光纤通信实验

1、在实验过程中注意以下几点：1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。2、光电器件是静电敏感器件，请不要用手触摸。3、做完实验后请将光纤用相应的防尘帽罩住。4、在使用信号连接导线时应捏住插头的头部进行插拔，切勿直接拽线。5、不能带电进行信号连接导线的插拔！6、光纤器件属易损件，应轻拿轻放，插光纤的时候要先对准，用力要轻，切忌倾斜、用力过大或弯折。实验一 光接收机的动态范围及眼图观测一、实验目的1.了解光收端机动态范围的指标要求。2.掌握光收端机眼图的观测方法。二、实验内容1.了解光收端机眼图的观测方法。2.用示波器观察眼图。三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。2.示波器1台

2、。3.万用表1部。4.光纤跳线1根。四、实验原理（一） 动态范围在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。应该指出，在数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别

3、开来。为了保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化，光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，它可以表示为： （式 18-1）式中，Pmax是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin是光接收机的灵敏度，即最小可接收光功率。一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。如何才能保证光接收机的动态范围呢？从光接收机内部来说，就是通过它的自动增益控制（AGC）来实现的。光接收机的AGC与电接收机的AGC有相同之处，也有不同之处。相同之处都是要控制放大器的放大倍数。不同之处是在APD

4、光接收机中，还可以通过对APD倍增因子的控制来扩大接收机的动态范围。（二） 眼图原理眼图方法虽然简单，却是评估数字传输系统数据处理能力的一种极为有效的测量方法。这种方法已经大量用于评估无线系统的性能，也可用于光纤数据链路。眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形重迭在一起所构成的动态波形图，其形状类似一个眼睛故名眼图，它是用于观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中迭加在一起的综合反应。眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响

5、，因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。如图18-1所示，其中，垂直张开度 （式18-2） 水平张开度 （式18-3）图18-1 模型化眼图眼图观测的波形如图18-2所示：P104:TP101:图18-2 眼图观测波形图五、实验注意事项1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。六、实验步骤：1.关闭系统电源。2.按如下方式用信号连接导线连接。数字信号源（PN序列一信号输出）P720P1001310nm光发模块（数字光发信号输入）1310nm光收模块（数字信号输出）P106P411眼图观测模块（眼图模块信号输入）3.用光纤跳线连接1310nm光发模块接口和1

6、310nm光收模块接口。4.将1310nm光发模块的J100第1位拨为ON（数字光调制的通状态），第2位拨到OFF（自动光功率控制补偿电流的断状态）。将1310nm光发模块的RP100（数字光调制的光发射功率大小的调节旋钮），逆时针旋转到最大。J101设置为“数字”。5.将1310nm光收模块的RP106（接收灵敏度的调节旋钮，逆时针旋转时输出信号减小），顺时针旋到最大。6.打开系统电源，用示波器观测1310nm光发模块的TP103和1310nm光收模块的TP109。调节1310nm光收模块的RP107，RP108，得到最佳数字信号。7.用示波器观测眼图观测模块的“观测点”TP404和光模FP

7、GA模块的“TP719”并且用“TP719”作触发（注意：示波器不能设置为交替触发。调节示波器的触发电平和触发释抑得到眼图，调节眼图观测模块的RP401可观测到眼图张开、闭合的现象。8.记录眼图的波形，并按图18-1所示测量出、。七、实验报告 1.画出眼图，并根据、和计算出眼图的垂直张开度和水平张开度。 模拟信号光纤传输系统实验实验二 模拟信号光纤传输系统一、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。3.掌握各种模拟信号的传输机理。二、实验内容1.通过不同频率的正弦波、方波、三角波信号进行光传输实验。三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。2.示波

8、器1台。3.光纤跳线1根。四、实验原理本实验中将模拟信号源输出的正弦波、三角波、方波信号通过光纤进行传输。模拟信号源的电路如图20-1：图20-1 模拟信号源电路原理图图中P101是输入的方波信号，输入的方波信号有两种频率可选1K、2K。P102是三角波的输出端，P103是正弦波的输出端。模拟信号也可以通过PCM编码后变成数字信号。然后，再送入光发射模块数字信号端进行传输。接收到信号后再送入PCM译码模块，得到模拟信号。这种传输方法将在后面的实验中进行。五、实验注意事项1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。2.不要带电插拔信号连接导线。六、实验步骤1.关闭系统电源，用光

