[工学]光纤通信原理实验指导书.doc

四川邮电职业技术学院光纤通信实验指导书适用专业：光纤通信、通信技术、移动通信、计算机通信等陈昌海 编写通信工程系第一部份 绪论一、光纤通信实验的作用与任务光纤通信实验根据高职高专通信类各专业开设“光纤通信”课程的教学需要进行设置，根据通信类高职高专培养通信行业“实用技能性人才”的人才培养规格和目标，紧密结合“光纤通信教学大纲”及通信类高职高专学生的特点进行相关实验。本实验根据“光纤通信”课程教学需要，针对光纤通信系统的典型应用可进行多项实验或示教。通过开设与“光纤通信系统原理”的主要知识点相配套的相关实验项目，使学生理论与实践相结合，系统掌握“光纤通信技术”的核心知识，培养学生分析、解决的能力及良好的专业素质，提高学生实际动手能力，为学习后继专业课程及从事相关的专业技术工作奠定良好的专业技术基础。本实验重点突出，内容丰富，有重点有层次的培养实验者的动手能力。二、光纤通信实验的基础知识为良好完成相关的实验任务，达到实验教学目的，在开设相关的“光纤通信”实验前，要求学生必须完成相关基本知识的学习，这些知识主要包括：电路分析、电子技术（模拟与数字电路）、数字通信原理、数据通信技术、光纤通信系统、光纤的结构与原理和传输特性、光通信器件（有源、无源器件）、光发送机、光传输机、光纤通信网络知识等相关的专业技术基础知识及专业理论知识。三、光纤通信实验教学项目及其教学要求序号项目名称课时项目教学目标、要求1实验1 光纤通信实验系统总体认识实验2了解HD8634型光纤通信实验系统的特点、作用；掌握完整光纤通信系统的构成和实现；熟悉HD8634型光纤通信实验箱的相关模块及其功能。2实验2 光纤熔接2掌握用熔接法进行单芯光纤接续的方法、掌握单芯熔接机的使用。3实验3 CPLD可编程器件信号产生及成形2了解本实验系统所用到的信号波形、熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点信号波形、会正确使用数字示波器测试分析相关波形。4实验4 光纤发送系统2了解光电变换原理、掌握光发端机所完成的电光变换原理。5实验5 光纤接收系统2了解光纤接收系统的组成及工作流程、了解光收端机的功能及电路工作原理、掌握光收端机的灵敏度与动态范围的概念。6实验6 数据光传输系统2了解数据光传输系统的原理、掌握数据光传输系统的传输过程。7实验7 PN码、CMI码的码型变换2了解光纤通信采用的线路码型、掌握CMI码的特点及编解码实现方法。8实验8 5B6B编码与译码原理及其光纤传输2了解5B6B码的编码、译码原理，了解5B6B码信号光纤传输的过程、了解5B6B码接收显示的原理。9实验9 光源、光功率计的使用及连接器测试2掌握光源、光功率计的使用，掌握连接器的测试方法。10实验10 光纤信道内置误码测试2了解内置误码的原理、熟悉光纤信道中的误码测试方法。合计20备注：上述实验项目的开设应根据教学计划进行选择和调整第二部份 实验操作指导实验1 光纤通信实验系统总体认识实验一、实验的目的与要求1.了解HD8634D型光纤通信实验系统的特点、作用；2.掌握完整光纤通信系统的构成和实现；3.熟悉南京恒缔公司HD8634D型光纤通信实验箱的相关模块及其功能。二、实验原理HD8634D型光纤通信实验系统根据光纤通信系统原理的主要知识点进行实验，结合光纤技术、电子技术和可编程器件技术，针对光纤通信系统的典型应用可进行多项实验或示教，实验内容重点突出，内容丰富，有重点有层次的培养实验者的动手能力。（一）系统总体构成HD8634D型光纤通信实验系统分布如图1-1所示。由图11可知，本实验系统由以下15个系统模块组成：1. 数据传输接口模块；2. CMI解码模块；3. 数字图像传输模块；4. 数据发送模块；5. 数据接收模块；6. 数字电话模块1；7. 光纤收发模块；8. 数字电话模块2；9. 程控交换模块 10. 光纤收发模块；11. 电源模块；12. 