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光纤通信实验 光纤通信实验 孝感学院电工电子实验教学中心 孝感学院电工电子实验教学中心 二六年四月 1 目 录 实验一 固定速率时分复用实验实验一 固定速率时分复用实验.1 实验二 固定速率时分复用解复用实验实验二 固定速率时分复用解复用实验6 实验三 光器件寿命检测及元光检测报警实验实验三 光器件寿命检测及元光检测报警实验12 实验四 数字光发送接口指标测试实验实验四 数字光发送接口指标测试实验.14 实验五 数字信号电光、光电转换传输实验实验五 数字信号电光、光电转换传输实验16 实验六 模拟信号电光、光电传输实验实验六 模拟信号电光、光电传输实验.17 实验七 电话语音光传输系统实验实验七 电话语音光传输系统实验.19 实验八 图像光传输系统实验实验八 图像光传输系统实验22 实验九 波分复用（WDM）光纤通信系统实验实验九 波分复用（WDM）光纤通信系统实验.24 实验十 光纤无源器件特性测试实验实验十 光纤无源器件特性测试实验.30 1 实验一 固定速率时分复用实验 实验一 固定速率时分复用实验 实验目的 1.掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。2.掌握固定速率时分复用的同步复接原理。实验内容 1.连接相应的实验导线，组成实验电路。2.用示波器观察被复用信号、集群信号、位同步信号及帧同步信号，了解它们的对应关系。3.阅读实验指导，学习简单时复用的同步复接原理。实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统。实验原理（一）数字复接的基本组成：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(缩写为 Muldex)。在这里我们首先讨论数字复接器。数字复接器的基本组成如图 1-1 所示。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。图 1-1 数字复接器的基本组成 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 2 复接方式作简单介绍，对于其他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。复接过程是这样的：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 1-2 按码字复接示意图（a）第一路信息；（b）第二路信息；（c）第三路信息；（d）复接后（二）所用实验模块的结构原理：本实验使用固定速率信号源及固定速率时分复用复接端接口两个模块。本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端，其原理方框图如图 1-3 所示。这些模块产生三路信号时分复用后的 FY_OUT 信号，信号码速率约为 128KB，帧结构如图1-4 所示。帧长为 24 位，其中首位无定义，第 2 位到第 8 位是帧同步码（7 位巴克码 1110010），另外 16 位为 2 路数据信号，每路 8 位。此 FY_OUT 信号为集中插入帧同步码时分复用信号。同时通过发光二极管来指示码型状态：发光二极管亮状态表示 1 码，熄状态表示 0 码。本实验中用到的电路，除并行码产生器和 8 选一电路是由分立器件组成的外，其他电路全都在两片大规模集成电路 XC95XL144TQ100-5（以下简称 CPLD）内部。本实验用到以下测试点及输入输出点：D1，D2，D3 8 位串行信号输出/测试点 D_IN1，D_IN2，D_IN3 8 位串行信号输入/测试点 BS 位同步信号输出点/测试点 3 FS 帧同步信号输出点/测试点 FY-OUT 复用信号输出点/测试点 下面对时钟信号源、分频器、八选一、调整器及复接器等单元作进一步说明。（1）时钟信号源 时钟是由晶振 X1（20.48MHz）提供，它也是整个系统的时钟信号源。20.48MHz 时钟经 CPLD 分频得到本实验所需的时钟信号 CLK1，FCLK1=4.096KHz。（2）分频器 分频器一首先进行 16 分频，输出信号频率为 256kHz。然后采用另一分频器二完成2、4、8、16 运算，输出 BS、S1、S2、S3 等 4 个信号。BS 为位同步信号，频率为 128kHz。S1、S2、S3 为 3 个选通信号，作为八选一的选通信号，频率分别为 BS 信号频率的 1/2、1/4和 1/8。分频器三是一个二一十进制加计数器，对 BS 信号进行 24 分频，分别输出选通信号 S4、S5，这两个信号的频率相等、等于 BS 信号频率的 1/24。