光纖通信實(shí)驗(yàn)

1、光纖通信實(shí)驗(yàn)孝感學(xué)院電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心二六年四月目錄實(shí)驗(yàn)一固定速率時(shí)分復(fù)用實(shí)驗(yàn).1實(shí)驗(yàn)二固定速率時(shí)分復(fù)用解復(fù)用實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)三光器件壽命檢測及元光檢測報(bào)警實(shí)驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)四數(shù)字光發(fā)送接口指標(biāo)測試實(shí)驗(yàn).14實(shí)驗(yàn)五數(shù)字信號電光、 光電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)六模擬信號電光、光電傳輸實(shí)驗(yàn).17實(shí)驗(yàn)七電話語音光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn).19實(shí)驗(yàn)八圖像光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)22實(shí)驗(yàn)九波分復(fù)用（ WDM）光纖通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn).24實(shí)驗(yàn)十光纖無源器件特性測試實(shí)驗(yàn).301實(shí)驗(yàn)一固定速率時(shí)分復(fù)用實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2. 掌握固定速率時(shí)分復(fù)用的同步復(fù)接原理。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 連接相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線，組成實(shí)驗(yàn)

2、電路。2. 用示波器觀察被復(fù)用信號、集群信號、位同步信號及幀同步信號，了解它們的對應(yīng)關(guān)系。3. 閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，學(xué)習(xí)簡單時(shí)復(fù)用的同步復(fù)接原理。 實(shí)驗(yàn)儀器示波器， RC-GT-II 型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)原理（一）數(shù)字復(fù)接的基本組成：在實(shí)際應(yīng)用中， 通?？偸前褦?shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器裝在一起做成一個(gè)設(shè)備，稱為復(fù)接分接器 (縮寫為 Muldex) 。在這里我們首先討論數(shù)字復(fù)接器。數(shù)字復(fù)接器的基本組成如圖1-1 所示。數(shù)字復(fù)接器的作用是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的支路數(shù)字信號按時(shí)分復(fù)接方式合并成為單一的合路數(shù)字信號。數(shù)字復(fù)接器由定時(shí)、調(diào)整和復(fù)接單元所組成。定時(shí)單元的作用是為設(shè)備提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)間信號，備有內(nèi)部

3、時(shí)鐘，也可以由外部時(shí)鐘推動(dòng)。調(diào)整單元的作用是對各輸入支路數(shù)字信號進(jìn)行必要的頻率或相位調(diào)整，形成與本機(jī)定時(shí)信號完全同步的數(shù)字信號。復(fù)接單元的作用是對已同步的支路信號進(jìn)行時(shí)間復(fù)接以形成合路數(shù)字信號。圖 1-1數(shù)字復(fù)接器的基本組成復(fù)接方式：將低次群復(fù)接成高次群的方法有三種；逐比特復(fù)接；按碼字復(fù)接：按幀復(fù)接。在本實(shí)驗(yàn)中，由于速率固定，信息流量不大，所以我們所應(yīng)用的方式為按碼字復(fù)接，下面我們把這種1復(fù)接方式作簡單介紹，對于其他兩種方式將在以后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行介紹。按碼字復(fù)接：對本實(shí)驗(yàn)來說，速率固定，信息結(jié)構(gòu)固定，每8 位碼代表一 “碼字 ”。這種復(fù)接方式是按順序每次復(fù)接 1 個(gè)信號的 8 位碼，輸入信息的碼

4、字輪流被復(fù)接。 復(fù)接過程是這樣的：首先取第一路信息的第一組 “碼字 ”，接著取第二路信息的第一組 “碼字 ”，再取第三信息的第一組 “碼字 ”，輪流將 3 個(gè)支路的第一組 “碼字 ”取值一次后再進(jìn)行第二組 “碼字 ”取值，方法仍然是：首先取第一路信息的第二組碼，接著取第二路信息的第二組碼，再取第三路信息的第二組碼，輪流將 3 個(gè)支路的第二組碼取值一次后再進(jìn)行第三組碼取值，依此類推，一直循環(huán)下去，這樣得到復(fù)接后的二次群序列（ d）。這種方式由于是按碼字復(fù)接，循環(huán)周期較長，所需緩沖存儲(chǔ)器的容量較大，目前應(yīng)用的很少。圖 1-2 按碼字復(fù)接示意圖（ a）第一路信息； （ b）第二路信息； （ c）第三

5、路信息； （ d）復(fù)接后（二）所用實(shí)驗(yàn)?zāi)K的結(jié)構(gòu)原理：本實(shí)驗(yàn)使用固定速率信號源及固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接端接口兩個(gè)模塊。本實(shí)驗(yàn)所用到的模塊組合是固定速率時(shí)分復(fù)用的復(fù)用端，其原理方框圖如圖1-3 所示。這些模塊產(chǎn)生三路信號時(shí)分復(fù)用后的FY_OUT信號，信號碼速率約為128KB ，幀結(jié)構(gòu)如圖1-4 所示。幀長為 24 位，其中首位無定義， 第 2 位到第 8 位是幀同步碼 （ 7 位巴克碼1110010），另外 16 位為 2 路數(shù)據(jù)信號， 每路 8 位。此 FY_OUT 信號為集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號。同時(shí)通過發(fā)光二極管來指示碼型狀態(tài)：發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1 碼，熄狀態(tài)表示0 碼。本實(shí)驗(yàn)中用到的

