光纤实验[1].doc

实验1 数字发送单元指标测试实验一、 实验目的1. 了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求2. 掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法3. 了解数字光发端机的消光比的指标要求4. 掌握数字光发端机的消光比的测试方法二、 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. 示波器1台5. 850nm光发端机1个6. ST/PC-FC/PC多模光跳线1根三、 实验原理数字光发送端机的功能是将电端机输出的数字基带电信号转换成光信号,并用耦合技术有效注入光纤线路，电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的， 目前使用的光源有半导体激光二极管（LD）和发光二极管（LED）。调制方式有多种，目前广泛应用的是直接光强（功率）调制。图21是LED和LD的调制特性曲线. 图21 LED和LD的调制特性曲线.LD直接光强（功率）调制，只要施加一定的偏置电流Ib，当驱动电流大于Ib时，输出光功率P和驱动电流I基本上是线性关系，输出光功率和输入电流成正比，所以输出光信号反映输入电信号。LED的线性不如LD好，有一定的失真。数字光发送系统要由数字接口电路、数字驱动电路和光发送模块（即光源）几部分组成，如图2-2所示。模拟光发送系统则不需要数字接口。图2-2 数字光发送机框图实验电路实验系统有1550nm、1310nm和850nm三种光发模块，1550nm、1310nm用的是LD，850nm用的是LED。1550nm光发模块只传输数字信号，1310nm和850nm光发模块即可传输数字信号，也可传输模拟信号，用BM1转换。1550nm光发送系统实验电路的方框图如图2-3所示，图中电平转换器U151（MC10116）组成数字接口。它把TTL电平转换为ECL电平和，以适应驱动电路的要求.BG151，BG152组成差分电路,它是一个电流源电路,用来把电压脉冲转换成电流脉冲去驱动LD。1310nm数字光发送系统电路与此完全一样,只不过在相当于R158的下面串接电位器W101，可用来调节驱动电流。在LD下面可串接电阻R101，用来测量驱动电流。/QQ图2-3 1550nm光发送系统半导体激光器数字驱动电路模拟驱动电路如图24所示。 模拟驱动电路为一级电流放大器，用来把电压控制信号转换为电流控制信号去驱动LED。 W111用来调解输入模拟信号的幅度；W112调解驱动电流。可在LED下面串接电阻R101，用来测量驱动电流。 1310nm和850nm光发模块公用驱动电路，用BM2转换。电路如图25所示。 图25 850nm 和1310nm光发系统框图 1550nm使用的光发模块型号为PH32172，1300nm使用的光发模块型号为PH17782，850nm 用的是HFBR-1414T。这里对HFBR-1414T做简单介绍。HFBR-1414T为高性能的半导体通信光源，可用作为数字信号与模拟信号混合传输的光发送模块。其接口电平为TTL或ECL，工作波长分别为850nm，其具体参数如表2-1所示。表2-1：a.FBR-1414T的参数参数符号最小值典型值最大值单位测试条件正向电压VF1.481.702.09VIF=60mAdc1.84IF=100mAdc正向电压温度系数VF/T-0.22mV/IF=60mAdc-0.18IF=100mAdc反向输入电压VBR1.83.8VIF=100Adc峰值发射波长p792820865nm结电容CT55PFV=0，f=1MHz光功率温度系数PF/T-0.006dB/IF=60mAdc-0.010IF=100mAdc热阻QJA260/W数值孔径NA0.49光口直径D290mb.内部电路 光发送模块HFBR的内部电路如图2-6所示：图2-6 HFBR-1414T 光发送模块的内部电路C 管脚排列管脚排列如图27，其中1、4、5、7、8为空脚图2-7光发送系统的性能指标光发送系统的性能指标有平均光功率和消光比。平均光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的平均光功率。平均光功率是在额定电流下测得的，否则结果有偏差。测试连接如图2-8所示。信号源光发端机光功率计图2-8 平均发送光功率测试连接示意图大多数光发送系统即使在“断”的状态也会发射一些光功率，这与半导体激光器的发射特性和偏置状态有关。例如当偏置电流小于阈值电流时，在“0”比特期间由于自发辐射亦有一些输出功率，而当偏置电流大于或等于阈值电流时，“0”比特期间输出功率将更大。