光纤通信实验指导书.doc

光纤通信实验指导书信息工程学院通信工程系目 录光纤通信系统简介 2光纤通信实验系统简介 5实验一 半导体激光器P-I特性测试实验 7实验二 发光二极管P-I特性测试实验 10实验五 光电探测器特性测试实验 13实验十三 电话光纤传输系统实验 15实验十四 图像光纤传输系统实验 18光纤通信系统简介光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。光纤通信使用的波长在近红外区，即波长8001800nm，可分为短波长波段（850nm）和长波长波段（1310nm和1550nm），这是目前所采用的三个通信窗口。光纤通信是人类通信史上一重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统，其主要优点是：1、光波频率很高，光纤传输频带很宽，故传输容量很大，理论上可通过上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制、打印等多种业务；2、不受电磁干扰，保密性好，且不怕雷击，可利用高压电缆架空敷设，用于国防、铁路、防爆等；3、耐高温、高压、抗腐蚀，不受潮，工作十分可靠；4、光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属（如铜、铝），且直径小、重量轻、可挠性好。在20世纪70年代，光纤通信由起步到逐渐成熟，这首先表现为光纤的传输质量大大提高，光纤的传输损耗逐年下降。19721973年，在850nm波段，光纤的传输损耗已下降到2dB/km左右；与此同时，光纤的带宽不断增加。光纤的生产从带宽较窄的阶跃型折射率光纤转向带宽较大的渐变型折射率光纤；另外，光源的寿命不断增加，光源和光检测器件的性能也不断改善。光纤和光学器件的发展为光纤传输系统的诞生创造了有利条件。到1976年，第一条速率为44.7MB/s的光纤通信系统在美国亚特兰大的地下管道中诞生。80年代是光纤通信大发展的年代。在这个时期，光线通信迅速由850nm波段转向1310nm波段，由多模光纤传输系统转向单模光纤传输系统。通过理论分析和实践摸索，人们发现，在较长波段光纤的损耗可以达到更小的值。经过科学家和工程技术人员的努力，很快在1300nm和1500nm波段分别实现了损耗为0.5dB/km和0.2dB/km的极低损耗的光纤传输。同时，石英光纤在1300nm波段时色度色散为零，这就促使1300nm波段单模光纤通信系统的迅速发展。各种速率的光纤通信系统如雨后春笋般在世界各地建立起来，显示出光纤通信优越的性能和强大的竞争力，并很快替代电缆通信，成为电信网中重要的传输手段。光纤通信技术的发展，大致可以分为三个阶段：第一阶段（19701979年）：光导纤维与半导体激光器的研制成功，使光纤通信进入实用化。1977年美国亚特兰大的光纤市话局间中继系统称为世界上第一个光纤通信系统。第二阶段（19791989年）：光纤技术取得进一步突破，光纤损耗降至0.5dBm/km以下。由多模光纤转向单模光纤，由短波长向长波长转移。数字系统的速率不断提高，光纤连接技术与器件寿命问题都得到解决，光纤传输系统与光缆线路建设逐渐进入高潮。第三阶段（1989年至今）：光纤数字系统由PDH向SDH过渡，传输速率进一步提高。1989年掺铒光纤放大器（EDFA）的问世给光纤通信技术带来巨大变革。EDFA的应用不仅解决了长途光纤传输损耗的放大问题，而且为光源的外调制、波分复用器件、色散补偿元件等提供能量补偿，这些网络元件的应用，又使得光传输系统的调制速率迅速提高，并促成了光波分复用技术的实用化。随着我国国民经济建设的持续、快速发展，通信业务的种类越来越多，信息传送的需求量也越来越大，我国光通信的产业规模不断壮大，产品结构覆盖了光纤传输设备、光纤与光缆、光器件以及各类施工、测试仪表与专用工具。可以展望：光纤通信作为一高新技术产业，将以更快的速度发展，光纤通信技术将逐步普及，光纤通信的应用领域将更加广阔。一个实用的光纤通信系统，要配置各种功能的电路、设备和辅助设施才能投入运行。如接口电路、复用设备、管理系统以及供电设施等等。根据用户需求、要传送的业务种类和所采用传送体制的技术水平等来确定具体的系统结构。因此，光纤通信系统结构的形式是多种多样的，但其基本结构仍然是确定的。图0-1给出了光纤通信系统的基本结构，或称之为原理模型。图0-1 光纤通信系统模型用户接口电发射端机输入接口光发端机用户接口电接收端机输出接口光收端机光缆光缆光中继器备用系统辅助系统光纤通信系统主要由三部分组成：光发射机、传输光纤和光接收机。其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。实现过程如下：输入电信号既可以是模拟信号（如视频信号、电话语音信号），也可以是数字信号（如计算机数据、PCM编码信号）；调制器将输入的电信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能；光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端；在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电处理过程，以弥补线路传输过程中带来的信号损伤（如损耗、波形畸变），最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传送过程。根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型和光接收方式的不同，光纤通信系统可分成各种类型。（1）按光波长划分可以分为短波长和长波长光纤通信系统。