入數據流具有合適的建立時間和保持時間，以及提高了抽樣判決的準確率；4、學生可以在本實驗教學系統的基礎上，根據自己的對知識的理解，設計出屬于自己的通信系統。5、本發明與國內同類產品相比，填補了基于全非編程芯片設計的實驗教學系統的空白，并且結構合理、利于教學、成本低、后期維護簡單，具有重要意義。
[0017]現結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發明工作原理結構示意圖；
圖2是時鐘產生模塊的電路示意圖；
圖3是脈碼調制模塊的電路示意圖；
圖4是群同步碼組產生及插入模塊的電路示意圖；
圖5是CMI編碼模塊的電路不意圖；
圖6是光電轉換模塊的電路示意圖；
圖7是光電轉換與脈沖整形模塊的電路示意圖；
圖8是碼元同步模塊的電路示意圖；
圖9是CMI解碼模塊的電路示意圖；
圖10是群同步模塊的電路示意圖；
圖11是數據分組及脈碼解調模塊的電路示意圖；
圖12是低通濾波及功率放大模塊的電路示意圖。
[0019]圖1中，1、信號發送端機,2、信號接收端機,3、第一波分復用器WDM, 4、第二波分復用器WDM，5、光纖傳輸鏈路；1_0、信號源輸入接口 Signal端口 ；1_1、時鐘產生模塊；1_2、脈碼調制模塊；1_3、群同步碼組產生及插入模塊；1_4、CMI編碼模塊，1-5、電光轉換模塊；2-1、光電轉換與脈沖整形模塊；2-2、碼元同步模塊；2-3、CMI解碼模塊；2_4、群同步模塊；2-5、數據分組及脈碼解調模塊；2-6、低通濾波及功率放大模塊。
【具體實施方式】
[0020]從圖1中可見，本實施例提供的波分復用數字通信實驗教學系統包括信號發送端機1，對接收到的模擬信號進行脈碼調制、并在脈碼調制后的每組數據組前插入群同步碼組、然后對每幀數據進行CMI編碼轉換、最后將攜帶信息的第一電信號轉換為不同波長的光信號；信號接收端機2，將來自信號發送端機I的不同波長的光信號轉換為電信號，并對該電信號進行脈沖整形、CMI解碼和脈碼解調，獲得與第一電信號相同的第二電信號；第一波分復用器WDM3,將來自信號發送端機I的不同波長的光信號稱合進同一根光纖傳輸鏈路5中同時傳輸和第二波分復用器WDM4，將來自光纖傳輸鏈路5中的疊加在一起的不同波長的光信號分離開來并將分離后的不同波長的光信號傳輸給信號接收端機2。
[0021]具體是:模擬信號經信號源輸入接口 Signal端口 1_0連接到信號發送端機1，信號發送端機I作為模擬信號和數字信號之間的接口，實現對信號源輸入接口 Signal端口1-0信號進行脈碼調制，接著在每組數據組合前邊插入群同步碼組，然后再對每幀數據進行CMI編碼轉換，最后將攜帶信息的電信號進行電光轉換，將左信道的電信號轉換成波長為1310nm的光信號,將右信道的電信號轉換成波長為1550nm的光信號；經轉換而成的不同波長的左信道的光信號和右信道的光信號先在信號發送端機I后邊利用第一波分復用器WDM3 (其在信號發送端機I后邊作為合波器使用)稱合進同一根光纖傳輸鏈路5中同時傳輸；再在信號接收端機2前邊利用第二波分復用器WDM4 (其在信號接收端機2前邊作為分波器使用)將疊加在一起的不同波長的左信道的光信號和右信道的光信號分離開來；經分離后的不同波長的左信道的光信號和右信道的光信號分別進入各自的信號接收端機2，經光電轉換及脈沖整形，將攜帶信息的光信號轉換成與信號發送端機I進行電光轉換前電信號一樣的電信號，在信號接收端機2實現碼元同步后，即可將碼元定時信息作為信號接收端機2的本地時鐘，便可先對脈沖整形后的電信號進行CMI解碼，接著再進行數據分組及脈碼解調，實現波形解碼，最后經過低通濾波和功率放大處理即可實現對所發送信號的還原，獲取原始模擬輸入信號。