波分复用器合波模块；13. 波分复用器分波模块；14. 尾纤对接传输部分。15. 多模光纤传输部分（选配）图1-1 HD8634光纤实验系统总体框图图1-2 HD8634光纤实验系统流程总框图每个模块电路的详细说明将在后面的章节中逐一介绍。这样，可以完成相关的示教、实验内容。在图1-2中，描述了HD8634D光纤实验系统的流程总框图。若在HD8634D光纤实验系统的基础上配置下列光纤器件：1、 光波分复用器/解复用器2、 光衰耗器（光固定衰耗器/光可变衰耗器）3、 光定向耦合器（光分路器/耦合器）4、 光活动连接器（SC/FC/ST）则可以做一些开放性研究设计实验。（二）各实验模块电路组成介绍1.元器件命名标准在本节的模块电路组成介绍中，各元器件的命名标准如下：每个元器件的命名有三个部分组成：（1）器件类型的表示（2）所在模块的模块编号（3）在模块内器件的顺序编号例如：第四模块为数据发送模块，该模块内有一个CPLD可编程器件EPM7128芯片，它的标号为“U401”，说明如下：“U”：器件类型为集成电路；“4”：表示在第四模块内；“01”：表示它的顺序为本模块中第一个此类型元器件。2.各模块组成电路说明由图11可知，本实验系统由以下14个系统模块组成，各模块又由完成不同功能的电路组成：（1）记发器单元模块，编号x1xx，共有4个点；数据交换各种信令测试点（2）CMI解码模块，编号x2xx，有2个测量点；CMI解码电路眼图观察电路（3）数字图像传输模块，编号x3xx，有2个测量点；（4）数据发送模块，编号x4xx，有12个测量点； 5B数据产生、控制电路5B数据状态显示电路6B数据产生电路PN码产生电路CMI码产生电路脉冲产生电路PCM编、译码主时钟产生电路PCM编码时钟产生电路帧同步信号产生电路扰码产生电路内置误码测试仪A、 误码数据速率选择电路B、 误码码长选择电路C、 误码插入频率选择电路（5）数据接收模块，编号x5xx，有3个测量点；5B6B解码电路5B6B显示输出电路CMI码接收解码电路误码接收检测电路误码显示输出电路解扰电路（6）数字电话模块一，编号x6xx，有6个测量点；用户线接口电路PCM编、译码电路（7）光纤收发模块一，编号x7xx，有2个测量点；电信号输入输出缓冲接口电路光发射机电路光接收机电路（8）数字电话模块二，编号x8xx，有6个测量点；用户线接口电路PCM编、译码电路（9）光纤收发模块二，编号x9xx，有2个测量点；电信号输入输出缓冲接口电路光发射机电路光接收机电路（10）系统电源模块，编号x0xx，无测量点；电源接口电路5v产生电路四组电压输出：5v、5v、12v、12v（11）波分复用器合波模块；1310nm1550nm（12）波分复用器分波模块；1310nm1550nm（13）尾纤对接传输部分。（14）外接误码测试单元（三）光端机模块光端机主要由光源、驱动电路、输入电路、保护报警电路、自动偏置控制电路、控温电路以及波分复用解复用器等几部分组成。它分为发送系统与接收系统。图1-3是光端机组成基本框图：图1-3 光端机模块系统框图电信号首先进入输入电路，在这里将输入电信号进行整形并完成非归零归零变换。光源驱动电路给光源一个预偏置电流，以便提高工作速度。为稳定输出平均光功率和工作温度，设置自动偏置控制电路和控温电路，输入电信号通过调制光源工作电流的办法，将电信号调制在光波上。 一般讲，光端机的技术性能主要包括以下几个方面：(1) 光源性能 光源采用发光二极管、激光二极管或激光器组件。这里光源性能应包括工作波长、频谱宽度、工作电流、门限电流、光源特性曲线、寿命等。(2) 光源的调制方法(3) 传输速率 传输速率是指对光源工作电流的直接调制速率。(4) 输出光功率 光发射机的输出光功率一般是指入纤平均光功率，其范围可以从0.01 mW到10 mW。(5) 输出光功率的稳定性 输出光功率应保持稳定，环境温度变化和光源老化对光源的影响应当在允许范围之内，一般要求稳定度为5%10%左右。