类别特点短波长光纤通信系统 工作波长：800nm900nm；中继距离：10km 长波长光纤通信系统 工作波长：1000nm1600nm；中继距离：100km 超长波长光纤通信系统 工作波长：2000nm；中继距离：1000km；采用非石英光纤 （2）按光纤特点划分类别特点多模光纤通信系统 传输容量：100Mbit/s；传输损耗：较高单模光纤通信系统 传输容量：140Mbit/s；传输损耗：较低（3）按传输信号形式划分类别 特点 数字光纤通信系统 传输信号：数字；抗干扰；可中继 模拟光纤通信系统 传输信号；模拟；短距离；成本低 (4) 按光调制的方式划分类别 特点 强度调制直接检测系统简单、经济、但通信容量受到限制外差光纤通信系统 技术难度大，传输容量大（5）其它类别 特点 相干光纤通信系统 光接收灵敏度高；光频率选择性好；设备复杂 光波分复用通信系统 一根光纤中传送多个单/双向波长；超大容量，经济效益好 光时分复用通信系统 可实现超高速传输；技术先进 全光通信系统 传送过程无光电变换；具有光交换功能；通信质量高 副截波复用光纤通信系统 数模混传；频带宽，成本低；对光源线性度要求高 光孤子通信系统 传输速率高，中继距离长；设计复杂 量子光通信系统 量子信息论在光通信中的应用 光纤通信原理实验系统简介本套实验系统（ZYE4301G）实验箱是为配合光纤通信系统课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。它包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十二个模块组成，其印刷电路板布局图如图0-2所示。一、 电源模块二、 光发送模块三、 光接收模块四、 预失真补偿模块五、 语音信号处理模块六、 模拟信号源模块七、 电话接口模块八、 数字信号源模块九、 PCM编译码模块十、 CMI编译码模块十一、HDB3编译码模块十二、CPLD下载模块可以通过实验箱上述十二个模块灵活组成各种不同光纤通信系统，如：850nm波长光纤通信系统、1310nm波长光纤通信系统、1550nm波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；光时分复用传输系统和光波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统。实验系统基本组成方框图如图0-3所示：光纤半导体光检测器光纤活动连接器半导体光源图0-3 光纤传输实验系统方框图电信号输出电信号输入光发端机光收端机 实验系统主要由光发模块，光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。22 光纤实验箱使用注意事项光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1. 请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。2. 实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。3. 光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须向老师报告。4. 实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。5. 实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。6. 若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。7. 光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。8. 不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。9. 进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60mA。实验一 半导体激光器P-I特性测试实验一、 实验目的1. 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2. 了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3. 掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法二、 实验仪器1. ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台2. 光功率计1台3. FC/PC-FC/PC单模光跳线1根4. 万用表1台5. 连接导线20根三、 实验原理 半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。）是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为3050，水平发散角为030），与单模光纤的耦合效率高（约3050），辐射光谱线窄（0.11.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（20GHz）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为Pe （1-1） 其中，这里的量子效率int，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的int接近于1。 1-1式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流IIth时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 （1-2） P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小，Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验四）大，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith时，输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系。该实验就是对该线性关系进行测量，以测试半导体激光器的P-I线性关系。在实验中所用到半导体激光器输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。半导体激光器作为光纤通信中应用的主要光源，其性能指标直接影响到系统传输数据的质量，因此P-I特性曲线的测试了解激光器性能是非常重要的。半导体激光器驱动电流的确定是通过测量串联在电路中的R110上电压值。电路中的驱动电流在数值上等于R110两端电压与电阻值之比。为了测试更加精确，实验中先用万用表测出R110的精确值，计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率，从而完成P-I特性的测试。