其中 S5 作为帧同步时钟 FS。图 1-3 复用器原理方框图 0100111数据 2数据 1帧同步码无定义位 图 1-4 帧结构 分频器输出的 S1、S2、S3、S4、S5 等 5 个信号的波形如图 1-4（a）和 1-4（b）所示。4 （3）八选一 采用 8 路数据选择器 74LS151，它内含了 8 路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表 1-1 所示。U100、U101 和 U102 的地址信号输入端 A、B、C 并连在一起并分别接 S1、S2、S3 信号，它们的 8 个数据信号输入端 x0 x7 分别与 K100、K101、K102 输出的 8 个并行信号连接。由表 1-1 可以分析出 U100、U101、U102 输出信号都是码速率为128KB、以 8 位为周期的串行信号。（4）调整器 调整器的作用是将输入的 3 路串行信号进行速率及时隙调整，以达到复接的时序要求。S3S2S1(a)S5S4S3(b)图 1-4 分频器输出信号波形 表 1-1 74151 真值表 C B A INH DIS Z 0 0 0 0 0 x0 0 0 1 0 0 x1 0 1 0 0 0 x2 0 1 1 0 0 x3 1 0 0 0 0 x4 1 0 1 0 0 x5 1 1 0 0 0 x6 1 1 1 0 0 x7 1 0 0 1 高阻 （5）复接器 如图 1-2 中所示，三路串行信号 a,b,c 经复接口后的复接输出信号 FY_OUT 见波形 d。5 复接器主要有两种复接电路：一种为同步复接电路，一种为异步复接电路，在固定速率时分复用时，由于被复接的三个支路是同步的信号，所以本实验采用的是同步复接电路，而异步复接电路将在变速率时分复用实验中进行细述。同步复接电路：在本实验中，送入复接器的三路信号为同频同相的信号，且帧长一样，我们所使用的复接方式为按码字复接，即一次复接 8 位码，示意图如图 1-5 所示。其中：F1、F2、F3 分别为复接时钟，D1、D2、D3 为调整后的三路数据，FY_OUT 为复接后的信号。D1D2D3F1F2F3FY_OUT 图 1-5 复接波形示意图 FS 信号可用作示波器的外同步信号，以便观察 FY_OUT 的帧结构。FS 信号、FY_OUT 信号之间的相位关系如图 1-5 所示，图中 FY_OUT 的无定义位为 0，帧同步码为 1110010，数据 1 为 11110000，数据 2 为 00001111。FS 信号的低电平、高电平分别为 4 位和 8 位数字信号时间，其上升沿比 NRZ-OUT 码第一位起始时间超前一个码元。图 1-5 FS、FY-OUT 波形 实验步骤（以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）1.关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块固定速率数字信号源模块)的输出端 D1、D2、D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端固定速率时分复用复接端)接口 D_IN1、D_IN2、D_IN3。2.打开电源，将示波器的 A 通道探头接 FS，B 通道探头接 BS，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。3.将示波器的 A 通道探头分别接 FS、BS，B 通道探头分别接 D_IN1、D_IN2、D_IN3，6 分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。4.将示波器的 A 通道探头接 FY-OUT，B 通道探头分别接 FS、BS，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。5.将示波器的 A 通道探头接 FY-OUT，B 通道探头分别接 D_IN1、D_IN2、D_IN3，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。实验结果 用示波器观察波形是否和理论相一致。1.接上示波器观察 D1、D2、D3 的波形，记录下来。2.接上示波器观察 FY_OUT 的波形 3.接上示波器观察 FS 的波形 4.对比复用和单个波形的关系。实验二实验二 固定速率时分复用解复用实验固定速率时分复用解复用实验 实验目的 1.熟悉集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。2.掌握固定速率时分复用的数字分接原理。