用于时分波分复用光纤通信实验教学的装置、方法及系统与流程

本发明涉及时分与波分复用光纤通信技术领域，具体涉及一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的装置、方法及系统。

背景技术：

随着通信技术的高速发展和3g通信网络的日益普及，具有更高速、更高容量的通信技术越来越备受人们青睐。以td-scdma技术为首的、由我国自主研发、拥有自主知识产权的3g技术得到了全世界认可，提升了我国通信业自主创新能力和核心竞争力，是推进我国信息化社会的重要举措。不断发展的通信技术、日益复杂的通信网络对高校通信类专业的学生提出了更高的要求，不但要求学生掌握扎实的理论基础，而且对学生的实验动手也是严峻的考验。然而，在此专业领域里尚存在较大的人才缺口，因此，急需培养一批具有较强实践能力和创新精神的人才，来满足人才需求。

光纤通信、通信原理等课程是高校通信类专业重要的专业课，而此类课程所具备的理论性强、概念抽象、实践性强等特点要求各高校不仅要开展理论课程，还要开设实验教学课程。实验教学课程，一方面加强了学生实践能力，加深对理论知识的理解；另一方面更加直观、深刻地向学生传授知识，提供研究思路，同时，也借此完善一套以科学理论为指导，实践探索为动力的教学体系，提高国内高校生的理论素养和实践能力。为此，国家对通信类实验教学课程非常重视，而各高校也配备了相应的实验仪器和设备。

而目前，各高校开设的实验教学课程主要围绕各厂家所提供的实验箱，光时分复用及解复用实验是光纤通信实验中重要实验之一。现有实验箱基本能满足实验教学要求，但也存在这样那样的不足。主要表现在：现有实验箱的核心大多采用可编程芯片或者高集成度通信芯片，一般包括模拟信号模块、数字信号模块、光发射模块、光接收模块、复用与解复用模块等多个模块，学生做实验时需要连接各个功能模块的连接线，对了解数据传输与处理的过程没有直观的认识，不便调试与学习光时分复用及解复用的基本原理和步骤，只能零散的理解各个知识点，缺少系统性和完整性；而且此类实验箱由于接口过多，在做实验的过程中很容易发生错接导线的情况。同时由于现有实验箱时分波分复用系统较为复杂，学生进行此类的设计实验或者二次开发实验，一般只是进行软件设计，很少涉及到硬件的扩展。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的装置、方法及系统，基于全非编程芯片设计，仅保留下输入端两个不存在差异的信号输入接口，十分适合用于实验教学课程，便于学生开展设计性实验，使学生更加清晰信号在整个复用过程中的变化情况，加深理论课程的学习与研究。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的装置，包括：

信号发送端，产生调制所需的调制时钟脉冲，产生多个信道频率相同、脉宽不同、脉冲有间错的采样脉冲，将多个信道采样脉冲进行同步，然后对输入的多个信道原始信号分别进行脉冲宽度调制，将调制后的多个信道调制信号进行时分复用，再将时分复用后的电信号转换为不同波长的光信号，最后将不同波长的光信号进行波分复用；

信号接收端，对波分复用的信号解复用得到不同波长的光信号，将不同波长的光信号转换成电信号，得到解复用后的时分复用电信号，将解复用后的时分复用电信号整形得到多个信道整形电信号，产生解调所需的解调时钟脉冲，将多个信道整形电信号进行同步，从时分复用电信号提取多信道频率相同、脉宽不同、脉冲无间错的解调脉冲，将多信道解调脉冲进行分离得到多个信道解调脉冲，并对多个信道解调脉冲进行同步，再由同步后的多个信道解调脉冲对同步后的多个信道整形电信号解调，最后还原出多个信道原始信号。

进一步地，所述信号发送端包括发送端时钟，发送端时钟输出端连接双信道采样脉冲产生电路输入端，双信道采样脉冲产生电路第一输出端连接第一信道调制电路第二输入端，双信道采样脉冲产生电路第二输出端连接第二信道调制电路第二输入端，第一信道调制电路第一输入端连接第一信道输入接口，第二信道调制电路第一输入端连接第二信道输入接口，第一信道调制电路输出端和第二信道调制电路输出端连接加法器电路输入端，加法器电路输出端连接电光转换电路输入端，电光转换电路输出端连接wdm合波器输入端；