9、纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块。2.将模拟信号源模块的正弦波输出口P410连接到1310nm光发模块的模拟信号输入端P104。3.把1310nm光发模块的J101设置为“模拟”。4.将模拟信号源模块的频率选择开关J400调到“1K”端。5.将1310nm光收模块的RP106（接收灵敏度的调节旋钮，逆时针旋转时输出信号减小）顺时针旋到最大，RP108逆时针旋到最大。6.打开系统电源，用示波器观测模拟信号源模块的TP402，调节模拟信源模块的“输出幅度”旋钮RP400，使信号的峰-峰值为2V。7.用示波器观测模拟信号源的TP402和1310nm光收的TP108，调节1310n

10、m光发的RP104（输入信号衰减大小的调节旋钮），使TP108的波形和TP402的相同，且幅值最大。此时，1310nm光收发模块无失真的传输模拟信号。8.关闭系统电源，拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。七、实验报告1.记录TP402、TP108各测试点的波形。实验三 电话语音光纤传输系统一、实验目的1.了解电话语音信号光纤系统的通信原理。2.了解完整的电话语音信号光纤通信系统的基本结构。3.了解用户接口电路的原理。二、实验内容1.电话语音通过光纤的模拟信道进行传输。三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。2.电话2部。3.光纤跳线2根。四、实验原理电话接口芯片采用的是AM79R70，电路原理如

11、图及工作状态说明如下:图21-1 AM79R70应用电路图表21-1 AM79R70的工作状态说明状态C3C2C1两线状态/DET输出馈电选择E1=1E1=00000开路振铃回路振铃回路B2EN1001振铃振铃回路振铃回路2010通话状态环路检测接地键3011挂机传输环路检测接地键4100Tip开路环路检测接地键B2EN1*5101候机（备用）环路检测接地键VBAT16110接通极性反转环路检测接地键B2EN7111挂机极性反转环路检测接地键当B2EN输入低电平时，使用VBAT2馈电，输入高电平时，使用VBATl馈电。其中，C2、C1、B2EN都由电话控制电路的单片机控制。AM79R70在AL

12、U的应用：ALU(模拟用户接口单元)是连接普通模拟话机和数字交换网络的接口电路，CCITT为程控数字交换机的模拟用户接口规定了7项功能，称为BORSCHT，图21-2所示是BORSCHT的结构框图，这七项功能分述如下。图21-2 BORSCHT结构图(1)、馈电B在目前的交换机中，普遍都对外部模拟话机提供集中供电方式，即话机中送话器所需的直流工作电流由交换机提供，馈电电压一般为-48V。(2)、过压保护O交换机接口应保护交换机的内部电路不受外界雷电、工业高压和人为破坏的损害。(3)、振铃控制R界面应能向话机输送铃流，并能在话机摘机后切断铃流(截铃)。(4)、监测S接口应能监测用户环路直流电流的

13、变化，并向控制系统输出相应的摘、挂机信号和拨号脉冲信息。(5)、编解码C用于完成模拟话音信号及带内信令的PCM 编码和译码。(6)、混合电路H用于完成环路2线传输与交换网络4线传输之间的变换。(7)、测试T接口通常还应提供测试环路系统各个环节工作状态的辅助功能。AM79R70在ALU中主要完成B(馈电)、O(过压保护)、R(振铃控制)、S(监测)、H(混合)、T(测试)功能，而编译码通常由编译码芯片来完成。五、实验注意事项 1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。2.不要带电插拔信号连接导线。六、实验步骤1.关闭系统电源。2.参照实验二的实验步骤，将1310nm光收发模块

14、和1550nm光收发模块调为无失真传输状态。然后关闭系统电源，保留光纤跳线连接，拆除其它连线。3.信号连接导线的连接方式如下：电话甲（模拟信号输出）P514P1041310nm光发模块（仿真光发信号输入）1310nm光收模块（模拟信号输出）P105P517电话乙（模拟信号输入）电话乙（模拟信号输出）P516P2041550nm光发模块（仿真光发信号输入）1550nm光收模块（模拟信号输出）P205P515电话甲（模拟信号输入）4.分别将两部电话分别接到电话甲、乙的两个端口。打开系统电源，测试两部电话的通话情况。5.关闭系统电源，拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。七、实验报告 1. 记录进行无