3.掌握帧同步码的识别原理。实验内容 1.用使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块连成一个理想信道时分复用数字通信系统，使系统正常工作。2.用示波器观察集群信号（FY_OUT）、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS），熟悉它们的对应关系。3.阅读实验指导，学习简单时分复用的数字分接原理。4.观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，观察直接时分复用与解复用的实验效果。实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统。实验原理（一）数字分接的基本组成：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(缩写为 Muldex)。在这里我们继续讨论数字分接器。7 数字分接器的基本组成如图 2-1 所示。数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。数字分接器由 同步、定时、分接和恢复单元所组成。定时单元的作用是为分接和恢复单元提供基准时间信号，它只能由接收的时钟来推动。同步单元的作用是为定时单元提供控制信号，使分接器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系，即保持同步。分接单元与复接单元相对应，分接单元的作用是把输入的合路数字信号(高次群)实施时间分离。分接器的恢复单元与复接器的调整单元相对应，恢复单元的作用是把分离后的信号恢复成为原来的支路数字信号。图 2-1 数字分接器的基本组成（二）所用实验模块的结构原理：本实验使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块。本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端和分接端，复接端的原理及产生复接信号 FY_OUT 的过程请参照实验一，这里只对分接端的原理进行说明。分接端原理方框图如图 2-2 所示。它输入单极性非归零信号（帧结构如图 2-3 所示），由位同步信号提取电路和帧同步信号产生器产生位同步时钟信号（BS）和帧同步信号（FS），通过 BS、FS 这把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，两个 8 位的并行数据信号，两个并行信号驱动 16 个发光二极管，左边 8 个发光二极管显示第一路数据，右边 8 个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的 1/3。本实验用到的电路中，除了显示电路是由分立器件组成的外，其他电路全都在两片大规模集成电路 XC95XL144TQ100-5（以下简称 CPLD）内部。本实验用到以下测试点及输入输出点：D1，D2，D3 8 位串行信号输出/测试点 D_IN1，D_IN2，D_IN3 8 位串行信号输入/测试点 BS 位同步信号输出点/测试点 8 FS 帧同步信号输出点/测试点 FY-OUT 复用信号输出点/测试点 FY-IN 复用信号输入点/测试点 延迟1延迟2整形延迟3BSFY-INFDFD-7显示显示串/并变换串/并变换帧同步信号产生器帧同步码识 别 器位同步提取器BD/BDSDFD-15 图 2-2 分接端原理方框图 0100111数据 2数据 1帧同步码无定义位 图 2-3 FY_OUT 信号帧结构 各组成模块功能说明：a)位同步提取器（全数字锁相环）：位同步提取器的作用是：从输入的 FY_IN 信号中提取位同步信息，通过数字锁相环产生本地的位同步时钟信号 BS，该位同步信号（BS）为整个解复用电路的主要时钟信号。数字锁相的原理方框图如图 2-3 所示，它由稳定度振荡器、分频器、相位比较器和控制器组成。其中，控制器包括图中的扣除门、附加门和“或门”。高稳定度振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频器，输出位同步脉冲序列。若接收码元的速率为 F（波特），则要求位同步脉冲的重复速率也为 F（赫）。这里晶振的振荡频率设计在 nF（赫），由晶振输出经整形得到重复频率为 nF（赫）的窄脉冲（图 2-4 中的 b(b)）。如果接收端晶振输出经 n 次分频后，不能准确地和收到的码元信号同频同相，这时就要根据相位比器输出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。