发送端时钟产生调制所需的调制时钟脉冲，双信道采样脉冲产生电路产生频率相同、脉宽不同、脉冲有间错的第一信道采样脉冲和第二信道采样脉冲，将第一信道采样脉冲和第二信道采样脉冲进行同步，第一信道调制电路将第一信道采样脉冲与第一信道输入接口的电信号相乘得到第一调制信号，第二信道调制电路将第二信道采样脉冲与第二信道输入接口的电信号相乘得到第二调制信号，加法器电路将第一调制信号和第二调制信号相加进行时分复用得到时分复用电信号，时分复用电信号经过电光转换电路得到不同波长的光信号，最后wdm合波器将不同波长的光信号进行波分复用。

进一步地，所述信号接收端包括wdm分波器，wdm分波器输入端连接wdm合波器输出端，wdm分波器输出端连接光电转换电路输入端，光电转换电路输出端连接信号整形电路第一输入端和双信道采样脉冲提取电路输入端，双信道采样脉冲提取电路输出端连接信号整形电路第二输入端和双信道采样脉冲分离电路第一输入端，信号整形电路第三输入端和双信道采样脉冲分离电路第二输入端连接接收端时钟输出端，信号整形电路输出端连接第一信道信号提取电路第一输入端和第二信道信号提取电路第一输入端，双信道采样脉冲分离电路第一输出端连接第一信道信号提取电路第二输入端，双信道采样脉冲分离电路第二输出端连接第二信道信号提取电路第二输入端，第一信道信号提取电路输出端连接第一信道低通滤波器输入端，第二信道信号提取电路输出端连接到第二信道低通滤波器输入端，第一信道低通滤波器输出端连接第一信道输出接口，第二信道低通滤波器输出端连接第二信道输出接口；

wdm分波器对波分复用的信号解复用得到不同波长的光信号，光电转换电路将不同波长的光信号转换成电信号，得到解复用后的时分复用电信号，信号整形电路将解复用后的时分复用电信号整形得到第一整形电信号和第二整形电信号，接收端时钟产生解调所需的解调时钟脉冲，将第一整形电信号和第二整形电信号进行同步，双信道采样脉冲提取电路从时分复用电信号提取双信道频率相同、脉宽不同、脉冲无间错的解调脉冲，双信道采样脉冲分离电路将双信道解调脉冲进行分离得到第一信道解调脉冲和第二信道解调脉冲，接收端时钟对第一信道解调脉冲和第二信道解调脉冲进行同步，第一信道信号提取电路将同步后的第一信道解调脉冲与同步后的第一整形电信号相乘得到第一信道采样电信号，第二信道信号提取电路将同步后的第二信道解调脉冲与同步后的第二整形电信号相乘得到第二信道采样电信号，第一信道采样电信号经过第一信道低通滤波器后得到第一信道电信号，第二信道采样电信号经过第二信道低通滤波器后得到第二信道电信号，第一信道电信号经过第一信道输出接口输出，第二信道电信号经过第二信道输出接口输出。

进一步地，所述发送端时钟和所述接收端时钟所产生的时钟脉冲频率不相同。

一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的方法，包括：

s1、产生调制所需的调制时钟脉冲，产生多个信道频率相同、脉宽不同、脉冲有间错的采样脉冲，将多个信道采样脉冲进行同步；

s2、对输入的多个信道原始信号分别进行脉冲宽度调制，将调制后的多个信道调制信号进行时分复用；

s3、将时分复用后的电信号转换为不同波长的光信号，然后将不同波长的光信号进行波分复用；

s4、对波分复用的信号解复用得到不同波长的光信号，将不同波长的光信号转换成电信号，得到解复用后的时分复用电信号，将解复用后的时分复用电信号整形得到多个信道整形电信号；

