《光纤通信》实验教学大纲.docx

光纤通信实验教学大纲目录光纤通信1一、课程简介2二、课程实验教学的目的、任务与要求2三、实验方式与基本要求2四、实验项目设置2五、教材（讲义、指导书）参考书： 2六、实验报告要求3七、考试（考核）方式3附件：4光纤通信课程实验项目14光纤通信课程实验项目26光纤通信课程实验项目39光纤通信课程实验项目4 11两部电话的全双工通话，在PCM编译码中，帧同步信号为8KHz, 一帧信号分为四个时隙, 分别为时隙0、时隙1、时隙2和时隙3；时隙0为帧同步信号，其同步码为固定的码流 "01110010",时隙1和时隙2分别为两路电话语音调制数据，时隙3为空时隙，在本实验中没有用到（用低电平表示），TP621为PCM编码输出测试点，数字光纤通信的基 本原理是将数字通信中的数据传输信号首先经过电一光变换成光脉冲数字信号，然后通过光 纤光缆传输到数字通信的对方，最后再经过光一电变换、放大、均衡与定时再生成数据传输 信号，光发送机完成电一光变换后由光源器件（激光器一LD或者发光二极管一LED）发射光 脉冲信号。本实验利用光纤对各种数字信号进行传输，以了解和熟悉光纤传输数字信号系统 的组成。用双踪示波器观察光发模块与光接收模块各点的波形，并进行比较。数字信号有脉 冲信号、NRZ码，CMI码。在电路驱动上，数字驱动电路采用射极耦合驱动电路。所有数字 信号先经过电平转换，进行直流偏置后直接幅度调制到激光器中。光发端机的光源采用中心 波长为1550nm的半导体激光器光源。为了示波器观察方便，实验中采用24位伪随机码代 替PCM编码进行传输。数字光纤通信系统的组成应该包括HDB3编译码，CMI编译码，光发 端机和光收端机及光纤光缆等部分组成。五、实验内容1、数字信号在光纤通信系统中的编译码过程六、实验方法与步骤1、用FC-FC光纤跳线将1550nm光发端机（1550nmT）与1550nm光收端机（1550nmR） 连接起来，组成1550nm光纤传输系统。2、连接导线：数字信号源模块T504与HDB3编译码模块T801连接，T502与T802连 接，T502与T852连接，T803与T851连接，T853与CMI编译码模块T701连接，T703与 光发模块T151连接，T161与T751连接，T502与T702连接，T502与T752连接。3、将K501, K502, K503拨任意码形，作为传输伪随机信号。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关KOI, K02,五个发光二极管全亮。5、接通数字信号源模块（K50）、HDB3编译码模块（K80）、CMI编译码模块（K70）和光 发模块（K15）的直流电源。6、用示波器观察并记录 TP504, TP803, TP853, TP703, TP151, TP161 和 TP753 各点 的波形。7、依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。七、实验要求1、实验报告字迹工整，原理分析透彻2、记录实验过程中各点的波形。3、分析各点的波形，比较实验所观察到的波形与理论波形是否一致，如果不一致分析 其原因4、对实验结果和误差分析正确光纤通信课程实验项目4一、实验项目名称及实验项目编号光纤通信系统的眼图测试实验，4/4二、课程名称及课程编号光纤通信，055517三、实验目的1、了解眼图的形成过程2、掌握光纤通信系统中眼图的测试方法四、实验原理眼图是衡量数字光纤通信系统数据传输特性的简单而又有效的方法。眼图可以在时域中 测量，并且可以用示波器直观的显示出来。图4-1是测量眼图的系统框图。测量时，将“伪 随机码发生器”输出的伪随机码加在被测数字光纤通信系统的输入端，该被测系统的输出端 接至示波器的垂直输入，用位定时信号（由伪随机码发生器提供）作外同步，在示波器水平 输入用数据频率进行触发扫描。这样，在示波器的屏幕上就可以显示出被测系统的眼图。伪随机脉冲序列是由n比特长，种不同组合所构成的序列。例如，由n=2比特长的4 种不同有组合、n=3比特长的8种不同的组合、n=4比特长16种不同的组合组成，直到 伪随机码发生器所规定的极限值为止，在产生这个极限值以后，数据序列就开始重复，但它 用作为测试的数据信号，则具有随机性。五、实验内容1、1550nm数字光纤通信系统眼图测试实验2、850nm和1310nm数字光纤通信系统眼图测试实验六、实验方法与步骤A. 1550nm数字光纤通信系统眼图测试实验1、用FC-FC光纤跳线将1550nm光发端机（1550nmT）与1550nm光收端机（1550nmR）连接起来，组成1550nm数字光纤传输系统。