6、電路，除并行碼產(chǎn)生器和8 選一電路是由分立器件組成的外，其他電路全都在兩片大規(guī)模集成電路XC95XL144TQ100-5 （以下簡稱CPLD ）內(nèi)部。本實(shí)驗(yàn)用到以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：? D1 ， D2 ， D38 位串行信號輸出/測試點(diǎn)? D_IN1 ， D_IN2 ， D_IN38 位串行信號輸入/測試點(diǎn)? BS位同步信號輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)2? FS幀同步信號輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)? FY-OUT復(fù)用信號輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)下面對時(shí)鐘信號源、分頻器、八選一、調(diào)整器及復(fù)接器等單元作進(jìn)一步說明。（1）時(shí)鐘信號源時(shí)鐘是由晶振X1 （ 20.48MHz ）提供，它也是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘信號源。20.48MHz 時(shí)鐘經(jīng)

7、CPLD 分頻得到本實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)鐘信號CLK1 ， FCLK1 =4.096KHz 。（ 2）分頻器分頻器一首先進(jìn)行16 分頻，輸出信號頻率為256kHz 。然后采用另一分頻器二完成÷2、÷4、 ÷8、÷ 16運(yùn)算，輸出BS、S1、S2、S3 等 4 個(gè)信號。 BS 為位同步信號，頻率為128kHz 。S1、 S2、S3 為 3 個(gè)選通信號，作為八選一的選通信號，頻率分別為BS 信號頻率的1/2、1/4和 1/8。分頻器三是一個(gè)二一十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，對 BS 信號進(jìn)行24 分頻，分別輸出選通信號S4、S5，這兩個(gè)信號的頻率相等、等于BS 信號頻率的1/24

8、。其中 S5 作為幀同步時(shí)鐘FS。圖 1-3復(fù)用器原理方框圖無定義位幀同步碼數(shù)據(jù) 1數(shù)據(jù) 2× 1 1 10 0 1 0 ××××××××××××××××圖 1-4 幀結(jié)構(gòu)分頻器輸出的S1、 S2、S3、 S4、 S5 等 5 個(gè)信號的波形如圖1-4（ a）和 1-4（ b）所示。3（ 3）八選一采用 8 路數(shù)據(jù)選擇器74LS151 ，它內(nèi)含了8 路傳輸數(shù)據(jù)開關(guān)、 地址譯碼器和三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，其真值表如表1-1 所示。 U100、

9、U101 和 U102 的地址信號輸入端A 、B、 C 并連在一起并分別接 S1、S2、 S3 信號，它們的8 個(gè)數(shù)據(jù)信號輸入端x0 x7 分別與 K100 、 K101 、 K102 輸出的 8 個(gè)并行信號連接。由表1-1 可以分析出U100 、 U101、 U102 輸出信號都是碼速率為128KB 、以 8 位為周期的串行信號。（ 4）調(diào)整器調(diào)整器的作用是將輸入的3 路串行信號進(jìn)行速率及時(shí)隙調(diào)整，以達(dá)到復(fù)接的時(shí)序要求。S1S2S3(a)S3S4S5(b)圖 1-4 分頻器輸出信號波形表 1-1 74151 真值表C B AINHDISZ0 0 000x00 0 100x10 1 000x2

10、0 1 100x31 0 000x41 0 100x51 1 000x61 1 100x7 100 1高阻（ 5）復(fù)接器如圖 1-2 中所示，三路串行信號a,b,c 經(jīng)復(fù)接口后的復(fù)接輸出信號FY_OUT 見波形 d。4復(fù)接器主要有兩種復(fù)接電路：一種為同步復(fù)接電路，一種為異步復(fù)接電路，在固定速率時(shí)分復(fù)用時(shí)，由于被復(fù)接的三個(gè)支路是同步的信號，所以本實(shí)驗(yàn)采用的是同步復(fù)接電路，而異步復(fù)接電路將在變速率時(shí)分復(fù)用實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行細(xì)述。同步復(fù)接電路：在本實(shí)驗(yàn)中，送入復(fù)接器的三路信號為同頻同相的信號，且?guī)L一樣，我們所使用的復(fù)接方式為按碼字復(fù)接，即一次復(fù)接8 位碼，示意圖如圖1-5 所示。其中：F1、 F2、F3

11、分別為復(fù)接時(shí)鐘，D1 、 D2、 D3 為調(diào)整后的三路數(shù)據(jù)，F(xiàn)Y_OUT 為復(fù)接后的信號。D1D2D3F1F2F3FY_OUT圖 1-5復(fù)接波形示意圖FS 信號可用作示波器的外同步信號，以便觀察FY_OUT 的幀結(jié)構(gòu)。FS 信號、 FY_OUT 信號之間的相位關(guān)系如圖1-5 所示，圖中FY_OUT 的無定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù) 1 為 11110000，數(shù)據(jù) 2 為 00001111。 FS 信號的低電平、高電平分別為 4 位和 8 位數(shù)字信號時(shí)間，其上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時(shí)間超前一個(gè)碼元。圖 1-5 FS 、 FY-OUT 波形 實(shí)驗(yàn)步驟（以下實(shí)驗(yàn)步驟以1310

12、nm 光端機(jī)部分講解，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。1550nm 光端機(jī)部分與其相同）1. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，取三根短實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線將(固定速率數(shù)字信號源模塊 )的輸出端 D1、 D2 、D3 、分別對應(yīng)接到(固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接端)接口 D_IN1 、D_IN2 、 D_IN3 。2. 打開電源，將示波器的 A 通道探頭接 FS， B 通道探頭接 BS，分別記錄示波器雙通道的波形，分析它們的對應(yīng)關(guān)系。3. 將示波器的A 通道探頭分別接FS、BS，B 通道探頭分別接D_IN1 、D_IN2 、D_IN3 ，5分別記錄示波器雙通道的波形，分析它們的對應(yīng)關(guān)系。4. 將示波器的 A 通道探頭接 FY-OUT ， B 通

