光纤通信实验指导书-改进.doc
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1、目 录实验系统概述1实验一 光器件认识和测量9实验二光纤传输系统实验21实验三光纤综合传输系统实验27实验系统概述实验系统的整体框图如下:下面对各个模块进行详细的说明:一、1310nm光发模块:完成电信号到光的转换,包括数字和摸拟光调制。数字光调制中还包括:自动光功率控制电路、无光检测电路、光器件寿命检测电路等。各部件功能说明:P100、P101:数字信号输入口,输入信号05V。P104、P102:模拟信号输入口,输入信号-5V5V。J101:数字光调制和模拟光调制的切换开关。J100:拨码开关第一位是控制数字光调制的通和断,第二位是控制自动光功率控制补偿电流的通和断。拨码开关拨上为通,拨下为
2、断。TP100、TP101、TP102:这三个测试点是用来测量激光器的电流和自动光功率控制的补偿电流,具体的使用方法见实验九。TP103:输入数字信号测试点。TP104:无光警告电路的输入信号。TP105:输入的数字信号减去直流电平后的信号。TP106:此信号控制自动光功率控制补偿电路的三极管,从而控制补偿电流的大小。RP100:调节数字光调制的光发射功率大小。逆时针旋转为光功率增大。RP101:调节寿命告警电路的门限电压的大小。RP102:调节无光告警电路的门限电压的大小。RP103:调节光检测器输出电压的大小RP104:调节输入信号衰减大小。逆时针旋转衰减小。二、1550nm光发模块:同1
3、310nm光发模块有同样的功能,其中各部件的功能与1310nm光发模块也是对应。例如,1550nm中的测试点TP200与1310nm中的测试点TP100的功能一样,RP100同RP200的作用一样。三、1310nm光收模块:主要完成光电信号的转换,小信号的检测与信号的恢复放大等功能。包括预放大电路、主放大电路和电平判决电路。各部件功能说明:P103、P105:模拟信号输出口。P106、P107:数字信号输出口。TP108:模拟信号输出测试点。TP109:数字信号输出测试点。RP106:调节接收的灵敏度。逆时针旋转,输出信号会减小。RP107:调节模拟信号失真度。逆时针旋转,失真减小。RP108
4、:调节电平判决电路的判决电平。四、1550nm光收模块同1310nm光收模块有同样的功能,其中各部件的功能与1310nm光收模块也是对应。例如,1550nm中的测试点P203与1310nm中的测试点P103的功能一样,RP106同RP206的作用一样。五、数字信号源及固定速率时分复用模块数字信号源模块作用是产生四路32Kbit/s的NRZ码。固定速率时分复用模块是将四路数字信号以按码字复接的方式复用成一路128Kbit/s的NRZ码。1、各部件功能说明:U300、U301、U302、U303:四个十位的光条,其中每个光条的前八位分别代表每一路NRZ码的八位,每个光条的最后两位无效。光条亮代表“
5、1”,熄代表“0”。U311、U312、U313、U314:四个八位的拨码开关,可以改变四路NRZ码的值,拨码开关拨上为“0”,拨下为“1”。P300、P301、P302、P304: 四路八位的NRZ输出,TTL电平输出。TP300、TP301、TP302、TP303:四路NRZ码的观测点。P738、P739、P740、P741:固定速率时分复用模块四路数字信号输入口。TTL电平输入。P742:固定速率时分复用模块复用信号输出口。TTL电平输出。TP743:P742信号的位时钟观测点。六、数字信号源终端及解固定速率时分复用模块解固定速率时分复用模块将固定速率时分复用后的信号分解为四路NRZ码。
6、各部件功能说明:U304、U305、U306:三个十位的光条,其中每个光条的前八位分别代表每一路NTZ码的八位,每个光条的最后两位无效。光条亮代表“1”,熄代表“0”。P745: 解固定速率时分复用模块NRZ码输入口。TTL电平输入。P744: 位时钟提取输入口。TTL电平输入。TP745:位时钟提取信号输入口。TP744:解固定速率时分复用模块NRZ码输入端口。TP746:位时钟提取模块输出的位时钟信号测试点。七、2M接口模块一和2M接口模块二2M接口模块主要完成电平变换和电平反变换的功能。电平变换是将两路NRZ码变换成三阶高密度双极性码(HDB3码)。电平反变换是将三阶高密度双极性码(HD
