26.光纤信号传输实验

1、26.光纤信号传输实验光纤信号传输实验一实验目的1学习光纤信号传输系统的基本结构及各部件选配原则；2熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能；3训练如何在光纤传输系统中获得较好信号传输质量。二实验仪器 三实验原理光纤传输系统如图一所示一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84m 、1.31m 、1.55m 有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信

2、号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。 2光信号发送端的工作原理系统采用的发光二极管的驱动和调制电路如图二所示，信号调制采用光强度调制的方法，发送光强度调节电位器用以调节流过LED的静态驱动电流，从而相应改变发光二极管的发射光功率。图（二）3光信号接收端的工作原理图四是光信号接收端的工作原理图，传输光纤把从发送端发出的光信号通过光纤藕合器将光信号藕合到光电转换器件光电二极管，光电二极管把光信号转变为与之成正比的电流信号，光电二极管使用时应反偏压，经运放的电流电压转换把光电流信号

3、转换成与之成正比的电压信号。光电二极管的频响一般较高，系统的高频响应主要取决于运放等的响应频率。图（三）4传输光纤的工作原理目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤，它是在折射率n2较大的纤芯内部，覆上一层折射率n1较小的包层，光在纤芯与包层的界面上发生全发射而被限制在纤芯内传播，如图五所示。石英光纤的主要技术指标有衰减特性，数值孔经和色散等。图（四）四实验步骤1光纤传输系统静态电光/光电传输特性测定分别打开光发送端电源和光接收端电源，面板上两个三位半数字表头分别显示发送光驱动强度和接收光强度。调节发送光强度电位器，每隔100单位（相当于改变发光管驱动电流1ma）分别记录发送光驱动强度数据与接收光

4、强度数据，在坐标纸上绘制静态电光/光电传输特性曲线。2光纤传输系统频响的测定将在调制信号输入接口上从信号发生器输入正弦波，将双踪示波器的通道 1 和通道 2 分别接到输入正弦信号和信号接收端，保持输入信号的幅度不变，调节信号发生器频率，记录信号变化时输出端信号幅度的变化，分别测定系统的低频和高频截止频率。3LED偏置电流与无失真最大信号调制幅度关系测定将从信号发生器输入的正弦波频率设定在1kHz，输入信号幅度调节电位器置于最大位置，然后在LED偏置电流为5、10ma两种情况下，调节信号源输出幅度，使其从零开始增加，同时在接收端信号输出处观察波型变化，直到波型出现截止现象时，记录下电压波型的峰-

5、峰值，由此确定LED在不同偏置电流下光功率的最大调制幅度。4多种波型光纤传输实验将输入选择开关打到“外”，在音频信号输入接口上分别从函数信号发生器输入方波信号和三角波信号，将双踪示波器的通道1和通道2分别接到发送端示波器接口和接收端音频信号输出接口，保持输入信号的幅度不变，调节函数信号发生器输出频率，从接收端通过示波器观察输出波形变化情况，记录输入信号频率变化时输出信号幅度的变化，分别测定系统的低频和高频截止频率。在数字光纤传输系统中往往采用方波来传输数字信号。5音频信号光纤传输实验将输入选择打到“内”，按下内音频信号触发按钮，通过调节发送光强度电位器改变发送端LED的静态偏置电流，收听在接收

6、端发出的语音片音乐声，考察当LED的静态偏置电流小于多少时，音频传输信号产生明显失真，分析原因，并同时通过示波器观察分析语音信号波形变化情况。五、数据记录1光纤传输系统静态电光/光电传输特性测定(1)低频截止频率：f1(2)高频截止频率：f23. LED偏置电流与无失真最大信号调制幅度关系测定(1)LED偏置电流为5MA 信号源输出电压波型的峰-峰值 : V P-P(2)LED偏置电流为10MA 信号源输出电压波型的峰-峰值 : V P-P4多种波型光纤传输实验(1) 函数信号发生器输入方波信号低频截止频率：f1高频截止频率：f2(2)函数信号发生器输入方波信号低频截止频率：f1高频截止频率：