s5、产生解调所需的解调时钟脉冲，将多个信道整形电信号进行同步；

s6、从时分复用电信号提取多信道频率相同、脉宽不同、脉冲无间错的解调脉冲，将多信道解调脉冲进行分离得到多个信道解调脉冲，并对多个信道解调脉冲进行同步；

s7、再由同步后的多个信道解调脉冲对同步后的多个信道整形电信号解调，最后还原出多个信道原始信号。

一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的系统，包括一侧用户端的至少一个所述信号发送端和与信号发送端数量相等的所述信号接收端，还包括另一侧用户端的与一侧用户端的信号发送端数量相等的所述信号发送端和所述信号接收端，一侧用户端的第一信号发送端通过第一光隔离器连接第一光耦合器，一侧用户端的第一信号接收端通过第二光隔离器连接第一光耦合器，第一光耦合器连接第一波分复用器，另一侧用户端的第二信号发送端通过第三光隔离器连接第二光耦合器，另一侧用户端的第二信号接收端通过第四光隔离器连接第二光耦合器，第二光耦合器连接第二波分复用器，第一波分复用器通过光纤与第二波分复用器连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、本发明确保了调制后的信号可以稳定的相加，减小误差；

2)、本发明提出接收端的解调脉冲由整形后的时分复用信号触发(模拟了实际的通信系统)的方法，解调脉冲之间同样相互制约确保精确解调；

3)、本发明应用到模拟信号的抽样，脉冲振幅调制与解调，时分多路复用与解复用，数据帧的建立，脉冲宽度的检测，波分多路复用与解复用等知识点，加深学生的各个知识点理论学习，提高实验的意义，同时还可利用此装置开展学生的设计性实验，对时分波分复用系统的各个参数进行调节，进行硬件扩展；

4)本发明完全使用非编程逻辑器件，可设多组探测点，对时钟信号、调试脉冲、调制信号、时分复用信号、解调脉冲、解调信号等进行对比；

5)、本发明由时分复用与波分复用相结合，使系统更完善；

6)、本发明可以应用在多种时分复用的系统中，可以实现双信道高质量、低误码率的有效传输；

7)、本发明在电路设计的过程中减少了不必要的连线，最终仅保留下输入端的两个信号输入接口，并且两个信号的输入接口不存在差异，也就不存在导线接错的现象发生，这样的设计不仅可以解决试验中导线过多发生错接的情况，而且可以大大缩减整个试验的时间，可以用于教学演示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明用于时分波分复用光纤通信实验教学的装置的结构示意图；

图2是本发明发送端时钟1-1的原理图；

图3是本发明双信道采样脉冲产生电路1-2的原理图；

图4是本发明第一信调制电路1-3的原理图；

图5是本发明第二信道调制电路1-4的原理图；

图6是本发明加法器电路1-5的原理图；

图7是本发明电光转换电路1-6的原理图；

图8是本发明光电转换电路2-1的原理图；

图9是本发明双信道采样脉冲提取电路2-2的原理图；

图10是本发明接收端时钟2-3的原理图；

图11是本发明双信道采样脉冲分离电路2-4的原理图；

图12是本发明信号整形电路2-5的原理图；

图13是本发明第一信道信号提取电路2-6的原理图；

图14是本发明第二信道信号提取电路2-7的原理图；

图15是本发明第二信道低通滤波器2-8的原理图；

图16是本发明第一信道低通滤波器2-9的原理图；

图17是本发明用于时分波分复用光纤通信实验教学的方法的流程图；

图18是本发明用于时分波分复用光纤通信实验教学的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的装置，适用于高等院校通信类专业，包括：

信号发送端，产生调制所需的调制时钟脉冲，产生多个信道频率相同、脉宽不同、脉冲有间错的采样脉冲，将多个信道采样脉冲进行同步，然后对输入的多个信道原始信号分别进行脉冲宽度调制，将调制后的多个信道调制信号进行时分复用，再将时分复用后的电信号转换为不同波长的光信号，最后将不同波长的光信号进行波分复用；