7、B3码)变换成两路NRZ码。各部件功能说明:P800、P802(P900、P902):电平变换的两路NRZ码输入。TTL电平输入。P801、P806(P901、P906):电平变换后的三阶高密度双极性码(HDB3码)输出。TP800、TP802(TP900、TP902):输入的两路NRZ码观测点。TP801(TP901):输出的三阶高密度双极性码(HDB3码)测试点。P803、P807(P903、P907):电平反变换的三阶高密度双极性码(HDB3码)输入口。P804、P805(P904、P905):电平反变换的两路NRZ输出。TTL电平输出。TP803(TP903):输入三阶高密度双极性码(
8、HDB3码)测试点。TP804、TP805(TP904、TP905):输出的两路NRZ码观测点。八、计算机接口模块计算机接口模块一四提供了八个计算机RS232接口。其中DOUT表示计算机输出的数据,DIN表示输入到计算机的数据。九、PCM编译码模块此模块采用专用芯片TP3067来实现PCM编译码电路,可同时完成两路信号的编译码工作。PCM模块可以实现传输两路语音信号。各部件功能说明:P500、P512:模拟信号输入端。P502、P508:PCM编码帧同步信号。P503、P507:PCM编码数字信号输出。P506、P509:PCM译码数字信号输入。P505、P510:PCM译码单元位时钟输入。P
9、504、P511:PCM译码帧同步信号输入端口。P501、P513:PCM译码单元模拟信号输出。TP500、TP512:模拟信号观测点。TP502、TP508:PCM编码帧同步信号观测点。TP503、TP507:PCM编码数字信号输出观察点。TP501、TP513:PCM译码模拟信号输出观察点。十、电话模块甲、乙此模块采用专用芯片AM79R70来完成用户接口电路(SLIC)。其中DOUT是语音信号输出,DIN是语音信号输入。十一、电话控制模块电话控制模块完成两路电话摘挂机状态检测,设置两路电话的通话、振铃、忙音、回铃音等状态。十二、FPGA程序下载模块FPGA程序下载模块是将二次开发的程序下载
10、到电端或光端FPGA的接口。J601:JTAG下载方式接口。十三、电端FPGA电端FPGA主要完成变速率时分复用、HDB3编码、HDB3译码、解变速率时分复用、位时钟提取、帧同步提取信号等功能。1、变速率时分复用测试点及接口功能说明:P600、P601、P602、P603:变速率时分复用四路数据输入口。TP600、TP601、TP602、TP603:变速率时分复用四路数据输入测试点。TP604:进行码速调整的位时钟测试点。P605、P606、P607、P608:码速调整后的四路数据输出口。TP605、TP606、TP607、TP608:码速调整后的四路数据输出测试点。TP609、TP610、T
11、P611、TP612:变速率时分复用的四路数据的时隙。P613:变速率时分复用位时钟输出。TP613:变速率时分复用位时钟测试点。P614:变速率时分复用复用输出口。TP614:变速率时分复用复用输出测试点。2、HDB3编码模块测试点及接口功能说明:P618:HDB3编码模块NRZ码输入口。TP618:HDB3编码模块NRZ码输入测试点。P616、P617:HDB3编码模块HDB3码两路信号输出。TP616、TP617:HDB3编码模块HDB3码两路信号输出测试点。TP615:HDB3编码位时钟测试点。3、HDB3译码模块测试点及接口功能说明:P621、P622:HDB3译码模块两路NRZ码输
12、入口。TP621、TP622:HDB3译码模块两路NRZ码输入观测点。P620:HDB3译码模块NRZ码输出口。TP620:HDB3译码模块NRZ码输出观测点。TP619:HDB3译码位时钟时钟测试点。4、位时钟提取模块(数字锁相环模块)测试点及接口功能说明:P624:位时钟提取模块NRZ码输入口。TP624:位时钟提取模块NRZ码输入观测点。P623:位时钟提取模块位时钟输出口。TP623:位时钟提取模块位时钟输出观测点。5、帧同步信号提取模块测试点及接口功能说明:P626:帧同步信号提取模块数据输入。TP625:帧同步信号提取模块位时钟观测点。TP627、TP628、TP629、TP630
