专利名称：一种实验用光纤通信系统及装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤通信领域，特别地，涉及基于SDH( Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系)的实验用光纤通信系统及装置。
背景技术：
通信的时分多路复用传输分为PDH ( Plesiochronous Digital Hierarchy,准同 步数字体系)和SDH ( Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系)两种形式。 其中，SDH是在PDH基础上发展而来，并且有着比PDH兼容性好，传输速度 快的优势。目前，光纤通信传输在世界各国的核心网、骨干网传输中正担当着 重要作用，在我国，电信、联通、广电等电信运营商也都已经大规模建设了基 于SDH( Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系)的骨干光传输网络，SDH 的应用已十分广泛。
但是，对于教学而言，目前市场上的光纤通信教学设备与通信服务商所采 用的实际设备在原理上还存在较大的差别，现有的光纤通信实验系统大都是基 于PCM ( Pulse Code Modulation,脉冲编码调制)编码方式的，而PCM帧结构 的每个时隙都是固定的，不能进行动态分配，只能在固定的时隙中时行插入、 读取、资源利用率较小，如果同时要进行多个业务进行传输时就得使用中继等 设备进行控制，体现不了光纤传输的容量大、速度快等效果。如果采用SDH的 帧结构来进行传输即可以解决利用通道开销来进行各种业务的上传、下载、分 析。可以通过动态的自动分配通道来解决同时进行多个业务的传输，使得不需 要中继即可以完成多个业务的环网传输功能。
由于基于PCM通信方式的现有技术实验设备和实际通信应用的基于SDH 的设备，在结构和原理上均相差较大，无法让学生在实验的过程中来体会到实 际的光纤通信设备的工作原理，导致教学实验和现实应用相脱节。
发明内容本实用新型的目的是提供一种接近于实际的基于SDH的实验用光纤通信系统，使之能够基于SDH帧结构进行通信，可以进行电话业务、数据业务的环型网传输，并便于教学演示和学生操作。基于此，本实用新型提出的实验用光纤通信系统包括电话业务模块、控制 模块和光发、光收模块，所述电话业务模块包括用户接口电路、音频接收解码电路、PCM编码电路、信令音生成电路、信令音选择电路和单片机控制及处理 电路；用户电话机接线连接到用户接口电路的话机端，用户接口电路的接口信 号端一分别链接到音频接收解码电路和PCM编码电路的语音信号端；音频接收 解码电路的输出端链接到单片机控制及处理电路的数据输入端一；PCM编码电 路的数字信号端链接到控制模块；用户接口电路的接口信号端二分别链接到单 片机控制及处理电路的数据输入端二和控制模块；单片机控制及处理电路和控 制模块之间有双向的数据链接通道；单片机控制及处理电路的控制输出端链接 到信令音选择电路的控制输入端，信令音生成电路的输出链接到信令音选择电 路的音频输入端，信令音选择电路的输出链接到用户接口电路的输入接口端三； 所述控制模块的数据信号输出端链接到光发模块，所述控制模块的数据信号输 入端链接到光收模块。较佳地，所述电话业务模块和所述控制模块通过PCI总线或CPCI总线连接。较佳地，所述实验用光纤通信系统还包括数字信号业务模块和业务交叉模 块，所述电话业务模块、数字信号业务模块、业务交叉模块和所述控制模块通 过PCI总线或CPCI总线连接。同时，本实用新型还提供了实验用光纤通信装置，其是将上述光纤通信实 验系统的各个模块做成板卡形式，所述实验用光纤通信装置包括集成了电话业 务模块的电话业务板卡、集成了控制模块的控制板卡、CPCI背板和信号传输顶 板，所述电话业务板卡和所述控制板卡插入所述CPCI背板做成PXI板卡结构， 所述信号传输顶板上集成有光发和光收模块。