光纤通信实验指导书09

1、光纤通信实验指导书刘光灿2009年3月实验1-1 光纤中传导模式MATLAB仿真实验1、 实验目的（1）掌握用MATLAB编写程序的方法；（2）掌握光纤中不同模式的模场分布特点。2、 实验原理n LP01模: (Ey)01AJ0(U01r/a)/J0(U01)0U012.405; n 由贝塞尔函数曲线可知, J0(U01ra)及J0(U01)在其宗量的取值区域(0-2.405)之内均大于零,故导模场沿径向无零点; 由于m0,导模场沿角向也无零点。于是得LP01模的光强分布为一园光斑。n LP02模: (Ey)02AJ0(U02r/a)/J0(U02) 3.823U025.520n J0(U02

2、ra)有一个零点(r2.405aU02)而J0(U02)始终小于零。故导模场沿径向有一个零点(振幅变号)。沿角向无零点。光强分布为一亮园环和纤芯中心的亮斑。n LP11模: (Ey)11AJ1(U11r/a)/J1(U11)cos 2.405U113.823;n J1(U11ra)与J1(U11)均大于零,即场沿径向无零点;沿角向场分布为cos,当/2和3/2时出现零点,故场沿角向有一条零线。因此,场的振幅分布在y轴两侧改变符号,其光强分布为两个半园光斑,纤芯中心为暗线。n LP21模: (Ey)21AJ2(U21r/a)/J2(U21)cos23.823U215.136;0U21r/a5.1

3、36n J2(U21ra)与J2(U21)均大于零,即场沿径向无零点,沿角向场分布为cos2,当p/4, 3p/4, 5p/4 以及7p/4 时出现零点, 即场沿角向有两条暗线,将光场分为四个亮斑。3、 实验仪器计算机一台（安装MATLAB软件）。4、 实验步骤（1）分析LPmn模在纤芯的横向电场公式，理解公式中贝塞尔函数和一些变量的意思；（2）利用MATLAB语言编写计算纤芯中横向电场的程序；（3）在MATLAB界面中调试；（4）观察LPmn模的图形。5、 测量结果程序调试通后，输入不同的纤芯半径和m值，观察并分析得到的LPmn模场图，画出LP01、LP11、LP02、LP12模场图。6、

4、实验报告（1）实验目的；（2）实验原理；（3）设计软件流程图；（4）实验结果及分析；（5）附MATLAB软件清单。附参考程序wavelength=1.55e-6;%光波长%光纤半径 %LP02模%m=0 a=5e-6%LP01模%m=0 a=2e-6%LP11模%m=1 a=2e-6%LP12模%m=1 a=5e-6; a=3e-6;m=1;K0=2*pi/wavelength;n1=1.45;n2=1.4;beta=2*pi/wavelength*(n1+n2)/2;U=(K02*n12- beta2)0.5*a;W=(beta2- K02*n22)0.5*a;step=100;xx,yy=

5、meshgrid(-2*a:2*a/50:2*a, -2*a:2*a/50:2*a);xx=-2*a:2*a/50:2*a;yy=xx;nx=0;ny=0;for x=xxnx=nx+1;ny=0;for y=yyny=ny+1;sita=atan2(y,x);r=(x2+y2)0.5;if raEx(nx,ny)=besselj(m,U/a*r)/besselj(m,U)*cos(m*sita);elseEx(nx,ny)=besselk(m,U/a*r)/besselk(m,W)*cos(m*sita);endendendfigure;surf(xx,yy,abs(Ex);参考文献：陈明阳

6、.MATLAB在光纤通信课程教学中的应用J，计算机教育，2007（），229-230.实验1-2 1310/1550波长合波器测量实验实 验 内 容1. 了解光波分复用器的各种特性2. 熟悉光波分复用器的应用方法一、实验目的1. 深入了解光波分复用器的各种特性2. 熟悉光波分复用器的应用方法二、实验电路工作原理与测量方法使用光波分复用器的主要目的是提高光纤传输线路的传输容量。在本实验系统中，波分复用器是一个重要的器件，本实验系统的每一个光传输过程都经过了光波分复用器和解复用器，合波过程的线路连接示意图如图191所示：Tx11550光发射机1310光发射机1310+15501310/1550WD

