光纤通信实验指导书

光纤通信原理实验教程

（第二版）

唐修连编著

江苏盛泰信通科技发展有限公司

光纤通信原理实验教程

（第二版）

唐修连编著

江苏盛泰信通科技发展有限公司

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刖吞

为了配合有关《光纤通信系统原理》等课程的教学和实验需要，我们研制

开发的光纤通信系统原理综合实验箱。共收入了8个实验，如杲实验室配备有

光纤通信常用的仪表，还可在此基础上开设更复杂的实验7个。

与该书配套的光纤通信系统原理综合实验箱，置于一个便携式的实验箱

内，该系统的突出优点有：

1、该实验箱采用模块化设计，波形测试点多，调节点多，有利于学生动手

操作实验。

2、系统采用硬件和软件、分列元件和集成器件相结合，有利于对原理的理

解。

3、该实验箱述可根据实验者口己的设计来控制，组合齐模块完成不同的实

验项目。

本实验教程出同完成，出于水平有限，书中缺漏难免，欢迎使用者批评指

正。

编著者

2000.11

第一章光纤通信实验系统总体介绍..............................1

第二章光纤通信基础实验........................................1()

实验一、光纤通信实验系统信号发牛器单元实验........................10

实验二、中央处理器(CPU)单元实验.................................15

实验三、码型变换(CMT)实验......................................23

实验四、光发送系统实验..........................................29

实验五、光接收系统实验..........................................37

实验六、PCM话路光传输系统实验.................................43

实验七、变速率数据光传输实验......................................46

实验八、模拟和数字光纤系统综合实验..............................51

第三章光纤通信加强实验........................................57

实验九、数字光发送接口指标测试实验..............................57

1、消光比EXT测试

2、平均发送光功率

实验十、数字光接收接口指标测试实验...............................60

1、灵敏度测试

2、动态范围测试

实验I•一、PCM话路特性测试实验..................................62

实验十二、光纤传输特性测量实验...................................63

1、光纤损耗的插入测试法

2、多模光纤带宽的时域测试法

实验十三、光纤无源器件特性测试实验...............................65

1、光纤活动连接器

2、Y型分路器

3、星型耦合器

实验十四、图像光纤传输系统实验...................................66

实验十五、波分复用(WDM)光纤通信系统实验........................67

第四章常用光纤通信仪表简介.................................69

5.I光功率计...................................................69

5.2稳定光源....................................................70

5.3光时域反射仪(OTDR)....................................................................................74

5.4课码测试仪..................................................75

5.5光纤熔接机...................................................79

5.6PCM终端测试仪.............................................81

第五章光纤通信实验原理电路..................................83

第一章光纤通信实验系统总体介绍

一、概述

本实验系统根据光纤通信系统原理的主要知识点进行实验，结合电子技术和微

处理器技术，针对光纤通信系统的典型应用可进行8项实验或示教，实验

内容重点突出,内容丰富，有重点的培养实验者的动手能力。实验系统总方框

图如图1所示,它由以下7个部分单元电路组成：

1、信号发生器单元

2、模拟接口单元

3、数字接口单元

4、信号处理单元

5、中央CPU控制单元

6、光发端机单元

7、光接收机单元

侮个单元电路的详细说明将在后面的实验中逐一介绍。图2是实验系统的

电原理图。图3是实验系统元件分布图。

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CPU中央处理控制单元

图1实验系统总方框图

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IJ102CZ3--JW103IS)2K303LJK301

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光纤传输系统实验数字电话07Pxi

31010

TP1060DK302

CZJK108(=□K103

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松拟电话

IPIOSO

码型变换

OTP507

1PH55码解码电路。“述

中央CPU控制单元

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器

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性盘电路S一

K1。信号源

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(ZZJC)ccO

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0HTP501TP502TP503

GND

二、光纤传输系统介绍

光纤是由高纯度的SiO?（俗称玻璃）制成的良好的通信媒介，•其优点是尺

寸小、质量轻，其纤芯典型尺寸多模光纤为50um或62.5uHI,比人的头发丝还

小。抗电磁干扰保密性好，节省了大虽的金属。最主要的优点有两点，一是损

耗小传输距离远，损耗典型值O.kiB/KM,与Z对应同轴电缆5dB/KM。二是容量

大,口前一根光纤上的容量达320Gbps。

光纤通信是以光为载波，以光纤为传输媒介的一种通信方式。光载波的产

生是由半导体光源产生的，半导体光源的体积小，常温下连续工作，寿命长，与

我们R常生活中熟悉的光源如口炽灯、R光灯、发光二极管（如红色、绿色、

黄色等）不同属于红外光源，尤其半导体激光源的特性更好，发光功率大，传

送距离远。光源的发光波长应与光纤的三个低损耗窗口对应，它们分别为以0.