我们将光发送系统在“1”比特时的输出功率P1与在“0”比特时的输出功率P0之比的对数值称为消光比。用公式表示为 2-1给光发端机的数字驱动电路发送全“0”码，测得此时的光功率P0，再给光发端机的数字驱动电路发送全“1”码，测得此时的光功率为P1，将P0，P1代入2-1式即得到光发端机的消光比。 光通信系统一般要求消光比要适当，不可过大或过小，消光比太大，即预偏置电流太小或没有，影响系统传输速率；消光比太小，则调制深度浅，有用光功率比例减小，影响系统灵敏度。光纤传输系统、发光器件、驱动电流，都会影响发光系统的平均光功率和消光比，本实验采用4M速率的伪随机测试信号作为信号源，伪随机码测试信号为241位，通过观察三种不同光纤通信系统（850nm、1310nm和1550nm）传输NRZ码的平均光功率和消光比，比较其平均光功率和消光比异同点及其影响因素，同时观察驱动电流对平均光功率和消光比的影响。四、 实验内容1. 测试数字光发端机的平均光功率2. 测试数字光发端机的消光比3. 比较驱动电流的不同对平均光功率和消光比的影响五、 实验步骤、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试1. 伪随机码的产生：伪随机码由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块。将PCM编译码模块的4.096MHZ时钟信号输出端T661与CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的信号输入端T983连接，NRZ信号输出端T980将产生4M速率241位的伪随机信号，用示波器观测此信号。将此信号与1550nm光发模块输入端T151连接，作为信号源接入1550nm光发端机。2. 用FC-FC光纤跳线将光发端机的输出端1550T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1550nm信号。3. 用K60、K90和K15接通PCM编译码模块、CPLD模块和光发模块的电源。4. 用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。5. 测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源。用K60接通电源，用用示波器从T504观测此信号，将K511接1、2或2、3可观测到速率的变化，将此信号接到T151，作为伪随机信号接入光发端机。6. 用数字信号源模块的K501、K502、K503将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。7. 将P1，P0代入公式2-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。、1310nm数字发端机平均光功率及消光比测试8. 信号源仍用4M速率241位的伪随机信号，与1310nm光发模块输入端T101连接。9. 用FC-FC光纤跳线将1310nm光发模块输出端1310T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1310nm信号。10. 将BM1拨至数字，BM2拨至1310nm。11. 接通PCM编译码模块、CPLD模块和1310nm光发模块(用K10)的电源。12. 用万用表在T103和T104监控R110（阻值为1）两端电压，调节电位器W101，使半导体激光器驱动电流为额定值25mA。13. 用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。14. 测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源，请参看系统简介中的数字信号源模块部分。用示波器从T504观测此信号，连接T504与T101，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。15. 将P1，P0代入公式2-1式即得1310nm数字光纤传输系统消光比。16. 重复9-15步，调节电位器W101，调节驱动电流大小为下表中数值时，测得的平均光功率及消光比填入下表。驱动电流（mA）510152025平均光功率（uW）P1（uW）P0（uW）消光比（uW）C、850nm数字发端机平均光功率及消光比测试根据1310nm数字发端机平均光功率及消光比测试方法，设计850nm数字光发送系统平均光功率及消光比测试步骤。