光纤通信经典实验.docx

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光纤通信经典实验

第一章光纤通信基本实验

实验一双光纤通信传输认识与演示

一、实验目的

1．了解双光纤通信传输实验箱的结构。

2．了解各模块的功能和作用。

3．了解双光纤通信传输实验的特点。

二、实验内容

1．熟悉双光纤通信传输实验箱各模块的功能和作用。

2．熟悉双光纤通信传输实验箱的使用与操作。

3．了解双光纤通信的波分复用传输方法。

三、实验仪器

THKEGC-2型实验箱一台、FC/PC连接器一只、1310nm/1550nm波分复用器两只（接头类型：

FC/PC）、示波器一台。

四、实验箱结构、特点

（一）结构简介

实验系统结构见图1-1所示。

光纤通信传输实验系统采用模块化结构设计，分为左右两大模块（两套光纤发送接收系统），每一个模块中又由许多子模块组成：

图1-1双光纤通信传输实验箱模块结构图

1．1310nm光发送接收系统

1）固定速率时分复用/解复用模块

复接模块：

三路串行数据输入接口，一路串行数据输出接口。

完成将三路串行数据打包成一路串行数据，结合解复用模块及光纤收发模块即可完成三路串行数据的单光纤传输。

解复用模块：

一路串行数据输入接口，二路并行数据（三路数据中的一路是帧信号）直接输出到LED灯显示。

完成将一路串行数据还原成二路并行数据，结合复接模块及光纤收发模块即可完成三路串行数据的单光纤传输。

接口参数：

三路输出数据的速率：

64Kbps

接口类型：

NRZ。

固定速率数据信号源模块

此模块产生三路速率为64K的单极性不归零码（NRZ），数据信号帧长为8位，其中两路可作为数据信息，每路8位，另外8位中的7位可作为集中插入帧同步码。

通过拔动开关，可以很方便地改变码信息，并由发光二极管指示。

固定速率时分复用复接模块

此模块将固定速率数据信号源模块产生的三路NRZ码复接成一路速率为128K的信号，该信号由24位信息组成，其中16位为数据信息，另外8位作为帧同步码。

固定速率时分复用分接模块

此模块将固定速率时分复用复接模块产生的信号分接，还原成与固定速率数据信号源模块拔动开关相对应的并行数据信息，并通过发光二极管指示。

2）变速率时分复用/解复用模块

复接模块：

四路串行数据输入接口，一路串行数据输出接口。

完成将四路串行数据打包成一路串行数据，配合解复用模块及光纤收发模块即可完成四路串行数据的单光纤传输。

解复用模块：

一路串行数据输入接口，四路串行数据输出接口。

完成将一路串行数据还原成四路串行数据，配合复接模块及光纤收发模块即可完成四路串行数据的单光纤传输。

接口参数：

四路输入数据的速率：

0~64Kbps

接口类型：

RS232、NRZ等。

3）CMI编译码模块

编码模块：

将输入的数字信号进行CMI编码。

译码模块：

将输入的CMI码进行译码。

由CPLD（EPM3256）完成。

4）电话接口模块

此模块为独立的电话输入、输出接口，通过专用电话接口芯片实现。

5）PCM编译码模块

此模块通过专用芯片来实现PCM编译码电路，可同时完成两路信号的编译码。

PCM模块可以实现传输两路语音信号的功能，采用TP3067编译码芯片。

6）可调信号源模块

此模块能输出三种模拟信号：

方波、正弦波、三角波。

频率（0.5~10KHz）可调。

正弦波幅度可调。

7）四个串行通信接口模块

此模块配有RS232接口和信号端口TXD（发送）和RXD（接收）。

与变速率时分复用/解复用模块及光纤收发模块结合，可实现自发自收通信实验、两台计算机、四台计算机之间的全双工数据光纤通信实验。

若再与两种波长的光纤收发模块结合可完成二∽八台计算机之间的全双工数据通信实验。

