光纤通信实验报告.docx

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光纤通信实验报告

光纤通信实验报告

实验1数字发送单元指标测试实验

一、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

二、实验仪器

1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台

2.光功率计1台

3.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根

4.示波器1台

5.850nm光发端机1个

6.ST/PC-FC/PC多模光跳线1根

三、实验原理

四、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

3.比较驱动电流的不同对平均光功率和消光比的影响

五、实验步骤

Ａ、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试

1.伪随机码的产生：

伪随机码由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块。

将PCM编译码模块的4.096MHZ时钟信号输出端T661与CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的信号输入端T983连接，NRZ信号输出端T980将产生4M速率24－1位的伪随机信号，用示波器观测此信号。

将此信号与1550nm光发模块输入端T151连接，作为信号源接入1550nm光发端机。

2.用FC-FC光纤跳线将光发端机的输出端1550T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1550nm信号。

3.用K60、K90和K15接通PCM编译码模块、CPLD模块和光发模块的电源。

4.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。

5.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源。

用K60接通电源，用用示波器从T504观测此信号，将K511接1、2或2、3可观测到速率的变化，将此信号接到T151，作为伪随机信号接入光发端机。

6.用数字信号源模块的K501、K502、K503将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。

7.将P1，P0代入公式2-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。

Ｂ、1310nm数字发端机平均光功率及消光比测试

8.信号源仍用4M速率24－1位的伪随机信号，与1310nm光发模块输入端T101连接。

9.用FC-FC光纤跳线将1310nm光发模块输出端1310T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1310nm信号。

10.将BM1拨至数字，BM2拨至1310nm。

11.接通PCM编译码模块、CPLD模块和1310nm光发模块（用K10）的电源。

12.用万用表在T103和T104监控R110（阻值为1Ω）两端电压，调节电位器W101，使半导体激光器驱动电流为额定值25mA。

13.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。

14.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源，请参看系统简介中的数字信号源模块部分。

用示波器从T504观测此信号，连接T504与T101，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。

15.将P1，P0代入公式2-1式即得1310nm数字光纤传输系统消光比。

16.重复9-15步，调节电位器W101，调节驱

17.

18.

19.

当驱动电流约为10mA时,得平均光功率如左图所示;

如右图所示.

根据公式2-1:

得1310nm数字光纤传输系统消光比为:

（dB）

当驱动电流约为20mA时,得平均光功率如左图所示;

如右图所示.

根据公式2-1:

得1310nm数字光纤传输系统消光比为:

（dB）

整体电路图如上图所示.

实验2光无源器件特性测试实验

一、实验目的

1.了解光无源器件，Y型分路器以及波分复用器的工作原理及其结构

2.掌握它们的正确使用方法

3.掌握它们主要特性参数的测试方法

二、实验仪器

1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台

2.光功率计1台

3.示波器1台

4.FC-FC法兰盘1个

5.Y型分路器1个

6.波分复用器2个

三、实验原理

测试方法为：

先测试出光源输出的光功率P0，将Y型分路器接入其中组成图4-1所示测试系统后，分别测出Y型分路器输出端的光功率P1和P2，分别代入4-1，4-2，4-3式即可得到待测Y型分路器的性能指标。

波分复用器性能指标有耦合比CR、插入损耗Lt、附加损耗Le、光串扰（隔离度）DIR等。

这里只讨论光串扰。

光串扰是指一个输入端的光功率和由耦合器反射到其他输出端口的光功率的比值。

其测试原理图如图4-2所示。

上图中波长为λ1＝1310nm、λ2＝1550nm的光信号经波分复用器复用以后输出的光功率分别为P01、P02，解复用后分别输出光信号，此时从1310窗口输出1310nm的光功率为P11，输出1550nm的光功率为P12；从1550窗口输出1550nm的光功率为P22，输出1310nm的光功率为P21。