六、 实验报告1. 记录光发端机的平均光功率。25.3mA 全0：2.58uw全1：578uw2. 通过实验数据计算光发端机的消光比。3. 比较不同驱动电流下的平均光功率及消光比，确定驱动电流取多大时，1310nm 光发送系统更符合传输要求。4. 比较850nm、1310nm及1550nm数字光发送系统平均光功率及消光比，并分 析系统性能指标。七、注意事项(在以后的实验中仍然使用，但不再重述) 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。八、思考题1. 平均光功率大小对光纤通信系统有何影响？2. 消光比大小对光纤通信系统传输特性有何影响？3. 如何确定数字光纤通信系统的驱动电流？实验2 光无源器件特性测试实验一、 实验目的1. 了解光无源器件，Y型分路器以及波分复用器的工作原理及其结构2. 掌握它们的正确使用方法3. 掌握它们主要特性参数的测试方法二、 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. 示波器1台4. FC-FC法兰盘1个5. Y 型分路器1个6. 波分复用器2个三、 实验原理 光通信系统的构成，除需要光源器件和光检测器件之外，还需要一些不用电源的光通路元、部件，我们把它们统称为无源器件。它们是光纤传输系统的重要组成部分。 光无源器件种类很多，这里只讨论Y型分路器和波分复用器/复解用器。在应用这些无源器件时必须考虑无源器件的各项指标，如Y型分路器（1分2的光耦合器）的插入损耗，分光比，波分复用器的光串扰等。下面对Y型分路器插入损耗及附加损耗及其分光比、波分复用器的光串扰分别进行测试。 Y型分路器的技术指标一般有插入损耗（Insertion Loss）、附加损耗（Excess Loss）、分光比和方向性、均匀性等，在实验中主要测试Y型分路器的插入损耗，附加损耗及分光比。 就Y型分路器而言，插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。插入损耗计算公式为4-1式。I.Li10lg（Pouti/PIN） (4-1) 其中，I.Li为第i个输出端口的插入损耗，Pouti是第i个输出端口测到的光功率值，PIN是输入端的光功率值。 Y型分路器的附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。附加损耗计算公式为4-2式。 （4-2）对于Y型分路器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程带来的固有损耗；而插入损耗则表示的是各个输出端口的输出光功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响。因此不同类型的光纤耦合器，插入损耗的差异，并不能反映器件制作质量的优劣，这是与其他无源器件不同的地方。分光比是光耦合器件所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口的输出功率的比值，在具体应用中通常用相对输出总功率的百分比来表示。 （4-3）例如对于Y型分路器，1：1或50：50代表了输出端相同的分光比。即输出为均分的器件。在实际工程应用中，往往需要各种不同分光比的器件，可以通过控制制作方法来改变光耦合器件的分光比。测试Y型分路器的插入损耗、附加损耗和分光比时，其测试实验框图如图4-1所示。光源Y型分路器光功率P1光功率P2光功率P0图4-1 Y型分路器性能测试实验框图测试方法为：先测试出光源输出的光功率P0，将Y型分路器接入其中组成图4-1所示测试系统后，分别测出Y型分路器输出端的光功率P1和P2，分别代入4-1，4-2，4-3式即可得到待测Y型分路器的性能指标。波分复用器性能指标有耦合比CR、插入损耗Lt、附加损耗Le、光串扰（隔离度）DIR等。这里只讨论光串扰。光串扰是指一个输入端的光功率和由耦合器反射到其他输出端口的光功率的比值。其测试原理图如图4-2所示。上图中波长为11310nm、21550nm的光信号经波分复用器复用以后输出的光功率分别为P01、P02，解复用后分别输出光信号，此时从1310窗口输出1310nm的光功率为P11，输出1550nm的光功率为P12；从1550窗口输出1550nm的光功率为P22，输出1310nm的光功率为P21。将各数字代入下列公式。 （4-4） （4-5）上式中L12 、L21即为相应的光串扰。由于便携式光功率计不能滤除波长1310nm只测1550nm的光功率，同时也不能滤除1550nm只测1310nm的光功率。所以改用下面的方法进行光串扰的测量。