13、道探頭分別接 FS、BS，分別記錄示波器雙通道的波形，分析它們的對應(yīng)關(guān)系。5. 將示波器的A 通道探頭接FY-OUT ， B 通道探頭分別接D_IN1 、D_IN2 、D_IN3 ，分別記錄示波器雙通道的波形，分析它們的對應(yīng)關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果用示波器觀察波形是否和理論相一致。1. 接上示波器觀察 D1 、 D2、 D3 的波形，記錄下來。2. 接上示波器觀察 FY_OUT 的波形3. 接上示波器觀察 FS 的波形4. 對比復(fù)用和單個(gè)波形的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)二固定速率時(shí)分復(fù)用解復(fù)用實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2. 掌握固定速率時(shí)分復(fù)用的數(shù)字分接原理。3. 掌握幀同步碼

14、的識別原理。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 用使用固定速率信號源、固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接端接口及固定速率時(shí)分復(fù)用分接端接口三個(gè)模塊連成一個(gè)理想信道時(shí)分復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)正常工作。2. 用示波器觀察集群信號（ FY_OUT ）、位同步信號（ BS）及幀同步信號（ FS），熟悉它們的對應(yīng)關(guān)系。3. 閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，學(xué)習(xí)簡單時(shí)分復(fù)用的數(shù)字分接原理。4. 觀察信號源發(fā)光管與終端發(fā)光管的顯示對應(yīng)關(guān)系，觀察直接時(shí)分復(fù)用與解復(fù)用的實(shí)驗(yàn)效果。 實(shí)驗(yàn)儀器示波器， RC-GT-II 型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)原理（一）數(shù)字分接的基本組成：在實(shí)際應(yīng)用中， 通?？偸前褦?shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器裝在一起做成一個(gè)設(shè)備，稱為復(fù)接分接器 (縮

15、寫為 Muldex) 。在這里我們繼續(xù)討論數(shù)字分接器。6數(shù)字分接器的基本組成如圖2-1 所示。數(shù)字分接器的作用是把一個(gè)合路數(shù)字信號分解為原來支路的數(shù)字信號。數(shù)字分接器由同步、定時(shí)、分接和恢復(fù)單元所組成。定時(shí)單元的作用是為分接和恢復(fù)單元提供基準(zhǔn)時(shí)間信號，它只能由接收的時(shí)鐘來推動(dòng)。同步單元的作用是為定時(shí)單元提供控制信號，使分接器的基準(zhǔn)時(shí)間與復(fù)接器的基準(zhǔn)時(shí)間信號保持正確的相位關(guān)系，即保持同步。 分接單元與復(fù)接單元相對應(yīng)，分接單元的作用是把輸入的合路數(shù)字信號(高次群 ) 實(shí)施時(shí)間分離。分接器的恢復(fù)單元與復(fù)接器的調(diào)整單元相對應(yīng)，恢復(fù)單元的作用是把分離后的信號恢復(fù)成為原來的支路數(shù)字信號。圖 2-1 數(shù)字分

16、接器的基本組成（二）所用實(shí)驗(yàn)?zāi)K的結(jié)構(gòu)原理：本實(shí)驗(yàn)使用固定速率信號源、固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接端接口及固定速率時(shí)分復(fù)用分接端接口三個(gè)模塊。本實(shí)驗(yàn)所用到的模塊組合是固定速率時(shí)分復(fù)用的復(fù)用端和分接端，復(fù)接端的原理及產(chǎn)生復(fù)接信號FY_OUT 的過程請參照實(shí)驗(yàn)一，這里只對分接端的原理進(jìn)行說明。分接端原理方框圖如圖2-2 所示。它輸入單極性非歸零信號（幀結(jié)構(gòu)如圖2-3 所示），由位同步信號提取電路和幀同步信號產(chǎn)生器產(chǎn)生位同步時(shí)鐘信號（ BS）和幀同步信號 （ FS），通過 BS、FS 這把兩路數(shù)據(jù)信號從時(shí)分復(fù)用信號中分離出來，兩個(gè)8 位的并行數(shù)據(jù)信號，兩個(gè)并行信號驅(qū)動(dòng)16 個(gè)發(fā)光二極管，左邊8 個(gè)發(fā)光二極管

17、顯示第一路數(shù)據(jù)，右邊8 個(gè)發(fā)光二極管顯示第二路數(shù)據(jù)，二極管亮狀態(tài)表示“1，”熄滅狀態(tài)表示“0”兩個(gè)串行數(shù)據(jù)信號碼速率。為數(shù)字源輸出信號碼速率的1/3 。本實(shí)驗(yàn)用到的電路中，除了顯示電路是由分立器件組成的外，其他電路全都在兩片大規(guī)模集成電路XC95XL144TQ100-5 （以下簡稱CPLD ）內(nèi)部。本實(shí)驗(yàn)用到以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：? D1 ， D2， D38 位串行信號輸出/測試點(diǎn)? D_IN1 ， D_IN2 ， D_IN38 位串行信號輸入/測試點(diǎn)? BS位同步信號輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)7? FS幀同步信號輸出點(diǎn)/測試點(diǎn)? FY-OUT復(fù)用信號輸出點(diǎn) /測試點(diǎn)? FY-IN復(fù)用信號輸入點(diǎn) /測試