7、MTwTx2光功率计 图19-1 波分复用器合波的连接示意图1、 测量波分复用器的插入损耗（1） 用光功率计测量光源（1310）Tx1输出的光功率，记为P1，送入波分复用器后（此时1550波长光源断开），用光功率计测量输出线路上“Tw”点的光功率，记为Pw。记录测量结果，填入表格表191，计算波分复用器在1310波长时的插入损耗。（2） 断开1310波长光源，用光功率计测量光源（1550）Tx2输出的光功率，记为P2，送入波分复用器，用光功率计测量输出线路上“Tw”点的光功率，记为Pw。记录测量结果，填入表格表191，计算波分复用器在1550波长时的插入损耗。表191输入功率（dBm）输出功率

8、（dBm）插入损耗（dB）P1 (1310nm)：Pw (1310nm)：P2 (1550nm)：Pw (1550nm)：实验2-1 NRZ码、CMI码的码型变换实 验 内 容1. 光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点2. CMI码的编解码实现方法3. 分析 CMI编解码的电路及各测量点波形一、实验目的1.了解光纤通信采用的线路码型2.掌握CMI码的特点及编解码实现方法二、实验电路工作原理1.线路码型数字光纤通信与数字电缆通信一样，在其传输信道中，通常不直接传送终端机（例如PCM终端机）输出的数字信号，而需要经过码型变换，使之变换成为适合于传输信道传输的码型, 称之为线路码型. 在数字电缆通

9、信中, 电缆中传输的线路码型通常为三电平的“三阶高密度双极性码”, 即HDB3码，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平码。但简单的二电平码的直流基线会随着信息流中“0”“1”的不同的组合情况而随机起伏，而直流基线的起伏对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。线路编码还有另外两个作用：其一是消除随机数字码流中的长连“0”和长连“1”码，以便于接收端时钟的提取。其二是按一定规则进行编码后，也便于在运行中进行误码监测，以及在中继器上进行误码遥测。由于本实验系统所用的光纤收发模块是

10、单模光纤，因此对模拟信号是不能传送的，只能传送数字信号，所以HDB3码在本实验系统中是不能传送的。下面对数字信号CMI码进行分析和讨论。数字光纤通信传输信道中，对于低速率系统采用CMI(Coded Mark Inversion) 码,传号翻转码，即“1”码交替地用“00”和“11”表示，而“0”码则固定用“01”表示，因此在1个时钟周期内，CMI编码器输入1bit的时间内输出变为2bit。CMI码属于二电平的不归零（NRZ）的1B2B码型，图6-1 为CMI码与NRZ的关系，这种码的特点是:（1)不出现连续4个以上的“0”码或“1”，易于定时提取。（2)电路简单，易于实现。（3)有一定的纠错能

11、力。当编码规则被破坏后，即意味着误码产生，便于中继监测。（4)有恒定的直流分量，且低频分量小，频带较宽。（5)传输速率为编码前的2倍，适用于低速率的光纤传输系统。定时（CLK）1 1 1 0 1 0 0 1NRZ1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 CMI图6-1 CMI码与NRZ码的转换关系原理说明图2.CMI编码电路（1）CMI编码电路的功能CMI编码电路的方框图见图6-2。它接收来自伪随机码产生器产生的15位的伪随机码，把它变换为CMI码送至光发送单元。伪随机码产生器及CMI编码电路均由CPLD可编程逻辑器件EPM7128编程组成。TP409PN码可编程信号发生

12、器CMI编码电路64KHz时钟TP402CMI码TP401图6-2 可编程信号发生器CMI编码电路方框图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 TP402： 64KHz CMI码时钟TP409： 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 PN码 TP401： CMI码 图6-3 CMI编码电路的输入输出波形（2）CMI编码电路的输入输出波形CMI编码电路输入的伪随机码、32KHz时钟、输出的CMI码可分别在TP04、TP06、TP05测量，其波形见图6-3所示。3.CMI解码电路（1）CMI解码电路的功能CMI解码器将光收端机送来的CMI码还