测量1310nm的光串扰的方框图如4-3（a）所示。 测量1550nm的光串扰的方框图如4-3（b）所示： 在这种方法中，光串扰计算公式为： （4-6） （4-7） 上式中L12，L21即是光波分复用器相应的光串扰。四、 实验内容1. 测量Y型分路器的插入损耗2. 测量Y型分路器的附加损耗3. 测量波分复用器的光串扰五、 实验步骤、Y型分路器性能测试1. 用FC-FC光跳线将1310nm光发端机与光功率计相连，组成简单光功率测试系统。2信号源的产生：信号源由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块，将PCM编译码模块中的4.096MHZ时钟信号由T661输入到CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的时钟输入端983，这样在输出端T980将输出4M速率241位的伪随机信号，将其作为信号源接入到1310nm光发端机信号输入端T101。并用示波器检测此信号。1 拨码开关BM1拨到数字，BM2和BM3拨到1310nm。2 接通PCM编译码模块、CPLD下载模块、光发模块的电源。3 用万用表监控R110两端电压，用W101调节半导体激光器驱动电流，使之为25mA。万用表示值为25mV。4 用光功率计测得此时光功率为P0。5 拆除FC-FC光纤跳线，将Y型分路器按照图4-1中方法组成测试系统。6 用光功率计分别测出Y型分路器输出两端光功率P1和P2。B、波分复用器性能测试7 信号源的产生同步骤2。8 按图4-3（a）连接波分复用器：将波分复用器（A）标有“1310nm”的光纤接头插入“1310nm”光发端（1310nmT）。将标有“1550nm”的光纤接头用保护帽遮盖起来；用FC-FC法兰盘将两个波分复用器（A）和（B）的“IN”端相连。9 将拨码开关BM1拨到数字，BM2和BM3均拨到1310nm。10 接通PCM编译码模块、CPLD下载模块、1310nm光发模块的电源。11 用万用表监控R110两端电压，调节半导体激光器驱动电流，使之为25mA。12 用光功率计测得此时波分复用器（B）标有“1310nm”端光功率为P11，测得标有1550nm端光功率为P12。13 拆除波分复用器“IN”端FC-FC法兰盘，测得波分复用器（A）标有“IN”端输出光功率为P1。14 代入上式计算1310nm光串扰。15 根据4-3（b）测试框图和上述波分复用器1310nm光功率串扰步骤，设计步骤并测试1550nm光串扰。16 将所得光功率数据代入公式4-6和4-7计算波分复用器的光串扰。六、 实验报告1. 记录各实验数据，根据实验结果计算Y型分路器插入损耗和附加损耗。2. 根据实验结果，计算获得波分复用器光串扰。七、 思考题1. 试设计实验测量波分复用器的插入损耗。Y型：p0=380uw,p1=157.1uw,p2=165.6uw2. 对波分复用器光串扰测试进行误差分析。复用：p11=266uw,p12=3514nw,p1=301.7uw3. 查阅相关文献，比较Y型分路器和波分复用器内部结构差异。实验3 模拟信号光纤传输实验一、 实验目的1. 了解模拟信号光纤系统的通信原理2. 了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构二、 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. 万用表1台4. FC/PC-FC/PC单模光跳线1根5. 850nm光发端机和光收端机 1套6. ST/PC-ST/PC多模光跳线1根三、 实验原理根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，所以可以直接调制。对于半导体激光器和发光二极管来说具有简单、经济和容易实现等优点。对发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制。模拟信号调制直接用连续的模拟信号（如话音、模拟图像信号等）对光源进行调制。图5-1就是对发光二极管进行模拟调制的原理图。连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。电路实现上，LED的模拟信号调制较为简单，利用其P-I的线性关系，可以直接利用电流放大电路进行调制，实验箱模拟信号调制电路如图5-2所示。T111为信号输入端，W111为信号幅度调节电位器，W112为驱动电流调节电位器，TP112为驱动电流测试端口。一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高。