[0022]信號發送端機I的具體結構如圖2、3、4、5、6所示，信號發送端機I包括時鐘產生模塊1-1 (見圖2)、脈碼調制模塊1-2 (見圖3)、群同步碼組產生及插入模塊1-3 (見圖4)、CMI編碼模塊1-4 (見圖5)、光電轉換模塊1-5 (見圖6)，其中，時鐘產生模塊1_1設有2個電容Cl與C2、I個晶振Yl、一個電阻R1、一個分頻器Ul，一個計數器U2、一個非門U3 ;脈碼調制模塊1-2設有一個計數器U4、一個非門U5、一個三輸入與門U6、一個8位模數轉換器U7、一個兩輸入與門U8 ;群同步碼組產生及插入模塊1-3設有兩個移位寄存器U9、UlO,-個兩輸入與門U11、一個非門U12、一個并入串出移位寄存器U13、一個或門U14 ；CMI編碼模塊1-4設有一個非門U15，三個兩輸入與門U17、U19與U20，三個D觸發器U16、U18與U22，一個或門U21 ;光電轉換模塊1-5設有三個電阻R2、R4與R5，一個可調電阻R3，一個三極管Ql，一個激光二極管Dl。
[0023]各模塊之間的具體連接關系是:時鐘產生模塊1-1的1/2BS端口連接到脈碼調制模塊1-2的1/2BS端口，時鐘產生模塊1-1的BS端口分別連接到脈碼調制模塊1_2、群同步碼組產生及插入模塊1_3、CMI編碼模塊1-4的BS端口，時鐘產生模塊1-1的2BS端口連接到CMI編碼模塊的2BS端口，脈碼調制模塊1-2的ENSAV端口連接到群同步碼組產生及插入模塊1-3的ENSAV端口，脈碼調制模塊1-2的SI端口連接到群同步碼組產生及插入模塊
1-3的SI端口，群同步碼組產生及插入模塊1-3的S2端口連接到CMI編碼模塊1_4的S2端口，CMI編碼模塊1-4的FS端口連接到電光轉換模塊1-5的FS端口。
[0024]其工作原理是:時鐘產生模塊1-1中由電容Cl、電容C2、晶振Y1、電阻R1、分頻器Ul構成晶振電路，計數器U2對其產生的時鐘脈沖進行計數，在計數器U2的Q2端口每8次產生一個進位脈沖，以此進位脈沖作為信號發送端機I的全局時鐘脈沖BS，相應地，計數器U2的Ql端口每4次產生一個進位脈沖為2BS，計數器U2的QO端口每16次產生一個進位脈沖為1/2BS ;特別地，信號發送端機I的全局時鐘頻率是從計數器U2的Q2端口引出來的。脈碼調制模塊1-2中計數器U4對1/2BS進行計數，當計數器U4的QO端口、Ql端口、Q3端口腳都為高電平時，產生一個使能信號ENSAV，使能信號ENSAV經非門反饋到計數器U4的清零端，計數器U4在其預置數為“0010”及使能信號ENSAV的反饋下，Q3端口產生占空比為2:5的驅動脈沖，驅動模數轉換器U7工作，以及為后邊加入群同步碼組創造條件；模數轉換器U7在時鐘脈沖BS及驅動脈沖作用下，對原始信號Signal進行模數轉換即脈碼調制；模數轉換器U7的DO端口產生的信號與計數器U4的Q2端口產生的脈沖進行與運算，即可消除模數轉換器U7每次在對原始信號Signal進行脈碼調制時產生的4位啟動脈沖，產生信號SI，至此脈碼調制模塊1-2完成對原始信號Signal的脈碼調制；群同步碼組產生及插入模塊1-3中的移位寄存器U9在時鐘信號BS的作用下，經Q2端口將信號SI向后移動4個時鐘脈沖，即在信號SI的前邊插入“0000”信號；移位寄存器UlO在時鐘信號BS的作用下，在其Ql端口將使能信號ENSAV向后移動I個時鐘脈沖，并與原使能信號ENSAV經兩輸入與門Ull進行與運算，產生一個驅動脈沖，驅動脈沖經非門U12產生一個驅動脈沖，用以驅動并入串出移位寄存器U13置入預置數據；并入串出移位寄存器U13在驅動脈沖及時鐘信號BS的作用下，隨著時鐘脈沖BS的推移，經Q7端口輸出“11010110”信號；移位寄存器U9的Q2端口產生的信號與并入串出移位寄存器U13的Q7端口產生的信號經或門U14或運算，輸出信號碼流S2，至此完成在脈碼調制模塊1-2產生的每8位數據(即信號SI)前邊插入“11010110000”的群同步碼組。