13、:帧同步信号提取模块四路数据的帧同步信号测试点。6、解复用模块测试点及接口功能说明:P632:解复用模块NRZ码输入口。TP631:解复用模块位时钟测试点。P633、P634、P635、P636:解复用模块四路数据输出口。TP633、TP634、TP635、TP636:解复用模块四路数据输出观测点。十四、光端FPGA光端FPGA主要完成HDB3编码、HDB3译码、扰码、解扰码、CMI编码、CMI译码、位时钟提取、固定速率时分复用、解固定速率时分复用等功能。其中固定速率时分复用模块和解固定速率时分复用模块的测试点及接口功能在前面已经介绍。1、HDB3译码模块测试点及接口功能说明:P703、P70
14、4:HDB3译码模块两路NRZ码输入口。TP703、TP704:HDB3译码模块两路NRZ码输入测试点。P702:HDB3译码模块NRZ输出口。TP702: HDB3译码模块NRZ输出测试点。P701:单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP701:单独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP700:HDB3译码模块位时钟观测点。2、位时钟提取模块测试点及接口功能说明:P708:位时钟提取模块NRZ码输入口。TP708:位时钟提取模块NRZ码输入测试点。P707:位时钟提取模块位时钟输出口。TP707:位时钟提取模块位时钟输出测试点。TP705:位时钟提取模块主时钟测试点。3、扰码模块测试点及接口
15、功能说明:P712: 扰码模块NRZ码输入口。TP712:扰码模块NRZ码输入测试点。P711: 扰码模块扰码输出口。TP711:扰码模块扰码输出测试点。P710: 单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP710:单独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP709:扰码模块位时钟测试点。4、CMI编码模块测试点及接口功能说明:P716:CMI编码模块NRZ码输入口。TP716:CMI编码模块NRZ码输入测试点。P715:CMI编码模块CMI码输出口。TP715:CMI编码模块CMI码输出测试点。P714:单独模块实验时外加时钟输入口。TP714:单独模块实验时外加时钟输入测试点。TP713:CMI
16、编码位时钟,编码速率是2048Kbit/s。5、PN序列产生模块:P720:输出7位8Kbit/s的PN序列一。TP720:PN序列一的观测点。P719:输出PN序列一的位时钟。TP719:PN序列一位时钟的观测点。P718:输出15位32Kbit/s的PN序列二。TP718:PN序列二的观测点。P717:输出PN序列二的位时钟。TP717:PN序列二位时钟的观测点。6、CMI译码模块测试点及接口功能说明:P724:CMI译码模块CMI码输入口。TP724:CMI译码模块CMI码输入观测点。P723:CMI译码模块NRZ码输出口。TP723:CMI译码模块NRZ码输出观测点。P722:单独模块
17、实验时外加时钟输入口。TP722:单独模块实验时外加时钟输入测试点。TP721:CMI译码模块时钟观测点。7、位时钟提取模块测试点及接口功能说明:P728:位时钟提取模块NRZ码输入口。TP728:位时钟提取模块NRZ码输入测试点。P727:位时钟提取模块位时钟输出口。TP727:位时钟提取模块位时钟输出测试点。TP725:位时钟提取模块主时钟测试点。8、解扰码模块测试点及接口功能说明:P732:解扰码模块扰码输入口。TP732:解扰码模块扰码输入测试点。P731: 解扰码模块NRZ码输出口。TP731:解扰码模块NRZ码输出测试点。P730: 单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP730:单
