光纤通信实验指导书Word下载.docx
- 文档编号:21942894
- 上传时间:2023-02-01
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:1.43MB
光纤通信实验指导书Word下载.docx
《光纤通信实验指导书Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光纤通信实验指导书Word下载.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
小心松开尾纤的扎带,阅读尾纤外套上的标识,从其规格代号中判断它的波长,纤芯直径与包层直径,纤尾长度。
阅读完毕后,用扎带照原样扎好尾纤。
2.测量尾纤的波长
1)如图2-1所示,由光源发出的稳定光功率以一定波长(如λ=0.85μm)注入到光纤,用光谱仪测量尾纤输出端的光信号波长。
2)用同样的方法测另一个光信号波长(如λ=1.3μm)。
【注意事项】
1.在测量光波时切记不要用肉眼观察从尾纤发出的红外光,容易伤害眼睛。
2.不要过于用力拉扯光纤,也不要过于弯曲光纤。
【实验报告要求】
1.怎么从光纤型号中识别尾纤的工作波长。
2.怎样用测量方法识别尾纤的工作波长。
实验三活动连接器观察
1.了解光纤通信对活动连接器的基本要求。
2.熟悉常用的活动连接器的结构特点。
3.了解ST型、SC型、FC型、PC型、SMA型连接器的特点。
1.了解常用的活动连接器的基本结构。
2.识别ST型、SC型、FC型、PC型、SMA型连接器。
1.光纤通信对活动连接器的要求
基本要求是:
插入损耗小,受周围环境变化影响小,易于连接和拆卸,重复性、互换性好,可靠性高,价钱低廉。
2.光纤活动连接器的分类
按纤芯插针、插孔的数目不同分为:
单芯活动连接器和多芯活动连接器两类;
按结构不同分为:
ST型、SC型、FC型、SMA型等类;
按光纤插孔端面形状不同分为:
PC型、APC型两种。
3.光纤活动连接器的结构
单芯活动连接器的基本结构是插针和插孔。
由光纤连接器损耗的计算可知,影响损耗
的主要外在因素是相互连接的两根光纤的纤芯之间的错位和倾斜,所以在连接器结构中,要求插针中的纤芯与插孔有很高的同心度,相连的两根插针在插孔中能精确的对准。
(1)ST型活动连接器
图2-2带双列直插插头的ST型插座的光收发模块几何尺寸图
(2)ST型活动连接器
(3)FC型活动连接器
(4)SMA活动连接器
图2-8SMA活动连接器几何尺寸图
(5)PC型和超PC型活动连接器
【实验步骤】连接器
1.仔细阅读前面关于活动连接器的讲述。
2.熟悉本实验系统尾纤所用的插头及光收发组件中的ST插座,以及ST活动连接器的结构。
1.列出活动连接器的分类及对其的基本要求。
2.列出ST、SC、SMA、PC活动连接器的结构特点。
实验四码型变换实验。
【实验目的】
1.了解光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点;
2.了解CMI码的编译码实现过程。
【实验内容】
3.分析CMI编解码器电路的各个测量点的波形。
1.码型变换
数字光纤通信和数字电缆通信一样,在其传输信道中,通常不直接传送到终端机(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,传输信号以正负极性交替发送。
在数字光纤通信中,由于光源不可能发送负的光脉冲,因而只能采用“0”“1”二电平码。
当简单的二电平码的直流基线会随着信息流中的“0”“1”的不同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用光纤线路传输的要求。
线路编码还有两个作用:
其一是消除随机数字码流中长连“0”和长连“1”码,以便接收端时钟的提取;
其二是按一定规则进行编码后,也便于在运行过程中进行误码监测以及在中继器上进行误码遥测。
数字光纤通信传输信道中,对于低速率系统采用CMI(CodedMarkInversion)码,传号翻转码,即“1”码交替地用“00”和“11”表示,而“0”码则固定用“01”表示,因此在1个时钟周期内,CMI编码器输入1bit的时间内输出变为2bit.CMI码属于二电平的不归零1B2B码。