本实验系统基于SDH ( Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系)进行 开发，通过控制模块，可实现基于SDH帧结构进行的各种数字业务的装卸，分 析，动态的进行通道的分配，提高了资源的利用率。通信效率和资源利用率均 远高于只基于PCM的通信系统。本实用新型的试验系统可以实现基于SDH的各种通信应用实验，且由于设 计简单，其成本低于商用SDH系统。模块化和PCI板卡结构使得本实验装置的使用和维护都很便利，应用本实用新 型的光纤通信系统，可以非常方便的通过实验系统上的资源来完成850nm(短 波长)、1310nm(长波长)、1550nm(超长波)波的光纤通信，还可用来更深 一步的了解利用光纤环网的建立。
下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式
加以说明，附图中，图1是本实用新型实验用光纤通信系统结构示意图；图2是本实用新型实验用光纤通信系统电话业务模块的结构示意图；图3是本实用新型实验用光纤通信系统用户接口电路实施例电路示意图；图4是本实用新型音频解码电路实施例电路示意图；图5是本实用新型PCM编解码电路实施例电路示意图；图6是本实用新型的DTMF接收器工作原理示意图；图7是用控制模块用FPGA实现的模块结构示意图；图8是本实用新型实施例通信过程中所使用的SDH帧结构；图9是图8的SDH帧结构中通道开销部分结构示意图；图IO是本实用新型光发模块第一实施例电路示意图；图11是本实用新型光发模块第二实施例电路示意图；图12是本实用新型光收模块第二实施例电路示意图；图13是本实用新型光纤通信装置整体结构示意图；图14是本实用新型光纤通信装置机箱示意图；图15是本实用新型光纤通信装置控制面板示意图。
具体实施方式
为便于陈述和理解，将本说明书和权利要求书中使用的部分缩写形式列举 如下:PDH: Plesiochronous Digital Hierarchy, 准同步数字体系；SDH: Synchronous Digital Hierarchy, 同步数字体系；PCM: Pulse Code Modulation,脉沖编码调制；PCI:Peripheral Component Interconnect ,夕卜部i殳备互耳关总线；6CPCI: Compact PCI,紧凑型外部设备互联总线；FPGA: Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列；DTMF: Dual Tone Multi Frequency,双音多频；PXI :PCI extensions for Instrumentation , PCI总线在仪器领域的扩展;TDM: Time Division Multiplex,时分复用；BCD: Binary-Coded Decimal 二进制编码的十进制；图1是本实用新型实验用光纤通信系统结构示意图，从图中可见，系统包 括电话业务模块2、控制模块3和光发模块4、光收模块5。电话机连接到电话 业务模块2，电话业务模块2作为数字信号和模拟信号之间的接口，实现用户电 话机1到交换平台链接的模拟中继功能。控制模块3起到交换平台的作用，接 收来自电话业务模块2的编码语音和话机状态等数字信号并对其进行处理最后 将要传输的信息通过光发模块4发送到光纤线路；同时，控制模块3也通过光 收模块5接收光纤线路的编码信号，对其进行处理后传输到电话业务模块2。本实用新型光纤通信系统的电话业务模块的具体结构如图2所示。从图中 可见，电话业务模块2包括用户接口电路201、音频接收解码电路202、 PCM编 码电路203、信令音生成电路205、信令音选择电路206和单片机控制及处理电 路204;用户电话机接线连接到用户接口电路201的话机端，用户接口电路201 的接口信号端一分别链接到音频接收解码电路202和PCM编码电路203的语音 信号端；音频接收解码电路202的输出端链接到单片机控制及处理电路204的 数据输入端一 ；PCM编码电路203的数字信号端链接到控制^f莫块3;用户接口 电路201的接口信号端二分别链接到单片机控制及处理电路204的数据输入端 二和控制模块3;单片机控制及处理电路204和控制模块3之间有双向的数据链 接通道；单片机控制及处理电路204的控制输出端链接到信令音选择电路206 的控制输入端，信令音生成电路205的输出链接到信令音选择电路206的音频 输入端，信令音选择电路206的输出链接到用户接口电路201的输入接口端三。