从经微分、调整后的码元信息中就可以获得接收码元所有过零点的信息，其工作波形如图 2-4 所示。得到接收码元的相位后，再将它加于相位比较器去比较。首先，先不管图中的迟延 3，设接收信号为不归零脉冲（波形 a），我们将每个码元的宽度分两个区，前半码元称为“滞后区”，即若位同步脉冲波形 b落入此区，表示位同步脉冲的相位滞后于接收码元的相位；同样，后半码元称为“超前区”。接收码元经微分调整，并经迟延 4 电路后，输出如波形 e 所示的脉冲。当位同步脉冲波形 b 9 （它是由 n 次分频器 d 端的输出，取其上升沿而形成的脉冲）位于超前区时，波形 e 和分频器 d 端的输出波形 d 使与门 A 有输出，该输出再经过迟延 1 就产生一超前脉冲（波形 f）。若位同步脉冲波形 b（图中的虚线表示）落于滞后区，分频器 c 端的输出波形（c 端波形和d 端波形为反相关系）如波形 c所示，则与门 B 有输出，再经过迟延 2 产生一滞后脉冲（波形 g）。这样，无论位同步脉冲超前或滞后，都会分别送出超前或滞后脉冲对加于分频器的脉冲进行扣除或附加，因而达到相位调整的目的。现在讨论图中的迟延 3 的作用。同波形图看到，位同步脉冲帅分频器 d 端输出波形（波形 d）的正沿而形成的，所以相位调整的最后结果应该合波形 d 的正沿对齐窄脉冲 e（即 d的正沿位于窄脉冲之内）。若 d 端产输出波形最后调整到如波形图 d所示的位置，则 A、B两个与门都有输出；先是通过与门 B 输出一个滞后脉冲，后是通过与门 A 输出一超前脉冲。这样调整的结果使位同步信号的相位稳定在这一位置，这是我们所需要的。然而，如果 d 端的输出波形调整到波形图 d的位置，这时，A、B 两个与门出都有输出，只是这时是先通过A 门输出一超前脉冲，而后通过 B 门输出一滞后脉冲。如果不采取措施，位同步信号的相位也可以稳定在这一位置，则输出的位同步脉冲（波形 b）就会与接收码元的相位相差 180。克服这种不正确锁定的办法，是利用在这种情况下 A 门先有输出的这一特点。当 A 门先有输出时，这个输出一方面产和超前脉冲对锁相环进行调整；另一方面，这个输出经迟延 3 产生一脉冲将与门 B 封闭，不会再产生滞后脉冲。这样通过 A 六不断输出超前脉冲，就可以高速分频器的输出的相位，直到波形 d 的正沿对齐窄脉冲（波形 e）为止。延迟 1延迟2 附加门 扣除门整形 时钟 或门BN 次分频延迟3 A微分调整 单稳 4脉冲形成 非门图 2-3 位同步器方框图 位同步脉冲 接收码元 10 图 2-4 波形图 b)帧同步码识别器，帧同步信号产生器（合称帧同步电路）：帧同步码 识别器同步保 护器分频器脉冲生 成器BSFY_INFS 图 2-5 帧同步电路组成框图 由图 2-5 可知，整个帧同步电路主要由分频器、帧同步码识别器、脉冲生成器和同步保护器四大部分组成。各组成电路的作用分别如下：分频器：主要是将位同步信号进行 24 分频得到与信源的帧同步信号同频的准帧同步信号，然后送入脉冲生成器进行相位调整。帧同步码识别器：从串行信号（FY_IN）识别出同步码（在我们系统中的同步码为：X1110010），当识别器识别到一组帧同步码时，它就输出一个脉冲，送入同步保护器；若输入的信号中没有同步码，则其始终输出低电平。同步保护器：当没有帧识别脉冲输入时，始终输出一低电平，使脉冲生成器停止工作，这样就没有 FS 信号输出；当有连续的识别脉冲输入时，保护器输出满足时序要求的控制脉冲给脉冲生成器。脉冲生成器：当分频器和同步保护器都输出满足要求的时钟信号时，脉冲生成器才输出正确的帧同步脉冲；当分频器和同步保护器输出的信号不满足时序要求时，则将输出错误的 11 FS 信号。c)延迟器 1、2、3，整形器：通过整形器，则可以将送来的 FS 信号进行脉冲调整，使其脉冲宽度刚好为 8 个码元宽度。延迟器主要是由移位寄存器组成，主要是对整形器送来的帧同步信号进行相位调整，以满足时序的需要。波形图如图 2-6 所示。d)串/并变换：在 FD 及 FD_7 的作用下，串并转换器对输入的数据信号进行选通转换：当 FD 为“1”时，转换器 1 工作，将第一路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示；当 FD_7 为“1”时，转换器 2 工作，将第二路数据复原为并行数据并输出到发光二极管进行显示。图 2-6 变换后的信号波形 实验步骤（以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）1.关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块)的输出端 D1、D2、D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端)接口 D_IN1、D_IN2、D_IN3。