13、原为单极性非归零码，在本实验中为15位伪随机码。图64为CMI解码电路方框图。（2）电路组成CMI的解码由CPLD可编程器件EPM7064（U501）编程完成。它的设计思路是采用串并变换电路把串行码变成并行码，即把CMI码的每一组00、11、或01码中的奇数码与偶数码分离开来，变成奇偶分列的、时序一致的码序列，再用判决电路逐一加以比较，判决输出传号还是空号，从而解出单极性信码。CMI码CMI解码输出TP401可编程信号发生器CMI解码电路64KHz时钟TP201图64 CMI解码电路方框图（3）工作过程当一序列64Kb/s的CMI码进入解码器后，根据CMI码的编解码规则解码：奇偶数码相同者判为

14、传号、相反者判为空号。输出一序列64Kb/s的单极性码，本实验为15位伪随机码。(可从TP201测量)，图65为 CMI解码波形图。 TP401 00 11 00 11 01 01 01 00 01 01 11 00 01 11 01 TP201 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 图65 CMI解码波形图三、实验内容1.了解光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点2.了解CMI码的编解码实现方法3.分析CMI编解码器电路的各个测量点的波形4.比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同四、实验步骤及注意事项1将J701、J901跳线设置在“CMI”位置，J702、J902跳

15、线设置在“CMI”位置。2. 用示波器测出TP409的波形，为PN码波形3用示波器观察TP201点的波形，为CMI编解码输出波形，应与TP409的波形一致。五、测量点说明TP201:CMI解码输出波形六、实验报告要求1.为什么要进行线路编码，什么叫做线路码型。2.比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同。3.CMI码的编码规则是怎样的，CMI编解码器输入信码与输出信码码型、码速各是怎样的。4.分析本实验的CMI编解码电路的工作过程，画出各测量点的工作波形。实验2-2 码型变换（CMI）软件设计实验1、实验目的（1）掌握用MATLAB编写程序的方法；（2）掌握CMI的编码实现方法。2、实验仪器计

16、算机1台（安装MATLAB软件）。3、实验步骤（1）分析CMI的编码原理，画出流程图；（2）利用MATLAB语言编写CMI的编解码程序；（3）在MATLAB界面中调试；（4）观察CMI波形。4、测量结果程序调试通后，输入不同的NRZ码，观察并分析得到的CMI码，画出波形图；再输入不同的CMI码，观察并分析得到的NRZ码，画出波形图。5、实验报告（1）实验目的；（2）实验原理；（3）设计软件流程图；（4）实验结果及分析；（5）附MATLAB软件清单。6、思考题1、光纤能否传HDB3码？2、重新设计一种CMI编解码方案。附参考程序：clf resetglobal z;set(gcf, unit,

17、normalized, position,0.1, 0.25, 0.55, 0.45);set(gcf, defaultuicontrolunits,normalized);set(gcf, defaultuicontrolfontsize,9);set(gcf, defaultuicontrolfontname,楷书);set(gcf, defaultuicontrolhorizontal,left);set(gcf, menubar,none);str=光纤实验五;set(gcf,name,str,numbertitle,off);uicontrol(gcf, Style, text, F

18、ontSize, 20, FontName, 隶书, BackgroundColor, 0.79 0.79 0.79, position, 0.331 0.820 0.41 0.08, String, CMI码型变换实验);uicontrol(gcf, Style, frame, BackgroundColor, 0.79 0.79 0.79, position, 0.10 0.170 0.8 0.56);uicontrol(gcf, Style, text, BackgroundColor, 0.79 0.79 0.79, FontSize, 14, position, 0.16 0.40

19、0.70 0.15, String, 请输入0,1随机NRZ码或CMI码,数字间用空格或,隔开。);hedit1=uicontrol(gcf, Style, edit, BackgroundColor, w, position, 0.32 0.40 0.40 0.07, Callback, strtrans);hpush12=uicontrol(get(hedit1, Parent), Style, push, FontSize, 12, position, 0.25 0.22 0.15 0.08, string, 编码);set(hpush12,Callback,transform);hpu