(6) 消光比 对于数字脉冲光发射机，消光比这个指标很重要，它定义为全“0”时平均光功率P0和全“1”时平均光功率P1之比，可用EXT表示，定义式如下： 一般有EXT0.1 。表11与表12分别列出了光发送器与光接收器的技术性能参数表11 光发送器技术性能参数参数符号最小值典型值最大值单位数据速率B155Mb/s波长13/15型c128013101340nm15/13型152015501580输出功率Pout-15-10-8dBm消光比P0/P110dB表12 光接收器技术性能参数参数符号最小值典型值最大值单位数据速率B155Mb/s波长1315型c14701600nm1513型12001400接收机灵敏度（1010BER）Pmin-32dBm串扰CRT-45dB信号检测指示激活Tsd+-33dBm信号检测指示关闭Tsd-35dBm最大输入光功率Pmax0dBm（四）电端机模块1.电端机模块基本组成在光缆通信系统中，一般地可有若干个系统并行，每个系统占用两根光纤进行双工通信，其工作过程如下：在发端的电端机将各种低速率数字信号复接成一个电信号或将模拟信号进行适当处理后送入光端机发端。在光端机发端，光发射机以改变流过光源电流的方法将要发送的电信号直接调制在光载波上，使输出的光波强度随电信号变化。被调制的光波信号经光纤连接器耦合进入光纤中，经光纤传输后，光信号到达光中继器，在光中继器中，首先将接收的光信号变换为电信号，然后将其电信号放大，最后又将其变换为光信号发送到光纤之中。在收端，经光纤连接器将光电信号耦合进光端机的接收机中，首先将接收的光信号变换为电信号，经放大、判决等处理后，恢复成原电信号送入电端机收端。电端机可以为模拟信号终端设备，如电视视频设备、电报电话载波设备等；也可以是数字终端设备，如脉码调制（PCM）设备。图1-4为本实验系统电端机模块的基本组成框图。图1-4 电端机模块基本组成框图2.在本实验系统中，包含的电端机模块有：（1）数据传输模块（2）数字电话模块一（3）数字电话模块二（4）数字图像传输模块（5）数据发送单元模块（6）数据接收单元模块（7）电源模块数据发送单元模块是本实验系统的核心模块，它上面的CPLD可编程逻辑器件产生实验所需的各类信号，如CMI码、5B6B码、64K伪随机序列等等，同时，它还有内置误码仪的作用，可以通过它进行误码的测试。数据接收单元上也有一个CPLD可编程逻辑器件，此模块同样是本实验系统的一个关键模块，它负责接收、解码并显示各类信号。三、实验仪器 HD8634型光纤通信实验箱、数字示波器四、实验内容与步骤1.学生首先根据“光纤通信实验指导书”结合HD8634型光纤通信实验箱熟悉实验内容；2.老师讲解光纤通信实验箱总体结构和单元电路3.学生根据老师讲解进一步熟悉HD8634型光纤通信实验箱4.老师使用数字示波器演示相关测量点波形测量五、注意事项1.注意实验室规范和要求；2.注意安全操作规定3.注意正确使用设备、仪表六、思考题1. HD8634型光纤通信系统的总体构成；2.光源的种类、原理和性能；3.实用通信系统的构成及每个构成部分的作用实验2 光纤熔接一、实验的目的与要求1、掌握用熔接法进行单芯光纤接续的方法； 2、掌握单芯熔接机的使用。二、实验原理光纤端面平如镜面，熔接机中有两个相距很近的电极（距离大约0.7mm），在电极加压放电时，产生的电弧温度很高，可以迅速将距离很近的两根制作好端面的裸光纤熔化、连接在一起。熔接法的连接损耗很低，符合应用需求。三、实验仪器光纤、单芯光纤熔接机、松套管切割钳、纱布、酒精、光纤涂敷层剥除器、光纤切割刀等。四、实验内容与步骤 1、光纤端面处理 （1）去除套塑层 a、松套光纤 调整好松套切割钳的进刀深度，在离端头规定长度处，横向旋转切割，然后用手轻轻一折，松套管断裂，用手轻轻退下松套管。 注意：一次退除长度不应超过30公分，避免过长损坏光纤。 