这种码的特点是:
①不出现4个以上的“0”或“1”码,易于定时提取;
②电路简单,易于实现;
③有一定的纠错能力。
当编码规则被破坏后,就意味着误码产生,便于中继监测;
④有恒定的直流分量,且低频分量小,频带较宽;
⑤传输速率为编码前的2倍,适于低速率的光纤传输系统。
2.CMI编码电路
(1)CMI编码电路的功能
CMI编码电路的方框图见图5-3。
它接收来自伪随机码产生器产生的15伪的伪随机码,把它变换为CMI码送至光发送单元。
伪随机码产生器及CMI编码电路均由CPLD可编程信号发生器MAX7128内的逻辑电路组成。
(2)CMI编码电路的输入输出波型
CMI编码电路输入的伪随机码、64kHz时钟、输出的CMI波形如图5-4所示。
3.CMI解码电路
(1)CMI解码电路的功能
CMI解码器(这部分电路在MAX7064中)将光收端机送来的CMI码还原伪单极性非归零码。
本实验中为15位伪随机码。
(2)CMI解码器采用串并变换电路把串行码变成并行码,即把CMI码的每一组00、11或01码中的奇数码与偶数码分离开来,变成奇偶分列的、时序一致的码序列,再用判决电路逐一加以比较,判决输出是传号还是空号,从而解出单极性号码。
其原理框图如图5-5所示。
4.CMI眼图观察
眼图观察电路由集成运放TL802及一些阻容元件组成。
眼图是在同步状态下,各个周期的随机信码重叠在一起所构成的动态波形图,其形状类似一个眼睛故名眼图。
它是观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。
眼图测量法是在时域内完成的,可以使用示波器实时显示波形失真情况。
将时钟输入示波器的通道1,伪随机码的输出接示波器的通道2,缓慢调整示波器的同步旋纽即可在示波器上观察到眼图,实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反应。
眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力,水平张开度反映过门限失真量的大小。
眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响,当光收端机输出信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响,因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。
图4-4眼图测量法的基本设备框图
伪随机比特流发生器的数据输出端通过光纤链路连接到示波器的垂直输入端,时钟输出端触发示波器水平扫描(示波器扫描周期应取为码元宽度Tb或其整数倍)。
假设一个3比特长的NRZ码,它有八种可能的图样,由于示波器荧光屏的余辉所呈现的图形不仅是一次扫描所及的三个码元,而是若干段重叠后的图案。
因此如果将这八种图样叠加,就得到下面所示图案。
眼图的上下界有逻辑1和0电平决定。
图4-5显示基本测量参数的眼图一般结构
眼图测量需要一种可以仿真的信号源。
一个简便的方法就是产生随机数据信号,因为它具有实际应用中的数据流特性。
这类信号能以相同的比特速率随机产生1和0。
各种伪随机信号发生器就能满足这种应用要求。
伪随机的意思是产生的1和0的集合或序列最终会重复,但对于测试来说,它已具有足够的随机性。
从显示的眼图中能够推断出大量的系统性能信息。
考虑信号幅度失真、时间抖动和系统上升时间,能够得到下列信息:
1)眼图张开的宽度指定了接收信号的抽样间隔,在此间隔内抽样能抵抗码间串扰的影响,不发生误码;
2)接收波形的最佳抽样时间在眼睛张开最大处,由于数据信号的幅度失真,眼睛张开的高度会降低,眼睛张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示了最大失真,眼睛越小,鉴别信号中的1和0就越困难;
3)在抽样时间上,眼睛张开的高度表示了噪声容限或抗噪声的能力,噪声容限是可变二进制信号(有眼睛张开的高度定义)的峰值电压V1与信号的最大电压V2的百分比,V2是阀值电平处测量得到的,也就是:
噪声容限(百分比)=V1/V2×