2.用一根短实验导线将(固定速率时分复用复接端)接口 FY_OUT 接到(固定速率时分复用分接端)接口 FY_IN。3.将(固定速率数字信号源模块)的 D3 端口所对应的八位拨码开关拨成帧同步码（7 位巴克码 1110010）。4.打开电源，观察实验结果。实验结果 1.观察固定速率时分复用分接模块的 LED 灯显示的结果是否与固定速率数字信号源模块的 LED 灯结果一致。2.用示波器观察实验结果。12 实验三实验三 光器件寿命检测及元光检测报警实验光器件寿命检测及元光检测报警实验 实验目的 1.学习光发送模块的电路原理。2.学习光发送模拟各组成模块的电路原理。3.掌握光器件寿命检测及元光检测报警电路的工作原理。实验内容 1.学习光器件寿命检测及元光检测报警电路的工作原理。2.测量相关特征测试点的参数。实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统，光功率计，万用表。实验原理 1.无光告警电路 无光告警电路由 U202(5，6，7)和 Q206、指示灯等组成(见图 3-1)。运算放大器 U202(5，6，7)的同相端加有直流参考电压 U参，反相端加有代表激光器输出光功率平均值的电压 Uf。当 LD 正常发光时，运算放大器输出低电平，Q206 截止，本电路红色发光二极管不发光。正常时，Uf为-4.4V。当 LD 不发光或背向光检测二极管失效时，Uf减小，即负值增大，U202 的 7 端输出高电平，使 Q206 导通，D208 的正端获得高电位，发出红光，表示无光告警。图 3-1 无光告警电路原理图 2.寿命告警电路 寿命告警电路由 U204(2，3，6)和 Q213，红色指示灯等组成。U204(2，3，6)反相端加有直流参考电压，同相端加有取自 Q212 发射极的电压，它反映了预偏置电流 Ib的大小。正常时，U204 的 6 输出低电位，Q213 截止，发光二极管不发光。13 当 IB 值提高到最初值的 150时，同相端的取样电压增大了 50，U204 的 6 输出高电位，Q213 导通，本盘红色灯发出红光，表示寿命告警。寿命告警电路的原理图如图 3-2 所示。图 3-2 寿命告警电路原理图 实验步骤 实验步骤（以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）1.关闭系统电源，用实验导线连接任意数字信号（如 BS、FS 等）与光发送模块的数字输入端口，将 S200 拨向数字传输端（左边）。2.取下光发端口上的红色橡胶保护套；3.取一根 FC-PC 的光跳线，取下其两端的保护套；4.将光跳线的 A 端与光发送端口的法兰盘对接，即：将光跳线小心地插入法兰盘，在插入的同时保证光跳线的凸起部分与法兰盘凹槽完全吻合，然后拧紧固定帽即可；5.将光跳线的 B 端与光光功率计端口的法兰盘对接，方法同上。6.无光告警实验步骤：(1)可调电阻 R266(APC 控制器人工偏流调节)在系统正常工作情况下，其位置处于中间位置；可调电阻 R260(光监测器增益调节)在系统正常工作情况下，其位置处于中间位置；在正常工作情况激光器的工作电流为 20mA（通过用电流表测量电阻 R200 两端，测量方法：将万用表调到电流档，用万用表红表笔接电阻上端，黑表笔接电阻下端），光功率为-8dBm。(2)调节可调电阻 R266(APC 控制器人工偏流调节)及 R260（光监测器增益调节），将它们往左（逆时针方向）调节到最小，即调节 APC 控制器人工偏流和光监测器增益，从而减小激光器的注入电流，此时我们通过光功率计及万用表即可读出其参数,且无光告警指示灯（D208）点亮。使两个可调电阻的不同状态（即改变激光器流入电路和改变光监测器增益），分别观察各项参数的变化对无光告警指示灯（D208）的状态影响。7.寿命告警实验步骤：14 (1)可调电阻 R266(APC 控制器人工偏流调节)、可调电阻 R260(光监测器增益调节)、可调电阻 R259(激光器使用寿命监测灵敏度调节)在系统正常工作情况下，其位置处于中间位置；在正常工作情况激光器的工作电流为 20mA（通过用电流表测量电阻 R200 两端，测量方法：将万用表调到电流档，用万用表红表笔接电阻上端，黑表笔接电阻下端），光功率为-8dBm。(2)可调电阻 R266(APC 控制器人工偏流调节)将它往左（逆时针方向）调节到最小，即调节 APC 控制器人工偏流，从而激光器 APC 控制器的一个控制条件。此时调节电阻 R260（光监测器增益调节），将它也往左（逆时针方向）调节，这时改变了 APC 控制器的第二个控制条件，调节到一定程度时，激光器寿命告警指示灯（D209）缓缓点亮，我们通过光功率计及万用表即可读出相应的参数。