18、點(diǎn)/BD顯示位同步BS延遲 1提取器BD串/并變換FY-IN延遲 2SD幀同步碼幀同步信整形識 別 器號產(chǎn)生器FD串 /并變換延遲 3 FD-7顯示FD-15圖 2-2分接端原理方框圖無定義位幀同步碼數(shù)據(jù) 1數(shù)據(jù) 2× 1 1 10 0 10 ××××××××××××××××圖 2-3 FY_OUT信號幀結(jié)構(gòu)各組成模塊功能說明：a) 位同步提取器（全數(shù)字鎖相環(huán)） ：位同步提取器的作用是：從輸入的FY_IN信號中提取位同步信息，

19、通過數(shù)字鎖相環(huán)產(chǎn)生本地的位同步時(shí)鐘信號BS，該位同步信號（BS）為整個(gè)解復(fù)用電路的主要時(shí)鐘信號。數(shù)字鎖相的原理方框圖如圖2-3 所示，它由穩(wěn)定度振蕩器、分頻器、相位比較器和控制器組成。其中，控制器包括圖中的扣除門、附加門和“或門 ”。高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)整形電路變成周期性脈沖，然后經(jīng)控制器再送入分頻器，輸出位同步脈沖序列。若接收碼元的速率為 F（波特），則要求位同步脈沖的重復(fù)速率也為F（赫）。這里晶振的振蕩頻率設(shè)計(jì)在 nF（赫），由晶振輸出經(jīng)整形得到重復(fù)頻率為nF（赫）的窄脈沖（圖2-4 中的 b(b )）。如果接收端晶振輸出經(jīng) n 次分頻后， 不能準(zhǔn)確地和收到的碼元信號同頻同相，這時(shí)就

20、要根據(jù)相位比器輸出的誤差信號，通過控制器對分頻器進(jìn)行調(diào)整。從經(jīng)微分、調(diào)整后的碼元信息中就可以獲得接收碼元所有過零點(diǎn)的信息，其工作波形如圖2-4 所示。得到接收碼元的相位后，再將它加于相位比較器去比較。首先，先不管圖中的遲延3，設(shè)接收信號為不歸零脈沖（波形 a），我們將每個(gè)碼元的寬度分兩個(gè)區(qū)，前半碼元稱為“滯后區(qū) ”，即若位同步脈沖波形b落入此區(qū)，表示位同步脈沖的相位滯后于接收碼元的相位；同樣，后半碼元稱為“超前區(qū) ”。接收碼元經(jīng)微分調(diào)整，并經(jīng)遲延4 電路后，輸出如波形 e 所示的脈沖。當(dāng)位同步脈沖波形b8時(shí)鐘接收碼元微分調(diào)整單穩(wěn) 4A延遲1非門整形延3遲位同步脈沖脈沖形成扣除門B延遲2附加門N

21、 次分頻或門圖 2-3位同步器方框圖（它是由 n 次分頻器d 端的輸出，取其上升沿而形成的脈沖）位于超前區(qū)時(shí)，波形e 和分頻器 d 端的輸出波形d 使與門 A 有輸出，該輸出再經(jīng)過遲延1 就產(chǎn)生一超前脈沖（波形f ）。若位同步脈沖波形b（圖中的虛線表示）落于滯后區(qū)，分頻器c 端的輸出波形（c 端波形和d 端波形為反相關(guān)系）如波形c所示，則與門B 有輸出，再經(jīng)過遲延2 產(chǎn)生一滯后脈沖（波形 g）。這樣，無論位同步脈沖超前或滯后，都會(huì)分別送出超前或滯后脈沖對加于分頻器的脈沖進(jìn)行扣除或附加，因而達(dá)到相位調(diào)整的目的?，F(xiàn)在討論圖中的遲延3 的作用。同波形圖看到，位同步脈沖帥分頻器d 端輸出波形 （波形

22、d）的正沿而形成的，所以相位調(diào)整的最后結(jié)果應(yīng)該合波形d 的正沿對齊窄脈沖e（即 d的正沿位于窄脈沖之內(nèi)）。若 d 端產(chǎn)輸出波形最后調(diào)整到如波形圖d'所示的位置，則A 、B兩個(gè)與門都有輸出；先是通過與門B 輸出一個(gè)滯后脈沖，后是通過與門A 輸出一超前脈沖。這樣調(diào)整的結(jié)果使位同步信號的相位穩(wěn)定在這一位置，這是我們所需要的。然而，如果d 端的輸出波形調(diào)整到波形圖d的位置，這時(shí)， A 、B 兩個(gè)與門出都有輸出，只是這時(shí)是先通過A 門輸出一超前脈沖，而后通過B 門輸出一滯后脈沖。如果不采取措施，位同步信號的相位也可以穩(wěn)定在這一位置，則輸出的位同步脈沖（波形b）就會(huì)與接收碼元的相位相差180

23、76;?？朔@種不正確鎖定的辦法，是利用在這種情況下A 門先有輸出的這一特點(diǎn)。當(dāng) A 門先有輸出時(shí)，這個(gè)輸出一方面產(chǎn)和超前脈沖對鎖相環(huán)進(jìn)行調(diào)整；另一方面，這個(gè)輸出經(jīng)遲延3 產(chǎn)生一脈沖將與門B 封閉，不會(huì)再產(chǎn)生滯后脈沖。這樣通過A 六不斷輸出超前脈沖， 就可以高速分頻器的輸出的相位，直到波形d 的正沿對齊窄脈沖（波形 e）為止。9圖 2-4 波形圖b) 幀同步碼識別器，幀同步信號產(chǎn)生器（合稱幀同步電路）：BS脈沖生FS分頻器成器FY_IN幀同步碼同步保識別器護(hù)器圖 2-5幀同步電路組成框圖由圖 2-5 可知，整個(gè)幀同步電路主要由分頻器、幀同步碼識別器、脈沖生成器和同步保護(hù)器四大部分組成。各組成電