而且要求提高光接收机的信噪比比较高。与发光二极管相比，半导体激光器的V-I线性区较小，直接进行模拟调制难度加大，采用图5-2调制电路，会产生非线性失真。本实验通过完成各种不同模拟信号的LED光纤传输（如正弦波，三角波信号），了解模拟信号的调制过程及调制系统组成。模拟信号光纤通信系统组成如图5-3所示。半导体激光器的模拟调制，实验箱也直接利用图5-2所示电路进行调制，比较LED直接模拟调制与LD直接模拟调制的区别。LD模拟信号调制实验中，有兴趣时可采用预失真补偿电路对模拟信号波形进行失真补偿，可观察出补偿后的传输效果与补偿前的效果的不同。关于预失真补偿可参见附录。本实验箱850nm为LED光源，1310nm和1550nm为LD光源。测试端口图5-3 模拟信号光纤传输系统框图模拟信号源信号处理单元光发送器件光接收器件信号处理单元光纤四、 实验内容1. 各种模拟信号LED模拟调制：三角波、正弦波、方波。2. 各种模拟信号LD模拟调制：三角波，正弦波、方波。五、 实验步骤本实验采用模拟信号源模块输出的信号做为待传输的模拟信号。A、LD模拟信号调制实验 模拟信号源用模拟信号源模块的1K正弦波信号，将输出端T303与1310nm光发模块模拟信号输入端T111连接。2. 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，K121置2、3通。3. 将拨码开关BM1拨到模拟，BM2和BM3拨到1310nm。4. 用K30打开模拟信号源模块电源；用K10打开光发模块电源。5. 将K31置中间两脚通，调节1K正弦波信号幅度调节电位器W306，用示波器CH1通道从TP303观测，使波形幅度约为2V，且无明显失真。6. 调节输入模拟信号幅度调节电位器W111、模拟信号驱动电流调节电位器W112和1310nm光收模块输出信号幅度调节电位器W121，用示波器CH2通道从TP121观测，使得输出信号波形幅度为2V且无明显失真，画出两信号的波形。再用示波器从TP112观察驱动电流信号；观察模拟信号光纤传输调制过程。下面给出了以正弦波为例TP111、TP112、TP121各点的波形，7. 将T303换成T302（三角波）或T301（方波），观察各测试点波形效果。 TP111TP112TP121 B、LED模拟信号调制实验根据LD模拟信号调制实验步骤，设计LED模拟信号调制步骤，并通过实验实现。六、 实验报告1. 记录并画出各模拟信号的波形，对模拟信号光传输前后的波形进行比较。2. 简述模拟信号光纤传输过程。3. 比较LD与LED模拟信号调制的效果。七、 思考题1. 根据电路图，分析W111，W112，W121的作用，并用实验验证。2. 此光纤传输系统能否传输数字信号，为什么？3. 分析和比较LD模拟信号调制与LED模拟信号调制的异同点，并指出其优缺点。实验4 数字信号光纤传输实验一、 实验目的1. 了解数字信号光纤传输系统的通信原理2. 掌握完整数字光纤通信系统的基本结构二、 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. 万用表1台4. FC/PC-FC/PC单模光跳线1根5. 850nm光发端机和光收端机1套6. ST/PC-ST/PC多模光跳线1根三、 实验原理IthIbImIP图6-1 LD的P-I特性曲线与调制波形数字信号的光源一般多用LD，驱动电路与LED的驱动电路原理有一定区别。LD是利用其在有源区中受激发射的器件，只有在工作电流超过阈值电流的情况下，才会输出激光（相干光），因而是有阈值的器件。图6-1为LD的P-I特性曲线及调制波形，图中的Ith为LD的阈值电流。由图可见调制LD光源器件发光必须是直流偏置电流Ib和信号电流（即调制电流Im）的共同作用。本实验利用光纤对各种数字信号进行传输，以了解和熟悉光纤传输数字信号系统的组成。用双踪示波器观察光发模块与光接收模块各点的波形，并进行比较。数字信号有脉冲信号、NRZ码，CMI码。在电路驱动上，数字驱动电路采用射极耦合驱动电路。所有数字信号先经过电平转换，进行直流偏置后直接幅度调制到激光器中。其1550nm光发模块驱动电路如图6-2所示。.图6-2 半导体激光器数字驱动电路数字信号光纤传输系统组成框图如图6-3所示：对原始数字信号产生模块的信号进行各种不同方式的编码和处理，然后通过光纤传输，在接收端经译码后从测试端口观测输出端的信号波形，并且比较发光二极管的数字驱动与半导体激光器数字驱动效果的异同。四、 实验内容本实验用1310nm和850nm光纤传输系统直接传输数字信号源的NRZ码信号。关于光发、收端机参见实验二、三；数字信号源参见系统简介。1. 观察各种数字信号在LD（1310nm）光纤传输系统中的波形2. 