B、紧套光纤 用光纤套塑剥离钳，按要求去除4公分尼龙层，剥除后根部应平整，并把尼龙残留物去除。 （2）去除一次涂层一次涂层又叫预涂敷层。用光纤涂敷层剥离器去除一次涂层，应该干净、不留残余物。 用光纤涂敷层剥离器按规定长度夹住光纤，均匀用力，向外拉动。用酒精清洗掉残留物。 （3）切割、制备端面 要求：制作好的端面应该为平整镜面，并且端面垂直于光纤轴，同时要求边缘整齐、无缺损和毛刺。 端面制作好以后的裸光纤长度为2公分。 方法：利用光纤切割刀将去掉涂敷层的光纤按照切割装置上的标记放置好光纤，固定好以后，按照正确的使用方法，制备光纤端面。 3、光纤的对准和熔接 先将热可缩套管穿引到其中一根光纤上。 打开防尘罩，将制备好端面的两根光纤按要求固定在V型槽内，关上防尘罩，摁下“熔接”按钮，熔接机将自动对准、熔接。 4、熔接质量评价 （1）外观目测检查 在显示器上观察光纤熔接部位是否良好。若有以下情况，应该重新连 接： a、有连接痕迹b、连接成球状c、接头部位变粗 d、轴向便宜e、有气泡f、接头部位变细 （2）连接损耗估计 从熔接指示器上看损耗读数是否符合标准规定。 （3）张力测定 熔接机上有张力测定装置，即已经加上了240g的张力。若没有此装置，必要时可用手轻拉，不断则为合格。 （4）连接损耗测量 连接损耗估计只是一个经验公式值，若施工中接续，则必须准确测量接头损耗。5、接头的增强保护 光纤接续完成后，有24mm长度的裸纤的一次涂敷层已经不存在了， 强度大大降低，并且熔接部位经过电弧灼烧后变的更脆，所以需要进行接头保护。方法：轻轻从熔接机上取下光纤，注意用力平稳，避免倾斜方向硬拉。将热缩套管轻轻拉到接头部位，打开加热器盖板，将套有热缩套管的光纤接头放入熔接机加热器内，合上盖板。加热到一定时间（视具体设置而定），取出，放到熔接机的散热片上，冷却即可。五、注意事项1、必须首先熟悉操作要求和相关注意事项后才能进行操作，使用中一定要小心谨慎！2、注意接续环境的清洁、正确使用相关的工具和设备！ 六、思考题1、为什么光纤接头用热缩套管法增强保护时，从加热器中取出的光纤接头要放到散热片上迅速散热？2、在目测光纤接头质量时，下列不良状态的原因是什么？怎么处理？a、接头有痕迹b、轴向偏移c、接头成球状d、接头有气泡e、接头较正常光纤变粗f、接头较正常光纤变细实验3 CPLD可编程器件信号产生及成形一、实验的目的与要求1.了解本实验系统所用到的信号波形；2.熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点信号波形；3.会正确使用数字示波器测试分析相关波形。二、实验原理光纤通信实验系统中需要用到各种信号，除了不同频率、不同脉冲宽度的时钟信号、同步脉冲信号之外，还有伪随机序列码、CMI码、误码、扰码等测试信号，本实验要求参加实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，并可通过CPLD可编程器件的二次开发生成这些信号，理论联系实际，提高实际操作能力。CPLD可编程器件位于数据发送模块，此模块是本实验箱的核心模块。1电路组成信号发生器电路的功能是供给各实验系统的各种时钟信号、测试信号和其他有用信号，它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM7128电路组成：（1）伪随机序列码产生电路：速率为64KHz、码长为15位（2）数字信号产生电路：8KHz脉冲信号（3）CMI编码电路：速率为64KHz、码长为30位（4）数字电话的主时钟、帧同步及编码时钟产生电路 主时钟：2048KHz 帧同步：8KHz 编码时钟：64KHz(进行二次开发实验项目时该编码时钟可改变：64KHz、128KHz、256KHz、512KHz、1024KHz、2048KHz)（5）内部误码测试产生电路 误码数据的速率：64KHz、128KHz 误码的码长：109-1、1011-1 