其中控制才莫块3可由FPGA ( Field-Programmable Gate Array,现场可编程门 阵列)实现，也可由CPLD ( Complex Programmable Logic Device,复杂可编程 逻辑器件)、DSP ( Digital Signal Processer,数字信号处理器)等数字信号处理 器实现。以控制模块为FPGA平台为例，此时，作为模拟中继的电话业务模块2 的要实现的功能包括接收来自FPGA平台的信令控制信号(4位BCD码)以控制用户的信令音 和话务信号通断；接收电话机产生的双音频号码信号并转换成BCD码，向FPGA 平台发送被叫话机的IP号码，并向FPGA平台发送拨号码完毕信号(高电平指 示)；接收和发送64kb/s的语音信号并进行PCM编解码，建立通话业务；以及 监视用户话机的摘、挂机状态并向FPGA平台发送告知信号(高低电平指示)。电话业务模块2的实现主要由能实现各种功能的集成芯片加以单片机控制 来完成。电话业务模块2的各个部分的主要功能如下用户线接口电路201:完成BORSCHT七种功能中除编解码(C)之外的六种 功能，同时实现模拟中继功能；双音接收解码电路202:检测话机的双音多频拨号，接收并处理后输出 DTMF四位BCD码；并由STD管脚输出高电平告知单片机读取存储；PCM编译码电路203:主要完成话音(去话和来话)模拟/数字信号的转换； 单片机控制及处理电路204:对系统电路的各种信令音发送控制、话机摘挂机 监视、呼出号码接收处理并编码成4位BCD码输出至FPGA平台、接收来自平 台的控制信令并按信令指示进行控制；信令音生成电路205:主要完成各种信令音的产生，它由下列电路组成① 450Hz正弦波模拟音电路也是拨号音产生电路；② 忙音发生电^各450Hz正弦波，通断间隔时间0.35S;③ 回铃音发生电^各450Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒； 25Hz振铃信号电路25Hz的低频周期信号，每导通1秒后间断4秒； 信令音选择电路206:根据单片机控制及处理电路204的控制信息选择信令音。其中BORSCHT是下列各词首字母的缩写々贵电(Battery feed):交换才几通过用户线向共电式话:才几直流々贵电；过压保护(Overvoltage Protection):防止用户线上的电压沖击或过压而损坏交换机；振铃(Ringing):向被叫用户话机馈送铃流。监视(Supervision): 借助扫描点监视用户线通断状态，以检测话机的摘机， 挂机，拨号脉冲等用户线信号，转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接 续要求；编解码(CODEC):利用编码器和解码器(CODEC)、滤波器，完成话音信号 的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口；
混合(Hybrid):进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线 传输的要求；
测试(Test):提供测试端口 ，进行用户电路的测试。
这7种功能常用第一个字母组成的缩写词BORSCHT代表。 下面结合电话业务模块2的各个具体电路对本实用新型电话业务模块2的具体实施方式
的 一 个优选实施例及其工作方式加以说明。