并可根据P-I特性得出半导体激光器的斜率效率。I(mA)P(mW)Ith图1-1 LD半导体激光器P-I曲线示意图四、 实验内容1. 测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。2. 根据PI特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率。五、 实验步骤1. 将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到底，使数字驱动电流达到最小值。2. 用万用表测得R110电阻值，找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（VIR110）。3. 拨动双刀三掷开关，BM1选择到半导体激光器数字驱动，BM2选择到1310。4. 旋开光发端机光纤输出端口（1310nm T）防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档。5. 连接导线：将T502与T101连接。6. 连接好实验箱电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K01，K02 (电源模块)，并打开光发模块（K10）和数字信号源（K50）的直流电源。7. 用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。8. 慢慢调节电位器W101，使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入下表。9. 做完实验后先关闭光发模块电源（K10），然后依次关掉各直流开关（电源模块），以及交流电开关。10. 拆下光跳线及光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。11. 将各仪器设备摆放整齐。U(mV)123456789101214I(mA)P（uW）P（dBm）U(mV)161820222426283032343638I(mA)P（uW）P（dBm）六、 实验报告1. 根据实验记录数据，算出半导体激光器驱动电流，画出相应的光功率与注入电流的关系曲线。2. 根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流Ith的大小。3. 根据P-I特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。七、 注意事项1. 半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否则有烧毁激光器的危险。2. 由于光功率计，光跳线等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，切忌用力过大。八、 思考题1. 试说明半导体激光器发光工作原理。2. 环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？3. 分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统传输性能的影响。实验二 发光二极管P-I特性测试实验一、 实验目的1. 学习发光二极管的发光原理2. 了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系3. 掌握发光二极管P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试二、 实验仪器1. ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台2. 光功率计1台3. 850nm光发端机（HFBR-1414T）1个4. ST/PC-FC/PC多模光跳线1根5. 万用表1台6. 连接导线20根三、 实验原理 发光二极管（LED）是低速、短距离光纤通信系统中常用的光源。其寿命很长，受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜。驱动电路简单，不存在模式噪声等问题。发光二极管结构简单，是一个正向偏置的PN同质节，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。发出的部分光耦合进入光纤供传输使用。LED所发出的光是非相干光，具有较宽的谱宽（3060nm）和较大的发射角（100）。 自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I，工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I/q，其中发射电子的复合率决定于内量子效率int，光子产生率为(Iint/q)，因此LED内产生的光功率为PintintI （2-1）式中，为光量子能量。假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED逸出的功率占内部产生功率的份额为ext，则LED的发射功率为Pe=extPintextintI （2-2）ext亦称为外量子效率。由2-2式可知，LED发射功率P和注入电流I近似成正比。发光二极管LED是光纤通信中的常用光源，它的发光是自发辐射，属于非相干光源，其输出光发射角较大，但LED线性度好，调制时动态范围大，信号失真小，也就是P-I曲线线性好，该实验测量其电光转换特性（P-I特性），工作电流不同的时候，输出功率也不同，基本上是成线性关系。实验中发光二极管电流的确定通过测量串联在电路中R110的电压值。电路中的驱动电流在数值上等于R110两端电压与电阻值之比。实验中先用万用表测出R110的精确值，计算得出发光二极管的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下发出的光功率，从而完成P-I特性的测试。I(mA)P(uW)图2-1 LED发光二极管P-I曲线示意图四、 实验内容1. 测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2. 根据PI特性曲线，计算发光二极管斜率效率。