8）1310nm波长光发送模块

主要完成电光信号的转换，即可传输模拟信号（包括视频、音频信号），又可传输数字信号，同时具有无光告警及光器件损坏告警指示。

它主要有模拟调制模块和数字调制模块（包括：

自动功率控制电路（APC）、无光检测电路、光器件损坏检测电路等）组成。

配有视频专用接口。

9）1310nm波长光接收模块

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。

它主要有光检测电路、滤波电路、第一放大电路、第二放大电路、判决电平调节电路、整形电路等组成。

配有视频专用接口。

2．1550nm光发送接收系统

1550nm光发送接收系统中的模块与1310nm光发送接收系统的功能一样。

主要是波长不一样。

（二）系统特点

1．采用对称模块化双光端机设计，体现了现代性（如新型器件CPLD）和系统性（各模块既可单独

做实验又可灵活组合做系统实验）。

2．光器件全外置设计。

3．每个光端机自带数字信号源和终端显示模块，无示波器也可观测实验现象与结果。

4．包含双三路固定速率时分复用模块。

5．包含双四路固定速率时分复用模块。

6．采用高可靠性的接插件，灵活搭线，性能稳定。

7．系统自带两片CPLD芯片，并有下载接口和下载线，可进行二次开发。

（三）双光纤通信的波分复用传输

以模拟信号、数字信号双向通信的波分复用传输为例，介绍双光纤通信传输实验箱的特点。

由实验老师进行演示。

系统结构如图1-2所示。

图1-2模拟信号、数字信号的波分复用传输

模拟信号源（可以是实验箱自带的信号源；也可以采用模拟摄像头，对应的示波器改为监视器。

）接入1310nm光端机部分的模拟信号输入端口，通过光发送器件转换为光信号发送，经光纤和波分复用器传输后，由1550nm光端机部分光接收器件转换为电信号，经模拟信号输出端口输出，由示波器（监视器）显示。

数字信号源（R_D1、R_D2等）接入1550nm光端机部分的数字信号输入端口，通过光发送器件转换为光信号发送，经光纤和波分复用器传输后，由1310nm光端机部分光接收器件转换为电信号，经数字信号输出端口输出，由示波器或终端显示模块显示。

五、实验注意事项

1．波分复用器属易损器件，应轻拿轻放。

2．光器件连接时，注意要用力均匀。

六、演示实验步骤

1．了解双光纤通信传输实验箱的结构

对照图1-1了解双光纤通信传输实验箱的结构及各功能模块所在区域。

了解各信号输入/输出端口的位置和意义。

2．模拟信号、数字信号的波分复用传输（由实验老师演示）

1）电气实验导线的连接：

关闭系统电源，将1310nm光端机的模拟信号源正弦波输出端L_SINE（或模拟摄像头）与1310nm光发送模块的模拟信号输入端口L_AIN相连，将开关S71拨向右边（传输模拟信号）；将1550nm光端机的固定速率数据信号源输出端R_D1与1550nm光发送模块的数字信号输入端口R_DIN相连，将开关S91拨向左边（传输数字信号）。

2）光路部分的连接：

①取下1310nm光发/光收端口上的红色橡胶保护套。

②取一只波分复用器，取下其双光纤端的两根光纤的橡胶保护套。

③将波分复用器的1310nm端与1310nm光发送端口（1310nmTX）的连接器对接，即：

将光纤小心地插入连接器，在插入的同时保证光纤的凸起部分与连接器的凹槽完全吻合，然后拧紧固定帽即可。

④同样将波分复用器的1550nm端与1310nm光接收端口（1310nmRX）的连接器对接。

⑤用同样的方法将另一只波分复用器的1550nm端与1550nm光发送端口（1550nmTX）的连接器对接；同样将波分复用器的1310nm端与1550nm光接收端口（1550nmRX）的连接器对接。