图3是本实用新型实验用光纤通信系统用户接口电路实施例电路示意图， 其是使用AM79R70芯片实现的。由图3可见电话机由电话接口处接入，并通过 过压保护芯片U311后接入AM79R70。 DET 13管脚对话机摘、挂机监一见作用， 摘/挂机信号从INTO处输入；VTX23管脚为去话线路，此线路将接入音频解码 电路的信号输入脚和PCM编解码电路的信号输入脚；RSN 21管脚为来话线路， 且忙音、回铃音和拨号音当某一个信令音被选通时将直接加于此线路上；25Hz 振铃音将始终加于RINGIN 25管脚，当B2EN 7管脚为高电平时即选通于振铃 状态时相应的C3C2C1的输入编码为'00r,则25Hz振铃信号将被引入，其它时 刻^皮禁止引入。
图4是本实用新型音频解码电路实施例电路示意图，本电路完成用户呼叫 号码转换后的双音多频(Dual Tone Multi Frequency, DTMF )信号编码功能， 使用MT8870芯片实现。从图4可见，来自AM79R70的VTX 23管脚的输出信 号IVTAT通过管脚IN- 2和管脚FB 3输入到MT8870,编码后的四位被叫地址 从其管脚IVDTMFD1、 IVDTMFD2、 IVDTMFD3和IVDTMFD4通过芯片 74LS374锁存緩冲后输出到单片机的Pl 口 Pl.O、 Pl.l、 P1.2、 P1.3四个管脚。
图5是本实用新型PCM编解码电路实施例电路示意图，该电路由TP3067 芯片实现。从图中可见，AM79R70的VTX 23管脚的输出信号IVTAT引入到 TP3067的GSX 17、和VFXI- 18管脚，进行PCM编码后的数据DATA—OUT由 DX 13管脚输出，送至控制模块；从控制模块传送来的数字信号DATA—IN将通 过管脚DR 8进入TP3067并通过i奪码后由管脚VPO+ 3输出，管脚VPO+ 3输出 的信号IVRAT连接到AM79R70的来话线路，通过其管脚RDC 19和RDCR 24 输入芯片AM79R70 。芯片工作编译码主时钟频率为2.048MHz,编译码的位同步时钟频率64kHz，编译码帧同步时钟频率8kHz。为了实现芯片的最佳工作方式将所有的编码与译码及接收发送时钟采用同一个时钟源的时钟。图6是本实用新型的DTMF接收器工作原理示意图。DTMF接收器包括 DTMF分组滤波器和DTMF译码器，DTMF接收器先经高频组带通滤器和低频 组带通滤器进行fL/ffl(低频/高频)区分，然后过零检测、比较，得到相应于 DTMF的两路fL、 ffl信号输出。两路信号经码变换单元译码、锁存、緩冲，恢 复成对应于16种DTMF信号音的4比特二进制码。下面以基于1号(1#)信令进行通信为例，对系统各部分的工作方式进行 具体说明 1、信令音控制的工作方式(1) 信令定义摘机话机发出的请求通信的命令；挂才几由话才几发出，表示话才几已结束或》文弃通信；拨号音由单片机发出，促请话机用户输入被叫话机的号码；忙音由单片机发出，通知主叫用户通信网络或被叫话机目前正忙；拨号话机发出的被叫话机的号码，供通信网接续话路时使用；回铃音由单片机发出，提示主叫用户被叫话机正处于振铃状态；振铃由单片机发出，供被叫话机发出铃声，促请用户应答。(2) 信令音编码摘才几环线直流电流由开^各变为导通； 挂4儿环线直流电流由导通变为开3各； 拨号音持续的450Hz的正弦波；忙音450Hz的正弦波，每导通0.35秒后间断0.35秒；拨号采用双音多频拨号方式，即DTMF= ( Dual Tone Multifr叫uency );回铃音450Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒；振铃25Hz的低频周期信号，每导通1秒后间断4秒。(3) 依赖于控制模块的信令控制信号来间接完成1#信令判断。控制模块 FPGA发至的信令控制信号编码主要有'0000，无操作，并表明话机即不处在主叫状态也不处在被叫状态； '0001，送回铃音操作，并表明被叫话机处在空闲且振铃状态；'0011，建立话音操作，并关闭所有信令音；
'0111'送忙音操作，并表明被叫被占用或先挂机状态； '1111，送振铃控制信号，并表明本机空闲且处于被呼叫状态； 编码信号将引入单片机P1.4-P1.7管脚，单片机将定时每隔250us读取一 次并判断编码内容作出相应的操作。