观察各种数字信号在LED（850nm）光纤传输系统中的波形五、 实验步骤A、LD数字信号调制实验1. 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，K121置2、3通，组成1310nm光纤传输系统。2. 信号源用数字信号源模块产生的NRZ码信号，将其输出端T504与光发模块数字信号输入端T101连接，K511置2、3通（1、2通速率为64K，2、3通为256K），用示波器CHI通道观测此信号。 3. 将拨码开关BM1拨到数字数字，BM2和BM3拨到1310nm。4. 用K50接通数字信号源模块电源，用K10接通光发模块电源。5. 用万用表监控R110两端电压，用W101调节半导体激光器驱动电流，使之小于25mA。TP101TP102TP1216. 调节1310nm光收模块输出信号幅度调节电位器W121，用示波器CH2通道从TP121观测，使得输出信号波形幅度为3.5V且无明显失真。记录以上两信号波形；再从TP102观测驱动电流波形；从而观察数字信号光纤传输调制过程。下面给出了以方波为例TP101、TP102、TP121各点的波形示意图7. 改变数字信号源模块拨码开关状态，观察各测试点波形变化。8. 有兴趣者可改用实验箱中其他码型的数字信号进行上述步骤，观察各种码型的波形（PCM编码信号，CMI编码信号，脉冲信号等）。B、LED数字信号调制实验根据1310nm光纤通信系统数字信号调制实验步骤，设计850nmLED光纤通信系统数字调制实验步骤并进行实验。六、 实验报告1. 记录并画出LD（1310nm）数字信号调制过程中各测试点波形。2. 记录并画出LED（850nm）数字信号调制过程中各测试点波形。七、思考题1. 画出光纤传输数字信号实验框图，并简述数字信号光纤传输过程。3. 比较LD数字光纤传输系统与LED数字光纤传输系统传输信号的效果，并分别分析优缺点。实验5 PCM数字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、 实验原理电话用户接口电话乙电话甲电话用户接口光发送光接收光纤纤纤图7-1 电话模拟光纤传输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7-1所示。图中，只有电话乙通过光纤传输，电话甲则通过导线传输。另一种方式为数字电话光纤传输，将电话用户接口输出的模拟信号经过PCM编码，利用时分复用的方式，将PCM数字信号调制成一路信号，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，分别送入电话用户接口电路中，实现电话的全双工通话。本实验系统只设置了两部电话，其方框图如图72所示。 图7-2 电话数字光纤传输实验系统的PCM编译码电路见系统简介。 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），T601为电话甲模拟语音信号输入端，T603为电话甲译码输出端，T611为电话乙模拟语音信号输入端，T613为电话乙译码输出端，T621（TP621）为PCM 编码输出测试点，T631（TP631）为PCM 译码输出测试点，图7-3为PCM编码一帧的结构示意图。时隙3时隙2时隙1时隙0一帧图7-3 PCM编码帧结构示意图电话甲接口电路如图74所示，电话乙接口电路与其是一样的。PCM编译码电路已在系统简介中介绍。图74 电话甲接口电路四、 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. 参考实验五, 调整1310nm光纤通信系统使能够正常传输模拟信号。2. 按图7-1连接导线：电话用户接口模块的甲方模拟语音信号输出端T401与光发模块模拟信号输入端T111连接，乙方模拟语音信号输入端T412与光收模块信号输出端T121连接，甲方模拟语音信号输入端T402与乙方模拟语音信号输出端T411用导线连接，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，K121置2、3通，组成1310nm光纤传输系统。4. 将拨码开关BM1拨到模拟, 、BM2和BM3均拨到1310nm。5. 用K40，K41接通电话用户接口模块电源，用K10接通光发模块电源。6. 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。7. 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. 