光纤通信原理实验指导.doc

1 -ZY1804I 光纤通信原理实验系统简介本实验系统是为配合《光纤通信》课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的一、产品的系统特点光纤 I 型实验系统注重产品的系统和功能组成，产品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比整个系统分中央控制器、备用环和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强整个系统采用 2.048M 传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能实验紧密结合光通信新技术的发展趋势，将波分复用、光时分复用和 SDH 传输网等新技术都通过实验演示出来，简单易懂采用大规模的现场可编程门阵列器件，使得产品的开放性、可升级性强同时为了实现自愈环（即备用环）功能以及使学生有更大的开发和操作空间，特意制作了二次开发板，并预留大量的 I/O 扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计所有实验大多采用开关控制，减小了实验操作时的繁琐性该实验系统融合了当今的光纤通信技术发展的一些新技术和新器件，并将其融入到光纤通信原理课程当中，同时与通信原理和程控交换课程的部分原理结合，其主要有以下特点：1、实验箱采用“整板+核心板”设计，特殊光器件玻璃罩保护，元器件贴片化，模块元件布局完全对称。

所有的测试钩和连接孔均有标识，深蓝色的电路板，白色丝印使得整个电路板层次性强、美观、大方2、实验箱和光纤通信原理教材紧密结合，实验项目和顺序与教材保持完全同步通过八个方面全面实验来了解光纤通信的全过程，八个方面分别是：光纤和光缆；通信用光器件（有源器件和无源器件） ；光端机(光发、光收端机) ；数字光纤通信系统；模拟光纤通信系统；光纤通信新技术；光纤通信测量技术；光纤通信网络3、系统采用整板上分模块的设计方式，除了核心板——中央控制器外，还配置了光发端机、光收端机、模拟信号源、数字信号源、数字终端、模块、串口通信模块等各种系统组建灵活，可根据不同的实验搭建成模拟、数字、计算机、图像、语音、混合光纤传输系统及多台实验箱多部组网通信等不同的实验系统4、电路实现上采用大规模 FPGA，使得产品的开放性和可升级的空间加大专门设计制作了可供学生进行二次开发实验的二次开发板，并预留了大量的 I/O 口，可以方便的使学校在原有硬件电路的基础上开发新的实验内容5、同一实验箱中具备通用的三个低损耗光纤通信端口（850nm、1310nm 、1550nm） ；光发送机和光收端机分模块设计，使得学生可以更加直观地了解激光器的调制和解调，即电-光，光 -电的转换原理过程；光发送和光接收分别采用分立元件（1310nm ）和集成电路（1550nm）来实现，且电路参数可调，可通过特定的测试点来观测光发送和光接收本质原理的实现过程。

6、光发送时加入自动光功率控制电路，使得激光器的输出更加稳定，同时有利于对自动功率控制原理的理解；光接收时在已有前置放大和主放大的基础上，加入了信号的判决和再生，可以通过判决前后眼图的形状的不同深入的理解信号在光纤传输中的衰减特性和光接收的原理7、5B6B、5B1P、5B1C 、CMI 、HDB3 编译码和扰码解扰码等光纤线路码型的加入，及- 2 -其各自传输时的不同特性，使得学生可以进一步了解线路码型在光传输过程中的作用；无光告警、寿命检测电路的加入，有利于对光传输进行监测；2M 速率信号光纤传输时的不中断法误码监测、误码指示及误码率、误码扩散系数的测量，使得学生更加深一步的了解光纤传输的特性8、各种光无源器件的使用方法及其特性的测试，使得教学和实际紧密地结合在了一起；波分复用+时分复用技术、热线呼叫时交换技术的使用，使得四台实验箱组网完成八部的全双工通信成为可能，从而完全模拟实际的通信系统；如果在光发和光收之间加入裸光纤，则可以实现四台实验设备几十公里长距离间的传输，语音、图像、计算机数据信号的单光纤传输，使得实验更加完整地体现了光纤发展新技术的要求9、本实验系统基于 SDH 设计，参照 SDH 和 E1 信号的帧结构制定了适合教学使用的2M 伪 SDH 帧结构，帧结构已申请发明专利，此知识产权为我司独有。

