实验四光通信系统信号复用实验

1、实验四 光通信系统信号复用实验一、实验目的1. 了解光波分复用器（wdm）的指标要求，常握光波分复用器的测试方法，学习 光波分复用器的用途。2. 了解数字时分复用/解复用的概念和原理、以及数字时分复接光通信系统的结构。二、实验仪器1. 光纤通信实验箱2. 20m数字双踪示波器3. pc 机4光可调衰减器5. 光功率计6. 光波分复用器（中心波长1310/1550）1对7. 小型电话单机28. 计算机串口线9. 信号发生器三、实验原理（一）光波分复用光波分复用器又称为光合波/分波器，光波分复用可以提高光纤传输线路的传输容量。 波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波t的儿个光载波，而每个光载波又

2、各自载 荷一群数字信号，因此波分复用又称多群复用。图41给出的是波分复用通信的原理图。 具有不同波长、各自载有信息信号的若干个载波经由通道qh、ch2、clh等进入合波器, 被耦合到同一条光纤中去，再经过此条光纤长距离传输，到终端进入分波器，由其按波长将 各载波分离，分别进入各自通道ch】、ch2、ch,并分别解调，从而使各自载荷的信息重 现。同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图中的虚线所示，这样的复用称为双向复用, 显然，双向复用的复用量将增大一倍。从上面分析不难看出，复用通信系统中关键的部件是合波、分波器，由于分波器与合波 器在原理上是相同的，因此可统称波分复用器。chi wch2chn

3、-1chn wchn-1> chn<> chi> ch2<合波器、分波器chl+ch2+-+chn分波器、合波器图41波分复用原理图光波分复用器的主要性能指标是：波分复用光通道数、工作波长、插入损耗、波长隔离度以及结构方式、外形尺寸等等。光波分复用器的主要技术性能指标如：工作波长：1300、1550nm插入损耗：wo. 5db波长隔离度:>20 db温度范闱：065°c热稳定性：w4%回波损耗：>50 db最大功率：350mw本实验系统提供了 1310nm. 1550nm两个工作波长光源，所以配置波分复用器也必须是 这两个工作波长。图42为波

4、分复用器（合波器、分波器）在木实验系统屮常用连接示意 图。a点1310nm光波与b点1550nm光波经合波器复用到达c点，即1310nm+1550nm光波； c点复用光波经分波器后，又分为d点1310nm光波和e点1550nm光波。理想情况下，d点 应是与a点完全一样的1310nm光波，e点应是与b点完全一样的1550nm光波。由于插入损 耗等性能指标并不十分理想，d点和e点输出的光波的功率与输入的a点，b点的参数会有 差异。下面将对插入损耗和隔离度等指标进行测量。tx131o图4 2波分复用器常用连接示意图图4一2中，c点的1310nm光功率与a点的1310nm光功率的差值为光波分复用器对

5、1310nm光传输的插入损耗，c点的1550nm光功率与b点的1550nm光功率的差值为光波分复 用器对1550nm光传输的插入损耗。但由于便携式光功率计不能滤除131 onm光只测1550nm 的光功率，同吋也不能滤除1550nm光只测1310nm的光功率。所以我们改用下面方法进行插 入损耗测量，也可以同时对其隔离度指标进行测量。见图4 3。tx1310b155()nm光发tx1550图4一3波分复用器测量连接示意图1、测量1310nm的插入损耗和波长隔离度如图4 3中所示，首先测出1310nm光源的输出光功率，记为阳。紧接着 将波分复用器的c点接1310nm光源a点,用光功率计测出波分复用

6、器的输出d、 e两点功率，分别记为pd、pe。代入下面公式得岀对应的插入损耗和隔离度。 填入表格3. 4. k插入损耗：l =10l (db)(式 4. 1)pi隔离度：lv =10厶£垃(db)(式 4. 2)$pe2、测量1550nm的插入损耗和波长隔离度如图4一3中所示,首先测出1550nm光源的输出光功率，记为pb。紧接着 将波分复用器的c点接1550nm光源b点,用光功率计测出波分复用器的输出e、d两点功率，分别记为pe填入表格4. 10、pdo代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。插入损耗：& =10 厶g 吃(db)(式 4.3)隔离度：l(r =10lg (

