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光纤实验指导书
光纤通信实验指导书
指导教师:
唐志军濮振华
湖南科技大学信息与电气工程学院通信工程系
2009年10月
RZ8634E光纤系统模块组成介绍
RZ8634E型光纤实验系统是在吸收了前几代产品RZ8614型、RZ8624型和RZ8634型特色实验的基础上,一方面结合当今光纤通信原理课程的教学与改革,另一方面结合当今光纤通信发展方向和工程实际应用状况,而研制开发的又一个新一代产品。
它增加了数字压缩图像光纤传输实验、计算机数据光纤传输实验、5B6B编解码实验、扰码和解扰、程控电话和自带误码测试实验。
同时根据用户需要可加多模光纤的数字信号、模拟信号的传输实验。
波长分别为1310单模、1550单模、850多模。
系统分布图如图1-1所示。
由图1-1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)
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,可以完成目录中的第三章、第四章、第五章、第六章和第七章中的27个示教、实验和研究型的二次开发实验。
在图1-2中,描述了RZ8634E光纤实验系统的流程总框图。
在RZ8634E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(固定衰耗器/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)
则可以做第七章的有关实验和一些开放性研究设计实验。
南京润众科技有限公司
RZ8634E
RZ8634E系统总体框图
RZ8634E型光纤实验系统流程总框图
各实验模块电路组成介绍
一、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。
二、各模块组成电路说明
由第一节中的图1-1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个测量点;
(1)电话呼叫接续功能
2.CMI解码模块,编号x2xx,有2个测量点;
(1)CMI解码电路
(2)眼图观察电路
3.数字图像传输模块,编号x3xx,有2个测量点;
(1)USB接口
4.数据发送模块,编号x4xx,有12个测量点;
(1)5B数据产生、控制电路
(2)5B数据状态显示电路
(3)6B数据产生电路
(3)PN码产生电路
(4)CMI码产生电路
(5)脉冲产生电路
(6)PCM编、译码主时钟产生电路
(7)PCM编码时钟产生电路
(8)帧同步信号产生电路
(9)扰码产生电路
(10)内置误码测试仪
1内误码数据速率选择电路
2内误码码长选择电路
3内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;
(1)5B6B解码电路
(2)5B6B显示输出电路
(3)CMI码接收解码电路
(4)内误码接收检测电路
(5)内误码显示输出电路
(6)解扰电路
6.数字电话模块一,编号x6xx,有6个测量点;
(1)用户线接口电路
(2)PCM编、译码电路
7.光纤收发模块一,编号x7xx,有2个测量点;
(1)电信号输入输出缓冲接口电路
(2)光发射机电路
(3)光接收机电路
8.数字电话模块二,编号x8xx,有6个测量点;
(1)用户线接口电路
(2)PCM编、译码电路
9.光纤收发模块二,编号x9xx,有2个测量点;
(1)电信号输入输出缓冲接口电路
(2)光发射机电路
(3)光接收机电路
10.系统电源模块,编号x0xx,无测量点;
(1)电源接口电路
(2)-5v产生电路
(3)四组电压输出:
+5v、-5v、+12v、-12v
11.波分复用器合波模块;
(1)1310nm合波
(2)1550nm合波
12.波分复用器分波模块;
(1)1310nm分波
(2)1550nm分波
13.尾纤对接传输部分。
14.外接误码测试单元
实验1光纤发送系统
实验内容
1.熟悉光发送系统的电光变换原理
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
一、实验目的
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、实验电路工作原理
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1-1所示。
接口电路
差分驱动
光发模块
信号选择J701/J901
信号源
图1-1光发送机框图
J701
了发
内误码入
TP701
CMI入
了发
PLUSE
了发
图1-2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1-2及图1-3所示:
内误码入
J901
了发
U901
了发
WDM
Tx
了发
缓存
光发送模块
1550
TP901
图1-3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、CMI编码信号、5B6B码信号、矩形窄脉冲信号、伪随机码序列、内置误码/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1-2及1-3所示,可见有下列几种选择状况(使用时,只能选种其中一路信号插上跳线器):
1.数字电话(两路电话呼叫接续与通话)
2.图像传输(通过USB口连接PC机,运行配套软件传输图像)
3.外误码(需配套误码测试仪,选做实验)
4.CMI码(对伪随机序列的CMI编码,对应TP409、TP401)
5.5B6B码(由拨动开关SW401决定,对应的6B信号输出)
6.PULSE(测量光纤材料色散性能,精确测量需选配相应的仪器)
7.PN64(15位,64KB/s的伪随机序列)
8.内误码信号(在无误码测试仪,可使用内置误码仪进行相关测试)
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1-4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。
光信号输出
图1-4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2KΩ的精密多圈可调电位器。
如图1-5所示:
J703
电路调整接口电路
(U701、W701、R701、E701)
光发端机
W701
图1-5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。
准备好光功率计,轻轻拔下待测光发端机的光纤连接头,保护好连接头(防止灰尘油污等),然后用一根短光纤连接光发端机(TX)和光功率计(若不是ST接头,需用相应的转接法兰)。
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、实验内容
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。
四、实验步骤及注意事项
1.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)。
2.TP701位于实验系统的左上角,TP901位于实验系统的右上角。
3.按上述方法连接好光功率计。
测量光发端机的光功率,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。
用光纤扩展模块测P-I曲线:
1实验操作介绍
使用时先关闭实验箱电源,将“多模光纤通信模块”插入实验平台的中下部位的“多模光纤”插座中,请注意模块上的防呆口,不要蛮力操作防止损坏设备。
模块的左端为“光端机发端”,可选择各种模拟信号或数字信号输入传输(开关J001)。
TP01测量点为选择待发信号波形,电位器W001调节信号输入的幅度,W002调节信号的直流电平。
可以选择传输的信号依次为模拟电话、视频信号、PN码、CMI编码、内误码测试数据、计算机数据,外加信号。
模块的右端为“光端机收端”,可选择电光转换后的电信号送往底板平台,TP02测量点为光收端机恢复的电信号,幅度较小;TP03测量点为对恢复的电信号进行放大输出。
电位器W003、W004调节信号放大的幅度;电信号可送往的模块为电话B的接收端、内误码仪的数据接收端、视频监测器、计算机、其他外部仪器。
J003为视频头的视频信号输入,J004为恢复的视频信号输出;J005为计算机数据输入(串口1),J006为计算机数据输出(串口2);自锁开关K001抬起时,串口1数据经电平转换、光纤传输系统、电平转换送到串口2;串口2数据经电平转换,电传输后电平转换送到串口1,实现计算机数据的双工通信。
自锁开关K001按下时,串口1数据经电平转换、光纤传输系统、电平转换返回串口1,完成计算机数据的自环传输。
其电路原理如图1-6所示:
2光发端机P-I曲线的测量
850nm
GQ001
图1-6P-I曲线测量原理图
其中R1=75欧姆,R2=620欧姆,光功率计选择测量波长为850nm档。
电信号选择“伪随机码”档,W001、W002调节到中间某个位置固定不动。
自己设计测量表,测量时,然后慢慢调节W1电位器(横卧),读出光功率计的读数,同时用万用表测出U1、U2两点的电压值,填入测量表1中。
然后由公式
得到光端机的注入电流I,再根据对应的光功率计读数描出此光发端机的P-I曲线。
表1:
P-I曲线的相关测量数据
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