CMI編碼模塊1-4電路圖中，信號碼流S2經過D觸發器U16后，從Q端口和端口分為兩支路輸出，Q端口支路在D觸發器U18的配合下，經與門U19后就可以完成“I”碼的編碼，為了說明方便，第一次輸出我們暫定為“11”，那么下一次再過來“I”的時候，由于D觸發器的記憶功能，其輸出為上一次輸出電平的反相，所以得到“00”。端口支路和時鐘信號BS的反相一起經過與門U20即可完成對“O”碼的編碼，輸出為“01”;與門U19完成的“I”編碼和與門U20完成的“O”編碼經或門U21進行或運算，產生原始CMI編碼信號；由門電路不同輸入時延不同，造成的原始CMI編碼信號存在毛刺，原始編碼信號經D觸發器U22，在2BS的作用下，產生CMI信號碼流FS，即可消除信號碼流中存在的毛刺，至此完成對信號的CMI編碼。在電光轉換模塊1-5中，經偏置后的激光二極管Dl在信號碼流FS驅動下，即可實現電光轉換，將攜帶信息的電信號轉換成波長為1310nm或者1550nm的光信號。
[0025]信號接收端機2的具體結構如圖7、8、9、10、11、12所示，從圖中可見，信號接收端機2包括光電轉換與脈沖整形模塊2-1 (見圖7)、碼元同步模塊2-2 (見圖8)、CMI解碼模塊2-3 (見圖9)、群同步模塊2-4 (見圖10)、數據分組及脈碼解調模塊2-5 (見圖11)、低通濾波及功率放大模塊2-6 (見圖12)。
[0026]其中:
光電轉換與脈沖整形模塊2-1設有光電探測器D1、可調電阻R1、運算放大器U1，碼元同步模塊2-2設有兩個電容Cl與C2，晶振Yl，電阻R2，分頻器U4，兩個非門U2與U5，3個D觸發器U3、U8與U9，兩個計數器U6與U7，兩個兩輸入與門UlO與U12，一個兩輸入或門U11。
[0027]CMI解碼模塊2-3設有3個D觸發器U13、U15與U16，一個非門U14，一個兩輸入異或門U17。
[0028]群同步模塊2-4 設有七個非門 U18、U22、U23、U24、U25、U26、U27、U28 與 U29，一個D觸發器U19，3個移位寄存器U20、U21與U22，三個四輸入與非門U30、U31與U32，一個三輸入與門U33，一個兩輸入與非門U34。
[0029]數據分組及脈碼解調模塊2-5設有一個數模轉換器U35、兩個二極管D2與D3，兩個可調電阻R2與R3，一個運算放大器U35 ;低通濾波及功率放大模塊2-6設有四個電阻R4、R5、R6與R7，兩個電容C3與C4，一個運算放大器U35。
[0030]各模塊之間的具體連接關系是:
光電轉換與脈沖整形模塊2-1的RS端口分別連接到碼元同步模塊2-2、CMI解碼模塊
2-3的RS端口，碼元同步模塊2-2的OCLK端口連接到群同步模塊2_4的OCLK端口，碼元同步模塊2-2的CLK端口分別連接到CMI解碼模塊2-3、群同步模塊2-4的CLK端口，CMI解碼模塊2-3的RSl端口連接到群同步模塊2-4的RSl端口，群同步模塊2_4的I至8號端口分別連接到數據分組及脈碼解調模塊2-5的I至8號端口，群同步模塊2-4的EN端口連接到數據分組及脈碼解調模塊2-5的EN端口，數據分組及脈碼解調模塊2-5的DS端口連接到低通濾波及功率放大模塊2-6的DS端口。