7、db)(式 4.4)表(4. 1)输入功率（mw）输出功率（卅）插入损耗（db）隔离度（db）1310nmpa：pd：pe：1550nmpb：po：pd：3、数字电话光纤传输（双工）利用两路波分复用光纤传输双工数字电话原理如图所示0p201p202图4一4数字电话光纤通信基本组成结构示意图（二）数字复接在数字通信中，为扩大传输容量和提高传输效率，通常需要把若干低速的数据码流按一 定格式合并为高速数据码流。数字复接就是依据时分复用基本原理完成数码合并的一种技 术。在时分复用中，把时间划分为若干时隙，各路信号在时间上占有各自的时隙，即多路信 号在不同的吋i'可内被传送，各路信号在吋域中互不

8、重叠。把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程 称为数字复接，其实现设备称为数字复接器。在接收端把一路复合数字信号分离成各路信号 的过程称为数字分接，其实现设备称为数字分接器。数字复接器、数字分接器和传输信道 共同构成数字复接系统。本实验箱中，数据发送单元模块的u101内集成了数字复接器，数 据接收单元的u105内集成了数字分接器，连接好光传输信道即构成了一个完整的数字复接 系统。数字复接的方法主耍有按位复接、按字复接和按帧复接三种；按照复接时各路信号时钟 的情况，复接方式可分为同步复接、异步复接与准同步复接三种。本实验箱中是选用按字复 接的方法和准同步复接的

9、方式。本实验箱中的数字复接系统方框图如图4 5所示。pcm1pcm2pc机8bit定时单元给设备提供一个统一的基准时钟。码速调整单元把速率不同的各支路信号，调 整成与复接设备定时完全同步的数字信号，以便由复接单元把各支路信号复接成一个数字流。 木实验屮，码速调整单元将pcm1编码数据、pcm2编码数据、pc机数据和地址开关（拨码器） 设置的8bit数据都调整成速率为512khz的码元，然后复接进同一个数据码流中。并在第1 路吋隙中加入帧同步信号，在第7路时隙中加入的有关数据信息的信令。本实验中同步复接 的帧结构如图4一6所示。pcmipcm2<>vjr第2路”第3路帧同步码第1路信

10、令笫7路数据第8路图4一6同步复接的帧结构示意图目前在系统程序屮仅提供了四路数据参加复接，加上同步帧头，所以还有3路时隙空闲,可供升级。在默认控制下，各路数据占据的时隙位置如下表4.1。 表4. 1数据类型帧头pcm1pcm2空胃.空置8btt拨码器信令*pc数据*时隙 位置第1路第2路第3路第4路第5路第6路第7路第8路数字分解器由同步、定时、分接和恢复单元组成。同步单元的功能是从接收信码中提収 与接收信码同步的码元时钟信号。定时单元的功能是通过同步单元提取时钟信号的推动，产 生分接设备所需要的各定时信号，如帧同步信号、时序信号。分接单元的功能是把复接信 号实施分离，形成同步支路数字信号。恢

11、复电路的功能是把被分离的同步支路数字信号恢复 成原始的支路信号。tx1310数据信号发生线路编码*p201-*1w201p103丄ld及其驱动电路wdm1550 伯intx1550光功率辻p101图4 7复用器插入损耗和波长隔离度的测量五、实验步骤(一) 光波分复用器1310nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量1关闭系统电源。连接1310nni光发射机的tx1310法兰接口和光功率计。注意收集好器 件的防尘帽。2. 打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验一平均光发功率”。确认3. 示波器测试p103 (p108)钏孔波形，确认有相应的波形(1khz的31位m序列)输 出。4. 用信号连接线连

12、接p103 (p108)和p201,示波器a通道测试tx1310测试点，确认 有相应的波形输出，调节w201即改变送入光发端机信号(tx1310)幅度最大(不超过5v), 记录信号电平值。5. 调节光功率计工作波长“ 1310nm单位“mw”,读取此时光功率,即为1310nm光发 射端机在正常工作情况下，对于31位in序列的平均光功率，记录光功率pao6关闭系统电源,按照图4一7将光波分复用器串入，测得1310nm输出端口的光功率pd, 紧接着将光功率计移到1550nm输出端口，测得1550nm串扰光功率pc,注意收集好器件的 防尘帽。7. 将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。