信号接收端，对波分复用的信号解复用得到不同波长的光信号，将不同波长的光信号转换成电信号，得到解复用后的时分复用电信号，将解复用后的时分复用电信号整形得到多个信道整形电信号，产生解调所需的解调时钟脉冲，将多个信道整形电信号进行同步，从时分复用电信号提取多信道频率相同、脉宽不同、脉冲无间错的解调脉冲，将多信道解调脉冲进行分离得到多个信道解调脉冲，并对多个信道解调脉冲进行同步，再由同步后的多个信道解调脉冲对同步后的多个信道整形电信号解调，最后还原出多个信道原始信号。

所述信号发送端包括发送端时钟，发送端时钟输出端连接双信道采样脉冲产生电路输入端，双信道采样脉冲产生电路第一输出端连接第一信道调制电路第二输入端，双信道采样脉冲产生电路第二输出端连接第二信道调制电路第二输入端，第一信道调制电路第一输入端连接第一信道输入接口，第二信道调制电路第一输入端连接第二信道输入接口，第一信道调制电路输出端和第二信道调制电路输出端连接加法器电路输入端，加法器电路输出端连接电光转换电路输入端，电光转换电路输出端连接wdm合波器输入端；

发送端时钟产生调制所需的调制时钟脉冲，双信道采样脉冲产生电路产生频率相同、脉宽不同、脉冲有间错的第一信道采样脉冲和第二信道采样脉冲，将第一信道采样脉冲和第二信道采样脉冲进行同步，第一信道调制电路将第一信道采样脉冲与第一信道输入接口的电信号相乘得到第一调制信号，第二信道调制电路将第二信道采样脉冲与第二信道输入接口的电信号相乘得到第二调制信号，加法器电路将第一调制信号和第二调制信号相加进行时分复用得到时分复用电信号，时分复用电信号经过电光转换电路得到不同波长的光信号，最后wdm合波器将不同波长的光信号进行波分复用。

所述信号接收端包括wdm分波器，wdm分波器输入端连接wdm合波器输出端，wdm分波器输出端连接光电转换电路输入端，光电转换电路输出端连接信号整形电路第一输入端和双信道采样脉冲提取电路输入端，双信道采样脉冲提取电路输出端连接信号整形电路第二输入端和双信道采样脉冲分离电路第一输入端，信号整形电路第三输入端和双信道采样脉冲分离电路第二输入端连接接收端时钟输出端，信号整形电路输出端连接第一信道信号提取电路第一输入端和第二信道信号提取电路第一输入端，双信道采样脉冲分离电路第一输出端连接第一信道信号提取电路第二输入端，双信道采样脉冲分离电路第二输出端连接第二信道信号提取电路第二输入端，第一信道信号提取电路输出端连接第一信道低通滤波器输入端，第二信道信号提取电路输出端连接到第二信道低通滤波器输入端，第一信道低通滤波器输出端连接第一信道输出接口，第二信道低通滤波器输出端连接第二信道输出接口；

wdm分波器对波分复用的信号解复用得到不同波长的光信号，光电转换电路将不同波长的光信号转换成电信号，得到解复用后的时分复用电信号，信号整形电路将解复用后的时分复用电信号整形得到第一整形电信号和第二整形电信号，接收端时钟产生解调所需的解调时钟脉冲，将第一整形电信号和第二整形电信号进行同步，双信道采样脉冲提取电路从时分复用电信号提取双信道频率相同、脉宽不同、脉冲无间错的解调脉冲，双信道采样脉冲分离电路将双信道解调脉冲进行分离得到第一信道解调脉冲和第二信道解调脉冲，接收端时钟对第一信道解调脉冲和第二信道解调脉冲进行同步，第一信道信号提取电路将同步后的第一信道解调脉冲与同步后的第一整形电信号相乘得到第一信道采样电信号，第二信道信号提取电路将同步后的第二信道解调脉冲与同步后的第二整形电信号相乘得到第二信道采样电信号，第一信道采样电信号经过第一信道低通滤波器后得到第一信道电信号，第二信道采样电信号经过第二信道低通滤波器后得到第二信道电信号，第一信道电信号经过第一信道输出接口输出，第二信道电信号经过第二信道输出接口输出。

