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光纤通信原理实验,电子信息技术实验教学中心,光纤通信实验主机箱简介及使用注意事项,一、主机箱简介,1、电源模块：提供实验箱各模块电源。2、光发送模块：实现各种信号的光传输。3、光接收模块：实现光电信号的转换，滤波放大。4、预失真补偿模块：对信号进行预失真补偿；语音信号处理模块：提供语音信号输入输出及放大处理功能。5、语音信号处理模块：提供音乐芯片以及外置的语音输出，接受部分用扬声器扩出。6、模拟信号源模块：产生正弦波、三角波，频率在14Hz至300KHz之间连续可调；幅度在0V至5V之间连续可调。,7、电话接口模块：提供电话接口功能。8、数字信号源模块：产生24伪随机码、位同步码、帧同步 码。输出信号码元速率为64KB/s,伪随机码的码型可通过拨码 开关任意设置。9、PCM编译码模块：实验PCM编译码功能。10、CMI编译码模块：实现CMI编译码功能。11、HDB3编译码模块：实现HDB3编译码功能。12、CPLD下载模块：提供位同步、帧同步功能；提供自主设 计电路的功能。,光纤实验箱使用注意事项 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，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。2、实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。3、光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须及时向老师报告。,4、实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。5、实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。6、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。7、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。,8、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。9、进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超 过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60 mA。10、不要用手触摸激光器和探测器的焊点，以免烧坏激光 器与探测器。,实验一 半导体激光器P-I特性测试实验,一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理。2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系。3、掌握半导体激光器P-I曲线的测试方法。,二、实验内容1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，绘制P-I关系曲线。2、根据PI特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导 体激光器微分量子效率。,三、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、FC接口光功率计 1台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根4、万用表 1台5、连接导线 20根,四、实验原理 P-I特性是半导体激光器的最重要的特性。当注入电流增加时，输出光功率也随之增加，在达到之前半导体激光器输出荧光，到达之后输出激光。,LD半导体激光器P-I曲线示意图,就是图1-1的斜率，由此可计算微分量子效率。,五、实验步骤1、将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到底，使数字 驱动电流达到最小值。2、拨动双刀三掷开关，将BM1、BM2选择在中间档，即将 R110与电路断开。3、用万用表测得R110电阻值，找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（VIR110）。4、拨动双刀三掷开关，BM1选择到半导体激光器数字驱动，BM2选择到1310。,5、旋开光发端机光纤输出端口（1310nm T）防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档。半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否则有烧毁激光器的危险。6、连接导线：将T502与T101连接。,7、连接好实验箱电源，先开交流电源开关，再开直流电源开 关，即按下K01，K02(电源模块)，并打开光发模块和数字信号源的直流电源（K10与K50）。8、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插 T104）。9、慢慢调节电位器W101,依次测量对应的光功率值。,10、做完实验后先关闭光发模块和数字信号源的直流电源（K10与K50），然后依次关掉各直流开关（电源模 块），以及交流电开关。11、拆下光跳线及光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体 激光器光纤输出端口，将实验箱还原。12、将各仪器设备摆放整齐。,实验二 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、实验内容各种模拟信号LED模拟调制：三角波，正弦波，语音信号（外输入语音信号）,三、实验仪器1、光纤通信原理实验箱2、20MHz双踪模拟示波器3、万用表 4、FC/PC-FC/PC单模光跳线5、连接导线,四、实验原理 从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制。模拟信号调制直接用连续的模拟信号（如话音、模拟图像信号等）对光源进行调制。由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制呈线性，所以可以直接调制。,连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。电路实现上，LED的模拟信号调制较为简单，利用其P-I的线性关系，可以直接利用电流放大电路进行调制，实验箱模拟信号调制电路如图2所示。,图2、LED模拟调制电路,五、实验步骤A、LD模拟信号调制实验1、连接导线：模拟信号源模块T303与光发模块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。3、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到模拟、1310nm和1310nm档。K121拨下。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。