8.完成实验后，先关闭系统电源，再拆下光路的连接（注意轻拆轻放），最后拆下电路的连接线，整理好实验箱。实验结果 将实验过程中记录的各种数据结合原理进行分析，加深理解电路控制原理。实验四 数字光发送接口指标测试实验 实验四 数字光发送接口指标测试实验 实验目的 1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求。2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法。3.了解数字光发端机的消光比的指标要求。4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法。实验内容 1.测试数字光发端机的平均光功率。2.测试数字光发端机的消光比。实验仪器 RC-GT-II 型光纤通信原理实验箱，光功率计，FC-FC 光跳线，万用表。实验原理 平均光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的平均光功率。平均光功率与输入的伪随机码型有关，NRZ 码与 RZ 码相比，其占空比分别为 100、50，因而其平均光功率大 3dB。另外，平均光功率是在额定电流下测得的，否则结果有偏差。15 消光比指给光发端机的数字驱动电路发送全“0”码，测得此时的光功率 P0，再给光发端机的数字驱动电路发送全“1”码，测得此时的光功率为 P，将 P0，P1 代入公式；21lg10PPEXT=式 4-1 即得到光发端机的消光比。光通信系统消光比太大，即预偏置电流太小或没有，则影响信系统传输速率；消光比太小，则调制深度浅，有用光功率比例减小，则影响系统灵敏度。实验步骤 A.数字发送机的平均光功率的测试(1)连接导线：连接固定速率信号源及固定速率时分复用复接端接口两个模块的实验连接线，将 FY-OUT 与 1310nm 或 1550nm 光发端机的发送模块的数字输入接口连接。(2)将光发送端的光纤从光发端机中取出，用 ST-FC 光跳线与光功率计连接，并将光功 率计调到波长 1310nm 或 1550nm 档。(3)将单刀双掷开关 S200 拨向数字传输端，使光发送模块传输数字信号。(4)接上交流电源线，打开交流开关，使系统正常工作。(5)用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。(6)做完实验后关掉交流电开关。B.数字发送机的消光比的测试(1)保持 A 实验部分的所有实验导线。(2)将固定速率信号源拨码开关全部拨向 ON 端(发光二极管全亮)，使 FY-OUT 输出全“1”码，由于数字光发送采用反码传输，因此激光器所得到的码型为全“0”码，测得此时光发端机输出的光功率为 P0。(3)将拨码开关全部拨向 OFF 端(发光二极管全)，使 FY-OUT 输出全“0”码，由于数字光发送采用反码传输，因此激光器所得到的码型为全“1”码，测得此时光发端机输出的光功率为 P1。(4)代入式 4-1 即得光发端机消光比。(5)做完实验后交流电源开关，拆除实验导线。(6)拆下光功率计，将实验箱还原。(7)将各实验仪器摆放整齐。实验结果 1.记录光发端机的平均光功率 2.通过实验数据计算光发端机的消光比 思考问题 16 1.光纤通信系统中的消光比的大小对系统传输特性有何影响?为什么?2.设计一种实验方法，测出光收发合一模块的平均输出光功率。实验五 数字信号电光、光电转换传输实验 实验五 数字信号电光、光电转换传输实验 实验目的 1.了解数字光纤通信的通信原理。2.掌握各种数字信号的传输机理。3.初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构。实验内容 1.用示波器观察各种传输信号的波形。2.使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验，有：NRZ、CMI、PCM 编码。实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统。实验原理 本实验主要完成各种数据速率的光纤传输，其原理如图 5-1、5-2 所示，本次实验所用到的数字信号主要有：NRZ、FS、BS、CMI 码。各信号的详细介绍及各部分电路原理图请参看前面的实验讲解。图 5-1 数字信号光纤传输框图 图 5-2 CMI 码光纤传输示意图 固定速率数字 信号源 模 块 信号处理 光发送模块光纤光接收模块信号处理 测试端口 信（FS）号 或 源（BS）CMI编码 信号处理 光发 送模块 光纤信号处理 光接收模块CMI译码 测试端口 17 实验步骤（以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）1.