五、 实验步骤1. 将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到头，使数字驱动电流达到最小值。2. 将拨码开关BM1和BM2分别拨到数字和850nm档，选择850nm数字驱动电路。3. 用ST-FC光跳线将850nm光发端与光功率计连接，并将光功率计选择波长850nm档，连接导线T504（数字信号源模块）与T101。4. 连接好电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K01，K02 (电源模块)，这时电源指示灯全亮。5. 接通光发模块(K10)和数字信号源（K50）模块直流电源，并将K501，K502，K503拨为全“1”。6. 用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。7. 慢慢调节电位器W101使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值。并将测得的数据填入下表。U(mV)510152025303540455055I(mA)P（uW）P（dBm）8. 做完实验后将拨码开关BM1和BM2拨到中间状态，然后依次关掉各直流开关，以及交流电开关。9. 拆下光跳线和光功率计，拆除连线，将实验箱还原。10. 将各实验仪器摆放整齐。六、 实验报告1. 根据实验记录数据，画出相应的光功率与注入电流的关系曲线，2. 分析P-I特性曲线的意义。七、 注意事项1. 实验中发光二极管驱动电流不可大于60mA，否则有烧毁发光二极管的危险。2. 由于光源、光功率计、光跳线等光器件的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。3. 不可带电拔插光电器件。八、 思考题1. 试说明发光二极管工作原理，比较分析发光二极管与半导体激光器发光原理的区别。2. 环境温度的改变对发光二极管P-I特性曲线有何影响？3. 发光二极管P-I特性曲线是否严格线性？为什么？实验三 光电探测器特性测试实验一、 实验目的1. 学习光电探测器响应度及量子效率的概念2. 掌握光电探测器响应度的测试方法3. 了解光电探测器响应度对光纤通信系统的影响二、 实验仪器1. ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台2. 光功率计1台3. FC/PC-FC/PC单模光跳线1根4. 万用表1台5. 连接导线20根三、 实验原理在光纤通信工程中，光检测器（ptotodetector）,又称光电探测器或光检波器。按其作用原理可分为热器件和光子器件两大类。前者是吸收光子使器件升温，从而探知入射光能的大小，后者则将入射光转化为电流或电压，是以光子-电子的能量转换形式完成光的检测的过程。最简单的光检测器就是p-n结，但它存在许多缺点，光纤通信系统中，较多采用p-i-n光电二极管（简称PIN管）及雪崩光电二极管（APD管），都是实现光电转换的半导体器件。在给定波长的光照射下，光检测器的输出平均电流与入射的光功率平均值之比称响应率或响应度。简言之，即输入单位的光功率产生的平均输出电流，R的单位为A/W或uA/uW。其表达式为：RIP/P （5-1）响应率是器件外部电路中呈现的宏观灵敏特性，而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。量子效率是能量为h的每个入射光子所产生的电子-空穴载流子对的数量： （100） （5-2）上式中，e是电子电荷；为光的频率。通过测试IP与P的关系，即可计算获得检测器的量子效率，其中光电检测器的量子效率与响应度的关系为： （5-3）在波长确定的情况下，通过测试得到一定光功率下检测器输出的电流，即可获得检测器的响应度及量子效率的大小，从而了解检测器的性能指标。本实验目的就是通过测试850nm，1310nm收端机检测器的响应度，了解不同检测器响应度的差异。实验箱中，使用的检测器为PIN光电二极管，用光功率计测试得到光发端机输出的平均光功率，然后再测试得到光收端机检测得到的响应电流，改变光发端机输出功率，作检测器端的I-P特性曲线，曲线斜率即为特定波长下的响应度。响应电流的测定是通过运放，将检测器的电流信号，放大成电压信号后得到的，检测电压点为T123，即此测试点与接地点之间的电压V。其放大系数为10000倍，即检测电流IV/10000 （5-4）四、实验内容1. 测试1310nm检测器I-P特性2. 根据I-P特性曲线，得出各检测器的响应度并计算其量子效率五、实验步骤A.1310nm光检测器I-P特性测试1. PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与1310nm光发模块输入端T101连接。2. 用FC-FC光纤跳线将1310nmT光发端与1310R光收端连接。拨码开关BM1、BM2、BM3分别拨为：数字、1310nm和1310nm，并且将跳线帽K121接1,2脚。3. 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。4. 接通PCM编译码模块(K60)、CPLD模块（K90）和光发模块(K10)的直流电源。5. 用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节半导体激光器驱动电流，使之为30mA，用万用表测试T123与电源模块中的地之间电压V，填入下表中，将1310nm光收端机端光纤取出，测试此时光功率并填入对应表格中。6. 调节W101，减小驱动电流为下表中的数值，测试T123与地之间的电压，取出光纤测试光功率，填入对应表格中。7. 依次关闭各直流电源、交流电源，将K121接2,3脚，拆除导线，将实验箱还原。驱动电流（mA）30252015105测试电压V（V）测试得到电流I（mA）输出光功率P（uW）8. 将测得的电压，代入公式5-4中，计算得到检测器输出电流I，填入对应表格中。B.1550nm光检测器I-P特性测试 设计实验测试得到1550nm光检测器I-P特性测试步骤，并用实验实现。六、实验报告要求1. 根据测试结果，画出1310nm光检测器I-P特性曲线；2. 计算得出各检测器的响应度及量子效率。七、注意事项 1. 由于光源，光功率计等光学器件的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。 