参考实验六, 调整1310nm光纤通信系统使能够正常传输数字信号。2. 按图7-21连接导线，将K601，K602，K603置1、2通，以便使用本地位同步信号。3. 接通电话用户接口模块、PCM编译码模块和光发模块的直流电源。4. 分别从TP650、TP651、TP652、TP653观测0时隙、1时隙、2时隙、帧同步码信号，比较它们时间上的关系。5. 摘机进行两人通话实验，用示波器测试并比较TP411，TP402，TP401、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。6. 用示波器从TP101观察PCM编码输出信号波形，从TP121观察经信道传输后的PCM 信号波形。7. 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？若不行，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，说明一帧信息中各时隙代表的意义。实验6 图像光纤传输系统实验一、 实验目的1. 学习模拟视频信号光纤传输系统组成2. 熟悉图象信号在光纤系统中的传输过程二、 实验仪器1. ZYE4301G光纤通信原理实验箱 1台2. 双踪模拟示波器1台3. 万用表1台4. 小摄像头（电视信号发生器）1个5. 小电视机（视频监视器）1台6. 视频信号线2根7. 850nm光发端机和光收端机1套8. ST/PC-ST/PC多模光跳线1根9. FC/PC-FC/PC单模光跳线1根三、 实验原理视频信号的传输量日益增长，尤其是有线电视（CATV），需要将几十路电视信号送到千家万户。视频信号的光纤传输也是人们非常关注的课题。本实验主要采用模拟信号直接调制的方法进行视频信号的光纤传输。系统主要由小摄像头（电视信号发生器）、小型电视机（视频监视器）和模拟光纤通信系统组成。通过观察视频信号的光纤传输，测试光纤传输模拟信号的性能。该实验实质上就是光纤传输模拟信号。实验框图如图8-1所示。图8-1 图象光纤传输系统小摄像头产生视频信号（模拟信号），经过模拟调制送入光发端机，经光纤传输后，由光收端机监测到视频信号并输出到电视机接收端，观测光纤传输视频信号的效果以及特点，以了解光纤传输电视信号的特点。在实验过程中图象效果越好说明光纤传输的性能越好。在进行光纤传输视频信号之前，先调节正弦波模拟传输，使得Vp-p2V的正弦波正常传输，此时视频信号传输效果最佳。实验时可以比较半导体激光器和发光二极管光纤通信系统传输视频信号的效果。四、 实验内容1. 模拟视频信号进行LED调制光纤传输2. 模拟视频信号进行LD调制光纤传输五、 实验步骤1. 连接导线：摄像头（或电视信号发生器）视频输出端与光发模块视频输入端T131连接，再用连接导线将T132与T111连接，电视机的视频输入端与光接收模块视频输出端T133连接，再用连接导线将T134与T121连接。2. 装上850nm光发端机HFBR-1414T和光收端机HFBR-2416T，用ST-ST光纤跳线连接1310nmT和1310nmR，组成850nm光纤传输系统。3. 将拨码开关BM1拨到模拟, BM2和BM3均拨到850nm。4. 用万用表监控R110两端电压，用W112调节光发端机驱动电流，使小于30mA。既万用表示值小于30mV。5. 接通光发模块(用K10)的直流电源和摄像头电源、电视机电源。6. 调节电位器W111、W112和W121，使光纤视频传输效果达到最佳。7. 根据LED光纤通信系统视频传输实验步骤，设计并执行LD光纤通信系统视频传输实验步骤。六、 实验报告1. 观察图像信号经光纤传输后的效果，评估光纤传输图像信号的性能。2. 比较LED与LD视频传输效果。若实验中视频传输效果不理想，可根据模拟信号光纤传输步骤进行调试，使2K正弦波信号进行传输，输出（T121）波形幅度为2V且无明显失真。七、思考题1. 能否采用视频信号数字光纤传输？若能，则还应该具备哪些实验器材？2. 试设计一种方法，利用本实验箱进行电视图像信号和语音信号的光纤传输。实验7 光纤通信网中的光波分复用技术实验一、 实验目的1. 了解光纤接入网中波分复用原理2. 掌握波分复用技术及实现方法二、 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. 万用表1台4. 