[0031]其工作原理是:經分離不同波長的左信道光信號和右信道光信號分別進入各自的信號接收端機2的光電轉換與脈沖整形模塊2-1，為了說明方便，我們以左信道為例，攜帶信息的波長為1310nm的光信號經反向偏置的光電探測器Dl后,轉換為相應的電信號,完成光電轉換；轉換后的電信號經由運算放大器U1、可調電阻Rl組成的脈沖整形電路，實現脈沖整形。此時的電信號碼流分成兩路，一路連接碼元同步模塊2-2的RS端口用于碼元同步，一路連接CMI解碼模塊2-3中RS端口用于CMI解碼。碼元同步模塊2_2中，由電容Cl、電容C2、晶振Y1、電阻R2、分頻器U4、非門U5構成晶振電路，用于產生本地計數脈沖OCLK供計數器從信號碼流中提取碼元定時信息。
[0032]特別地，信號接收端機2的晶振頻率為信號發送端機I頻率的16倍；由于CMI碼型中“ O ”碼用“ O I”碼表示，“ I”碼用交替的“ 00 ”、“ 11”表示，由于其編碼特點，說明每接收到一個下降沿，意味著此下降沿前邊存在兩個數據碼元，特別地，因為這種碼型為1B2B碼，所以每個下降沿前邊兩個數據碼元代表著一個原始數據碼元；光電轉換與脈沖整形模塊2-1產生的電信號碼流經非門U2后，波形發生翻轉，下降沿變成上升沿，每個上升沿觸發D觸發器U3進行二分頻，二分頻后的信號若為高電平則觸發計數器U6進行計數，從計數器U6的12引腳產生八分頻信號，再經D觸發器U8產生二分頻；二分頻后的信號若為低電平則觸發計數器U7進行計數，再經D觸發器U9產生二分頻。
[0033]如此兩種情況產生的脈沖相加，經或門Ull產生與發送端同頻同相的本地時鐘信號CLK，本地時鐘信號CLK為信號接收端機2的本地計數脈沖OCLK的十六分頻，且每個脈沖的上升沿剛好處于D觸發器U3分頻后的碼元的中間，為后續的抽樣判決提供了方便，減少了判決誤差。
[0034]在本地時鐘信號CLK作用下，電信號碼流RS在CMI解碼模塊2_3中分成兩路，一路經D觸發器U13實現延緩半個時鐘周期，后經D觸發器U15實現二分頻，達到分離高位碼的目的；一路在本地時鐘信號CLK的反向作用下，經D觸發器U16實現二分頻，達到分離低位碼的目的；高位碼及低位碼后，經異或門U17異或計算產生信號RS1，若分離后的高位碼及低位碼相同，則代表原來的碼元為“I”碼元；若分離后的高位碼及低位碼不相同，則代表原來的碼元為“O”碼元，至此信號RSl即為CMI解碼完的信號。[0035]CMI解碼完的信號RSl在本地時鐘信號CLK的反向作用下，隨著時鐘脈沖的推移，經群同步模塊2-4的移位寄存器U20的Q3端口、Q4端口、Q5端口、Q6端口分別向后移動I個時鐘脈沖、2個時鐘脈沖、3個時鐘脈沖、4個時鐘，經移位寄存器U21的QO端口、Ql端口、Q2端口、Q3端口、Q4端口、Q5端口、Q6端口、Q7端口分別向后移動5個時鐘脈沖、6個時鐘脈沖、7個時鐘脈沖、8個時鐘脈沖、9個時鐘脈沖、10個時鐘脈沖、11個時鐘脈沖、12個時鐘脈沖，經移位寄存器U22的QO端口、Ql端口、Q2端口、Q3端口、Q4端口、Q5端口、Q6端口、Q7端口分別向后移動13個時鐘脈沖、14個時鐘脈沖、15個時鐘脈沖、16個時鐘脈沖、17個時鐘脈沖、18個時鐘脈沖、19個時鐘脈沖、20個時鐘脈沖；若經群同步模塊2-4檢測到群同步信號“110101100000”，即移位寄存器U21的Q4端口輸出的“ I”信號、Q5端口輸出的“ I”信號、Q6端口輸出的“O”信號(經非門U29產生的“I”信號)和Q7端口輸出的“I”信號經過四輸入與門U32時，產生“I”信號；同理，四輸入與門U31、U30同時產生“I”信號，經三輸入與門U33產生“I”信號時，說明群同步模塊2-4中的I至8號端口輸出的數據即為信號發送端機I所發送的原始8位數據，實現群同步組與原始8位數據的分離；此時，三輸入與門U33產生“I”信號與經過D觸發器延U19緩半個周期的本地計數脈沖OCLK經零輸入與門U34產生一個使能信號EN，用以數據分組及脈碼解調模塊2-5中的驅動數模轉換器U35數據分組及脈碼解調。