所述发送端时钟和所述接收端时钟所产生的时钟脉冲频率不相同。

为了实现低功耗、高性能这一目的，本发明实现时分复用的电路选用属于ttl类型集成电路的74ls系列数字逻辑芯片，其具有高速、低耗、宽带的特性。具体是：信号发送端1包括：发送端时钟1-1(见图2)、双信道采样脉冲产生电路1-2(见图3)、第一信道调制电路1-3(见图4)、第二信道调制电路1-4(见图5)、加法器电路1-5(见图6)、电光转换电路1-5(见图7)，其中，发送端时钟1-1设有两个电容c1与c2、一个晶振y1、一个电阻r1、一个十四级二进制串行计数器u1；双信道采样脉冲产生电路1-2设有两个4位二进制计数器u3与u5、一个与非门u2a、两个与门u4a与u4b；第一信道调制电路1-3设有四个电阻r2、r3、r4、r5、两个极性电容c3与c6、两个电容c4与c5、一个四象限模拟乘法器u6；第二信道调制电路1-4设有四个电阻r6、r8、r10、r11、两个极性电容c7与c10、两个电容c8与c9、一个四象限模拟乘法器u7；加法器电路1-5设有一个运算放大器u8a、一个电容c11、一个电阻r12，电光转换电路1-5设有三个电阻r13、r15、r16、一个电位器r14、一个三极管q1、一个ld激光头d1。

具体关系是：发送端时钟1-1的clk端口接到双信道采样脉冲产生电路1-2的clk端口，双信道采样脉冲产生电路1-2的tt1端口接到第一信道调制电路1-3的tt1端口，双信道采样脉冲产生电路1-2的tt2端口接到第二信道调制电路1-4的tt2端口，第一信道输入接口的min1端口接到第一信道调制电路1-3的min1端口，第二信道输入接口的min2端口接到第二信道调制电路1-4的min2端口，第一信道调制电路1-3的tm端口和第二信道调制电路1-4的tm端口都接到加法器电路1-5的tm端口，加法器电路1-5的tmh端口接到电光转换电路1-6的tmh端口。

工作原理是：发送端时钟1-1中由电容c1、电容c2、晶振y1、电阻r1组成14级二进制串行计数器u1的外部晶振电路，因此clk端口输出的时钟周期为外部晶振电路基带周期的2^6倍。双信道采样脉冲产生电路1-2中4位二进制计数器u3与u5的时钟信号都来至发送端时钟1-1的clk端口使得双信道采样脉冲产生电路1-2最终产生的脉冲采样信号具有同步性。

4位二进制计数器u3与4位二进制计数器u5的ent端口、enp端口、～clr端口都接高电平只可能工作在读数和计数两种工作状态。

4位二进制计数器u3的“abcd”接入的数据为“0010”，二进制计数器u5的“abcd”接入的数据为“1100”。

4位二进制计数器u3的～load端口连接与非门u2a的3端口，4位二进制计数器u3第n时刻的工作状态由4位二进制计数器u3的qa和qd端口第n-1时刻共同决定，4位二进制计数器u3的qc端口连接4位二进制计数器u5的～load端口，4位二进制计数器u5第n时刻的工作状态由4位二进制计数器u3的qc端口第n-1时刻决定。

4位二进制计数器u3对clk脉冲进行循环计数，同时在与门u4a的tt1端口产生一个周期为6倍时钟周期、脉宽为1倍时钟周期的采样脉冲；4位二进制计数器u5对clk脉冲进行循环计数，同时在与门u4b的tt2端口产生一个周期为6倍时钟周期、脉宽为3倍时钟周期的采样脉冲。

与门u4a的tt1端口接入四象限模拟乘法器u6的tt1端口、与门u4b的tt2端口接入四象限模拟乘法器u7的tt2端口。分别与输入信号min1和min2相乘产调制信号。

四象限模拟乘法器u6产生的调制信号tm与四象限模拟乘法器u7产生的调制信号tm同时接入运算放大器u8a的端口。将两信道脉冲幅度调制后的信号进行叠加，产生时分复用的电信号。