24、路的作用分別如下：分頻器：主要是將位同步信號進(jìn)行24 分頻得到與信源的幀同步信號同頻的準(zhǔn)幀同步信號，然后送入脈沖生成器進(jìn)行相位調(diào)整。幀同步碼識別器：從串行信號（FY_IN ）識別出同步碼（在我們系統(tǒng)中的同步碼為：X1110010 ），當(dāng)識別器識別到一組幀同步碼時(shí)，它就輸出一個(gè)脈沖，送入同步保護(hù)器；若輸入的信號中沒有同步碼，則其始終輸出低電平。同步保護(hù)器：當(dāng)沒有幀識別脈沖輸入時(shí)，始終輸出一低電平，使脈沖生成器停止工作，這樣就沒有FS 信號輸出；當(dāng)有連續(xù)的識別脈沖輸入時(shí)，保護(hù)器輸出滿足時(shí)序要求的控制脈沖給脈沖生成器。脈沖生成器： 當(dāng)分頻器和同步保護(hù)器都輸出滿足要求的時(shí)鐘信號時(shí)，脈沖生成器才輸出正確

25、的幀同步脈沖；當(dāng)分頻器和同步保護(hù)器輸出的信號不滿足時(shí)序要求時(shí)，則將輸出錯(cuò)誤的10FS 信號。c) 延遲器 1、 2、3，整形器：通過整形器，則可以將送來的FS 信號進(jìn)行脈沖調(diào)整，使其脈沖寬度剛好為8 個(gè)碼元寬度。延遲器主要是由移位寄存器組成，主要是對整形器送來的幀同步信號進(jìn)行相位調(diào)整，以滿足時(shí)序的需要。波形圖如圖2-6 所示。d)串 /并變換：在 FD 及 FD_7 的作用下， 串并轉(zhuǎn)換器對輸入的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行選通轉(zhuǎn)換：當(dāng) FD 為 “1時(shí)”，轉(zhuǎn)換器 1 工作，將第一路數(shù)據(jù)復(fù)原為并行數(shù)據(jù)并輸出到發(fā)光二極管進(jìn)行顯示；當(dāng) FD_7 為 “1”時(shí)，轉(zhuǎn)換器2 工作，將第二路數(shù)據(jù)復(fù)原為并行數(shù)據(jù)并輸出到發(fā)光

26、二極管進(jìn)行顯示。圖 2-6變換后的信號波形 實(shí)驗(yàn)步驟（以下實(shí)驗(yàn)步驟以1310nm 光端機(jī)部分講解，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。1550nm 光端機(jī)部分與其相同）1. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，取三根短實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線將(固定速率數(shù)字信號源模塊 )的輸出端 D1、 D2 、D3 、分別對應(yīng)接到(固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接端)接口 D_IN1 、 D_IN2 、 D_IN3 。2. 用一根短實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線將 ( 固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接端 )接口 FY_OUT 接到 (固定速率時(shí)分復(fù)用分接端 )接口 FY_IN 。3. 將 (固定速率數(shù)字信號源模塊 )的 D3 端口所對應(yīng)的八位撥碼開關(guān)撥成幀同步碼（7 位巴克碼 1110010）。4. 打開

27、電源，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 觀察固定速率時(shí)分復(fù)用分接模塊的 LED 燈顯示的結(jié)果是否與固定速率數(shù)字信號源模塊的 LED 燈結(jié)果一致。2. 用示波器觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。11實(shí)驗(yàn)三光器件壽命檢測及元光檢測報(bào)警實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)光發(fā)送模塊的電路原理。2. 學(xué)習(xí)光發(fā)送模擬各組成模塊的電路原理。3. 掌握光器件壽命檢測及元光檢測報(bào)警電路的工作原理。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 學(xué)習(xí)光器件壽命檢測及元光檢測報(bào)警電路的工作原理。2. 測量相關(guān)特征測試點(diǎn)的參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)儀器示波器， RC-GT-II 型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，光功率計(jì)，萬用表。 實(shí)驗(yàn)原理1. 無光告警電路無光告警電路由U202(5 ，6，7)和 Q206、

28、指示燈等組成(見圖 3-1) 。運(yùn)算放大器U202(5 ，6，7) 的同相端加有直流參考電壓U 參 ，反相端加有代表激光器輸出光功率平均值的電壓U f。當(dāng) LD 正常發(fā)光時(shí)，運(yùn)算放大器輸出低電平，Q206 截止，本電路紅色發(fā)光二極管不發(fā)光。正常時(shí)， Uf 為 -4.4V 。當(dāng) LD 不發(fā)光或背向光檢測二極管失效時(shí)，Uf 減小，即負(fù)值增大，U202 的 7 端輸出高電平，使 Q206 導(dǎo)通， D208 的正端獲得高電位，發(fā)出紅光，表示無光告警。圖 3-1無光告警電路原理圖2. 壽命告警電路壽命告警電路由U204(2 ， 3， 6)和 Q213，紅色指示燈等組成。U204(2 ，3， 6)反相端加

29、有直流參考電壓，同相端加有取自Q212 發(fā)射極的電壓，它反映了預(yù)偏置電流Ib 的大小。正常時(shí)， U204 的 6 輸出低電位，Q213 截止，發(fā)光二極管不發(fā)光。12當(dāng) IB 值提高到最初值的150時(shí)，同相端的取樣電壓增大了50，U204 的 6 輸出高電位， Q213 導(dǎo)通，本盤紅色燈發(fā)出紅光，表示壽命告警。壽命告警電路的原理圖如圖3-2 所示。圖 3-2壽命告警電路原理圖 實(shí)驗(yàn)步驟（以下實(shí)驗(yàn)步驟以1310nm 光端機(jī)部分講解，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。1550nm 光端機(jī)部分與其相同）1. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線連接任意數(shù)字信號（如BS、FS 等）與光發(fā)送模塊的數(shù)字輸入端口，將S200 撥向數(shù)字