100%;
4)闭眼的速率随抽样时间变化而变化(也就是眼图斜边的斜率),它决定系统对定时误差的敏感程度,斜率变小,则定时误差的可能行增加;
5)光纤系统中的定时抖动(也称边缘抖动或相位失真)是由接收机的噪声和光纤中的脉冲失真引起的。
如果在时间间隔的中间(例如当信号刚通过门限电平时)对信号抽样,则门限电平处的失真ΔT则指示了抖动值,于是百分比表示的定时抖动为:
定时抖动(百分比)=ΔT/T×
100%;
图4-6具有上升和下降时间的3比特长NRZ脉冲的八种可能图样
图4-7显示关键性能参数的简化眼图
6)通常把上升时间定义为信号上升沿达到信号最终幅度的10%和90%时的时间间隔,然而在测量光信号时,这些点经常被噪声和抖动效应所淹没,所以通常都是更清晰的20%和80%处进行测量。
将20%~80%上升时间变换为10%~90%上升时间,可以近似地使用下面转换关系:
T10-90=1.25×
T20-80,类似可以定义下降时间;
7)信道地任何非线性传输特性都会产生眼图地不对称性,如果完全随机地数据流通过理想地线性系统,张开的眼睛时不变地,也是对称的。
【测量点说明】
1.TP111随机序列码000011101100101,波形同TP110。
2.TP112对“1”进行编码。
3.TP113对“0”进行编码。
4.TP114发端CMI编码输出波形。
5.TP115CMI码波形输出,波形同TP114。
6.TP504经过尾纤传输的CMI码输出到CMI码解码电路中,即收端CMI译码输入波形,波形同TP114。
7.TP505对“1”进行译码。
8.TP506对“0”进行译码。
9.TP507CMI译码输出波形,波形同TP110。
1.接好电源。
2.设置开关
K101的1-2:
输入为2.048MHz的时钟信号;
2-3:
无信号
K102的1-2:
TP106为2kHz的正弦波信号;
TP105为1kHz的方波,常设状态为1-2状态。
K103的1-2:
TP107为8kHz的方波,TP108为8kHz的三角波;
2-3:
TP107为4kHz的方波,TP108为4kHz的三角波,
常设状态为1-2状态。
K702设置为“CMI”码状态。
3.用示波器测试各点波形,并记录数据。
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。
4.比较TP111和TP507的波形。
【实验报告要求】
1.为什么要进行线路编码,什么叫做线路码型,光纤能否传输HDB3码。
2.CMI码的编码规则时怎样的,CMI编解码器输入信码与输出信码的码型、码速各是怎样的。
3.分析本实验的CMI编解码电路的工作过程,画出各测量点的工作波形。
实验五光发送系统实验
1.了解光源的发光特性;
2.掌握发端机所完成的电光变换原理。
1.测量并分析数字光发送的波形及数据;
2.调节W401(或W403),观察收端数据能否正常接收。
[预备知识]参考第3章相关内容。
数字光发送系统由数字信号源、数字信号选择开关、数字接口电路、数字驱动电路和光发送模块五部分组成,如下图:
数字光发送机框图
以光发端机发送系统为例说明其电信号与光信号地传输流程:
数字信号源提供可编程脉冲PULSE波形、CMI码、64kHz/s15位PN信号、数字电话信号、PC机数据及图像数据等信号的输入。
数字信号选择开关采用人工手工操作,由J701和J901进行选择,有下列几种选择状况:
a.电话发(PCM)b.图像发c.数据发(PC机)d.CMI发e.任意脉冲PULSE波形发f.PN64k随机码发等。
数字驱动电路由芯片74ALS245和偏置电阻组成,以适应光发送电路的要求。
若采用低速光收发一体模块,即光发送电路和光接收电路集成一块,其信号传输流程是:
数字信号进入模块地3管脚,经内部电光转换电路转换为光信号后从TX端口进入光纤;
光信号从RX端口进入,经内部光电转换电路转换为电信号从10管脚输出。
光发送系统实验电路方框图
图中J701为数字信号接口,74ALS245和R702(R902),W701(901)组成驱动电路,其中W701(W901)调节的是输入波形的幅度,从而使光的调制制度变化,它将使收端的电脉冲脉宽发生变化。
光发送模块将电信号调制到光载波上,完成电光信号地转换,从而使信号在光纤中传输。