将各数字代入下列公式。

　　　　　　（4-4）

　　　　　　（4-5）

上式中L12、L21即为相应的光串扰。

由于便携式光功率计不能滤除波长1310nm只测1550nm的光功率，同时也不能滤除1550nm只测1310nm的光功率。

所以改用下面的方法进行光串扰的测量。

测量1310nm的光串扰的方框图如4-3（a）所示。

测量1550nm的光串扰的方框图如4-3（b）所示：

在这种方法中，光串扰计算公式为：

（4-6）

（4-7）

上式中L12，L21即是光波分复用器相应的光串扰。

四、实验内容

1.测量Y型分路器的插入损耗

2.测量Y型分路器的附加损耗

3.测量波分复用器的光串扰

五、实验步骤

Ａ、Y型分路器性能测试

1.用FC-FC光跳线将1310nm光发端机与光功率计相连，组成简单光功率测试系统。

2．信号源的产生：

信号源由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块，将PCM编译码模块中的4.096MHZ时钟信号由T661输入到CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的时钟输入端983，这样在输出端T980将输出4M速率24－1位的伪随机信号，将其作为信号源接入到1310nm光发端机信号输入端T101。

并用示波器检测此信号。

1．拨码开关BM1拨到数字，BM2和BM3拨到1310nm。

2．接通PCM编译码模块、CPLD下载模块、光发模块的电源。

3．用万用表监控R110两端电压，用W101调节半导体激光器驱动电流，使之为25mA。

万用表示值为25mV。

4．用光功率计测得此时光功率为P0。

5．拆除FC-FC光纤跳线，将Y型分路器按照图4-1中方法组成测试系统。

6．用光功率计分别测出Y型分路器输出两端光功率P1和P2。

B、波分复用器性能测试

7．信号源的产生同步骤2。

8．按图4-3（a）连接波分复用器：

将波分复用器（A）标有“1310nm”的光纤接头插入“1310nm”光发端（1310nmT）。

将标有“1550nm”的光纤接头用保护帽遮盖起来；用FC-FC法兰盘将两个波分复用器（A）和（B）的“IN”端相连。

9．将拨码开关BM1拨到数字，BM2和BM3均拨到1310nm。

10．接通PCM编译码模块、CPLD下载模块、1310nm光发模块的电源。

11．用万用表监控R110两端电压，调节半导体激光器驱动电流，使之为25mA。

12．用光功率计测得此时波分复用器（B）标有“1310nm”端光功率为P11，测得标有1550nm端光功率为P12。

13．拆除波分复用器“IN”端FC-FC法兰盘，测得波分复用器（A）标有“IN”端输出光功率为P1。

14．代入上式计算1310nm光串扰。

15．根据4-3（b）测试框图和上述波分复用器1310nm光功率串扰步骤，设计步骤并测试1550nm光串扰。

16．将所得光功率数据代入公式4-6和4-7计算波分复用器的光串扰。

六、实验报告

1.记录各实验数据，根据实验结果计算Y型分路器插入损耗和附加损耗。

（拍照）

（上左图为光功率

;上右图为实验电路图）

（上左图为Y型分路器输出两端光功率P1;上右图为Y型分路器输出两端光功率P2）

2.根据实验结果，计算获得波分复用器光串扰。

（1310nm光发端）:

（上左图为波分复用器（B）标有1310nm端光功率为P11;上右图为波分复用器（B）标有1550nm端光功率为P12）

（下右图为1550nm光发端）:

（上左图为波分复用器（A）标有IN端光功率为P1;上右图为波分复用器（B）标有1310nm端光功率为P21）

（上左图为波分复用器（B）标有1550端光功率为P22;上右图为波分复用器（A）标有IN端光功率为P2）

（右图为实验电路图）

实验3模拟信号光纤传输实验

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

二、实验仪器

1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台

2.20MHz双踪模拟示波器1台

3.万用表1台

4.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根

5.850nm光发端机和光收端机1套

6.ST/PC-ST/PC多模光跳线1根

三、实验原理

LD模拟信号调制实验中，有兴趣时可采用预失真补偿电路对模拟信号波形进行失真补偿，可观察出补偿后的传输效果与补偿前的效果的不同。

关于预失真补偿可参见附录。

本实验箱850nm为LED光源，1310nm和1550nm为LD光源。

四、

实验内容

1.各种模拟信号LED模拟调制：

三角波、正弦波、方波。

2.各种模拟信号LD模拟调制：

三角波，正弦波、方波。

五、实验步骤

本实验采用模拟信号源模块输出的信号做为待传输的模拟信号。

A、LD模拟信号调制实验

1．模拟信号源用模拟信号源模块的1K正弦波信号，将输出端T303与1310nm光发模块模拟信号输入端T111连接。

2.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，K121置2、3通。

3.将拨码开关BM1拨到模拟，BM2和BM3拨到1310nm。

4.用K30打开模拟信号源模块电源；用K10打开光发模块电源。

5.将K31置中间两脚通，调节1K正弦波信号幅度调节电位器W306，用示波器CH1通道从TP303观测，使波形幅度约为2V，且无明显失真。

6.调节输入模拟信号幅度调节电位器W111、模拟信号驱动电流调节电位器W112和1310nm光收模块输出信号幅度调节电位器W121，用示波器CH2通道从TP121观测，使得输出信号波形幅度为2V且无明显失真，画出两信号的波形。

再用示波器从TP112观察驱动电流信号；观察模拟信号光纤传输调制过程。

下面给出了以正弦波为例TP111、TP112、TP121各点的波形，

7.将T303换成T302（三角波）或T301（方波），观察各测试点波形效果。

B、LED模拟信号调制实验

根据LD模拟信号调制实验步骤，设计LED模拟信号调制步骤，并通过实验实现。

六、实验报告

1.记录并画出各模拟信号的波形，对模拟信号光传输前后的波形进行比较。

（拍照）

（电路图如图所示）

2.比较LD与LED模拟信号调制的效果。

实验4数字信号光纤传输实验

一、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

二、实验仪器

1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台

2.20MHz双踪模拟示波器1台

3.万用表1台

4.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根

5.850nm光发端机和光收端机1套

6.ST/PC-ST/PC多模光跳线1根

三、实验原理

数字信号光纤传输系统组成框图如图6-3所示：

对原始数字信号产生模块的信号进行各种不同方式的编码和处理，然后通过光纤传输，在接收端经译码后从测试端口观测输出端的信号波形，并且比较发光二极管的数字驱动与半导体激光器数字驱动效果的异同。

四、实验内容

本实验用1310nm和850nm光纤传输系统直接传输数字信号源的NRZ码信号。

关于光发、收端机参见实验二、三；数字信号源参见系统简介。

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

五、实验步骤

A、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，K121置2、3通，组成1310nm光纤传输系统。

2.信号源用数字信号源模块产生的NRZ码信号，将其输出端T504与光发模块数字信号输入端T101连接，K511置2、3通（1、2通速率为64K，2、3通为256K），用示波器CHI通道观测此信号。

3.将拨码开关BM1拨到数字数字，BM2和BM3拨到1310nm。

4.用K50接通数字信号源模块电源，用K10接通光发模块电源。

5.用万用表监控R110两端电压，用W101调节半导体激光器驱动电流，使之小于25mA。

6.