误码的插入频率：104-1、105-1（6）5B6B编码电路 5B的编码时钟 5B的编码数据 6B的编码时钟 6B的编码数据 （）扰码器电路 输入序列S 输出序列G2电路工作原理（1） CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM7128图1-1是EPM7128的结构图，通过CPLD可编程器件EPM7128进行编程，可实现下列波形输出：1、CMI码编码输出2、CMI码编码时钟输出3、扰码输出序列4、内置误码仪时钟输出5、5B编码时钟输出图1-1 可编程信号发生器管脚定义图6、6B编码时钟输出7、64KHz伪随机序列码输出8、2048KHz主时钟输出、8KHz脉冲输出10、扰码、误码输入序列（2）AT89c2051单片机编程输出5B6B图1-2是5B6B编码输出图，通过EPM7128编程输出5B和6B的时钟，送至AT89C2051单片机，由单片机编程可实现下列波形的输出：1、5B编码数据输出2、6B编码数据输出图12 5B6B编码输出（3）数据发送模块单元在数据发送模块单元电路中，电路主要由U401、 U402 、U403和SW401等器件组成，主要通过编程来实现实验平台上各模块单元电路所需要的波形。各测量点输出波形如图13所示。（4）测量点说明1. TP401:由CPLD可编程器件编程产生的CMI信号2. TP402:由CPLD可编程器件编程产生的CMI时钟信号3. TP403:由CPLD可编程器件编程产生的误码信号4. TP404:由CPLD可编程器件编程产生的误码信号的时钟信号5. TP405:由单片机编程产生的5B码信号6. TP406:由CPLD可编程器件编程产生的5B时钟信号7. TP407:由单片机编程产生的6B码信号8. TP408:由CPLD可编程器件编程产生的6B时钟信号9. TP409:由CPLD可编程器件编程产生的64K伪随机序列信号10. TP410:由CPLD可编程器件编程产生的2048K主时钟信号11. TP411:由CPLD可编程器件编程产生的窄脉冲信号12. TP412 由CPLD可编程器件编程产生的误码、扰码输入序列 各测试点具体波形：TP403： 扰码、误码信号的数据信号波形输出，J402和J403的选择不同，波形亦不同。即：J402选择误码数据的速率：64KHz、128KHzJ403选择误码的码长：109-1、1011-1J404选择误码的插入频率：104-1、105-1所以在测量该点波形时，J402选择在64KHz位置，J403选择误码的码长在105-1位置，即码长为31位码；J404的误码插入频率为不插入状态，也就是不送入误码。当J402选择扰码时，为扰码的输出序列TP405： 5B数据波形输出，波形由红色拨动开关SW401决定，有32种状况可供输出，是从00000到11111。TP408： 6B数据波形输出，波形由测量点TP405的5B输入波形决定，即在相同周期内比5B输入波形多一位输出。用示波器观察此波形时一定要用双踪探头和TP405同时观察，同样对TP406、 TP407两测量点观察时也是如此。图13 数据发送模块单元（含5B6B编码）各测量点输出波形三、实验仪器 1.HD8634光纤通信实验箱、数字示波器四、实验内容与步骤1.熟悉光纤通信原理实验系统电路组成2.熟悉信号发生器各测量点信号波形TP401、TP402、TP403、TP404、TP405、TP406、TP407、TP408、TP409、TP410、TP411、TP4123.接好电源，打开交流电源，使电路工作。4.用示波器测出各测量点波形，并对每一测量点的波形加以分析。五、注意事项1.正确使用光纤通信实验箱2.正确使用数字示波器3.GND为接地点，测量各点波形时示波器探头的地线应接地良好。六、思考题1.分析电路的工作原理，叙述其工作过程。2.写出本次实验的心得体会，以及对本次实验的改进意见。实验4 光纤发送系统一、实验的目的与要求1.