数字信号光传输实验时,测量点TP401、TP402、TP403;
模拟信号光传输实验时,测量点TP404、TP405、TP406;
1.TP401数字脉冲信号输入到光端机的测试点,可测量下列数字信号:
脉冲信号、方波信号、数字电话信号、PCM码、PN码、CMI码。
2.TP402驱动半导体光源的数字信号,波形幅度较小,一般为几十毫伏。
。
3.TP406数字光纤信号传输发端机的输出数字信号,波形幅度较小,一般为几十毫伏。
4.TP404模拟信号输入到光发端机模拟接口电路的输入测试点,可为方波、三角波、正弦波、模拟电话以及外部模拟输入信号。
5.TP403模拟信号输入到光发端机模拟接口电路的输除测试点,可为方波、三角波、正弦波、模拟电话。
6.TP405驱动半导体光源的模拟输出信号,波形同TP403。
【实验步骤】
K401的1-2:
模拟接口电路发射级输出信号;
模拟接口电路集电级输出信号,常设状态为2-3状态。
K402的1-2:
模拟接口电路发射级输出接地,常设状态为2-3状态。
3.调节电位器
W401:
调节模拟接口电路集电级注入电流大小;
W402:
调节模拟接口电路基极偏置电压大小;
W403:
调节模拟接口电路发射级电流大小;
W406:
调节数字接口电路差分高速驱动电路电流大小;
说明:
W402为可调电位器,阻值为10kΩ(103),以适用不同输入阻抗。
一般调好后不动,W403、W401电位器的联合调整以控制注入半导体光源的电流,同时以满足低输出阻抗,调试时要用示波器边调边观测,监测其注入电流的大小。
上述电位器一般调好后不动,学生不可进行调节。
PA401为自锁开关,具体操作如下:
若做数字信号光传输实验时,将自锁开关按下,表示接通数字接口电路,此时发光二极管D401不亮;
若做模拟信号光传输实验时,将自锁开关抬起,表示接通模拟接口电路,此时发光二极管D401亮;
4.选择任一数据信号,用示波器观测测试点波形(TP401),并记录信号的幅度(峰-峰值)。
5.调节电位起W401,并用示波器观察测试点波形(TP401),观察(TP401)信号的幅度为多大时,光发送模块不能正常工作。
[注意事项]
1.由于光源属易损且昂贵器件,认真酸楚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.光纤跳线及光源的ST插座属易损件,应轻拿轻放,切忌使用大力气。
1.熟悉光发端机的一些特性。
2.分析调节W401对接收数据的影响。
实验六光接收系统实验
1.掌握光收端机的功能及电路工作原理;
2.了解光收端机接口电路。
1.观测输出的TTL信号波形TP701,并和发送模块的输入进行比较;
2.调节发送电压W702,观测输出波形的变化。
1.系统组成
光收端机主要完成光电信号的转换、小信号的检测、传送信息地数字信号的恢复等功能,由光检测模块、隔离器、主放大器和输出接口组成。
光检测器模块在收发一体模块地内部,又名检波器或探测器,主要用来完成光电信号变换地一种有源器件。
光收端机方框图
图4-2光接收电路方框图
光接收实验电路方框图
TP704
TP703
TP701
【测量点说明】
1.TP701为2416T或2316T为光收端机接收模块的输出,及光电转换电路的输入波形,可以为模拟信号或数字信号,用示波器可测量电压的幅度。
2.TP702为光电转换电路宽带放大器的输入波形,与TP701波形相同。
3.TP703为光电转换电路宽带放大器的输出波形,其幅度可通过W701、W702调节。
4.TP704与TP703的波形相同。
5.TP705为PN码输出波形,K702必须设置在PN码状态。
6.TP706为数字电话PCM自环工作状态时输出。
数字波形,K702必须设置在“PCM”码状态。
K701为光纤通信波长选择开关,单模光纤和多模光纤通信时设置为1-2和4-5状态。
正常情况下学生不可进行插拔。
K702的1-2:
模拟接口和数字接口电路的输出选择开关,共有下列选择方式:
PN码、CMI码、模拟输出、数字电话、模拟电话、PCM码
W701:
调节光收端机接口电路的偏置电压(发射极电压);
W702:
调节光收端机宽带放大电路的信号放大倍数。
W701、W702为可变电位器,可调节放大倍数。