5、打开模拟信号源模块(K60)、光发模块(K10)的直流电源。6、调节模拟信号源模块电位器W306，使TP303波形幅度为2V。7、用万用表监控R110两端电压,调节半导体激光器驱动电流，使之小于25mA。,8、调节电位器W111，W112和W121，使得TP121处波形幅度为2V且无明显失真，用示波器观察TP111，TP112和TP121波形，观察模拟信号光纤传输调制过程。9、根据失真补偿步骤，观察经过失真补偿电路的模拟信号传输。10、将T303换成T302（三角波）或T301（方波），观察各测试点波形效果。11、拆除T111连接导线，用音频线将电脑语音输出端与实验箱外输入语音信号输入端（T252）连接，T253与T111连接，T121与T261连接，并使电脑播放音乐。12、打开语音信号处理模块电源开关，调节音量（W261），判断光纤传输音乐信号效果（用示波器观察各测试点波形）。13、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。,六、扩展实验：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。,实验三 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、实验内容 观察各种数字信号在LD（1310nm）光纤传输系统中的波形三、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱2、20MHz双踪模拟示波器3、万用表 4、FC/PC-FC/PC单模光跳线步为营 5、连接导线,四、实验原理,数字光纤通信传输的基本原理图,五、实验步骤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1310nm。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，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，调节半导体激光器驱动电流，使之小于25mA。7、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。,10、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。11、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。六、思考题画出光纤传输数字信号实验框图，简述数字信号光纤传输过程。,实验四 光纤通信网中的光波分复用技术实验,一、实验目的1、了解光纤接入网中波分复用原理2、掌握波分复用技术及实现方法二、实验内容 实现用两种连接方式组成1310nm与1550nm光纤通信的波分复用系统三、实验仪器1、光纤通信原理实验箱 2、20MHz双踪模拟示波器3、万用表 4、波分复用器5、FC-FC法兰盘 6、连接导线,波分复用系统原理图,五、实验步骤1、连接波分复用器：将波分复用器A标有“1310nm”光纤接头插入1310光发端机（1310nmT），标有“1550nm”光纤接头插入1550nm光发端机（1550nmT）；将波分复用器B标有“1310nm”光纤接头插入1310nm光收端机（1310nmR），标有“1550nm”光纤接头插入1550nm光收端机（1550nmR）；将两波分复用器用FC-FC法兰盘连接起来。2、将数字信号源模块T504与光发模块T151连接，T304与T111连接。3、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到模拟、1310nm和1310nm。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。,5、接通数字信号源模块(K50)、模拟信号源模块（K30）、光发模块(K10、K15)的直流电源。6、调试1310nm光纤通信系统的模拟驱动。7、用示波器观察并比较T304与T121，T504与T161波形，改变T504与T304波形，观察相应波形的变化。8、断开两波分复用器之间的FC-FC法兰盘，观察上述波形的变化。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。,实验五 光纤通信网中的时分复用技术实验,一、实验目的1、了解光纤接入网时分复用原理2、掌握时分复用技术二、实验内容1、将两路模拟信号进行时分复用。2、观察PCM编译码过程及各测试点波形。三、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3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、连接导线20根,四、实验原理,时分复用实验框图,时分复用是指将多个通道的数字信息（低速率）以时间分割的方式插入到同一个物理信道中。复用之后的数字信息成为高速率的数字流，数字流由帧组成。本实验将两路不同的模拟信号分别经两个独立的PCM编码电路进行PCM编码，在编码的过程中使这两个编码电路采用不同的编码时隙，然后将这两路PCM信号进行同步复接，即时分复用，再将此信号接入到光发端机数字驱动电路的输入端，经光纤传输后送到PCM译码电路，用各自相应的编码时隙将它们分别恢复为原模拟信号。,五、实验步骤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数字光纤传输系统。2、连接导线：模拟信号源模块T303(1K正弦波)与PCM编译码模块T601连接，T304(2K正弦波)与T611连接，T621与光发模块T151连接，T161与T631连接。3、将K601，K602，K603接1，2脚。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。5、分别接通光发模块(K150)、模拟信号源模块(K30)、PCM编译码模块（K60）的直流电源。,6、调节两正弦波波形，使得T303波形为1K正弦波，幅度为2V，T304波形为2K正弦波，幅度为2V。7、用示波器观察时隙0（TP650）、时隙1（TP651）、时隙2（TP652）和PCM编译码中帧同步码（TP653）的波形。8、观察TP602（模拟信号1模数转换后波形），TP612（模拟信号2模数转换后波形）T621（两路模拟信号经模数转换和时分复用后的波形）。9、观察和比较TP603与TP601，TP613与TP611。10、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。