20、sh21=uicontrol(get(hedit1,Parent),Style,push,FontSize,12,position,0.55 0.22 0.15 0.08, string, 译码);set(hpush21,Callback,untransform);%global z;y=get(gcbo,String);z=str2num(y);global z;figure;n=length(z);x=0:1:2*n;%x=linspace(0,2*n,2*n+1);clk=ones(1, 2*n+1)*4;temp=1;for i=1:n clk(2*i-1)=5; NRZ(2*i-1)

21、=z(i)+2; NRZ(2*i)=z(i)+2; if z(i)=0 CMI(2*i-1)=0; CMI(2*i)=1; else if z(i)=1 if temp=1 CMI(2*i-1)=1; CMI(2*i)=1; temp=0; continue; end if temp=0 CMI(2*i-1)=0; CMI(2*i)=0; temp=1; continue; end end end endNRZ(2*n+1)=NRZ(2*n);CMI(2*n+1)=CMI(2*n);Y=zeros(2*n+1,3);for i=1:(2*n+1) Y(i,1)=clk(i); Y(i,2)=N

22、RZ(i); Y(i,3)=CMI(i);endstairs(x, Y);xlabel(Time);legend(CLK,NRZ,CMI);ylim(-1 6);set(gca,ytick,);str=编码波形图;set(gcf,name,str,numbertitle,off);global z;figure;n=length(z);x=0:1:n;%x=linspace(0,2*n,2*n+1);clk=ones(1, n+1)*4;m=uint32(n/2);m=double(m);temp=1;for i=1:m clk(2*i-1)=5;endfor i=1:n CMI(i)=z(i

23、); if mod(i,2)=1 if z(i)=0 & z(i+1)=0 NRZ(i)=3; NRZ(i+1)=3; end if z(i)=1 & z(i+1)=1 NRZ(i)=3; NRZ(i+1)=3; end if z(i)=0 & z(i+1)=1 NRZ(i)=2; NRZ(i+1)=2; end if z(i)=1 & z(i+1)=0 NRZ(i)=2; NRZ(i+1)=2; end endendNRZ(n+1)=NRZ(n);CMI(n+1)=CMI(n);Y=zeros(n+1,3);for i=1:n+1 Y(i,1)=clk(i); Y(i,2)=NRZ(i);

24、Y(i,3)=CMI(i);endstairs(x, Y);xlabel(Time);legend(CLK,NRZ,CMI);ylim(-1 6);set(gca,ytick,);str=译码波形图;set(gcf,name,str,numbertitle,off);参考文献：韩庆文.微波技术及光纤通信实验M,重庆大学出版社，2005.11.实验3 SDH基本配置操作（普通业务）3.1实验说明3.1.1实验目的掌握E300网管的基本组成部分掌握E300网管的启动步骤掌握用E300网管创建网络的步骤掌握如何检查配置的正确性，包括业务和时钟掌握常见问题的处理方法3.1.2实验项目启动E300网管，

25、在网管上创建一个SDH网络3.1.3实验要求电脑的基本操作方法掌握SDH基本原理，了解复用映射结构掌握ZXMP S330设备的基本结构和设备功能3.1.4实验时长4个学时3.1.5实验条件网管已经安装完成3.2实验规划3.2.1设备分配每人一台电脑，进行脱机实验ABC 3.2.2组网规划EFG DH3.2.3数据规划网元A、B、C、D、E、F、G、H均为ZXMP S330设备；其中ABC是155M链，DEFG 是2.5G二纤环，GH是622M二纤链；各网元间业务配置如下：AB：1个2MAC：2个34MDE：2个2MDF：2个2MFH：2个2MEH：2个34M3.3实验步骤及记录3.3.1启动网

26、管1启动Server启动GUI。2备份一个空的数据库，（名称可以参考：“Blank0102”，指的是1月2号），备份在缺省目录下。3.3.2创建网元 在客户端操作窗口中，单击设备管理创建网元选项，或单击工具条中的 按钮，弹出创建网元对话框。通过定义网元的名称、标识、IP地址等参数，在网管客户端创建网元。注意问题：（1）网元标识和网元IP地址应当怎样设置？回答：（2）网元状态包括在线和离线两种状态，两者有什么不同？本次实习应选择哪种状态？回答：（3） 查询或修改网元属性。在客户端操作窗口的导航树或拓扑图中，选择一个网元，单击鼠标右键，在弹出的右键菜单中选择网元属性选项，或在客户端操作窗口中，选择