关闭系统电源，把光跳线分别连接到 1310 的 TX 和 RX 端。2.将固定速率数字信号源模块的 D1 或 D2、D3、FS、BS 连接到光发送模块的数字信号输入端口（P202）。3.把开关 S200 拨到数字传输端。4.打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。5.通过电位器 R257（调节判决直流电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。6.对于 CMI 的接线为：关闭系统电源，选数字信号模块的 D1、D2、D3、FS、BS 任意一个，连接到 CPLD 模块的 DIN1（DIN2），进行 CMI 码的编码。将光收模块的输出（P201）用导线连接到 CMI 译码输入（CMI IN1）进行译码，还原成原始信号。7.将 CMIOUT1 的输出端连接到光发送模块的数字信号输入端口。8.打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。9.通过电位器 R257 来调节判决直流电平得到最佳传输的数字信号。10.用示波器观测编码前后的两波形。实验结果 1.观察数字信号被 CMI 编码后的波形与原始波形的关系。2.熟悉光纤数字信号传输的编码原则和传输效果的关系 实验六 模拟信号电光、光电传输实验 实验六 模拟信号电光、光电传输实验 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。实验内容 1.通过不同频率的正弦信号、方波信号、三角波进行光传输实验。2.正弦信号通过 PCM 编码后进行光传输实验。实验仪器 示波器，GT-RC-II 型光纤通信实验系统。18 实验原理 本实验用示波器观察光发送模块和光接受模块的的模拟信号波信，并通过调节模拟信号源模块的频率进行对比、比较，以了解和熟悉光纤传输模拟信号系统的组成。其实验框图如图 6-1、图 6-2 所示：图 6-1 模拟信号光纤传输方式一 图 6-2 模拟信号光纤传输方式二 模拟信号的传输，可以有多种方式，一种是直接用模拟信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把模拟信号数字化后，进行调制，然后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过解调，把模拟信号还原。现在使用最多的一种方式是 PCM 编译码方式，对于 PCM编译码的详细资料请参考实验六-PCM 编译码实验。实验步骤（以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）1.关闭系统电源，把光跳线分别连接到 1310 的 TX 和 RX 端。2.将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203）。3.把开关 S200 拨到模拟传输端，短接跳线 J200。4.打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。5.通过电位器 R257（调节直流分量电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的模拟信号。模拟信号源 信 号处 理 光发送器件光纤光接受器件信 号处 理 测试端口 模 拟 信 号 源 PCM编码 信 号 处 理 光发送器件光纤光接受器件信号处理PCM译码 测 试 端 口 19 6.对于 PCM 的接线为：关闭系统电源，将开关 S200 拨到数字传输端。集群通信实验接线方法:左模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的 A_IN 右模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的 B_IN PCM 编译码单元 A_TXDPCM 编译码单元 TXD_A PCM 编译码单元 A_RXDPCM 编译码单元 RXD_A PCM 编译码单元 B_TXDPCM 编译码单元 TXD_B PCM 编译码单元 B_RXDPCM 编译码单元 RXD_B PCM 编译码单元 PCM_OUT光发送数字信号输入端（P202）PCM 编译码单元 PCM_IN光接收数字信号输出端（P201/IC202）7.打开系统电源，用示波器在光接收模块的数字信号输出端口观察输出信号与光发送的数字信号输入端信号。8.