运算放大器u8a产生的时分复用电信号接入三极管q1的tmh端口，将光信号转换成电信号。

信号接收端2主要包括：光电转换电路2-1(见图8)、采样脉冲提取电路2-2(见图9)、接收端时钟2-3(见图10)、双信道采样脉冲分离电路2-4(见图11)、信号整形电路2-5(见图12)、第一信道信号提取电路2-6(见图13)、第二信道信号提取电路2-7(见图14)、第一信道低通滤波器2-8(见图15)、第二信道低通滤波器2-9(见图16)。其中：光电转换电路2-1设有一个pin光电二极管d1、一个运算放大器u9、一个电位器r17；采样脉冲提取电路2-2设有一个电位器r18、一个比较器u10a、一个电阻r1；接收端时钟2-3设有两个电容c12与c13、一个晶振y1、一个电阻r20、一个十四级二进制串行计数器u11；双信道采样脉冲分离电路2-4设有一个4位二进制计数器u12、一个与非门u14a、一个双上升d触发器u13a；信号整形电路2-5设有4位二进制计数器u15、一个与门u16a、一个四象限模拟乘法器u17、四个电阻r21、r22、r23、r24、两个极性电容c14与c17、两个电容c15与c16；第一信道信号提取电路2-6设有一个四象限模拟乘法器u18、四个电阻r25、r26、r27、r28、两个极性电容c18与c21、两个电容c19与c20；第二信道信号提取电路2-7设有一个四象限模拟乘法器u19、四个电阻r25、r26、r27、r28、两个极性电容c22与c25、两个电容c23与c24；第一信道低通滤波器2-8设有三个运算放大器u20a、u20b、u20c、六个电阻r33、r34、r35、r36、r37、r39、一个电位器r38、四个电容c26、c27、c28、c29；第二信道低通滤波器2-9设有三个运算放大器u21a、u21b、u21c、六个电阻r40、r41、r42、r43、r44、r46、一个电位器45、四个电容c30、c31、c32、c33。

具体关系是：光电转换电路2-1的mm端口接到采样脉冲提取电路2-2的mm端口和信号整形电路2-5的mm端口，采样脉冲提取电路2-2的1clk端口接到双信道采样脉冲分离电路2-4的1clk端口和信号整形电路2-5的1clk端口，双信道采样脉冲分离电路2-4的t1端口接到第一信道信号提取电路2-6的t1端口，双信道采样脉冲分离电路2-4的t2端口接到第二信道信号提取电路2-7的t2端口，第一信道信号提取电路2-6的tmm1端口接到第一信道低通滤波器2-8的tmm1端口，第二信道信号提取电路2-7的tmm2端口接到第二信道低通滤波器2-9的tmm2端口，接收端时钟2-3的clk2端口接到双信道采样脉冲分离电路2-4的clk2端口和信号整形电路2-5的clk2端口，信号整形电路2-5的mm2端口接到第一信道信号提取电路2-6的mm2端口和第二信道信号提取电路2-7的mm2端口。

工作原理是：光电转换电路2-1接收到光纤链路传输的光信号后，由pin光电二极管d1将光信号转换成时分复用的电信号，运算放大器u9形成电压跟随电路提供后续电路足够的信号电压；

运算放大器u9的mm端口接入比较器u10a的mm端口，时分复用电信号在比较器u10a中与电位器r18的阈值电压比较，从而提取时分复用电信号中的采样脉冲信号。

接收端时钟2-3中由电容c12、电容c13、晶振y1、电阻r20组成14级二进制串行计数器u1的外部晶振电路，因此clk2端口输出的时钟周期为外部晶振电路基带周期的2^5倍。双信道采样脉冲分离电路2-4中4位二进制计数器u12与信号整形电路2-5中4位二进制计数器u15的时钟信号都来至接收端时钟信2-3的clk2端口，使得双信道采样脉冲分离电路2-4的t1与t2端口产生的采样脉冲信号和信号整形电路2-5的mm2端口产生的整形信号具有同步性。