27、网元，再单击工具条中的 按钮。弹出网元属性对话框。可以查询网元属性，或对网元属性做一些修改。但不是所有的网元属性都是可以修改的，请列出创建完的网元，哪些属性可以修改？回答：& 小窍门：如果只查询网元标识或网元IP地址，将鼠标移动至拓扑图中该网元的位置，网管弹出提示条，显示鼠标所指网元的简要信息，包括ID（即网元标识）和网元IP地址。填写网元的信息： 网元参数ABCDEFGH网元名称网元标识网元地址系统类型设备类型网元类型速率等级在线/离线自动建链配置子架3.3.3安装单板在客户端操作窗口中，双击拓扑图中的网元标识。根据待安装单板的类型，在单板类型选择区单击相应的板按钮，板按钮高亮显示，同时，模

28、拟子架区中可以安装该类型单板的空闲槽位变为亮黄色，单击某个亮黄色槽位，该单板安装完毕。依次安装其它单板。 为取消安装按钮，点击该按钮后，槽位上的亮黄色会消失。注意问题：（1）可以先创建一个网元，安装单板，注意修改交叉板的属性。 “预设属性”的含义是什么？什么时候选择这个？回答：（2）配置完一个网元的单板后，可以用复制的方法创建其它相同类型的网元，然后做网元属性的一些修改。复制网元不是可以随便复制的，有哪些限制？回答：（3）如果单板安装出错，如何修改？回答： 填写网元单板安装数量信息： 网元单板ABCDEFGHNCPOWCSSCOL16OL4OL1ET1ET32.3.4连接网元在客户端操作窗口中

29、，选择SDH网元，单击设备管理公共管理网元间连接配置菜单项，或单击工具条中的 按钮，弹出连接配置对话框，增加网元间连接关系。连接网元最好是能够在配置图中预先做好连接关系的分配，可以避免盲目工作。条理清楚。注意，因为是默认“双向”，左边的网元和右边的网元，只要按照正确的连接方法连接就可以了，不用太多考虑方向。请填写连接关系表格序号源网元目的网元请说出左下角的“单向”是什么意思？我们什么时候会用到？回答：如何修改不正确的网元间连接关系？回答：2.3.5中继配置这个是选配部分，因为有时候我们会遇到中继网元的配置。什么是中继网元？中继网元的配置步骤和方法是什么？可以选择网管上面没有业务的点进行中继配置

30、。回答：2.3.6公务配置选择SDH网元，在客户端操作窗口中，单击设备管理公共管理公务配置菜单项，或单击工具条中的 按钮，弹出公务配置对话框。2个步骤：（1） 公务号码的配置，可以选择“自动配置”。 注意：这样做可以将全网中所有网元进行公务号码的分配，不用再对一个个网元去配置号码了。公务号码会按照创建网元的顺序倒着安排，譬如一共有10个，A是第一个创建的网元，Z是第十个，则A的号码就为109，Z为100，如果不满意，你可以自己在网管上进行修改（2）公务控制点的配置：当网络成环的时候，为了防止公务成环，我们会配置公务控制点，如果网络是链形就没有必要了。 注意：公务控制点可以是网络中的任意一个网元

31、，我们可以选择多个控制点，但是注意对于每一个控制点会有一个优先级。然后可以点击“查询保护”查看所有的公务控制点以及优先级顺序。怎样删除不想要的公务控制点？回答：2.3.7时钟源配置在客户端操作窗口中，选择SDH网元，单击设备管理SDH管理时钟源菜单项，或单击工具条中的 按钮，弹出时钟源配置对话框。时钟配置注意选择一个网头，一般情况下网头只可以配置外时钟和内时钟，如果你用的是标准的SSM的话，注意，要先在“时钟源配置”的“SSM字节”中“启用SSM”，这样在“时钟源配置”的“定时源配置”中的“自动SSM”才会生效，否则这里即使选择“自动SSM”也是不会起作用的。填写网元时钟源配置信息：网元优先级