30、傳輸端（左邊）。2. 取下光發(fā)端口上的紅色橡膠保護(hù)套；3. 取一根 FC-PC 的光跳線，取下其兩端的保護(hù)套；4. 將光跳線的 A 端與光發(fā)送端口的法蘭盤對接，即：將光跳線小心地插入法蘭盤，在插入的同時(shí)保證光跳線的凸起部分與法蘭盤凹槽完全吻合，然后擰緊固定帽即可；5. 將光跳線的 B 端與光光功率計(jì)端口的法蘭盤對接，方法同上。6. 無光告警實(shí)驗(yàn)步驟：(1) 可調(diào)電阻 R266(APC 控制器人工偏流調(diào)節(jié) )在系統(tǒng)正常工作情況下， 其位置處于中間位置； 可調(diào)電阻 R260( 光監(jiān)測器增益調(diào)節(jié))在系統(tǒng)正常工作情況下，其位置處于中間位置；在正常工作情況激光器的工作電流為20mA （通過用電流表測量電

31、阻R200 兩端，測量方法：將萬用表調(diào)到電流檔，用萬用表紅表筆接電阻上端，黑表筆接電阻下端），光功率為 -8dBm 。(2) 調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 R266(APC 控制器人工偏流調(diào)節(jié) ) 及 R260（光監(jiān)測器增益調(diào)節(jié)） ，將它們往左（逆時(shí)針方向）調(diào)節(jié)到最小，即調(diào)節(jié)APC 控制器人工偏流和光監(jiān)測器增益，從而減小激光器的注入電流，此時(shí)我們通過光功率計(jì)及萬用表即可讀出其參數(shù),且無光告警指示燈（ D208 ）點(diǎn)亮。使兩個(gè)可調(diào)電阻的不同狀態(tài) （即改變激光器流入電路和改變光監(jiān)測器增益），分別觀察各項(xiàng)參數(shù)的變化對無光告警指示燈（D208 ）的狀態(tài)影響。7. 壽命告警實(shí)驗(yàn)步驟：13(1) 可調(diào)電阻 R266(AP

32、C 控制器人工偏流調(diào)節(jié) )、可調(diào)電阻 R260(光監(jiān)測器增益調(diào)節(jié) )、可調(diào)電阻 R259( 激光器使用壽命監(jiān)測靈敏度調(diào)節(jié) )在系統(tǒng)正常工作情況下，其位置處于中間位置；在正常工作情況激光器的工作電流為20mA （通過用電流表測量電阻R200 兩端，測量方法：將萬用表調(diào)到電流檔，用萬用表紅表筆接電阻上端，黑表筆接電阻下端），光功率為-8dBm 。(2) 可調(diào)電阻 R266(APC 控制器人工偏流調(diào)節(jié) )將它往左（逆時(shí)針方向）調(diào)節(jié)到最小，即調(diào)節(jié) APC 控制器人工偏流，從而激光器APC 控制器的一個(gè)控制條件。此時(shí)調(diào)節(jié)電阻R260（光監(jiān)測器增益調(diào)節(jié)） ，將它也往左（逆時(shí)針方向）調(diào)節(jié)，這時(shí)改變了APC

33、控制器的第二個(gè)控制條件，調(diào)節(jié)到一定程度時(shí)，激光器壽命告警指示燈（D209 ）緩緩點(diǎn)亮，我們通過光功率計(jì)及萬用表即可讀出相應(yīng)的參數(shù)。8.完成實(shí)驗(yàn)后，先關(guān)閉系統(tǒng)電源，再拆下光路的連接（注意輕拆輕放），最后拆下電路的連接線，整理好實(shí)驗(yàn)箱。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果將實(shí)驗(yàn)過程中記錄的各種數(shù)據(jù)結(jié)合原理進(jìn)行分析，加深理解電路控制原理。實(shí)驗(yàn)四數(shù)字光發(fā)送接口指標(biāo)測試實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解數(shù)字光發(fā)端機(jī)平均輸出光功率的指標(biāo)要求。2. 掌握數(shù)字光發(fā)端機(jī)平均輸出光功率的測試方法。3. 了解數(shù)字光發(fā)端機(jī)的消光比的指標(biāo)要求。4. 掌握數(shù)字光發(fā)端機(jī)的消光比的測試方法。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 測試數(shù)字光發(fā)端機(jī)的平均光功率。2. 測試數(shù)字光發(fā)端機(jī)的

34、消光比。 實(shí)驗(yàn)儀器RC-GT-II 型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱，光功率計(jì)，F(xiàn)C-FC 光跳線，萬用表。 實(shí)驗(yàn)原理平均光功率是指給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路送入一偽隨機(jī)二進(jìn)制序列作為測試信號，用光功率計(jì)直接測試光發(fā)端機(jī)的光功率，此數(shù)值即為數(shù)字發(fā)送單元的平均光功率。平均光功率與輸入的偽隨機(jī)碼型有關(guān)，NRZ 碼與 RZ 碼相比，其占空比分別為100、 50，因而其平均光功率大3dB。另外，平均光功率是在額定電流下測得的，否則結(jié)果有偏差。14消光比指給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送全“ 0碼”，測得此時(shí)的光功率P0，再給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送全“1碼”，測得此時(shí)的光功率為P，將 P0，P1 代入公式；1式 4-