2、 信令音的产生
信令的产生利用555芯片进行定时得到不同频率的方波。
3、 用户接口电路，AM79R70工作方式
为了简单和经济起见，反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘 机时，用户环路闭合，在用户线上有直流电流流过。主要现为AM79R70芯片 DET13管脚输出高电平为挂机，输出低电平为摘机。主叫摘机表示呼叫信号， 被叫摘机，则表示应答信号，当用户挂机时，用户环路断开，用户线上的直流 电流也断开，因此单片才几可以通过4全测DET13管脚上直流电流的高低来区分用 户状态。但为了避免出现假摘机信号，平台中的摘挂机信号是单片机经过去抖 动程序过滤的由单片机送出的信号。
4、 音频解码电路，MT8870工作方式
MT8870产生的四位BCD码的同时其管脚CID15的输出INT1将为高电平， 触发单片机中断，将编码直接读取，并在单片机内部处理判断。以4位电话号 码为例，其中前两位为固定号码，后两位的号码范围为'Ol - 15'共可设置15个 电话号码。在读取4位号码后，单片机程序首先判断前两位固定号码是否正确， 错误将发送忙音回用户催促其挂机。正确则判断后两位号码是否在合适范围内， 错误将发送忙音回用户催促其挂机。正确则对后两位号码进行4位BCD编码， 并通过P0.4-P0.7 口送至控制模块FPGA，同时由P2.4脚向FPGA发送拨号完 毕信号。
电话的呼出过程为当话机挂机时，单片机程序定时80us读取一次来自控 制模块的控制信令编码，在不是被叫的状态下该编码为'0000 ，，话机处于空闲状 态；当话机摘机后，单片机监视到话机摘机则将产生拨号音送入AM79R70的来 话线路，并等待用户拨号。如果5秒内用户不拨号码则发送忙音催促用户挂机， 用户拨号错误或每两个拨号之间时间间隔超过5秒同样进行此操作；当四位电 话码接收完毕且正确后，单片机程序向控制模块发送告知信号，且将处理后的4位BC'D码送出，此前单片机收到的信令控制信号都为'0000，；拨号完毕，等待 回音。如果被叫空闲，单片机将接收到信令控制信号'0001，，程序将执行发送回 铃音操作，直到与被叫建立通话即信令控制信号变为'0011';当被叫先挂机时，信令控制信号变为'oiir,程序将执行发送忙音催促用户挂机操作。当电话挂机并处于被叫状态时，受到的信令控制编码为'iiir，程序将执行 发振铃控制信号操作，使话机振铃，并等待与主叫建立通话且此后收到信令控 制信号为'ooir;当主叫先挂机时，信令控制信号编码为'oiir，程序将执行发送忙音催促用户挂机操作；当用户先挂机时，信令控制信号编码为'0000，，无操作空闲状态。要注意的是，用户接口模块中向FPGA发送的信号都需要5V到3.3V的电 压转换。而FPGA送入用户接口模块的信号则不需电压转换。程序中需对摘挂 机信号进行去抖动扫描，当第一次中断发生后，启动去抖动扫描程序，在几十 毫秒后再次检测中断管脚，如是真为摘机状态后方可向FPGA发送摘机信号。图7是用控制模块用FPGA实现的模块结构示意图。其中FPGA各管脚的 定义如表l所示。其中，主模块工作时钟为8K与标准语音信号釆样频率相同； 复位模块的时钟为2M。 count—en为保护启动信号，当启动保护计时器时，如在 步骤15,进入挂机计时启动状态ST9 ，使count—en输出有效电平，启动计时模 块inst54,模块inst54的输出连接到FPGA主模块inst39的count—in管脚，此时 count—in的变化为倒计时归零过程，归零结束后，对通道信息清零。en为通道 占用标志信号，输入管脚，例如可令ei^O表示通道空闲，en二l表示通道占用。 Datain和dataout分别为后向信令输入和前向信令输出，各为2位。 phone—up—down为本地电话摘/挂机信号输入管脚，例如可令phone—up—down-0 表示本i也摘才几，phone—up—down=l表示本i也才圭才几。