15、失真调试时各测试点波形。2简要叙述热线电话的通讯流程。 数字信号光纤传输系统实验实验四 PN序列光纤传输系统一、实验目的：1.了解PN序列的特点。2.掌握PN序列的产生方法。二、实验内容：1.PN序列的光纤传输。三、实验仪器：1.光纤通信实验系统1台。2.示波器1台。3.光纤跳线1根。四、实验原理：PN码也称伪随机序列。它具有近似随机序列(噪声)的性质，而又能按一定规律(周期)产生和复制的序列。因为随机序列是只能产生而不能复制的，所以称其是“伪”的随机序列。常用的伪随机序列有m序列、M序列和RS序列。本实验系统是采用的m序列作为伪随机序列。m序列即长线性回馈移位寄存器序列的简称。带线性回馈逻辑

16、的移位寄存器设定各级寄存器的初始状态后，在时钟触发下，每次移位元后各级寄存器状态会发生变化。观察其中一级寄存器（通常为末级）的输出，随着移位元时钟节拍的推移会产生一个序列，称为移位寄存器序列。可以发现，移位寄存器序列是一种周期序列，其周期不但与移位寄存器的级数有关，而且与线性回馈逻辑有关。本实验系统采用了如图23-1的逻辑关系：图23-1 PN序列实现原理图PN序列的波形如图23-2：CLKPN序列图23-2 PN序列波形图数字信号源模块中有两路PN序列输出，其中P281是7位32Kbit/s的NRZ码，P283是15位256Kbit/s的NRZ码。五、实验注意事项 1.在实验过程中切勿将光纤

17、端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。2.不要带电插拔信号连接导线。六、实验步骤：1.关闭系统电源。2.用信号连接导线连接数字信号源的PN序列输出口P720“PN1”和1310nm光发端数字信号输入口P100。3.用光纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块。4.将1310nm光发模块的J100第一位拨为“ON”（数字光调制的通状态），第二位拨为“OFF”（自动光功率控制补偿电流的断状态），J101设置为“数字”，“输出光功率”旋钮RP100（数字光调制的光发射功率大小的调节旋钮，逆时针旋转为光功率增大）逆时针旋到最大。5.将1310nm光收模块的RP106（接收灵敏度的调节旋钮，逆

18、时针旋转时输出信号减小）顺时针旋到最大，RP108逆时针旋到最大。6.打开系统电源，用示波器观测1310nm光发模块的TP103和1310nm光收模块TP109。调节1310nm光收模块的RP107，使两路波形相同。7.关闭系统电源，拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。七、实验报告1.描述PN序列产生的方法。2.记录TP103、TP109各测试点的波形。 光纤综合传输系统实验实验五 波分复用光纤传输系统（WDM）一、实验目的1.掌握波分复用技术及实现方法。二、实验内容1.了解光波复用的几种技术。2.了解波分复用原理及实现方法。三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。2.波分复用器2个。3.示波器

19、1台。4.光纤活动连接器1个。四、实验原理光波具有很高的频率，利用光载波作为信息载体进行通信，具有巨大的可用带宽。对石英光纤，其低损耗窗口总宽度约200nm，带宽25000GHz（25THz）。但实际光波系统中由于光纤色散和电路速率的限制，其通信速率限制在10Gb/s或者更小。为了充分利用光纤的频带资源，提高光波系统的通信容量，采用了如下几种复用技术：（一） 光波分复用（WDM）光波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带有各种类型的信息），在发送端经复用器（也叫合波器，multiplexer）把这些光载波信号汇合在一起，并耦合到光线路中同一根光纤中进行传输；在接收端经分波器（也叫解复用

20、器，demultiplexer）将各种波长的光载波进行分离，然后由光接收机做相应的处理恢复原信号。这种复用方式称作波分复用。可以单向传输，也可以双向传输。图27-1 波分复用器连线示意图根据通道间隔的大小，光波分复用技术可分为三种，即稀疏的WDM、密集的WDM和致密的WDM，后者也叫做光频分复用（PFDM）。光波分复用器在本实验系统中的应用如图81所示。有三种传输形式：双模拟信号、模拟信号数字信号、双数字信号。（二） 时分复用（OTDM）OTDM方式的工作原理与电时分复用方式相似，只是在光域进行复用和解复用处理，即将光信号按照一定的帧结构传输，将一帧光信号时间T划分为n个时隙，每个时隙为T/n