7、f25音频信号光纤传输实验音频传输信号产生明显失真时，LED的静态偏置电流：I= MA六、数据处理（1）在坐标纸上绘制静态电光/光电传输特性曲线。（2）当LED的静态偏置电流小于I时，音频传输信号产生明显失真，分析原因，并同时通过示波器观察分析语音信号波形变化情况。七、思考题1本实验中LED偏置电流是如何影响信号传输质量？2本实验中光传输系统那几个环节引起光信号的衰减？3光传输系统中如何合理选择光源与探测器？4光电二极管在工作时应正偏压还是负偏压，为什么？网络拓扑结构采用星形网，也就是通过网络集线器将每台计算机连接起来。准备工作在开始网络布线之前，首先要画一张施工简图。确认每台计算机的摆放方式

8、和地点，然后在图上标明节点位置（也就是每台计算机的摆放位置）。根据节点的分布确定网络集线器的摆放地点。要注意网关服务器（就是接入Internet的那台计算机）的放置要配合上网电话线的入户方向，因为电话入户线越短越好。图2是一个网络布线施工示意图。开始布线首先是“放线”，确定网络集线器和每台计算机之间的距离，分别截取相应长度的网线，然后将网线穿管（PVC管）。也可以不用穿管，直接沿着墙壁走线。要注意的是双绞线（网线）的长度不得超过100米，否则就得加装中继器来放大信号。接着是“做网络接头”，也就是制作RJ45双绞线接头。在讲述如何正确接线之前，要先说明8根双绞线的编号规则。编号次序是这么定义的：

9、把RJ45有卡子的一面向下，8根线镀金脚的一端向上，从左起依次为12345678。下面就讲一下所谓的“1、2、3、6”的接法。“1、2、3、6”用于上行和下行数据传输，1、2和3、6各为一对，我们只要把1、2用一对绞线，3、6用一对绞线就可以了。至于颜色只需要相同就行。如果不用以上接法，也可以8根线单独接，具体做法：左手拿RJ45水晶头，右手拿线，按照棕、棕白、蓝、蓝白、绿、绿白、橙、橙白的顺序接入，然后用夹线钳夹好。一般情况下，接线应使用专用的夹线钳（有些高手可以用尖嘴钳代替，但是对于广大的菜鸟来说，RJ45水晶头可是2元一个啊，还是使用专用的夹线钳保险）。按上述方法将线接好之后，将RJ45

10、水晶头用夹线钳夹住，用力一压就行了。要注意的是压线一定要压到底，一般压两到三下即可。然后，将做好的接头和网卡连接。要注意将接头插入网卡槽中时，要轻轻地平行插入，直至听到“咔”的声音，确保接头已经和网卡良好地接触。将网线两端做好的接头分别插入网卡和网络集线器，这样，布线工作就基本完成了。四、连网、检测和故障诊断接下来的工作是具体的连网工作，包括物理连通和计算机操作系统的对等互联。判断计算机的物理连通与否很简单：查看网卡的指示灯或者网络集线器上对应的指示灯是否正常就知道了。一般网卡上绿灯亮表示网络连通。单是网络物理连通还不能使整个网络运作起来，你必须对每一台计算机进行网络配置。首先要安装网卡。网卡

11、按总线标准可分为：PCI，ISA两种。如果买的是PCI网卡，一般在安装和设置中不会出现什么问题；如果买的是ISA网卡，在安装过程中可能会遇到硬件设备冲突问题，此时可用网卡驱动盘中的诊断程序来重新设置IRQ和IO。将网卡插入主板，重新启动计算机后，还要在Windows中进行设置。在“控制面板”的“网络”选项中选择“添加”“适配器”，然后选择厂商和网卡型号，按“确定”后，在网络窗口中会显示添加的网卡设备，同时还会安装相应的网络协议和网络客户。注意只需要安装TCPIP协议、Microsoft 网络客户、文件和打印机共享即可。双击“TCPIP协议”，在弹出的IP对话框里填好本机IP地址、子网掩码、网关