phone—ring为拨号完毕确iU言 号输入管脚,ringend为通道清除信号输出管脚。phone—state[3..0]为地电话控制 信号输出管脚。reset模块inst57的din管脚为帧同步标志信号tb的输入管脚。 FPGA根据各个输入管脚的输入信号进行逻辑运算，以控制通话过程。管脚名称性质与功能clk(nol模块)8Kclk(reset才莫块)2Mcount in保护结束信号，输入管脚count—en保护启动信号，输出管脚en通道占用标志信号，输入管脚datain[l..O;i后向信令输入，输入管脚dataout[l..O]前向信令输出，输出管脚phone—up一down本地电话摘/挂机信号，输入管脚phone—ring拨号完毕确认信号，输入管脚ringend通道清除信号，输出管脚phone—state [3.. 0 J本地电话控制信号，输出管脚din(reset模块)帧同步标志信号，输入管脚表1 FPGA管脚定义基于PCM( Pulse Code Modulation,脉沖编码调制)的数字传输系统中，PCM 帧结构的每个时隙都是固定的，不能进行动态分配，只能在固定的时隙中时行 插入、读取、资源利用率较小，如果同时要进行多个业务进行传输时就得使用 中继等设备进行控制，体现不了光纤传输的容量大、速度快等效果。而以FPGA实现基于SDH帧结构的电话局间通信控制，能够支持光纤通信 实验系统进行基于1号信令的通信实验。用SDH的帧结构来进行传输即可以利 用通道开销来进行各种业务的上传、下载、分析。可以通过动态的自动分配通 道来同时进行多个业务的传输，使得不需要中继即可以完成多个业务的环网传 输功能。在组网时，每个单独的系统作为一个局端，连接若干部话机，例如6部。 各个局端系统组成光纤环网。通信过程中所使用的SDH帧结构如图8所示。SDH 帧由段开销SOH与净荷两部分组成。整个帧结构按字节为单位排布为32行16 列，其中第1列定义为SDH帧的段开销，其余为净荷部分。通道开销(Path OverHead， POH )复用到SDH帧的净荷部分。在我国，对由于短距离小容量的脉码调制的多路数字电话系统,规定采用 PCM30/32路制式。对于PCM30/32路制式的PCM —次群，16个PCM子帧组 成一个PCM复帧，通常由于单路话音信号的采样频率规定为8000Hz,故一个 PCM复帧周期为125/xs。将一帧分为32个时隙，每个时隙为1字节，其中30 个时隙(Tsl-Tsl5和Tsl7-Ts31 )供用户使用，Ts0是帧同步时隙，Tsl6是信令时隙。帧同步码组为"*0011011"，其为在偶帧Ts0中的固定码组，用来进行帧同步。PCM30/32系统的码率为8000x32x8=2.048MB。当该帧结构用作基于PCM通信时，每两行相当于 一个PCM帧周期Fn, n=0 ， 1, 2... 15。 PCM帧的采样频率为8000Hz, 16个PCM周期作为 一个SDH周期， 故图8所示的SDH帧频率为8000/16=500Hz。图8所示的帧结构，当用作基于SDH的通信时，传输6个通道的数据，即 TD1-TD6。除去段开销后的净荷部分为32x15=480个字节，由于将其分配到6 个通道亦可表示为5x6x16=480个字节。根据单路话音信号的采样频率8000Hz 来传输通道数据，则每个通道TD-N(N为1到6)净荷如图7所示为5个字节， 即5x8=40位。其中，每个通道的净荷部分如图9所示。从图9可见，通道开销POH为4 个字节，每个字节8位，共32位。1号信令部分信息即设置于通道开销POH部 分。其包括信令部分一4位，对于中国1号信令，其分别为两位前向信令和两 位后向信令；备用部分一4位；校验部分一4位；失效监控1部分一4位；源地 址和目的地址各4位；以及备用部分一8位。通道数据负荷为8位。本实用新型的光驱动模块的实施例如图10到图12所示。自动光功率控制电 路，随着激光器的应用不同，控制的方法也不同。主要的形式有三种，这三种 电路表现了不同的控制参量1,无论怎样改变调制信号的占空比和幅值，输出光功率都是恒定的(收发 合一模块的发送部分)。