18、独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP729:扰码模块位时钟测试点。9、HDB3编码模块测试点及接口功能说明:P737:HDB3编码模块NRZ码输入口。TP737:HDB3编码模块NRZ码输入测试点。P736、P735:HDB3编码模块HDB3码两路信号输出。TP736、TP735:HDB3编码模块HDB3码两路信号输出测试点。P734:单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP734:单独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP733:HDB3编码位时钟测试点。实验一 光器件认识和测量一、实验目的1.了解光纤和各种光器件的特点,及他们在光纤通信系统中的应用。2.掌握光功率计的使用方法。二、实验内
19、容1.熟悉光纤及各种光纤器件。2.测量光纤活动连接器的插入损耗。3.测量光可变衰减器的插入损耗和衰减范围。4.测量波分复用器的光串扰。三、实验仪器1.光纤实验系统1台。2.FC/PC型光纤跳线2根。3.光固定衰减器1个。4.光功率计1台。5.光纤活动连接器1个。6.波分复用器2个(WDM)。7.光可变衰减器1个。四、实验原理一)光纤光纤是光导纤维的简称,它是一种由玻璃或透明聚合物构成的绝缘波导。光被耦合进光纤后只能在其波导内部传播。一般的光纤都是由纤芯、包层和外套涂层三部分组成。其外套涂层作为光纤的保护层,用于加强光纤的机械强度。其光纤结构如图1-1所示:外套包层区纤芯区图1-1 光纤结构示意
20、图1、光纤的分类光纤有很多种分类方法。按其传输光波的模式来分,有单模光纤与多模光纤两大类。它们的结构不同,因而各具不同的特性与用途。1)单模光纤用来传输单一基模光波的光纤称为单模光纤,它要求入射光的波长大于光纤的截止波长,单模光纤的纤芯直径很小,一般为5-10m。单模光纤对于光的传输损耗将是最小的,因为光场只在光纤的中心传导。但是由于纤芯直径很小,对于光纤与光源的耦合及光纤之间的接续将带来明显困难。单模光纤可彻底消除模间色散,在波长为1.27m时,材料色散趋近于零,或者可以使得材料色散与波导色散相抵消。因此,长距离大容量的长途通信干线及跨洋海底光缆线路全部采用单模光纤。由于1.55m波长时单模
21、光纤的损耗更低,人们已研究了使光纤的零色散波长移到1.55m的技术和使激光器(LD)的频谱更窄的技术,以求同时达到最低的损耗及最宽的带宽,从而最大限度地增大中继距离及信息容量。2)多模光纤用来传输多种模式光波的光纤称为多模光纤,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。将单模光纤的纤芯增大,光纤将成为多模光纤。多模光纤的纤芯直径远远大于单模光纤,一般为50-200m。在临界角内,各个模式的入射光波分别以不同角度,在光纤内的纤芯与包层的的界面处发生全反射而沿光纤全长传输。突变型多模光纤的纤芯部分折射率保持不变,而在纤芯与包层的界面折射率发生突变。这种光纤模间群时延时差大,一
22、般传输带宽为100MHzKm。常做成大芯径(例如100m)、大数值孔径(例如NA大于0.3)光纤,提高光源与光纤的耦合效率,适用于短距离、小容量的系统。这种光纤的使用相当广泛。3)识别单模光纤与多模光纤的方法识别单模光纤与多模光纤的基本方法是从光纤的产品规格代号中去了解。如我国光纤光缆型号的规格代号的第二部分用J代表多模渐变型光纤,用T代表多模阶跃型光纤,用Z代表多模准阶跃型光纤,用D代表单模光纤。其次是从光纤的纤芯直径去识别。单模光纤的芯径很细,通常芯径小于10m;多模光纤的芯径比单模光纤大几倍。第三种方法是从光纤外套的颜色上识别。通常黄色表示单模光纤,橙色表示多模光纤。本实验系统用的光纤外
23、套是黄色的,故为单模光纤。4)尾纤波长的测试光纤线路的两端一般是通过一段短光纤把线路与光端机连接起来的。这一段短光纤长度为3米或5米、10米,因其位置处于光纤线路的尾部,故称为尾纤。尾纤的传输特性有工作波长、信号传输模式、带宽与损耗等,通常这些通过光纤光缆的型号标志来识别,也可以用仪表来测试。每种光纤都有特定的工作波长,当注入光信号的波长等于工作波长时,光纤损耗最小,反之光纤损耗增大。因此把不同波长的光信号注入光纤,测量光纤损耗,当光纤损耗最小时,该光信号的波长即为尾纤的工作波长。2、成品光纤的主要参数一般光纤成品有以下主要参数:1)光纤的纤芯折射率分布纤芯折射率分布一般分为两类,即梯度型分布
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