4位二进制计数器u12与4位二进制计数器u15的ent端口、enp端口、～clr端口都接高电平只可能工作在读数和计数两种工作状态。

4位二进制计数器u12的“abcd”接入的数据为“0010”，二进制计数器u15的“abcd”接入的数据为“1110”。

4位二进制计数器u12的～load端口连接比较器u10a的1clk端口，4位二进制计数器u12第n时刻的工作状态由比较器u10a的1clk端口第n-1时刻决定，4位二进制计数器u15的～load端口比较器u10a的1clk端口，4位二进制计数器u15第n时刻的工作状态由比较器u10a的1clk端口第n-1时刻决定。

4位二进制计数器u12对clk脉冲进行循环计数，同时在与非门u14a的3端口产生一个调制信号，调制信号周期为12倍时钟周期、高电平包括信号1clk中相邻最近的两个上升沿；4位二进制计数器u15对clk脉冲进行循环计数，同时在与门u16a的3端口产生一个调制信号，该调制信号周期为12倍时钟周期、比1clk中各个脉冲起时间少t(0＜t＜t时钟周期)截止时间相同。

双上升d触发器u13a的t1与t2端口输出反向的两路信号，且高低电平随着1clk信号中的上升沿而改变(1clk的上升沿使得t1与t2端口的电平发生反向)。

四象限模拟乘法器u17的8端口接收与门u16a的3端口产生的调制信号，将该调制信号与mm端口接收到的运算放大器u9的mm端口的信号相乘得到端口mm2的信号。

四象限模拟乘法器u18的t1端口接收双上升沿d触发器u13a的t1端口的信号，将该调制信号与mm2端口接收到的四象限模拟乘法器u17的mm2端口的信号相乘得到端口tmm1的信号；四象限模拟乘法器u19的t2端口接收双上升沿d触发器u13a的t2端口的信号，将该调制信号与mm2端口接收到的四象限模拟乘法器u17的mm2端口的信号相乘得到端口tmm2的信号。

运算放大器u20a接收的tmm1四象限模拟乘法器u18的tmm1端口的信号，将该信号经过低通滤波后还原出第一信道原始信号；运算放大器u21a接收的tmm2四象限模拟乘法器u19的tmm9端口的信号，将该信号经过低通滤波后还原出第二信道原始信号。

综上所述，本发明提出了一种时分复用与波分复用的装置实施的电路。与现有的技术相比，本发明的优点是：(1)本发明产生调制与解调脉冲的方法可以应用于大多数的此类系统；(2)本发明包含了模拟信号的抽样，抽样定理的验证，脉冲振幅调制与解调，时分多路复用与解复用，数据帧的建立，脉冲宽度的检测等知识点；(3)本发明时分复用接收端的解调脉冲由调制信号触发且受调制信号影响，频率相同、脉宽不同、脉冲无隙间错从而减小解调误差；(4)本发明系统完备，学生可以根据自己对知识点的理解建立自己的通信系统；(5)本发明各个部分模块化，便于教学，成本低，后期维修方便。

本发明不需要过多的数据接口，可以有效的避免学生在做实验的过程中，由于接口过多引起导线接错位置，导致无法正确的做出实验结果；并且大多数学生在初次做实验的过程中并不能对实验的操作和原理达到很深的了解，若在实验的过程中出现过多的错误会严重影响其积极性。输入端的信号输入接口不存在差异，两种不同频率的输入信号可以任意接入，都能得到正确的实验结果。

本发明提供一种基于全非编程芯片设计的用于时分波分复用光纤通信实验教学的装置，这种装置电路功能明确、便于维护、便于学生调试、应用性强，能更为直观地展示数据传输与处理的过程，十分适合用于实验教学课程，使学生更加清晰信号在整个复用过程中的变化情况，加深理论课程的学习与研究。

本发明发送端时钟1-1(见图2)、接收端时钟2-3(见图10)中，q4--q14引脚分别可以产生不同倍频的时钟信号，因此可以接入开关电路用来选择不同频率的时钟信号，实现不改变实验装置接线的情况下对实验进行改进。