[0036]群同步模塊2-4所提取的8位原始數據到達數據分組及脈碼解調模塊2-5中數模轉換器U35的相應端口后，在使能信號EN的驅動及運算放大器U36、二極管D2與D3、可調電阻R2與R3的相互配合下，實現脈碼解調，產生信號DS。脈碼解調后的信號DS在低通濾波及功率放大模塊2-6中，經低通濾波及功率放大處理后產生原始模擬信號AS。
[0037]綜上所述，不難看出，本實施例提供的波分復用數字通信實驗教學系統是基于全非編程芯片的波分復用數字通信實驗教學系統，可實現兩路信號高質量、低誤碼率地傳輸；與現有技術相比，具有如下有益效果:1、全非編程芯片設計結構設計，使其各部分模塊功能明確，使學生對于脈碼調制，群同步碼組的產生及將所產生的群同步碼組插入到每幀數據的幀頭，CMI編碼及解碼，碼元同步、群同步、數據分組及脈碼解調、波分復用等知識有著進一步地理解；2、基于CMI碼的數據傳輸，使信號碼流中且具有很強的定時信息，便于從信號中提取時鐘信息，電路上易于實現；3、在碼元同步模塊中，在本地時鐘計數脈沖驅動下檢測到一個信號的上升沿到來后，即在一個碼元的開始時刻，計數器所產生的進位脈沖剛好處于一個碼元范圍的正中間，從而保證時鐘信號相對于輸入數據流具有合適的建立時間和保持時間，以及提高了抽樣判決的準確率；4、學生可以在本實驗教學系統的基礎上，根據自己的對知識的理解，設計出屬于自己的通信系統。5、本發明與國內同類產品相比，填補了基于全非編程芯片設計的實驗教學系統的空白，并且結構合理、利于教學、成本低、后期維護簡單，具有重要意義。
【權利要求】
1.一種波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于，包括: 信號發送端機(1)，對接收到的原始模擬信號進行脈碼調制、并在脈碼調制后的每組數據組前插入群同步碼組、然后對每幀數據進行CMI編碼轉換、最后將攜帶信息的第一電信號轉換為不同波長的光信號； 信號接收端機(2)，將來自信號發送端機(I)的不同波長的光信號轉換為電信號，并對該電信號進行脈沖整形、CMI解碼和脈碼解調，之后再對解調后的信號進行低通濾波及功率放大后，獲得與第一電信號相同的第二電信號； 第一波分復用器WDM (3),將來自信號發送端機(I)的不同波長的光信號稱合進同一根光纖傳輸鏈路(5)中同時傳輸； 第二波分復用器WDM (4)，將來自光纖傳輸鏈路(5 )中的疊加在一起的不同波長的光信號分離開來并將分離后的不同波長的光信號傳輸給信號接收端機(2)。
2.如權利要求1所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:第一波分復用器WDM (3)的分波端口連接到信號發送端機(I)的發送端口，第一波分復用器WDM (3)合波端口連接到光纖傳輸鏈路(5 )的輸入端口 ； 第二波分復用器WDM (4)的合波端口連接到光纖傳輸鏈路(5)的輸出端口，第二波分復用器WDM (4)的分波端口連接到信號接收端機(2)的輸入端口。