通过电位器 R257（调节判决直流电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。9.用示波器观测 PCM 编码前译码后的波形，比较波形，是否有信号失真。实验结果 1.记录并画出实验所用及所得到的波形，并进行比较。2.比较模拟信号两种传输方式，分析哪种传输方法的传输效果更好。实验七 电话语音光传输系统实验 实验七 电话语音光传输系统实验 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.掌握电话语音信号的多种传输机理。实验内容 1.通过不同的方式对话音信号进行光传输实验 2.电话语音信号通过 PCM 编码后进行光传输实验 实验仪器 示波器，GT-RC-II 型光纤通信实验系统。实验原理 本实验用电话接口模块监测光发送模块、光接受模块的语音传输，并通过与话音信号的 20 PCM 编码传输效果进行对比、比较，以了解和熟悉光纤传输话音信号系统的组成。其实验框图如下：电话接口模块一TXRX模拟信号输入端口光发送器件模拟信号输出端口光接收器件光纤 图 7-1 话音信号光纤传输方式一 电话接口模块一TXRX模拟信号输入端口光发送器件模拟信号输出端口光接收器件光纤电话接口模块二TXRX模拟信号输入端口光发送器件模拟信号输出端口光接收器件1550nm光端机部分1310nm光端机部分 图 7-2 话音信号光纤传输方式二 电话接口模块一TXRX数字信号输入端口光发送器件数字信号输出端口光接收器件光纤PCM编码PCM译码 图 7-3 话音信号光纤传输方式三 电话接口模块一TXRX数字信号输入端口光发送器件数字信号输出端口光接收器件电话接口模块二TXRXPCM编码PCM译码PCM编码PCM译码PCM集群PCM解复用光纤 图 7-4 话音信号光纤传输方式四 21 电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式，一种是直接用原始话音信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是把话音信号数字化后，进行调制，然后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过解调，把话音信号还原。实验步骤（以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）第一部分：检测模拟传输通道，方法如下：第一部分：检测模拟传输通道，方法如下：1.关闭系统电源，把光跳线分别连接到 1310 的 TX 和 RX 端。2.将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203）。3.把开关 S200 拨到模拟传输端，短接跳线 J200。4.打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。5.通过电位器 R257（调节直流分量电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的模拟信号。第二部分：传输模拟话音信号，方法如下：（以下连接线为图第二部分：传输模拟话音信号，方法如下：（以下连接线为图 7-1 的详细说明，其他方式请自行连接）的详细说明，其他方式请自行连接）1.关闭系统电源，保持第一步的光路连接不变，连接电话接口模块的输出 TX 到光发端的模拟信号输入端口 P203，RX 到光收端的模拟信号输出端口 P200，将电话机接入电话机接口。2.开启系统电源，摘起话机，对 MIC 端吹气，在听喇叭端听是否有吹气声。第三部分：以图第三部分：以图 7-2，连接传输通道，请自行连接。，连接传输通道，请自行连接。第四部分：检测数字传输通道，（以第四部分：检测数字传输通道，（以 1310nm 光端机为例）方法如下：光端机为例）方法如下：1.关闭系统电源，保持光路连接的连接，对于 PCM 的接线为：关闭系统电源，将开关S200 拨到数字传输端。集群通信实验接线方法 左模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的 A_IN 右模拟信号源的输出-正弦波 PCM 编译码单元的 B_IN PCM 编译码单元 A_TXDPCM 编译码单元 TXD_A PCM 编译码单元 A_RXDPCM 编译码单元 RXD_A PCM 编译码单元 B_TXDPCM 编译码单元 TXD_B PCM 编译码单元 B_RXDPCM 编译码单元 RXD_B PCM 编译码单元 PCM_OUT光发送数字信号输入端（P202）22 PCM 编译码单元 PCM_IN光接收数字信号输出端（P201/IC202）2.开系统电源，用示波器在光接