波分复用器2个5. FC-FC法兰盘1个三、 实验原理光波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplexing）技术是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率（或波长）不同，可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来，送入一根光纤进行传输；在接收端再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立的（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。光纤通信系统中通常实用的石英光纤有三个低衰减区，中心波长为0.85um（0.60.9um）为第一个低衰减区，通常称为短波长低衰减区；中心波长为1.31um（1.251.35um）和中心波长为1.55um （1.451.8um）为第二、第三个低衰减区。后两者称为长波长低衰减区。带宽是很宽的，波长为1.31um的窗口为17700GHZ ，波长为1.55um的窗口为12500GHZ ，总带宽超过30THZ ，如果信道频率间隔为10GHZ ，在理想情况下，一根光纤可容纳3000个信道。波分复用系统原理图如图13-1所示。Mux（多路复用器）和DeMux（多路分解器）是WDM系统中不可缺少的两种元件。本实验利用光纤通信工程应用最广泛的长波长衰减区中1310nm与1550nm光纤通信波长进行波分复用，传输两路信号（一路模拟信号，一路数字信号）。实验原理框图如图13-2。波分复用器波分复用器信号甲源图13-2 波分复用系统实验框图A信号乙源1310nm1550nm信号甲宿信号乙宿1310nm1550nm波分复用还有另一种连接方式，其实验框图如图13-3所示。这种波分复用连接方式中，同一根光纤中光信号的传输方向相反，由于光波传输的独立性，两个方向的光波传输不会有干扰。通过实验可以验证这一理论。波分复用器波分复用器信号甲源图13-3 波分复用系统实验框图B信号乙宿1310nm1550nm信号甲宿信号乙源1310nm1550nm四、 实验内容1. 实现用两种连接方式组成1310nm与1550nm光纤通信的波分复用系统五、 实验步骤1. 连接波分复用器：将波分复用器A标有“1310nm”的光纤接头插入1310光发端机输出（1310nmT），标有“1550nm”的光纤接头插入1550nm光发端机输出（1550nmT）；将波分复用器B标有“1310nm”的光纤接头插入1310nm光收端机输入（1310nmR），标有“1550nm”的光纤接头插入1550nm光收端机输入（1550nmR）；将两波分复用器用FC-FC法兰盘连接起来。2. 连接和调整信号源：将数字信号源模块的NRZ码信号输出端T504与1550nm光发模块的数字信号输入端T151连接，K511置2、3通，这样NRZ码的速率为256KB/S， 模拟信号源的2K正弦波信号输出端T304与1310nm光发模块的模拟信号输入端T111连接，K31置中间两脚通，示波器观测，调整W304和W307使输出信号频率约为2KHZ，幅度为2V，且无失真。3. 将拨码开关BM1拨到模拟、BM2和BM3均拨到1310nm。4. 接通数字信号源模块(K50)、模拟信号源模块(K30)、两个光发模块(K10，K15)的电源。5. 用示波器观察并比较TP304与TP121处的信号波形，若TP121处无信号，可调节输入模拟信号幅度调节电位器W111、模拟信号驱动电流调节电位器W112和1310nm光收模块输出信号幅度调节电位器W121。6. 将模拟信号改换为方波（T301）、三角波（T302）或1K正弦波（T303），观察相应波形7. 用示波器观察并比较TP504与TP161处的信号波形，若TP161处无信号，可调节W161波形，用K501、K502、K503改变T504的波形，观察相应波形的变化。8. 根据图13-3，设计并执行波分复用的另一种实现方式。六、 实验报告1. 记录，并画出各测试点的波形。Tp304 50mv2. 画出波分复用系统组成方框图，分析各部分组件在系统中的作用。七、 注意事项1. 波分复用器属易损器件，应轻拿轻放。2. 光器件连接时，注意要用力均匀。3. 1310nm数字光纤通信系统工作时，激光器驱动电流不可超过25mA，且T121输出波形幅度调节大于3.5V。八、思考题1. 说明光时分复用与光波分复用的异同点。2. 如果采用多个波长进行波分复用，对实验箱和波分复用器有何要求？ 光功率计通信用光功率计是通信干线铺设、设备维护、科研和生产中使用的重要仪器，主要用于测量光发射机的输出功率及输出功率稳定度，光传输线路中的平均传输功率，光收端机的灵敏度，各种无源器件的插入损耗和衰减量。光功率计主要是用来测量光功率的，可用W、dBm表示。测量光功率有热学法和光电法。热学法在波长特性，测量精度等方面较好，但响应速度慢，灵敏度低，设备体积大。光电