2、按图4-1连接好示波器与实验箱，连接导线：PCM编译码模块T661与CPLD下载。 模块983连接，T661与示波器外触发连接，980与光发模块T151连接，T161与示波器 的通道1连接。3、选择示波器为外触发方式。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关KOI, K02,五个发光二极管全亮。5、接通PCM编译码模块（K60）、CPLD下载模块（K90）和光发模块（K15）的直流电源。6、用示波器观察并画出光收端机的眼图。7、改变输入时钟信号频率，将T661改成T662 （L 024M）或数字信号源模块中的T502 （K511拨上为64K,拨下为256K）,观察光纤传输不同频率时眼图的形状及变化。8、依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。B、850nm和1310nm数字光纤通信系统眼图测试实验根据1550nm数字光纤通信系统眼图实验步骤，设计并执行850nm和1310nm数字光纤 通信系统眼图测试实验步骤。七、实验要求1、实验报告字迹工整，原理分析透彻2、记录，并画各种频率下光收端机的眼图波形。3、求出系统眼图的眼开度、眼皮厚度、正负极性不对称度以及系统的定时抖动。4、通过系统眼图，评估系统性能。5、对实验结果和误差分析正确课程名称：光纤通信课程编号：056517英文名称：Optical Fiber Communication课程性质：非独立设课课程属性：专业应开实验学期：第5学期学时学分：课程总学时一48实验学时一8课程总学分一-3.5实验学分一-实验者类别：本科生适用专业：电子信息工程；电子科学与技术先修课程：通信原理一、课程简介光纤通信是信息、通信、电子等专业本科生的一门专业课。通过本课程 的学习，使学生了解光纤通信系统、掌握光纤通信的基本知识，为从事光纤通信 工作以及进一步的深入学习和研究奠定必要的理论基础。二、课程实验教学的目的、任务与要求光纤是现代通信网络中传输信号的最佳媒质，作为未来通信领域的专业技术 人员，必须了解和掌握有关光纤通信的原理、器件、光纤通信系统。三、实验方式与基本要求光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学 器件的损坏。四、实验项目设置注 羽逊：1.麻2验监综的 ®IW5.其也1.翱眩例蜃m W4.其B 爽凝 1.必修2 W3.脂序号实验 编号实验项目名称实验内容提要实验 时数实验 类型实验 类别实验 要求每组 人数1数字信号光纤传输实验2必修验正2电话光纤传输系统实验2必修验正3数字光纤通信系统综合实验4专业必修5光纤通信网中的光波分复用技术实验4必修给合计16五、教材（讲义、指导书）参考书：1 .徐宝强，杨秀峰主编：光纤通信及网络技术，北京航空航天出版社，2003年.原荣 主编：光纤通信网络，电子工业出版社，2000年2 .魏继明主编：光纤通信，河北科学技术出版社，2001年.王原丽主编：光纤传输系统教学实验指导书，2004年六、实验报告要求要求有实验目的、原理、内容和步骤以及实验结果和数据分析，不可偷工减 料。七、考试（考核）方式（1）平时成绩考查学生预习情况、在平时的实验中注意人身安全和设备的安全情况、实验课的出勤情况等。（2）实验操作在每次的实验中，我们认真对每个同学的实验过程、仪器操作使用、实 验技能与效果，以及实验记录等四个环节进行当场评价、登记。（3）实验报告实验报告质量是衡量实验效果的依据，是反映学生分析问题、研究问题、解决问题、撰写科技论文的能力。附件：.光纤通信课程实验项目1一、实验项目名称及实验项目编号数字信号光纤传输实验，1/4二、课程名称及课程编号光纤通信,055517三、实验目的1、了解数字信号光纤传输系统的通信原理2、掌握完整数字光纤通信系统的基本结构四、实验原理数字光纤通信之所以发展得如此迅速,是因为数字光纤通信与传统的电缆传输通信相比 具有明显的优势。如传输带宽很宽，通信容量大，中继距离长，保密性很好，投资少，见效 快，管理维护方便等许多优点。数字光纤通信的基本原理是将数字通信中的数据传输信号首 先经过电一光变换成光脉冲数字信号，然后通过光纤光缆传输到数字通信的对方，最后再经 过光一电变换、放大、均衡与定时再生成数据传输信号，光发送机完成电一光变换后由光源 器件（激光器一LD或者发光二极管一LED）发射光脉冲信号。本实验利用光纤对各种数字信 号进行传输，以了解和熟悉光纤传输数字信号系统的组成。