了解光电变换原理；2.掌握光发端机所完成的电光变换原理。二、实验原理1光发送系统的组成光发送系统由信号源、信号选择开关、接口电路和光发送模块五部分组成，如图4-1所示。图4-1 光发送机框图图4-2 光发送系统一（1310波长）在本实验系统中，存在两个光发送系统，其结构图分别如图4-2及图4-3所示：图4-3 光发送系统二（1550波长）其中，数字信号源有数字电话数据、数字图像数据、外置误码信号、内置误码信号、5B6B码信号、CMI码信号、扰码等信号输入。数字信号选择开关采用人工操作，对J701和J901进行选择，如图2-2及2-3所示，可见有下列几种选择状况：1、 数字电话2、 图像传输3、 外误码4、 CMI码5、 5B6B码6、 PULSE7、 PN648、 内误码信号光发送模块的最基本功能是将要传输的电信号调制在光波上，并将其光波注入到光纤线路上。2光发射机的组成光发射机主要由光源、驱动电路、输入电路、保护报警电路、自动偏置控制电路、控温电路以及数据模式控制电路等几部分组成。图4-4为光发射机组成基本框图。电信号首先进入输入电路，在这里将输入电信号进行整形并完成非归零归零变换。光源驱动电路给光源一个预偏置电流，以便提高工作速度，为稳定输出平均光功率和工作温度，设置自动偏置控制电路和控温电路，输入电信号通过调制光源工作电流的办法，将电信号调制在光波上。图 4-4 光发射机组成基本框图3. 光发送系统的消光比大多数光发送系统即使在“断”的状态也会发射一些光功率，这与半导体激光器的发射特性和偏置状态有关。例如当偏置电流小于阈值电流时，在“0”比特期间由于自发辐射亦有一些输出功率，而当偏置电流大于或等于阈值电流时，“0”比特期间输出功率将更大。我们将光发送系统在“1”比特时的输出功率P1与在“0”比特时的输出功率P0之比的对数值称为消光比。用公式表示为 EXT值越小，光发送系统的性能越好。4光发送系统中的电路调节在光收发模块的发送端电路部分中，主要器件由U701、W701、R701、R702和E701等组成。其中U701为74LS245，作为电路的缓存器；W701为2K的精密多圈可调电位器。如图4-5所示:图45 光发端机的电路调整部分其中，电位器W701的作用为调整光发射机的注入电流的大小。调节电位器W701或W901使得送入光发射机的信号失真小，且幅度尽可能大，即驱动电流较大，然后打开光纤跳线的保护套用光功率计测其对应的光功率，慢慢调节W701或W901按顺时针方向，并依次测量对应的光功率，再以横坐标（电流）、纵坐标（光功率）描绘出相应的曲线，并依据测试的曲线算出相应的调节度。三、实验仪器HD8634光纤实验箱、光功率计、数字示波器四、实验内容与步骤1. 熟悉光发送机的电光变换原理2. 了解光发送系统的组成及工作流程3. 观察并分析输出功率和注入电流的关系及光源的非线形失真4.分别选择开关的各种信号后，用示波器观察测量点TP701或TP901波形，并且记录TP701和TP901信号的幅度（峰峰）。5.TP701位于实验系统的左上角，TP901位于实验系统的右上角。6.调节电位器W701、W901使得送入LD的信号失真小，且幅度尽可能大，即驱动电流较大，然后打开光纤跳线的保护套用光功率计测其对应的光功率，慢慢调节W701或W901按顺时针方向，并依次测量对应的光功率，再以横坐标（电流）、纵坐标（光功率）描绘出相应的曲线，并依据测试的曲线算出相应的调制度。五、注意事项1.由于光源属易损昂贵器件，认真算出最佳注入电流然后在此附近改变注入电流，否则易烧坏器件。2.J701及J901的开关选择时，外误码入为外置误码仪时的误码入，进行内置误码、扰码测试时，开关置于“内误码入”上。3.测量点说明： TP701: 为输入光发送模块（1310）的信号波形；TP901：为输入光发送模块（1550）的信号波形。六、思考题1.注入电流为何不能太大或太小。2.注入电流和功率曲线说明什么。