主要是通过一个MAX3766芯片来进行最大激光器偏置 电流、激光器调制电流和激光器平均功率的调节。MAX3766芯片主要功能包括 有参数发生器，输入緩冲，激光器偏置电路，调制电流驱动器，及自动功率控 制器(APC),错误监测和安全电路。Rl用以产生激光器偏置电流，芯片内部 的偏置电路再对该信号进行放大；R2用以调节调制电流的温度系数，R3用以调 节调制电流的振幅。2，只有在改变调制信号的幅度(且在一定的范围内)时，输出功率才是恒 定的，如图11所示，该电路监控的是最大值。当调制信号的最大值在一定的范 围内时，平均光功率输出是恒定的。背光检测的程度由比较积分放大器U1B的 同相端的电压决定。缺点是，当调制信号的幅度太小时，输出光功率增大。且 当调制信号频率过高时，检测管检测信号太该电路的驱动部分是单管驱动。3, 随着调制信号的变化，输出光功率'变化。但是调制信号不变，输出光 功率保持不变，光纤通信教科书上常用此电路。其控制参考电平随信号而变 化。这三种光功率控制电路，控制的参量不一样。第一种用芯片来完成，现象 相对来说是最好的，但是各个部分都集成在一起，不利于学生做实验和了解原 理。第二种都是分立元器件，比较适合学生来做实验。只用调节调制信号的幅 度，就可以看其输出光功率的变化，但是幅度调节范围有限，且对于频率高一 些的电路，现象不理想。第三种电路，也较易于学生做实验时观察现象，保持 调制信号不变，调节驱动电路，可看到输出光功率是恒定的。图IO是以分立元件实现光发送的电路结构图。通过选通开关可以选择模拟 信号或数字信号作为信号源。从图中可见，本电路能实现850nm和1310nm的 光发送功能。同时，在电路中还增设了无光检测和寿命检测的电路，如图10所 示。寿命灯表明激光器的寿命，当其阈值达到一定倍数，例如1.5倍，就可认为 激光器的寿命终止。发光二极管D10为无光指示灯，根据背光检测电路的检测 结果进行显示；发光二极管D20为寿命告警指示，寿命检测电路监控激光器工 作时的最小电流，因为自动光功率控制，最小电流会随着激光器的老化而升高， 当其升高到参考电平时，寿命灯熄灭。可以由比较器LM339来完成这个功能， 同相端根据不同的激光器的阈值来设定参考电压，反向端监控激光器工作时的 最小电流。无光告警电路做在背光检测电路里面，当背光检测不到光时，就报 警，灯亮。电路用比较器LM339来实现。光接收电路，可选用带前置放大的光检测器，需要加电源。用海特的光收 发合一模块内的检测器做实验，发现其前置放大有4-5倍。主放大部分与G型 的电路一致。增加了前置放大，电平判决和无光检测。图11和图12分别是用芯片实现1550nm光收发的电路结构图。其使用的芯 片分别是MX3766和MC2045,由于关于光收发模块的现有技术中已经非常成 熟，在此不再赘述。图13、图14和图15分别是本实用新型光纤通信装置整体结构示意图、机 箱示意图和控制面板示意图。如图中所示，本实用新型提供的实验用光纤通信 装置，是将上述光纤通信实验系统的各个模块做成板卡形式，包括集成了电话15业务模块的电话业务板卡、集成了控制模块的控制板卡、CPCI背板和信号传输 顶板，所述电话业务板卡和所述控制板卡插入所述CPCI背板做成PXI板卡结构， 所述信号传输顶板上集成有光发和光收模块。
本实用新型的通信装置还可包括数字信号传输模块和业务交叉模块，其中 数字信号传输模块用来进行码型选择，交叉业务模块则用来实现协议转换。
将电源模块、电话业务模块、数字信号传输模块、业务交叉模块利用板卡
形式插入在机箱中。1310、 1550光发、光收电路、数字信号源、模拟信号源、 串口、信号测试端分别设计在机箱的信号传输顶板上。将开关电源、散热风扇、 背板设计在箱体里面。
使用时系统电源板卡、电话业务板卡、数据传输业务板卡、业务交叉板卡 可采用3U4HP助拔器进行插拔。
至于实验装置的显示面板，如图15所示， 一种较佳地设计方式是将1310、 1550、光发、光收、数字信号源、模拟信号源、串口、信号测试端都设计在上 面，满足实验过程中的测试需求。