用双踪示波器观察光发模块与光 接收模块各点的波形，并进行比较。数字信号有脉冲信号、NRZ码，CMI码。在电路驱动上， 数字驱动电路采用射极耦合驱动电路。所有数字信号先经过电平转换，进行直流偏置后直接 幅度调制到激光器中。五、实验内容1、观察各种数字信号在LD （1310nm）光纤传输系统中的波形2、观察各种数字信号在LED （850nm）光纤传输系统中的波形（可选）六、实验方法与步骤LD数字信号调制实验：1、用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR） 连接起来，组成1310nm光纤传输系统。2、连接导线：数字信号源T504与光发模块T101连接，将数字信号源模块K511拨到上面。3、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nnu4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关KOI, K02,五个发光二极管全亮。5、接通数字信号源模块(K50)、光发模块(K10)的直流电源。6、用万用表监控R110两端电压(红表笔插T103,黑表笔插T104),调节半导体激光器驱动电流(W101),使之小于25mAo7、调节电位器W121,使得TP121处波形幅度大于3.5V,用示波器观察TP101, TP102 和TP121波形，观察数字信号光纤传输调制过程。8、将数字信号源模块K511拨到下面，观察各点波形变化。9、改变数字信号源模块拨码开关状态，观察各测试点波形变化。七、实验要求1、实验报告字迹工整，原理分析透彻2、记录并画出LD (1310nm)数字信号调制过程中各测试点波形3、记录并画出LED (850nm)数字信号调制过程中各测试点波形4、对实验结果以及误差的分析正确光纤通信课程实验项目2一、实验项目名称及实验项目编号电话光纤传输系统实验，2/4二、课程名称及课程编号光纤通信,055517三、实验目的1、了解电话及语音信号通过光纤传输的全过程2、掌握模拟电话、数字电话光纤传输的工作原理四、实验原理对于局间通信来说，电话语音通信具有举足轻重的作用。以电话通信网络为载体，各种 模拟（或数字）信号的传输系统已经商业化。如电话、传真、拨号网络通信等业务都是在局 间电话网上实现的。时分复用制的数字通信系统，在国际上已逐渐建立起标准并广泛使用。 时分复用实际的电话业务共有32个时隙，其中30个时隙用于话音业务。第一个时隙为定位时 隙，用于做帧同步提取用。第二到第十六个时隙传输话音业务，第十七个时隙用于信令信号 传输，以实现信令的接续。第十八到三十二时隙用于话音业务。在我们的实验箱中，电话用户接口输出的两路模拟信号经过PCM编码以后，利用时分 复用的方式，将两路信号数字调制成一路信号，然后送入光发端机中进行光纤传输，光收端 机接收的信号通过时分解复用，实现信号的分离，分别送入两个电话用户接口电路中，实现 两部电话的全双工通话，在PCM编译码中，帧同步信号为8KHz, 一帧信号分为四个时隙, 分别为时隙0、时隙1、时隙2和时隙3；时隙0为帧同步信号，其同步码为固定的码流 "01110010",时隙1和时隙2分别为两路电话语音调制数据，时隙3为空时隙，在本实验中没有用到（用低电平表示），TP621为PCM编码输出测试点，数字光纤通信的基 本原理是将数字通信中的数据传输信号首先经过电一光变换成光脉冲数字信号，然后通过光 纤光缆传输到数字通信的对方，最后再经过光一电变换、放大、均衡与定时再生成数据传输 信号，光发送机完成电一光变换后由光源器件（激光器一LD或者发光二极管一LED）发射光 脉冲信号。本实验利用光纤对各种数字信号进行传输，以了解和熟悉光纤传输数字信号系统 的组成。用双踪示波器观察光发模块与光接收模块各点的波形，并进行比较。数字信号有脉 冲信号、NRZ码，CMI码。在电路驱动上，数字驱动电路采用射极耦合驱动电路。所有数字 信号先经过电平转换，进行直流偏置后直接幅度调制到激光器中。五、实验内容1、模拟电话光纤传输系统实验2、数字电话光纤传输系统实验六、实验方法与步骤A、模拟电话光纤传输系统实验1、用实验七中模拟信号调试方法调节电位器，使1310nm光纤通信系统能够正常传 输模拟信号。2、连接导线：电话用户接口模块T401与光发模块Till连接，T412与T121连接, T402与T411连接，并在电话甲、电话乙口分别接上电话机。3、用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR） 连接起来，组成1310nm光纤传输系统。