3.描述光发送系统的组成及工作流程。实验5 光纤接收系统一、实验的目的与要求1.了解光纤接收系统的组成及工作流程；2.了解光收端机的功能及电路工作原理；3.掌握光收端机的灵敏度与动态范围的概念。二、实验原理1光接收系统的组成光接收系统光接收模块、信号接收选择开关、接口电路组成，如图5-1所示。图5-1 光接收系统框图在本实验系统中，存在两个光接收系统，其结构图分别如图5-2及图5-3所示：图5-2 光接收系统一（1310波长）图5-3 光接收系统二（1550波长）其中，输入信号有数字电话数据、数字图像数据、外置误码信号、内置误码信号、5B6B码信号、CMI码信号等信号输入。其中，内置误码信号输入与CMI码输入共用一个开关。数字信号选择开关采用人工操作，对J702和J902进行选择，如图5-2及5-3所示，可见有下列几种选择状况：（1）数字电话（2）图像传输（3）外置误码测试输入（4）CMI码测试内置误码测试（5）5B6B码光接收模块的最基本功能是完成光电信号的转换、小信号的检测、传送信号的恢复等功能。2光发射机的组成及技术性能光接收机的主要功能是将接收的光信号变换为原电信号，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出，光接收机方框图如图5-4所示,它由光检测模块、隔离器、主放大器和输出接口组成。图 5-4 光接收机基本组成框图(1)光检测模块光检测模块主要用来完成光电的变换，它由接收光口、光检测管及低噪声放大电路等组成。光检测管进行光电转换的实质是原子吸收一个光子的能量产生一个电子-空穴对，这个电子-空穴对在电场作用下运动形成电流。 (2)主放大器主放大器是一个低噪声放大器，它将来自隔离器的弱电信号进行放大，并输出一个稳定的信号电平到输出接口。主放大器的增益可调，以适应在不同的输入信号情况下仍能保证输出电平的稳定。光接收机的技术性能主要包括以下几个方面：（1）光接收机的灵敏度光收端机的灵敏度是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所允许接收的最小光功率。灵敏度的单位为分贝毫瓦（dBm）。（2）光接收机的动态范围光收端机的动态范围是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所允许接收的最大光功率与最小光功率之比。动态范围通常用对数值来表示，单位为dB。三、实验仪器HD8634光纤实验箱、光功率计、数字示波器四、实验内容与步骤1. 熟悉光纤接收系统的组成及工作流程2. 了解光接收机的功能及电路工作原理3.分别选择开关的各种信号后，用示波器观察测量点TP702或TP902波形，并且记录TP702和TP902信号的幅度（峰峰）。4.TP702位于实验系统的左上角，TP902位于实验系统的右上角。5.用示波器观察测量点TP702的波形，注意该波形与TP701的波形相比较有何不同。6.用示波器观察测量点TP902的波形，注意该波形与TP901的波形相比较有何不同。五、注意事项1.内置误码测试的误码信号输入与CMI信号的输入共用一个开关；2.注意安全操作和相关设备、仪器仪表的正确使用。3.注意测量点：TP702: 为从光接收模块（1310）输出的信号波形；TP902：为从光接收模块（1550）输出的信号波形。六、思考题描述光接收系统的组成及工作流程。实验6 数据光传输系统一、实验的目的与要求1.了解数据光传输系统的原理；2.掌握数据光传输系统的传输过程。二、实验原理数字光纤传输是一个电数字信号光信号电数字信号的过程，主要完成各种速率数据的光纤传输。数字信号通过数字接口送入光发端机，光发端机将其转换成光信号注入光纤信道中传输。接收端的光收端机把它还原成电信号，通过数字接口输出。在本次实验中，有64K伪随机码信号，光纤通信传输常用的CMI码信号、5B6B码、数字图像信号、数字电话信号等码型，其方框图见图6-1、图6-2所示。