35、1EXT = 10lg PP2即得到光發(fā)端機(jī)的消光比。光通信系統(tǒng)消光比太大，即預(yù)偏置電流太小或沒有，則影響信系統(tǒng)傳輸速率；消光比太小，則調(diào)制深度淺，有用光功率比例減小，則影響系統(tǒng)靈敏度。 實(shí)驗(yàn)步驟A. 數(shù)字發(fā)送機(jī)的平均光功率的測試(1) 連接導(dǎo)線：連接固定速率信號源及固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接端接口兩個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)連接線，將 FY-OUT 與 1310nm 或 1550nm 光發(fā)端機(jī)的發(fā)送模塊的數(shù)字輸入接口連接。(2) 將光發(fā)送端的光纖從光發(fā)端機(jī)中取出，用ST-FC 光跳線與光功率計(jì)連接，并將光功率計(jì)調(diào)到波長1310nm 或 1550nm 檔。(3) 將單刀雙擲開關(guān) S200 撥向數(shù)字傳輸端，使光發(fā)送

36、模塊傳輸數(shù)字信號。(4) 接上交流電源線，打開交流開關(guān)，使系統(tǒng)正常工作。(5) 用光功率計(jì)測量此時(shí)光發(fā)端機(jī)的光功率，即為光發(fā)端機(jī)的平均光功率。(6) 做完實(shí)驗(yàn)后關(guān)掉交流電開關(guān)。B. 數(shù)字發(fā)送機(jī)的消光比的測試(1) 保持 A 實(shí)驗(yàn)部分的所有實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。(2) 將固定速率信號源撥碼開關(guān)全部撥向ON 端 (發(fā)光二極管全亮 )，使 FY-OUT 輸出全“ 1”碼，由于數(shù)字光發(fā)送采用反碼傳輸，因此激光器所得到的碼型為全“ 0碼”，測得此時(shí)光發(fā)端機(jī)輸出的光功率為P0。(3) 將撥碼開關(guān)全部撥向 OFF 端 (發(fā)光二極管全 )，使 FY-OUT 輸出全 “ 0碼”，由于數(shù)字光發(fā)送采用反碼傳輸，因此激光器所得到

37、的碼型為全 “1碼”，測得此時(shí)光發(fā)端機(jī)輸出的光功率為 P1。(4) 代入式 4-1 即得光發(fā)端機(jī)消光比。(5) 做完實(shí)驗(yàn)后交流電源開關(guān)，拆除實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。(6) 拆下光功率計(jì)，將實(shí)驗(yàn)箱還原。(7) 將各實(shí)驗(yàn)儀器擺放整齊。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 記錄光發(fā)端機(jī)的平均光功率2. 通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算光發(fā)端機(jī)的消光比 思考問題151. 光纖通信系統(tǒng)中的消光比的大小對系統(tǒng)傳輸特性有何影響?為什么 ?2. 設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法，測出光收發(fā)合一模塊的平均輸出光功率。實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字信號電光、光電轉(zhuǎn)換傳輸實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解數(shù)字光纖通信的通信原理。2. 掌握各種數(shù)字信號的傳輸機(jī)理。3. 初步了解完整光纖通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)。

38、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 用示波器觀察各種傳輸信號的波形。2. 使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中提供的各種信號進(jìn)行光傳輸實(shí)驗(yàn)，有：NRZ 、 CMI 、 PCM 編碼。 實(shí)驗(yàn)儀器示波器， RC-GT-II 型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)主要完成各種數(shù)據(jù)速率的光纖傳輸，其原理如圖5-1、 5-2 所示，本次實(shí)驗(yàn)所用到的數(shù)字信號主要有：NRZ 、FS、 BS、CMI碼。各信號的詳細(xì)介紹及各部分電路原理圖請參看前面的實(shí)驗(yàn)講解。固定速信光光信率數(shù)字號發(fā)光纖接號測試信號源處送收處端口模 塊理模模理塊塊圖 5-1數(shù)字信號光纖傳輸框圖信（ FS）號或源（ BS）信光光信測CMI號發(fā)光纖接號CMI試處送收處端編譯理模模理口碼碼塊塊圖

39、 5-2 CMI碼光纖傳輸示意圖16 實(shí)驗(yàn)步驟（以下實(shí)驗(yàn)步驟以1310nm 光端機(jī)部分講解，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。1550nm 光端機(jī)部分與其相同）1. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，把光跳線分別連接到1310 的 TX 和 RX 端。2. 將固定速率數(shù)字信號源模塊的 D1 或 D2、 D3 、 FS、BS 連接到光發(fā)送模塊的數(shù)字信號輸入端口（ P202）。3. 把開關(guān) S200 撥到數(shù)字傳輸端。4. 打開系統(tǒng)電源，用示波器在光接受模塊的數(shù)字信號輸出端口觀察輸出信號。5. 通過電位器 R257（調(diào)節(jié)判決直流電平）及 R242（增益調(diào)節(jié)）得到最佳傳輸?shù)臄?shù)字信號。6. 對于 CMI 的接線為：關(guān)閉系統(tǒng)電源，選數(shù)字信

40、號模塊的D1 、D2 、D3、FS、BS 任意一個(gè)， 連接到 CPLD 模塊的 DIN1 （ DIN2 ），進(jìn)行 CMI 碼的編碼。 將光收模塊的輸出 （ P201）用導(dǎo)線連接到 CMI 譯碼輸入（ CMI IN1 ）進(jìn)行譯碼，還原成原始信號。7. 將 CMIOUT1 的輸出端連接到光發(fā)送模塊的數(shù)字信號輸入端口。8. 打開系統(tǒng)電源，用示波器在光接受模塊的數(shù)字信號輸出端口觀察輸出信號。9. 通過電位器 R257 來調(diào)節(jié)判決直流電平得到最佳傳輸?shù)臄?shù)字信號。10. 用示波器觀測編碼前后的兩波形。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 觀察數(shù)字信號被 CMI 編碼后的波形與原始波形的關(guān)系。2. 熟悉光纖數(shù)字信號傳輸?shù)木幋a原則