⑥取一只连接器，取下其两端的保护套；取下两只波分复用器单光纤端的保护套，分别将它们与连接器连接好。

3）模拟信号的观测：

开启系统电源，分别用示波器（或监视器）观察1310nm光发端机的模拟信号输入端L_AIN与1550nm光收端机模拟信号输出端R_AOUT的波形。

可调节电位器改变模拟信号源的频率和幅度。

调节电位器W73顺时针旋转到底，使偏置电流最大。

分别调节电位器W71（输入模拟信号衰减）和WA1（增益调节）使示波器上看到不失真的波形。

改变模拟信号源的频率，观察波形。

4）数字信号的观测：

开启系统电源，分别用示波器观察1310nm光收端机的数字信号输出端L_DOUT与1550nm光发端机数字信号输入端R_DIN的波形。

调节电位器W81（增益调节），使输出波形与信码一致。

通过拔动开关改变数字信号源的码型，观察波形。

七、实验报告要求

1．画出双光纤通信传输实验箱模块结构图。

2．对光纤传输系统的认识和体会。

实验八数字信号电—光、光—电传输

一、实验目的

1．了解数字光纤通信的基本原理。

2．掌握各种数字信号的传输特性。

3．初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构。

二、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。

三、实验仪器

示波器一台、THKEGC-2型实验箱一台、FC/PC光纤跳线两根。

四、基本原理

本实验主要完成各种数据信号的光纤传输，其原理如图8-1所示，本次实验所用到的数字信号主要有：

NRZ（D1、D2、D3）、FS、CMI码。

各信号的详细介绍及各部分电路原理请参考后续的实验内容。

图8-1数字信号光纤传输框图

图8-2CMI码光纤传输框图

五、实验步骤

以1310nm光端机（1550nm光端机与其相同）为例，即实验箱左边的模块。

用光跳线分别连接1310nm的TX和RX端。

1．数字信号光纤传输实验。

1）将固定速率数字信号源模块的L_D1或L_D2、L_D3、L_FS、L_BS、L_FY_OUT连接到光发送模块的数字信号输入端口L_DIN。

2）把开关S71拨到左边（传输数字信号）。

3）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L_DOUT观察输出信号。

4）通过调节电位器W81、W82得到最佳的数字信号。

5）通过拔动开关改变数字信号的码型，观察输出端的波形变化。

2．CMI码光纤传输实验

1）关闭系统电源，选数字信号模块中的L_D1、L_D2、L_D3、L_FS任意一个，连接到CPLD模块的L_D_IN，进行CMI码的编码。

将L_CMI_OUT连接到光发送模块的数字信号输入端口L_DIN，并将光接收模块的输出端L_DOUT用导线连接到L_CMI_IN进行译码，还原成原始信号。

2）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L_DOUT观察输出信号。

3）通过电位器W82来调节判决直流电平得到最佳的数字信号。

4）用示波器观察编码前后的两个波形。

5）通过拔动开关改变数字信号的码型，观察输出端的波形变化。

六、实验报告要求

1．记录数字信号CMI编码后的波形并与原始波形作比较。

1。

记录五组固定速率数字信号的波形。

2．分析数字信号光纤传输的编码规则。

2。

记录FS信号波形。

3．归纳各种数字信号光纤传输的特点。

3。

对比记录三组由NRZ到CMI编码的信号，分析CMI编码的规则。

实验十光纤通信线路码

一、实验目的

1．了解光纤通信编译码的方式。

2．了解各种编译码方式的性能。

3．了解光纤线路码的选码原则。

4．掌握CMI编码/译码原理。

5．学习CMI编译码模块的使用。

二、实验内容

1．光纤通信编译码的方式。

2．光纤线路码的选码原则。

3．观察CMI编译码的波形。

三、实验仪器

示波器一台、THKEGC-2型实验箱一台。

四、基本原理

（一）常见光纤线路码

1．mBnB码

mBnB码又叫分组码（BlockCode）。

其特点是将输入的原始二进制码流按m比特分组，形成m比特的码字，然后将每一码字在同样长的时隙内变成n比特的码字输出（取n>m）。

常见的有1B2B码、3B4B码、4B6B码、5B6B码、5B7B码和6B8B码等等，