其中，在图62中，描述了几种常用数据的光传输示意图。 图6-1 数据光发送传输框图 （a）伪随机码光纤传输示意图（b） CMI码光纤传输示意图（c） 5B6B码光纤传输示意图图6-2 常用数据光纤传输示意图下面以64KHz伪随机码在光传输系统中的传输为例讲解一下光传输系统信号传输的全过程。众所周知，伪随机序列也称作m序列，它的显著特点是：1、随机特性；2、预先可确定性；3、可重复实现。图6-3 64KPN码光纤传输过程由图6-3可知，由模块四数据发送单元上的U401可编程器件编程产生一个64KPN码，在测量点TP409上可以对编程产生的64KPN序列进行测试，可用示波器进行观测。此信号波形分别送往光发送模块一（1310）与光发送模块二（1550），把光发送模块上的信号选择开关J701和J901置于“数据发”位置上。在测量点TP701与TP901上可以观测到与TP409上观测到的一样的信号波形。此信号波形通过光发射机调制上光纤进行传输，1310波长传输的信号与1550波长传输的信号在波分复用器上进行合波，在单模尾纤上进行传输，在至波分解复用器上进行分波，分别由1310与1550的光接收机接收，在TP702与TP902测量点上可以分别观测到波形。应与开始在TP409上观测到的波形一致。图6-4 光纤传输系统示意图其它信号波形的传输也都按照这个过程进行。三、实验仪器HD8634光纤实验箱、数字示波器四、实验内容与步骤1.了解数据光传输系统的原理；2.掌握数据光传输系统的传输过程；3.由CPLD产生一个64KPN数据信号在光传输系统中进行传输并观测；4.跳线J701设置在“PN64”码状态，测量点为TP701，测量相应的测量点波形；5.跳线J901设置在 “PN64”码状态，测量点为TP901，测量相应的测量点波形；6.测量点TP702(光纤收发模块一)、测量点TP902(光纤收发模块二)分别是该模块的光收端机的输出测量点，在做光纤通信的任何实验时，该测量点都有与光发端机的输入测量点TP701或 TP901相对应的波形，与J702或J702的跳线设置无关。五、数据处理与分析认真观察实验波形、数据，记录并作简要分析六、注意事项注意：我们把用于光纤传输的部分抽出来合成一个光纤传输系统的示意图，如图6-4所示。在以后的实验说明中，将以一个光纤传输系统的示意图代替图6-4 所示的传输系统方框图。测量点说明：1TP409:为由CPLD可编程器件编程产生的64KHz的PN码2TP701:为光纤收发模块一发送的信号波形3TP901:为光纤收发模块二发送的信号波形4TP702:为光纤收发模块一接收到的信号波形5TP902:为光纤收发模块二接收到的信号波形 七、思考题描述数据在光纤传输系统中的传输过程？实验7 PN码、CMI码的码型变换一、实验的目的与要求1.了解光纤通信采用的线路码型；2.掌握CMI码的特点及编解码实现方法。二、实验原理1.线路码型数字光纤通信与数字电缆通信一样，在其传输信道中，通常不直接传送终端机（例如PCM终端机）输出的数字信号，而需要经过码型变换，使之变换成为适合于传输信道传输的码型, 称之为线路码型. 在数字电缆通信中, 电缆中传输的线路码型通常为三电平的“三阶高密度双极性码”, 即HDB3码，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平码。但简单的二电平码的直流基线会随着信息流中“0”“1”的不同的组合情况而随机起伏，而直流基线的起伏对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。线路编码还有另外两个作用：其一是消除随机数字码流中的长连“0”和长连“1”码，以便于接收端时钟的提取。其二是按一定规则进行编码后，也便于在运行中进行误码监测，以及在中继器上进行误码遥测。由于本实验系统所用的光纤收发模块是单模光纤，因此对模拟信号