13、8. 关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。(二) 光波分复用器1550nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量1关闭系统电源，连接1550nm光发射机的tx1550法兰接口和光功率计，注意收集好器 件的防尘帽。2打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验一平均光发功率”。确认3. 示波器测试p103 (p108)钏孔波形，确认有相应的波形(1khz的31位m序列)输 出。4. 用信号连接线连接p103 (p108)和p203,示波器a通道测试tx1550测试点，确认 有相应的波形输出，调节w205即改变送入光发端机信号(tx1550)幅度最大(不超过5v), 记录信号电平值。5. 调节光功率计工

14、作波长“ 1550nm单位“mw”，读取此吋光功率，即为5510nm光发 射端机在正常工作情况下，对于31位m序列的平均光功率，记录光功率pb。6. 关闭系统电源，按照图4-7将光波分复用器串入，测得1310nm输出端口的光功率pd, 紧接着将光功率计移到1550nm输岀端口，测得1550nm串扰光功率pe,注意收集好器件的 防尘帽。7. 将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。8. 关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。（三）光波分复用传输数字电话光纤传输（双工）1. 关闭系统电源，按照图4-8接线。连接p601和p602, p603和p201, p202和p802,p801

15、和 p203, p204 和 p604, p803 和 p804）；两 wdm 器相连接,一端的 1310nm 光纤接1310nm光发射机的tx1310法兰接口,另一端1310nm光纤接1310nni光接 收机的rx1310法兰接口； 一端的1550nm光纤接1550nm光发射机的tx1550法兰 接口，另一端1550nm光纤接1550nm光接收机的rx1550法兰接口。注意收集好器 件的防尘帽。p201图4 8波分复用实验结构示意图2. 打开系统电源，在液晶菜单选择“光纤传输实验-pcm数据”的子菜单，确认；电话a、 b两路“pcm编译码”正常工作，将语音信号转化为64khz的数字信号输出。

16、3. 电话a摘机，拨号（如：49）o4. 振铃，被叫方电话b摘机，通话。5. 关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。6. 设计用wdm同向传输两路信号的实验，画岀连接图，写出实验步骤。sw101拨码二匕用户a： 48p601p602i_ii_itisppcm编码pcm译码j109j11q分接能时复功p108->rs纟口口平换串电转口 p114用户b： 49p：pcm 编码pcm时分解复接功能113p201p111rx1310zltx1310n开关量信号直接驱动指示灯显示图4 9时分复用实验结构示意图(四) 数字吋分复用1关闭系统电源，按照图49接线。用单模光纤连接1310nm光发射机的

17、tx1310法兰 接口和1310nm光接收机的rx1310法兰接口。注意收集好器件的防尘帽。用串口线连接实验箱接口 db701至pc机串口连接p703和p702,连接p701和p704o2. 电话单机a、电话单机b分别接到用户a与用户b电话接口上；3. 各路数据复接的连接：电话 a (pcm1)：连接 p601 和 p602； p603 和 p109：电话 b (pcm2)：连接 p801 和 p110；8b1t拨码器：内部读取。复接数据发送：连接p108和p201。4. 各路数据分接的连接：复接数据接收：连接p202和p111电话 a (pcm1)：连接 p114 和 p604电话 b (p

18、cm2)：连接 p113 和 p802； p803 和 p8048bit发光二极管显示：内部读取，可从其亮灭状态验证解复是否正确。解复接提取同步帧头：p1155. 打开系统电源，在液晶菜单选择“光纤系统实验”的子菜单，确认；液晶将显示帧头、 pcmk pcm2、8bit等的默认复接时隙，详细见表4.1。系统开始运作。一旦系统开始稳 定运作，8bit发光二极管正常显示与sw101设置同。6. 电话a (48)呼叫电话b (49),检验其通话质量。7. 改变8bit拨码器的数据组合，检验8btt发光二极管的显示状态是否符合拨码器的数 据组合。8. 运行计算机串口通信软件“十分复用数据软件”，界面如图4-10所示，设置有关参数, 在“发送数据”窗口写数据，如果通信信道没有误码，在“接收数据”即可收到与“发 送数据”窗口中一样的数据。9. 示波器a通道接p111 (收端提取)观测复接数据(稍有延时)，示波器b通道接p115 对照复接数据的帧同步矩形窄脉冲，对照表4.1,检验各路数据的时隙分配情况，记录 复接波形和数据。10. 断开光路，检验系统是否还工作正常。11在光路中串入可调衰减器，缓缓增加衰减量，检验系统是否还工作正常。图4-10 pc机时分复用数据传输软件界面五.实验结果