其波形测量点有TP701、TP702、TP703、TP704、TP705为接收机伪随机码输出,TP706为接收数字电话输出。
其中K702为接收信号跳线选择方式开关。
1)当将发方光发端机设置在“数字电话”工作状态,在收方光收端机的宽带低噪声放大接口电路中也设置在“数字电话”工作状态,接通电话,测试TP701、TP702、TP703、TP704波形,若TP704输出波形的幅度小于2V或波形不好时,可对W701、W702的电位器进行调节。
2)当将发方光发端机设置在“模拟电话”工作状态,在收方光收端机的宽带低噪声放大接口电路中也设置在“模拟电话”工作状态,接通电话,测试TP701、TP702、TP703、TP704波形。
用示波器测量TP701电压的幅度时,可将光纤从收端机模块的ST活动连接器中慢慢拔出(注意动作要轻)使输入的光功率逐渐减小,观察示波器电压幅度的变化。
3)用示波器观察测试点TP704的波形,注意该波形和TP701的波形相比较有何不同,计算接收端(主放大器)的信号放大倍数。
4)共模噪声抑制方法:
将发方发端机与收方收端机设置在正常的“数字电话”工作状态,用示波器测量TP702处的波形及幅度,用小起子调节W702或W701,使之出现共模噪声,此时收方电话机能听到沙沙声,再用小起子调节W702或W701,使之共模噪声消失,此时收方电话机听不到沙沙声。
4.选择一路光纤传输信道(信道-1310nm),然后通过J701选择一路数字信号(如64kHz的PN码),接收端由J702选择输出口OUT1。
5.用示波器观测测试点TP701、TP702的波形,并进行比较。
6.调节电位器W701,并用示波器观察测试点TP701、TP702信号的幅度变化。
【注意事项】
观察比较前提是光发送模块能正常工作。
【实验报告要求】
1.了解光收端机的功能及电路工作原理。
2.在模块正常工作的前提下,观察比较收发端的信号变化。
实验七PCM电话光纤传输系统实验
1.了解电话语音信号光纤系统的通信原理。
2.了解完整的电话语音信号光纤通信系统的基本结构。
3.掌握电话语音信号的多种传输机理。
HD8614光纤通信实验箱双踪示波器
1.通过不同的方式对话音信号进行光传输实验
2.电话语音信号通过PCM编码后进行光传输实验
[实验原理]
本实验用电话接口模块监测光发送模块、光接受模块的语音传输,并通过与话音信号的PCM编码传输效果进行对比、比较,以了解和熟悉光纤传输话音信号系统的组成。
其实验框图如下:
图7-1话音信号光纤传输方式
电话语音信号的光纤传输,可以有多种方式,一种是直接用原始话音信号,经过光纤直接进行传输;
另一种方式是把话音信号数字化后,进行调制,然后将调制好的数字信号再进行光纤传输,最后再经过解调,把话音信号还原。
测量点TP201、TP302为语音信号的模拟输出。
测量点TP202、TP302、为8kHz的帧同步信号。
TP203、TP303为PCM数字电话编码的数字信号输出。
TP204、TP304为PCM数字电话译码的数字信号输入。
TP205、TP305为语音信号的模拟输入。
K201为发方模拟电话和数字电话的信号输入选择开关;
K201的1-2:
为数字电话工作状态;
为模拟电话工作状态。
K202为发方模拟电话和数字电话的信号输出选择开关;
K202的1-2:
K203为发方数字电话的编码输出开关;
K203的1-2:
为PCM编码工作状态。
K204为发方数字电话的译码输入开关;
K204的1-2:
为PCM译码工作状态。
K301为收方模拟电话和数字电话的信号输入选择开关;
K301的1-2:
K302为收方模拟电话和数字电话的信号输出选择开关;
K302的1-2:
K303为发方数字电话的编码输出开关;
K303的1-2:
无输出。
1.记录并画出实验所用及所得到的波形,并进行比较。
2.比较话音信号两种传输方式,分析哪种传输方法的传输效果更好。
实验八变速率数据传输系统实验
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。
3.掌
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光纤通信 实验 指导书