实验箱采用 2.048M传输速率，时分复用数据和复用方式灵活，使得实验箱的传送方式更加多样，在通过对比的基础上更加深入地了解复用的原理；伪 SDH 帧结构通信时的通道可自动选择，更加生动、直观的体现了 SDH 同步传输体制的结构和复用原理；时分解复用时采用终端显示，可直观地通过对比的方式检验复用解复用过程的正确性10、本系统可以实现多台实验箱间的环网通信，完成数字、语音等信号的多点之间的传输其中语音信号采用 1 号信令进行控制，与实际设备完全一致本实验系统可采用双纤通信模式，分为主环和备用环两部分，当主环工作不正常时，整个业务切换到备用环上，当主环恢复工作后，业务又切换回主环，实现通道自愈环保护功能11、整个实验系统大多采用开关控制，尽量少的使用连线，模块功能清晰，系统结构紧凑，操作方便，并且在设计时加入了大量的保护电路，安全性强二、主机箱及系统模块简介它包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十四个模块组成其印刷电路板布局图如图 0-2 所示，每个模块均留出了关键的测试孔和测试钩，利于客户连线做系统实验以及测试用 3 -光纤通信原理众友Z Y 1 8 0 4 I串口通信P C M 编 译码模拟信号源数字信号源数字终端中央控制器模拟信号源串口通信接口 接口P C M 编 译码1 5 5 0 n m 光发送1 3 1 0 n m 光发送1 5 5 0 n m 光接收电 话A 模拟信号源8 5 0 n m 光发送1 3 1 0 n m 光接收8 5 0 n m 光接收电 话B 模拟信号源H D B 3 编码H D B 3 解码图 0-2 ZY1804I 型光纤通信原理实验系统布局图1、电源模块：提供实验箱各模块电源。

2、串口通信模块：主要用来实现实验箱与计算机之间的数据通信3、PCM 编译码模块：实现 PCM 编译码的功能4、模拟信号源模块：实现之间的各种信号音功能5、模拟信号源模块：用于产生系统实验所需的模拟正弦波、三角波信号6、数字信号源模块：产生系统实验所需的数字信号及 24 位伪随机码，速率为64KB/s，其中各种数字信号和伪随机码的制可以通过拨码开关来控制7、数字终端模块：实现终端数字信号值的显示和读出，数据的值通过二极管发光来显示8、HDB3 编译码模块：实现光纤线路接口码型 HDB3 的编码与译码9、中央控制器：对接收到的数据进行处理，实现组网通信及数字信号网传输，帧同步码的产生，M 序列伪随机信号的产生，不同速率的信号的复用和解复用，多种码型的编译码10、备用环（二次开发板模块）：主环工作不正常时，所有业务切换到备用环上，实现通信的持续连接；同时预留了大量的 I/O 扩展口，可独立完成二次开发设计11、1310nm 光发送模块：实现模拟信号、数字信号在 1310nm 光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现） 12、1550nm 光发送模块：实现模拟信号、数字信号在 1550nm 光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现） 。

13、1310nm 光接收模块：实现 1310nm 光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号14、1550nm 光接收模块：实现 1550nm 光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号客户可以通过上述十四个模块以及相应的配件，灵活组成各种不同光纤通信系统，如：- 4 -850nm 波长光纤通信系统、1310nm 波长光纤通信系统、 1550nm 波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；时分复用传输系统和波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统实验系统基本组成方框图如图 0-3 所示：图 0-3 光纤传输实验系统方框图实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM ） ；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD） ，属于非相干解调光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的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，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录 III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。

2、上电后不可随意用手碰触芯片，尤其是管脚部分3、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4、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5、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6、实验箱使用完毕后，请把电流调节，幅度调节的开关逆时针旋到最小，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7、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8、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9、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10、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 mA11、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12、本箱使用的地点应有相应防尘措施，若条件允许则应配套防尘服、防尘鞋等，避免由于灰尘进入实验箱而造成的测量误差和光器件的损坏 5 -- 6 -实验一 多模光纤损耗测试实验一、实验目的1、了解光纤损耗的定义2、学会用插入法测量多模光纤的损耗二、实验内容1、测量多模光纤的衰减2、测量多模光纤的损耗三、实验仪器1、ZY1804I 型光纤通信原理实验系统 1 台2、850nm 光发端机 1 个3、FC 接口光功率计 1 台4、万用表 1 台5、ST-FC 多模光跳线 1 根6、FC-FC 多模光跳线 1 根7、扰模器 1 台8、小可变衰减器（或 3km 光纤） 1 个9、连接导线 20 根四、实验原理1、损耗机理在光纤的传输特性中，衰减是多模光纤和单模光纤共有的最重要的指标之一。

它表明了光纤对光能的传输损耗，对光纤通信系统的中继距离有着决定性的影响损耗的降低依赖于工艺的提高和对石英材料的研究本实验研究无源器件多模光纤的损耗对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产生附加的损失归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附加损耗，具体如下：（1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；（2）纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受激喇曼散射和受激布里渊散射；（3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；（4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；（5）外套损耗这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非。