调节1310nm光收模块输出信号幅度调节电位器W121，用示波器CH2通道从TP121观测，使得输出信号波形幅度为3.5V且无明显失真。

记录以上两信号波形；再从TP102观测驱动电流波形；从而观察数字信号光纤传输调制过程。

下面给出了以方波为例TP101、TP102、TP121各点的波形示意图

7.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。

8.有兴趣者可改用实验箱中其他码型的数字信号进行上述步骤，观察各种码型的波形（PCM编码信号，CMI编码信号，脉冲信号等）。

B、LED数字信号调制实验

根据1310nm光纤通信系统数字信号调制实验步骤，设计850nmLED光纤通信系统数字调制实验步骤并进行实验。

六、实验报告

1.记录并画出LD（1310nm）数字信号调制过程中各测试点波形。

（拍照）

（电路图如上右图所示）

实验5PCM数字电话光纤传输系统实验

一、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.掌握数字电话光纤传输的工作原理

二、实验仪器

1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台

2.20MHz双踪模拟示波器1台

3.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根

4.电话单机2部

5.万用表1台

6.850nm光发端机和光收端机1套

7.ST/PC-ST/PC多模光跳线1根

三、实验原理

电话语音信号的光纤传输分为两种方式，一种方式为模拟电话光纤传输，即电话用户接口输出的模拟信号直接送入光纤模拟信号传输信道，从而实现两部电话的通话。

由于模拟信号无法直接进行时分复用，因此模拟电话光纤传输只能传输一路电话语音信号，另一路电话语音信号直接用连接导线代替光纤，实验方框图如图7-1所示。

图中，只有电话乙通过光纤传输，电话甲则通过导线传输。

另一种方式为数字电话光纤传输，将电话用户接口输出的模拟信号经过PCM编码，利用时分复用的方式，将PCM数字信号调制成一路信号，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，分别送入电话用户接口电路中，实现电话的全双工通话。

本实验系统只设置了两部电话，其方框图如图7－2所示。

图7--2电话数字光纤传输

实验系统的PCM编译码电路见系统简介。

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），T601为电话甲模拟语音信号输入端，T603为电话甲译码输出端，T611为电话乙模拟语音信号输入端，T613为电话乙译码输出端，T621（TP621）为PCM编码输出测试点，T631（TP631）为PCM译码输出测试点，图7-3为PCM编码一帧的结构示意图。

四、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

五、实验步骤

Ａ、模拟电话光纤传输系统实验

1.参考实验五,调整1310nm光纤通信系统使能够正常传输模拟信号。

2.按图7-1连接导线：

电话用户接口模块的甲方模拟语音信号输出端T401与光发模块模拟信号输入端T111连接，乙方模拟语音信号输入端T412与光收模块信号输出端T121连接，甲方模拟语音信号输入端T402与乙方模拟语音信号输出端T411用导线连接，并在电话甲、电话乙口分别接上电话单机。

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，K121置2、3通，组成1310nm光纤传输系统。

4.将拨码开关BM1拨到模拟,、BM2和BM3均拨到1310nm。

5.用K40，K41接通电话用户接口模块电源，用K10接通光发模块电源。

6.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。

7.根据上述步骤，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

1.参考实验六,调整1310nm光纤通信系统使能够正常传输数字信号。

2.按图7-21连接导线，将K601，K602，K603置1、2通，以便使用本地位同步信号。

3.接通电话用户接口模块、PCM编译码模块和光发模块的直流电源。

4.分别从TP650、TP651、TP652、TP653观测0时隙、1时隙、2时隙、帧同步码信号，比较它们时间上的关系。

5.摘机进行两人通话实验，用示波器测试并比较TP411，TP402，TP401、TP412的波形（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。

6.用示波器从TP101观察PCM编码输出信号波形，从TP121观察经信道传输后的PCM信号波形。

7.根据上述步骤，设计并执行850nm光纤传输系统数字电话传输实验。

六、实验报告

1.记录实验过程中各点的波形。

（拍照）

（组成1310nm光纤传输系统模拟电话传输）:

（上左图为无杂音时的波形;上右图为有按键音时的波形）

（组成850nm光纤传输系统模拟电话传输）:

（上左图为无杂音时的波形;上右图为有按键音时的波形）

（电路图如左图所示）

（分别从TP650、TP651、TP652、TP653观测到的0时隙、1时隙、2时隙、帧同步码信号）:

（组成1310nm光纤传输系统数字电话传输）:

[TP101]

（上左图为无杂音时的波形;上右图为有按键音时的波形）

[TP121]:

（上左图为无杂音时的波形;上右图为有按键音时的波形）

（组成850nm光纤传输系统数字电话传输）:

[TP101]

（上左图为无杂音时的波形;上右图为有按键音时的波形）

[TP121]:

（上左图为无杂音时的波形;上右图为有按键音时的波形）

（电路图如左图所示）

2.评估模拟电话通话和数字电话通话的质量。

3.评估850nm电话光纤传输系统和1310nm电话光纤传输系统的性能。

七、注意事项

1．若模拟电话光纤传输时有噪声，可根据模拟信号光纤传输步骤进行调试，使系统传输2K正弦波，当输出（T121）幅度为2V且无明显失真时即可。

2．若数字电话光纤传输时有噪声，可根据数字光纤传输步骤进行调试，使系统传输普通伪随机码信号，若输出（T121）与输入波形相同，幅度大于3.5V且无误码即可。

实验6图像光纤传输系统实验

一、实验目的

1.学习模拟视频信号光纤传输系统组成

2.熟悉图象信号在光纤系统中的传输过程

二、实验仪器

1.ZYE4301G光纤通信原理实验箱1台

2.双踪模拟示波器1台

3.万用表1台

4.小摄像头（电视信号发生器）1个

5.小电视机（视频监视器）1台

6.视频信号线2根

7.850nm光发端机和光收端机1套

8.ST/PC-ST/PC多模光跳线1根

9.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根

三、实验原理

视频信号的传输量日益增长，尤其是有线电视（CATV），需要将几十路电视信号送到千家万户。

视频信号的光纤传输也是人们非常关注的课题。

本实验主要采用模拟信号直接调制的方法进行视频信号的光纤传输。

系统主要由小摄像头（电视信号发生器）、小型电视机（视频监视器）和模拟光纤通信系统组成。

通过观察视频信号的光纤传输，测试光纤传输模拟信号的性能。

该实验实质上就是光纤传输模拟信号。

实验框图如图8-1所示。

图8-1图象光纤传输系统

小摄像头产生视频信号（模拟信号），经过模拟调制送入光发端机，经光纤传输后，由光收端机监测到视频信号并输出到电视机接收端，观测光纤传输视频信号的效果以及特点，以了解光纤传输电视信号的特点。

在实验过程中图象效果越好说明光纤传输的性能越好。

在进行光纤传输视频信号之前，先调节正弦波模拟传输，使得Vp-p＝2V的正弦波正常传输，此时视频信号传输效果最佳。

实验时可以比较半导体激光器和发光二极管光纤通信系统传输视频信号的效果。

四、实验内容

1.模拟视频信号进行LED调制光纤传输

2.模拟视频信号进行LD调制光纤传输

五、实验步骤

1.连接导线：

摄像头（或电视信号发生器）视频输出端与光发模块视频输入端T131连接，再用连接导线将T132与T111连接，电视机的视频输入端与光接收模块视频输出端T133连接，再用连接导线将T134与T121连接。

2.装上850nm光发端机HFBR-1414T和光收端机HFBR-2416T，用ST-ST光纤跳线连接1310nmT和1310nmR，组成850nm光纤传输系统。

3.将拨码开关BM1拨到模拟,BM2和BM3均拨到850nm。

4.用万用表监控R110两端电压，用W112调节光发端机驱动电流，使小于30mA。

既万用表示值小于30mV。

5.接通光发模块（用K10）的直流电源和摄像头电源、电视机电源。

6.调节电位器W111、W112和W121，使光纤视频传输效果达到最佳。

7.根据LED光纤通信系统视频传输实验步骤，设计并执行LD光纤通信系统视频传输实验步骤。

六、实验报告

1.观察图像信号经光纤传