2. 不可带电拔插光电器件。要拔插光电器件，须先关闭电源后进行。八、思考题1. 影响检测器响应度的指标有哪些？这些指标如何影响光纤通信系统性能？2. 推导检测器响应度R与量子效率关系式。3. 试设计实验，测试半导体检测器对1550nm波长光波响应度及量子效率。实验四 电话光纤传输系统实验一、 实验目的1. 了解电话及语音信号通过光纤传输的全过程2. 掌握模拟电话、数字电话光纤传输的工作原理二、 实验仪器1. ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台2. 20MHz双踪模拟示波器1台3. FC/PC-FC/PC单模光跳线1根4. 电话单机2部5. 万用表1台6. 850nm光发端机和光收端机1套7. ST/PC-ST/PC多模光跳线1根三、 实验原理对于局间通信来说，电话语音通信具有举足轻重的作用。以电话通信网络为载体，各种模拟（或数字）信号的传输系统已经商用化。如电话、传真、拨号网络通信等业务都是在局间电话网上实现的。电话语音信号的光纤传输分为两种方式，一种方式为模拟电话光纤传输，即电话用户接口输出的模拟信号直接送入光纤模拟信号传输信道，从而实现两部电话的通话（由于模拟信号无法直接进行时分复用，因此模拟电话光纤传输只能传输一路电话语音信号，另一路电话语音信号直接用连接导线代替光纤），实验方框图如图13-1所示。电话用户接口电话电话电话用户接口光发送光接收光纤图13-1 电话模拟光纤传输电话用户接口电话电话电话用户接口光发送光接收光纤PCM编译码图13-2 电话数字光纤传输另一种方式为数字电话光纤传输，即电话用户接口输出的模拟信号经过PCM编码以后，利用时分复用的方式，将两路信号数字调制成一路信号，然后送入光发端机中进行光纤传输，光收端机接收的信号通过时分解复用，实现信号的分离，分别送入两个电话用户接口电路中，实现两部电话的全双工通话，其方框图如图13-2所示。时隙3时隙2时隙1时隙0一帧图13-3 PCM编码帧结构示意图 在PCM编译码中，帧同步信号为8KHz，一帧信号分为四个时隙，分别为时隙0、时隙1、时隙2和时隙3；时隙0为帧同步信号，其同步码为固定的码流“0 1 1 1 0 0 1 0”，时隙1和时隙2分别为两路电话语音调制数据，时隙3为空时隙，在本实验中没有用到（用低电平表示），TP621为PCM 编码输出测试点，图13-3为PCM编码一帧的结构示意图。四、 实验内容1. 模拟电话光纤传输系统实验2. 数字电话光纤传输系统实验五、 实验步骤、模拟电话光纤传输系统实验1. 用实验十一中模拟信号调试方法调节电位器，使1310nm光纤通信系统能够正常传输模拟信号。2. 连接导线：电话用户接口模块T401与光发模块T111连接，T412与T121连接， T402与T411连接，并在电话甲、电话乙口分别接上电话单机。3. 用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR）连接起来，组成1310nm光纤传输系统。4. 将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到模拟、1310nm和1310nm。5. 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。6. 接通电话用户接口模块(K40，K41)、光发模块(K10)的直流电源。7. 用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节半导体激光器驱动电流（W101），使驱动电流小于25mA。8. 摘机进行两人通话实验，用示波器测试并比较TP401，TP412的波形（由于话音信号的波形比较复杂，所以可选用双音多频信号的按键音来观察测试点的波形），并做记录。9. 依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。10. 根据上述步骤，设计并执行850nm光纤传输系统模拟电话传输实验。B、数字电话光纤传输系统实验1. 连接导线：电话用户接口模块T401与PCM编译码模块T601连接，T411与T611连接，T412与T603连接，T402与T613连接，T621与T101连接，T631与T121连接，在电话甲、电话乙口分别接上电话单机。2. 将K601，K602，K603接1，2脚。3. 用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR）连接起来，组成1310nm光纤传输系统。4. 将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。5. 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。6. 接通电话用户接口模块(K40，K41)、PCM编译码模块（K60）和光发模块(K10)的直流电源。7. 用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节半导体激光器驱动电流（W101），使驱动电流小于25mA。8. 摘机进行两人通话实验，用示波器测试并比较TP401，TP402，TP411、TP412的波形（可选用双音多频信号的按键音来观察测试点的波形），并做记录。9. 用示波器观察TP101、T121波形。10. 依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。11. 根据上述步骤，设计并执行850nm光纤传输系统数字电话传输实验。六、 实验报告1. 记录实验过程中各点的波形。2. 评估模拟电话通话和数字电话通话的质量。3. 评估850nm电话光纤传输系统和1310nm电话光纤传输系统的性能。七、 注意事项1）若模拟电话光纤传输时有噪声，可根据模拟信号光纤传输步骤进行调试，使系统传输2K正弦波，当输出（T121）幅度为2V且无明显失真时即可。2) 若数字电话光纤传输时有噪声，可根据数字光纤传输步骤进行调试，使系统传输普通伪随机码信号，若输出（T121）与输入波形相同，幅度大于3.5V且无误码即可。八、 思考题1. 能否用一根光纤传输两路模拟信号，如果可以，如何实现？如果不行，说明理由。2. 与模拟电话相比，数字电话有哪些优点?3. 画出PCM编码输出一帧的结构示意图，用示波器观察各帧的波形，说明一帧信息中