3.如權利要求1所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:所述信號發送端機包括信號源輸入接口 Signal端口( 1-0)、時鐘產生模塊(1_1 )、脈碼調制模塊(1_2)、群同步碼組產生及插入模塊(1_3)、CMI編碼模塊(1-4)和光電轉換模塊(1-5)； 所述時鐘產生 模塊(1-1)的1/2BS端口連接到脈碼調制模塊(1-2)的1/2BS端口，時鐘產生模塊(1-1)的BS端口分別連接到脈碼調制模塊(1-2)、群同步碼組產生及插入模塊(1-3),CMI編碼模塊(1-4)的BS端口，時鐘產生模塊(1-1)的2BS端口連接到CMI編碼模塊(1-4)的 2BS 端口 ； 脈碼調制模塊(1-2)的ENSAV端口連接到群同步碼組產生及插入模塊(1-3)的ENSAV端口，脈碼調制模塊(1-2)的SI端口連接到群同步碼組產生及插入模塊(1-3)的SI端口，群同步碼組產生及插入模塊(1-3)的S2端口連接到CMI編碼模塊(1-4)的S2端口； CMI編碼模塊(1-4)的FS端口連接到電轉換模塊(1-5)的FS端口。
4.如權利要求1所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:所述信號接收端機(2)包括將光信號轉換為電信號的光電轉換與脈沖整形模塊(2-1)、對經脈沖整形后的電信號進行碼元同步的碼元同步模塊(2-2)、對經脈沖整形后的電信號進行解碼的CMI解碼模塊(2-3)、實現群同步組與原始數據分離的群同步模塊(2-4)、實現脈碼解調的數據分組及脈碼解調模塊(2-5 )和對解調后的信號進行濾波及功率放大以產生原始模擬信號的低通濾波及功率放大模塊(2-6)； 光電轉換與脈沖整形模塊(2-1)的RS端口分別連接到碼元同步模塊(2-2)、CMI解碼模塊(2-3)的RS端口； 碼元同步模塊(2-2 )的OCLK端口連接到群同步模塊(2-4 )的OCLK端口，碼元同步模塊(2-2)的CLK端口分別連接到CMI解碼模塊(2-3)、群同步模塊(2-4)的CLK端口 ； CMI解碼模塊(2-3)的RSl端口連接到群同步模塊(2-4)的RSl端口； 群同步模塊(2-4)的I至8號端口分別連接到數據分組及脈碼解調模塊(2-5)的I至8號端口，群同步模塊(2-4)的EN端口連接到數據分組及脈碼解調模塊(2-5)的EN端口； 數據分組及脈碼解調模塊(2-5)的DS端口連接到低通濾波及功率放大模塊(2-6)的DS端口，經低通濾波及功率放大模塊(2-6 )后產生原始模擬信號AS。
5.如權利要求1所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:所述信號接收端機(2)的晶振頻率為信號發送端機(I)的晶振頻率的16倍。
6.如權利要求3所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:所述群同步碼組產生及插入模塊(1-3)產生12位的群同步碼組。
7.如權利要求6所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:所述12位群同步碼組是用8位并入串出移位寄存器和串入并出移位寄存器產生。
8.如權利要求1所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:所述信號發送端機(I)的本地時鐘脈沖是從計數器U2的Q2端口引出來的。
9.如權利要求1所述的波分復用數字通信實驗教學系統，其特征在于:所述信號發送端機(I)、信號接收端 機(2)分別包括左信道和右信道。
【文檔編號】G09B23/22GK103873182SQ201410095480
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】崔虎, 吳銳歡 申請人:華南師范大學