12、地址以及DNS服务器的IP地址。例如笔者的设置：本机IP为192.168.0.1192.168.0.20；子网掩码为255.255.255.0；网关地址为192.168.0.1；DNS 服务器地址为61.128.128.68。打开网络对话框中“标识”标签，这是给机器取网名和划分工作组的地方。在“计算机名”中填上计算机的网名，其他人可以在“网上邻居”中用这个名字访问你的机器；然后“工作组”中填上一个工作组名，在同一局域网中工作组的名字必须相同。现在检测网络是否连通。在Windows桌面上双击“网上邻居”，如果在打开的窗口中看到自己和其他计算机名，这就表示网络已经连通了。如果不能在“网络邻居”里看

13、到计算机名，可按以下步骤诊断：1.检查网络物理上是否连通。2.如果只是看不到自己的本机名，检查是否添加了“文件与打印机共享”服务。3.如果“网络邻居”里只有自己，首先保证网络物理是连通的，然后检查工作组名字是否和其他计算机一致。4.如果什么都看不到，可能是网卡的设置问题，重新检查网卡设置，或者换一块网卡试试。5.用Ping、Tracert等网络检测工具诊断，限于篇幅，这里就不讲解了。五、接入Internet目前较为经济的Internet接入方式是用Modem或者ISDN拨号上网，这也是网吧老板的首选接入方式。当然要是档次要求较高，也可以选用DDN专线接入。在网吧中指定一台计算机为网关服务器，通

14、过拨号上网后，其他局域网中的机器都可以共享该机器的拨号连接。共享上网只需在所有的上网机器中安装TCPIP协议和在网关服务器中安装代理服务软件即可实现。使用代理服务器有两个好处：一是可利用其大容量的缓存提高上网速度；二是可以起防火墙作用。代理服务器软件有两种类型：一种是带有缓存功能的“快取型”（Cache)代理服务器，如Wingate、Winroute、MSProxy等；另一种是简单的”网关型”，如Sygate、WIN98SE中的Internet连接共享等。由于“快取型”（Cache)代理服务器的设置和管理比较复杂，已经超出了本文的范围，请另行参考有关书籍（编者注：本期19版对“快取型”（Cac

15、he)代理服务器Wingate的设置和管理有详细介绍）。笔者在这里简单介绍一下WIN98SE（WIN98第二版）的Internet连接共享的安装和使用方法。1.安装WIN98SE中的Internet连接共享服务首先保证网吧内部的局域网已经连通，然后选择一台计算机作为网关机。网关机上安装WIN98SE版本的操作系统，同时安装好Modem或ISDN，保证该机拨号上网一切正常。添加Internet连接共享的方法十分简单，在“Windows安装程序”的“Internet工具”选项中选择“Internet连接共享”，按照提示安装即可。IP地址设置为192.168.0.1。2.客户计算机的设置在本文的第四

16、部分“连网、检测和故障诊断”中，笔者已经对计算机的连网设置做了介绍，按照上面的方法设置即可。最重要的一点就是指定网关地址为192.168.0.1，即网关机的IP地址。此外DNS服务器IP地址设定为ISP提供的DNS服务器即可，如：61.128.128.68。在客户计算机上用Ping命令检测是否已经通过共享连接上网(如图5)，如果Ping通Internet 上的指定IP，就表示已经大功告成了。六、网吧架设和维护注意事项其实组建网络的工作实践性很强，必须亲自动手才会对建网的一些要领有更加深入的理解。笔者对此也没有太多的经验要讲。现把笔者在架设网吧过程中得到的一些比较重要的经验列举如下：1.ISDN的安装和设置和普通的Modem没有太大的区别，但是如果要使用128K速度上网，则需要在已建好的ISDN拨号网络连接上双击“属性”，选择“多重链接”、“使用附加设备”、“添加”，选择“ISDNLine1”