实施例2

如图17所示，本发明还提供一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的方法，包括：

s1、产生调制所需的调制时钟脉冲，产生多个信道频率相同、脉宽不同、脉冲有间错的采样脉冲，将多个信道采样脉冲进行同步；

s2、对输入的多个信道原始信号分别进行脉冲宽度调制，将调制后的多个信道调制信号进行时分复用；

s3、将时分复用后的电信号转换为不同波长的光信号，然后将不同波长的光信号进行波分复用；

s4、对波分复用的信号解复用得到不同波长的光信号，将不同波长的光信号转换成电信号，得到解复用后的时分复用电信号，将解复用后的时分复用电信号整形得到多个信道整形电信号；

s5、产生解调所需的解调时钟脉冲，将多个信道整形电信号进行同步；

s6、从时分复用电信号提取多信道频率相同、脉宽不同、脉冲无间错的解调脉冲，将多信道解调脉冲进行分离得到多个信道解调脉冲，并对多个信道解调脉冲进行同步；

s7、再由同步后的多个信道解调脉冲对同步后的多个信道整形电信号解调，最后还原出多个信道原始信号。

本发明提供一种基于全非编程芯片设计的用于时分波分复用光纤通信实验教学的方法，使之能够完成对多路信号进行脉冲幅度调制，时分复用，时分复用后多路信号波分复用，数据帧的建立，脉冲宽度的检测，采样信号提取，以及信号采样等，能够达到原理和实践相结合，让学生更加直观的了解通信的整个过程有助于学生对知识点的掌握，并且该教学设备模块分工明显，便于后期维护和教学演示。

实施例3

如图18所示，本发明还提供一种用于时分波分复用光纤通信实验教学的系统，包括一侧用户端的至少一个所述信号发送端和与信号发送端数量相等的所述信号接收端，还包括另一侧用户端的与一侧用户端的信号发送端数量相等的所述信号发送端和所述信号接收端，一侧用户端的第一信号发送端通过第一光隔离器连接第一光耦合器，一侧用户端的第一信号接收端通过第二光隔离器连接第一光耦合器，第一光耦合器连接第一波分复用器，另一侧用户端的第二信号发送端通过第三光隔离器连接第二光耦合器，另一侧用户端的第二信号接收端通过第四光隔离器连接第二光耦合器，第二光耦合器连接第二波分复用器，第一波分复用器通过光纤与第二波分复用器连接。

s为信号发送端1，r为信号接收端2，信号发送端1和信号接收端2组成一套时分复用单工双信道通信实验系统。一套时分复用单工双信道通信实验系统以某波长为λ的激光通过光纤传送。当n套(n≥2)单路时分复用单工双信道光纤通信实验系统用波分复用器把n路采样光信号复用后传送则可组成多路时分波分混合复用单工光纤通信实验系统，最后，本发明增加光耦合器和光隔离器来实现多路全双工信号在一根光纤中传输，即为多路全双工光纤通信实验系统。也就是用于时分波分复用光纤通信实验教学的系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、本发明确保了调制后的信号可以稳定的相加，减小误差；

2)、本发明提出接收端的解调脉冲由整形后的时分复用信号触发(模拟了实际的通信系统)的方法，解调脉冲之间同样相互制约确保精确解调；

3)、本发明应用到模拟信号的抽样，脉冲振幅调制与解调，时分多路复用与解复用，数据帧的建立，脉冲宽度的检测，波分多路复用与解复用等知识点，加深学生的理论学习，提高实验的意义；

4)本发明完全使用非编程逻辑器件，可设多组探测点，对时钟信号、调试脉冲、调制信号、时分复用信号、解调脉冲、解调信号等进行对比；

5)、本发明由时分复用与波分复用相结合，使系统更完善；

6)、本发明可以应用在多种时分复用的系统中，可以实现双信道高质量、低误码率的有效传输；

7)、本发明在电路设计的过程中减少了不必要的连线，最终仅保留下输入端的两个信号输入接口，并且两个信号的输入接口不存在差异，也就不存在导线接错的现象发生，这样的设计不仅可以解决试验中导线过多发生错接的情况，而且可以大大缩减整个试验的时间，可以用于教学演示。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。