,实验六 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、掌握模拟电话、数字电话光纤传输的工作原理二、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三、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3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、连接导线20根,电话模拟光纤传输,电话数字光纤传输,四、实验原理,PCM编码帧结构示意图,五、实验步骤、模拟电话光纤传输系统实验1、用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T111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BM1、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K01，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25mA。8、摘机进行两人通话实验，用示波器测试并比较TP401，TP412的波形,并做记录。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。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单机。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BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。5、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，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25mA。8、摘机进行两人通话实验，用示波器测试并比较TP401，TP402，TP411、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。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。9、用示波器观察TP101、T121波形。10、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。11、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、思考题1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如果可以，如何实现？如果不行，说明理由。2、与模拟电话相比，数字电话有哪些优点?,实验七 光纤通信系统综合模拟实验,一、实验目的1、了解数字光纤通信系统的结构2、了解新技术在光纤通信中的应用二、实验内容1、应用波分复用、时分复用技术实现四部电话同时通信2、实现两台实验箱之间的异地光纤传输3、综合仿真光纤通信系统组成三、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 2台2、万用表 1台3、波分复用器 2个4、FC-FC法兰盘（适配器）1个5、电话机 4部6、带弹片连接导线 40根,四、实验原理,本实验方案是：将一台实验箱（A）中的两部电话（甲、乙）同时分别与另一台实验箱（B）中的两部电话（甲、乙）进行通话，从而在同一根光纤中同时传输四部电话，并且包括同步提取，光纤异地传输系统组成等重要概念，从而真正体现出光纤通信采用时分复用、波分复用技术之后大容量的特点。,七、思考题1、如果CMI编译码和PCM编译码不采用提取的同步信号而用本实验箱中的同步信号，则该实验箱能否进行四部电话的同时通话？为什么？2、设计实验实现四对（八部）电话的全双工传输。,实验八计算机数据光纤传输系统实验,一、实验目的1、学习计算机数据通信基本知识2、掌握计算机串口通信光纤传输系统组成3、进一步理解CMI码型在光纤通信系统中的作用二、实验内容1、用光纤通信系统实现计算机串口数据通信2、进一步加深了解CMI编码在光纤线路码型中的作用三、实验仪器1、光纤通信原理实验箱 1台2、计算机 2台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 2根4、串口连接线2根5、万用表1台6、连接导线 20根,计算机串口通信实验方框图,五、实验步骤1、先调好数字传输系统。2、用计算机串口线（A）一端接电脑（A）串口，另一端接实验箱J171；计算机串口线（B）一端接电脑（B）串口，另一端接J181。3、用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm光收端机连接起来，组成1310nm光纤传输系统。4、用另一根FC-FC光纤跳线将1550nm光发端机与1550nm光收端机连接起来，组成1550nm光纤传输系统。5、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。6、光发端机模块T171与CPLD模块933连接，937与CMI编译码模块T701连接，T703与光发模块T101连接，T121与T751连接，T702与PCM编译码模块T662连接，T752与T662连接，T753与T172连接。7、光发端机模块T181与CPLD模块965连接，968与光发模块T151连接，T161与955连接，983与T662连接，957与T182连接。8、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。,9、接通光发模块(K10、K15)、PCM编译码模块（K60）、CPLD下载模块（K90）和CMI编译码模块（K70）的直流电源。10、执行计算机串口通信软件(1)在计算机光驱中装入WINDOWS安装光盘。(2)依次打开控制面板添加删除程序WINDOWS安装程序通讯超级终端。(3)执行程序附件通讯超级终端 HYPERTRM.EXE，则会出现如下对话框，填入连接名称任选一图标作为连接图标。(4)按确定后进入下一个界面，选择“直接连接到串口n（一般为串口1或2）”，。(5)按确定后进入COM1串口通信设置，其中传输波特率可以设置为9600或19200。(6)设置完毕后即可进行数据传输，如发送文件、接收文件等。11、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、思考题答案1、查阅相关书籍，说明计算机串口通信基本原理。2、在计算机数据光纤通信系统中为什么要加入CMI编译码部分。,实验九 简易光功率计设计实验,一、实验目的1、学习检测器光电转换原理2、了解测试仪器校准方法3、掌握光功率计设计基本思路二、实验要求1、根据I-P特性曲线设计简易光功率计2、对自己所设计的光功率计进行校准三、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3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、万用表 1台5、连接导线 20根,四、设计原理：利用光电检测器检测光功率，实质上是测量光电检测器在受光辐射后产生的微弱电流，该电流与入射到光敏面上的光功率成正比，因此，此类光功率计实际上是半导体光电传感器（即检测器，亦称探测器）与电子电路组成的放大、数据处理单元的组合。,五、设计要求：根据设计原理，设计此类简易光功率设计框图、实验步骤，并进行测试和校准。,