权利要求1、一种实验用光纤通信系统，其特征在于包括电话业务模块、控制模块和光发、光收模块，所述电话业务模块包括用户接口电路、音频接收解码电路、PCM编码电路、信令音生成电路、信令音选择电路和单片机控制及处理电路；用户电话机接线连接到用户接口电路的话机端，用户接口电路的接口信号端一分别链接到音频接收解码电路和PCM编码电路的语音信号端；音频接收解码电路的输出端链接到单片机控制及处理电路的数据输入端一；PCM编码电路的数字信号端链接到控制模块；用户接口电路的接口信号端二分别链接到单片机控制及处理电路的数据输入端二和控制模块；单片机控制及处理电路和控制模块之间有双向的数据链接通道；单片机控制及处理电路的控制输出端链接到信令音选择电路的控制输入端，信令音生成电路的输出链接到信令音选择电路的音频输入端，信令音选择电路的输出链接到用户接口电路的输入接口端三；所述控制模块的数据信号输出端链接到光发模块，所述控制模块的数据信号输入端链接到光收模块。
2、 根据权利要求1所述的实验用光纤通信系统，其特征在于所述控制模 块包括一 FPGA或者包括一 CPLD。
3、 根据权利要求1或2所述的实验用光纤通信系统，其特征在于所述电 话业务模块和所述控制模块通过PCI总线或CPCI总线连接。
4、 根据权利要求1或2所述的实验用光纤通信系统，其特征在于所述系 统还包括数字信号业务模块和业务交叉模块，所述电话业务模块、数字信号业 务模块、业务交叉模块和所述控制模块通过PCI总线或CPCI总线连接。
5、 一种实验用光纤通信装置，其特征在于所述装置包括电话业务板卡、 控制板卡、CPCI背板和信号传输顶板，所述电话业务板卡和所述控制板卡插入 所述CPCI背板做成PXI板卡结构，所述信号传输顶板上集成有光发和光收模块；其中，所述电话业务板卡包括用户接口电路、音频接收解码电路、PCM编 码电路、信令音生成电路、信令音选择电路和单片机控制及处理电路；所述控 制板卡包括FPGA平台；用户电话机接线连接到用户接口电路的话机端，用户 接口电路的接口信号端 一分别链接到音频接收解码电路和PCM编码电路的语音 信号端；音频接收解码电路的输出端链接到单片机控制及处理电路的数据输入端一；PCM编码电路的数字信号端链接到FPGA平台；用户接口电路的接口信 号端二分别链接到单片机控制及处理电路的数据输入端二和FPGA平台；单片 机控制及处理电路和FPGA平台之间有双向的数据链接通道；单片机控制及处 理电路的控制输出端链接到信令音选择电路的控制输入端，信令音生成电路的 输出链接到信令音选择电路的音频输入端，信令音选择电路的输出链接到用户 接口电路的输入接口端三；所述FPGA平台的数据信号输出端链接到光发模块， 所述FPGA平台的数据信号输入端链接到光收模块。
6、 根据权利要求5所述的实验用光纤通信装置，其特征在于所述实验用 光纤通信系统还包括数字信号业务板卡和业务交叉板卡，所述电话业务板卡、 所述数字信号业务板卡、所述业务交叉板卡和所述控制板卡插入所述CPCI背 板做成PXI板卡结构。
7、 根据权利要求5或6所述的实验用光纤通信装置，其特征在于所述信 号传输顶板上还集成有电源、信号源和检测电路。
专利摘要本实用新型为一种实验用光纤通信系统及装置，通信系统包括电话业务模块、控制模块和光发、光收模块，其中电话业务模块包括用户接口电路、音频接收解码电路、PCM编码电路、信令音生成电路、信令音选择电路和单片机控制及处理电路；电话业务模块和控制模块做成板卡插入CPCI背板做成PXI板卡结构与集成有光发、光收模块的电路板共同构成通信装置。可通过控制模块实现基于SDH帧结构的光纤通信，克服了现有技术光纤通信系统只能基于PCM进行通讯的缺点，为教学实验提供了贴近应用的优良平台。
文档编号H04B10/14GK201163774SQ20082000119
公开日2008年12月10日 申请日期2008年1月17日 优先权日2008年1月17日
发明者华 张, 良 徐, 王晓玲, 胡海智, 锋 艾 申请人:湖北众友科技实业股份有限公司