21、，第1，2，n路的时隙依次排列，每个时隙只传输固定的通道。每个信道的时间位置可以通过延时器来调整。光时分复用方式的缺点是需要比复杂的光器件，而且色散影响比别的复用方式严重，这是因为OTDM信号对带宽的要求高。（三） 光码分复用（OCDM）光码分复用技术在原理上与电码分复用技术相似，并与之对应。OCDM系统给每个用户分配唯一的一个正交码的码字作为该用户的地址码，对要传输的数据信息用该地址码进行光编码，实现信道复用。在接收端用发送端相同的地址码进行光译码，实现用户间的通信。OCDM技术通过直接光编码和光译码，实现光信道的复用和信号交换，能较好地发挥光纤信道频带宽的潜力，同时具有动态分配带宽、网络扩

22、展容易、多址连接和控制灵活方便、网管简单、保密性能强等优点，适合于实时性要求高、速率高的宽带通信系统。（四） 空分复用（SDM）空分复用是每根光纤只用于一个方向的信号传输，双向通信则需要有一对光纤，即光纤数量加倍，目前的实际光通信系统多工作于这种方式。显然，N对光纤可以增加N从的传输容量，不同系统的光波长相互独立。由于光缆都包含有多根光纤在内，因而可以认为空分复用是最早、最简单的光波复用方式。（五） 方向分割复用（DDM）方向分割复用是采用一对光的方向耦合器（即定向耦合器），分别配置于收发端用来分离收发两个方向的信号，从而实现一根光纤的同波长双向传输，当然不同波长就更没问题了。由于方向耦合器引

23、起的近端串音会限制传输距离，因而方向分割复用方式只限于短距离传输。光方向分割复用（DDM）方式系统构成示意图如下：图27-2 光方向分割复用(DDM)系统构成示意图其中，WDM光波系统是高速全光传输中传输容量潜力最大的一种多通道复用方案，本实验采用1310nm和1550nm的光波进行波分复用。五、实验注意事项1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。六、实验步骤：1.关闭系统电源。2.有三种连线方式分别代表了模拟信号和模拟信号一起传输、模拟信号和数字信号混传、数字信号和数字信号一起传输，选择其中一种：方式一模拟信号源模块（正弦波输出）P410P1041310nm光发模块（模

24、拟光发输入）模拟信号源模块（三角波输出）P401P2041550nm光发模块（模拟光发输入）方式二模拟信号源模块（正弦波输出）P410P1041310nm光发模块（模拟光发输入）数字信号源（PN序列一）P720P2001550nm光发模块（数字光发输入）方式三数字信号源（PN序列一）P720P1001310nm光发模块（数字光发输入）数字信号源（PN序列二）P718P2001550nm光发模块（数字光发输入）3.在上表中的三种连线方式任选其一。按图27-1连接好波分复用器。4.如果传输的是模拟信号，则按实验二来进行实验。如果传输的是数字信号则按实验四来进行实验。5.关闭系统电源。拆除连线，将实

25、验仪器摆放整齐。七、实验报告 1.记录输入输出各测试点波形。实验六 固定速率时分复用原理及实现一、实验目的：1.掌握固定速率时分复用的实现方法。二、实验内容：1.了解固定速率时分复用的原理及实现方法。三、实验仪器：1.光纤通信实验系统1台。2.示波器1台。3.光纤跳线一根。四、实验原理：在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器。数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。定时单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。调整单元的作用是

26、对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信号。复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。复接方式：将低次群复接成高次群的方法有三种；逐比特复接；按码字复接：按帧复接。在本实验中，由于速率固定，信息流量不大，所以我们所应用的方式为按码字复接，下面我们把这种复接方式作简单介绍，对于其它两种方式将在以后的实验中进行介绍。按码字复接：对本实验来说，速率固定，信息结构固定，每8位码代表一“码字”。这种复接方式是按顺序每次复接1个信号的8位码，输入信息的码字轮流被复接。复接过程是：首先取第一路信息的第一组“码字”，接着取第二路信息的第一组“码字”，再取第三信息的第一组“码字”，轮流将3个支路的第一组“码字”取值一次后再进行第二组“码字”取值，方法仍然是：首先取第一路信息的第二组码，接着取第二路信息的第二组码，再取第三路信息的第二组码，轮流将3个支路的第二组码取值一次后再进行第三组码取值，依此类推，一直循环下去，这样得到复接后的二次群序列（d）。这种方式由于是按码字复接，循环周期较长，所需缓冲存储器的容量较大，目前应用的很少。图30-1 按