41、和傳輸效果的關(guān)系實(shí)驗(yàn)六模擬信號電光、光電傳輸實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解模擬信號光纖系統(tǒng)的通信原理。2. 了解完整的模擬信號光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。3. 掌握各種模擬信號的傳輸機(jī)理。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 通過不同頻率的正弦信號、方波信號、三角波進(jìn)行光傳輸實(shí)驗(yàn)。2. 正弦信號通過 PCM 編碼后進(jìn)行光傳輸實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)儀器示波器， GT-RC-II 型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。17 實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)用示波器觀察光發(fā)送模塊和光接受模塊的的模擬信號波信，并通過調(diào)節(jié)模擬信號源模塊的頻率進(jìn)行對比、比較，以了解和熟悉光纖傳輸模擬信號系統(tǒng)的組成。其實(shí)驗(yàn)框圖如圖 6-1、圖 6-2 所示：模光光擬信 號發(fā)光纖接信 號信送受測試端口

42、處 理處 理號器器源件件圖 6-1模擬信號光纖傳輸方式一模光光測擬信發(fā)光纖接信試信PCM號送受號PCM端處處號編碼器器譯碼口理理源件件圖 6-2 模擬信號光纖傳輸方式二模擬信號的傳輸，可以有多種方式，一種是直接用模擬信號，經(jīng)過光纖直接進(jìn)行傳輸；另一種方式是把模擬信號數(shù)字化后，進(jìn)行調(diào)制，然后將調(diào)制好的數(shù)字信號再進(jìn)行光纖傳輸，最后再經(jīng)過解調(diào)， 把模擬信號還原。 現(xiàn)在使用最多的一種方式是PCM 編譯碼方式， 對于 PCM編譯碼的詳細(xì)資料請參考實(shí)驗(yàn)六-PCM編譯碼實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)步驟（以下實(shí)驗(yàn)步驟以1310nm 光端機(jī)部分講解，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。1550nm 光端機(jī)部分與其相同）1. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，把光

43、跳線分別連接到1310 的 TX 和 RX 端。2. 將模擬信號源模塊的正弦波或三角波、方波連接到光發(fā)送模塊的模擬信號輸入端口（ P203）。3. 把開關(guān) S200 撥到模擬傳輸端，短接跳線J200。4. 打開系統(tǒng)電源，用示波器在光接受模塊的模擬信號輸出端口觀察輸出信號。5. 通過電位器 R257（調(diào)節(jié)直流分量電平）及 R242（增益調(diào)節(jié)）得到最佳傳輸?shù)哪M信號。186. 對于 PCM 的接線為：關(guān)閉系統(tǒng)電源，將開關(guān)S200 撥到數(shù)字傳輸端。集群通信實(shí)驗(yàn)接線方法:左模擬信號源的輸出-正弦波 PCM 編譯碼單元的A_IN右模擬信號源的輸出 -正弦波 PCM 編譯碼單元的 B_IN PCM 編譯碼

44、單元 A_TXD PCM 編譯碼單元 TXD_A PCM 編譯碼單元 A_RXD PCM 編譯碼單元 RXD_A PCM 編譯碼單元 B_TXD PCM 編譯碼單元 TXD_B PCM 編譯碼單元 B_RXD PCM 編譯碼單元 RXD_BPCM 編譯碼單元PCM_OUT光發(fā)送數(shù)字信號輸入端（P202）PCM 編譯碼單元PCM_IN 光接收數(shù)字信號輸出端（P201/IC202 ）7. 打開系統(tǒng)電源，用示波器在光接收模塊的數(shù)字信號輸出端口觀察輸出信號與光發(fā)送的數(shù)字信號輸入端信號。8. 通過電位器 R257（調(diào)節(jié)判決直流電平）及 R242（增益調(diào)節(jié)）得到最佳傳輸?shù)臄?shù)字信號。9. 用示波器觀測 PC

45、M 編碼前譯碼后的波形，比較波形，是否有信號失真。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 記錄并畫出實(shí)驗(yàn)所用及所得到的波形，并進(jìn)行比較。2. 比較模擬信號兩種傳輸方式，分析哪種傳輸方法的傳輸效果更好。實(shí)驗(yàn)七電話語音光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解電話語音信號光纖系統(tǒng)的通信原理。2. 了解完整的電話語音信號光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。3. 掌握電話語音信號的多種傳輸機(jī)理。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 通過不同的方式對話音信號進(jìn)行光傳輸實(shí)驗(yàn)2. 電話語音信號通過 PCM 編碼后進(jìn)行光傳輸實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)儀器示波器， GT-RC-II 型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)用電話接口模塊監(jiān)測光發(fā)送模塊、光接受模塊的語音傳輸，并通過與話音信號的19PCM 編碼傳輸效果進(jìn)行對比、比較，以了解和熟悉光纖傳輸話音信號系統(tǒng)的組成。其實(shí)驗(yàn)框圖如下：TX模擬信號光發(fā)送器件輸入端口電話接口光纖模塊模擬信號一 RX光接收器件輸出端口圖 7-1話音信號光纖傳輸方式一TX模擬信號光發(fā)送器件輸入端口電話接口1310nm光端機(jī)部分模塊模擬信號一 RX光接收器件輸出端口光纖TX