4、将拨码开关BMK BM2和BM3分别拨到模拟、1310nm和1310nm。5、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关KOI, K02,五个发光二极管全亮。6、接通电话用户接口模块（K40, K41）、光发模块（K10）的直流电源。7、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103,黑表笔插T104）,调节半导体激光器驱动电流（W101）,使驱动电流小于25mAo8、摘机进行两人通话实验，用示波器测试并比较TP401, TP412的波形（由于话音 信号的波形比较复杂，所以可选用双音多频信号的按键音来观察测试点的波形），并做 记录。9、依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。10、根据上述实验步骤，设计并执行850nm光纤传输系统模拟电话传输实验。B、数字电话光纤传输系统实验1、连接导线：电话用户接口模块T401与PCM编译码模块T601连接，T411与T611连接，T412与T603连接，T402与T613连接，T621与T101连接，T631与T121连 接，在电话甲、电话乙口分别接上电话机。2、将 K601, K602, K603 拨到上面。3、用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR）连接起来，组成1310nm光纤传输系统。4、将拨码开关BMK BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和Onm。5、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关KOI, K02,五个发光二极管全 亮。6、接通电话用户接口模块（K40, K41）、PCM编译码模块（K60）和光发模块（K10） 的直流电源。7、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103,黑表笔插T104）,调节半导体激 光器驱动电流（W101）,使驱动电流小于25mAo七、实验要求1、实验报告字迹工整，原理分析透彻2、记录实验过程中各点的波形。3、评估模拟电话通话和数字电话通话的质量。4、对实验结果和误差分析正确光纤通信课程实验项目3一、实验项目名称及实验项目编号数字光纤通信系统综合实验，3/4二、课程名称及课程编号光纤通信,055517三、实验目的1、了解数字光纤通信系统的组成原理2、掌握各个模块在整个系统中的作用四、实验原理本实验为了适应数字光纤通信的需要，让学生了解数字光纤通信系统的完整硬件组成而 设计的。实际完整的数字光纤通信系统的硬件组成，包括接口码型变换电路、线路码型变换 电路、光接口变换电路。同时本实验还模拟了实际PCM通信系统与数字光纤通信系统整个 过程传输码型的变换，从而让学生对这两个实际通信系统之间信息码的变换有更深入和全面 的理解。首先将模拟信号（包括语音信号）进行PCM编码，在实际的PCM通信系统中传输的并不 是PCM码，而是有很多优点的IIDB3码，所以还要对其进行1IDB3编码，此HDB3码就是PCM 通信系统中实际传输的码型，同时也是本实验中的接口码型。在局间通信中此部分表现为用 户与电信局间的通信线路码型，这段距离并不是以光纤为介质进行传输的（数字光纤通信系 统不能传输HDB3码），为了在数字光纤通信系统中传输，必须将接口码HDB3码变换为光纤 线路码型CMI码。具体过程为：先将接口码型HDB3码还原为PCM码，再将此PCM码变换为 光纤线路码型CMI码,此线路编码电路硬件采用实验箱中CMI编译码电路，光纤线路码CMI 码形成后，再送入到光接口数字驱动电路进行光纤传输。光发端机按照光源器件的不同，有 采用LED作光源的光发端机和采用LD作光源的光发端机两种，本实验中实际的电话业务共 有32个时隙，其中30个时隙用于话音业务。第一个时隙为定位时隙，用于做帧同步提取 用。第二到第十六个时隙传输话音业务，第十七个时隙用于信令信号传输，以实现信令的接 续。第十八到三十二时隙用于话音业务。在我们的实验箱中，电话用户接口输出的两路模拟信号经过PCM编码以后，利用时分 复用的方式，将两路信号数字调制成一路信号，然后送入光发端机中进行光纤传输，光收端 机接收的信号通过时分解复用，实现信号的分离，分别送入两个电话用户接口电路中，实现