32、1时钟源优先级2时钟源ABCDEFGH在选择“外时钟”的时候，优先级的作用是什么？端口的含义是什么？回答：2.3.8业务配置（时隙配置）1什么是业务配置？传输设备可以完成PDHSDH的交叉，以及SDHSDH的交叉。举例说： 网络连接如图2.3-1所示，AB有一个2M的业务，AC有一个2M的业务，如何进行时隙配置？ABC图 01 网络连接图连接： A（6）（3）B（6）（3）C实验配置的时候是考虑每个网元内部的交叉连接，有人第一次见到时隙配置的时候会认为是A（6OL）交叉到B（3OL），这种认识是错误的，因为A和B是通过光纤连接的，只要光纤连接成功，不需业务配置A（6）和B（3）就可以通业务了。

33、（1）AB有一个2M的业务：A：ET1 （1# 2M） 6OL （1AUG 1TUG3 1TUG2 1TU12）B：3OL （1AUG 1TUG3 1TUG2 1TU12） ET1 （2# 2M）注：A的画线部分必须要和B的画线部分完全相同，因为A和B之间是通过光纤相连的，不可以改变序号。如果A选择6OL （1AUG 1TUG3 1TUG2 1TU12），B选择6OL （1AUG 1TUG3 1TUG2 2TU12）就不可以了！但是A的支路板和B的支路板可以选择不同的2M端口号。（2）AC有一个34M的业务：注意业务是AC，所以只有A和C需要配置EP3板，B点不需要。A：ET3 （1# 34M

34、） 6OL （1AUG 2TUG3 ）B：3OL （1AUG 2TUG3 ） 6OL （1AUG 2TUG3 ）C：3OL （1AUG 2TUG3 ） ET3 （1# 34M）注：A点选择2TUG3是因为AB的业务已经用了1TUG3B点的6OL可以选择1TUG3，但是考虑到节约时分的要求，就仍然用了2TUG3。2操作方法在客户端操作窗口中，选择SDH网元，单击设备管理SDH管理业务配置菜单项或单击工具条中的 按钮。弹出业务配置对话框，如图 2.32所示。图 02 业务配置对话框3界面说明（1）请选择网元：显示当前所选网元，并可在下拉列表框中选择客户端操作窗口中选择的其他网元。（2）操作方式：包

35、括查询和配置两个选项。选择查询时，对话框仅完成网元业务的查询功能；选择配置时，激活对话框中右侧的命令按钮，可进行网元业务的配置操作。（3）显示内容：业务配置对话框中显示或即将配置的连线类型，包括时隙、保护和全部。选择全部表示显示所有时隙配置和保护配置连线。（4）配置方式：待配置时隙的类型，包括单向和双向两个选项。单向表示仅配置发方向或收方向业务，双向表示配置发方向业务的同时自动配置收方向业务。配置时，系统默认为双向业务。（5）按钮：单击后，确认配置，但尚未保存到数据库和下发至NCP板。（6）按钮：单击后，删除所选时隙，但尚未保存到数据库和下发至NCP板。（7）按钮：单击后，清空当前所选网元的时

36、隙配置或保护配置。（8）按钮：单击后，将当前网元的所有时隙及保护配置保存至数据库，如果当前网元在线，下发到网元NCP板。（9）按钮：单击后，仅将新配置数据下发到网元NCP板。（10）左侧树：显示接收端光板的时隙配置和保护配置。（11）右侧树：显示发送端光板的时隙配置和保护配置。（12）支路板列表：列出当前网元已安装且可进行业务配置的支路板。配置有业务的单板名称后有符号“*”标识。（13）支路时隙列表：显示支路板列表中所选支路板与光板的上下支路配置。（14）连接信息显示条：当鼠标移动至图 02中的时隙时，显示鼠标所指时隙的端点信息，包括起始、终结端点的单板、端口和通道信息。（15）树节点：分为光板、端口级、AUG级、AU级、TUG3级、TU级、支路级。光板树节点：由单板名称、机架ID、子架ID和槽位号组成，如 表示该单板