85um,1.30um,1.55um为中心、1.30um为零色散窗口，1.55yin为最低损耗窗

口。

光纤传输系统的基木框图如图4所示

图4光纤传输系统方框图

由图4知光纤传输系统包括光发端机，光收端机，光纤组成。光发送机完成

将电信号调制到光载波上去，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，直接检测由

半导体光检测器将光信号转换成电流信号。

光纤由光纤连接器与光发端机和光收端机相连其连接关系由下面图5所示。

凸起

cl

旋紧

底座

插头

图5光发、收端机与光纤连接器连接示意图

在连接过程中不能蛮劲使用，将方向、缺口对准，将插头插入底座然后旋紧，

保护套环即可，光纤的弯曲弧度不能太小，以免折断光纤，插头前端为陶瓷芯子

易碎切勿弄脏，碰碎。

三、光纤通信的优越性

1•最小的传输损耗

2.极宽的传输带宽

3.光缆外形直径很小

4.光缆重量很轻

5.与常规同轴屯缆相比，光缆在安装时更易弯曲

6.极不易受屯磁场的干扰

7•光缆材料更易获得

8•最低的泄漏，最高的安全性

9.对高温和化学物品的最大承受力

四、光纤的类型

1•多模光纤

多模光纤是允许多于一个模式光波传输的光纤。模式的数目取决于芯径、

数值孔径（接收角）、折射率分布特性和波长。

2.单模光纤

当入射光波长大于截止波长时，光纤将只能传输一个基模的光波。这种只

允许一种模式光波的传输的光纤叫做单模光纤。一般芯径小于lOumo

光纤的类型如图1-5所示。

折射率光纤芯

图6光纤的类型

五.光纤活动连接器的类型及操作注意

1.光纤通信产品中使用的活动连接器类型一般可分为：

(1)FC/PC型

(2)FC/APC型

(3)SC或ST型

上述三种类型的光纤活动连接器均可作为光输入/输出端口。

2.光纤活动连接器操作注意事项：

(1)连接器应放置于清洁场地，不用时应盖好保护帽。

(2)在插拔连接器时，严禁用力拉扯光缆、光纤，应手握端头操作。

(3)插针体和套筒要保持干净，如发现有污物，应用无水乙醇将其清

洁

干净。

(4)本实验箱中所使用的光纤活动连接器是ST型。

3.光纤通信产品中使用的活动连接器外形如图7所示。

ST光纤活动连接牙务

FC/PC和FC/APC光纤话动连搂器

SC活动连接器

图7活动连接器外形图

六、系统实验项目及建议时数安排

实验系统在CPU中央控制单元的管理控制下，实验者可根据自己的设计进

行8项实验。

1、信号源和信号处理实验0.5学时

2、中央集中控制单元实验0.5学时

3、码型变换实验1学时

4、光发送系统实验1学时

5、光接收系统实验1学时

6、电话光传输系统实验1学时

7、可变速率数据光传输系统实验1学时

8、综合实验系统实验2学时

第二章光纤通信基础实验

实验一光纤通信原理实验系统信号发生器实验

一、实验目的

1、熟悉该光纤通信原理实验系统的电路组成。

2、熟悉光纤通信系统发送端信号产生的方法。

二、实验仪表

1、直流稳压电源一台

2、20MHz示波器一台

3、三用表一台

三、实验电路工作原理

时钟信号是该光纤实验系统电中的重要主成部分。其方框图与电原理图

分别见1・1与图1・2所示。图1-3是伪随机码产生电路。

图1-1信号发生方框图

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3伪随机码发生器电原理图

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各点波形说明如下:

TP101：2.048MHz的方波信号，作为PCM编译码电路的主时钟信号。

TP102：1.024MHz的方波信号

TP103：128KHZ的窄脉冲信号

TP104：8KHz的窄肽冲信号，作为PCM编译码电路的帧同步信号和脉冲

波产生电路的波形。

TP105：2KHz或IKHz的方波信号，作为正弦波产牛电路的输入信号。

TP107：8KHz或4KHz的方波信号，作为三角波产生电路的输入信号。

TP109：64KHz的方波信号。

TP110：伪随机码产生电路输出波形,码型为00001110110010k

TP109

TP110B980\\\6\\

TP111

TP112

TP113

黑;；nnnnnnnnnn

四、实验内容：

1、用示波器测出各测量点波形，并对每一测量点的波形加以分析。

2、分析伪随机码发生器的工作原理并画出输出波形。

五、实验报告要求：

1、分析电路的工作原理.，叙述其工作过程。

2、根据测试的实验数据，现象与波形。写出分析的结果与实测的是否一

致。

实验二CPU中央处理控制单元系统实验

一、实验目的

1、了解单片机在光纤通信系统中的应用。

2、了解该单元电路对整个光纤实验系统的管理与控制过程。

3、熟悉键盘操作方法。

二、实验仪器

同实验一

三、实验电路工作过程

（一）方框图

见图2・1所示，它由CPU单元，显示控制接口电路、数字控制接口电路，模拟

控制接口电路与键盘输入电路等五个部分组成。图2卫是它的电原理图。

图2-3是CPU与输入键盘、显示电路方框因。

显不艺刮浜二w床务至显示电路

数字控制接口毛路至数字开关电路

CPC

槐拟控制接匚电路至模拟开关电路

键盘输入电路

图2・1CPU中央处理捽制器方框图

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图2-2CPU中央处湮控制单元电匝涅图

△

图2-3CPU与输入键盘显示电路方框

从图2-3可看此共有12个功能键，其中“脉冲波”、“方波”、

“CMI”、“PN”、“数字电话”、“PCM”键为数字键盘。在做数字信号光传输实

验时，用此6个功能健，若再做数字信号与模拟信号的光传输实验时，则再加

上“三角波”、“正弦波”、“外输入”、“模拟电话”4个模拟信号功能键。

具体操作为：若做数字电话光传输实验时，则按下“数字电话”键后，再按一

下“确认”键，这时，CPU接通与数字电话有关的模拟电路、数字电路、光发系

统与光收系统等单元电路。实验结束后，再按一下“复位”键，使系统重新工

作，图2♦4是各种传输方式的实验功能的实验方框图。

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