光通信原理实验指导书.docx

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光通信原理实验指导书

实验一模拟信号光调制实验

一、实验目的

1、了解模拟信号光纤通信原理。

2、了解不同频率不同幅度的正弦波、三角波、方波等模拟信号的系统光传输性能情况。

二、实验内容

1、测量不同的正弦波、三角波和方波的光调制系统性能。

三、实验器材

1、主控&信号源、25号模块各1块

2、双踪示波器1台

3、连接线若干

4、光纤跳线1根

四、实验原理

1、实验原理框图

光调制功率检测框图

模拟信号光调制传输系统框图

2、实验框图说明

本实验是输入不同的模拟信号，测量模拟光调制系统性能。

如模拟信号光调制传输系统框图所示，不同频率不同幅度的正弦波、三角波和方波等信号，经25号模块的光发射机单元，完成电光转换，然后通过光纤跳线传输至25号模块的光接收机单元，进行光电转换处理，从而还原出原始模拟信号。

实验中利用光功率计对光发射机的功率检测，了解模拟光调制系统的性能。

注：

根据实际模块配置情况不同，自行选择不同波长（比如1310nm、1550nm）的25号光收发模块进行实验。

五、注意事项

1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。

2、不要带电插拔信号连接导线。

六、实验步骤

1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明进行连线。

（1）用连接线将信号源A-OUT，连接至25号模块的TH1模拟输入端。

（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。

注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口。

（3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。

2、设置25号模块的功能初状态。

（1）将收发模式选择开关S3拨至“模拟”，即选择模拟信号光调制传输。

（2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。

（3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率计测量功能。

3、进行系统联调和观测。

（1）打开系统和各实验模块电源开关。

设置主控模块的菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【模拟信号光调制】。

此时系统初始状态中A-OUT输出为1KHz正弦波。

调节信号源模块的旋钮W1，使A-OUT输出正弦波幅度为1V。

（2）选择进入主控&信号源模块的【光功率计】功能菜单，根据所选模块波长类型选择波长【1310nm】或【1550nm】。

（3）保持信号源频率不变，改变信号源幅度测量光调制性能：

调节信号源模块的W1，改变输入信号的幅度，记录不同幅度时的光调制功率变化情况。

信号幅度

0.5Vp-p

1Vp-p

1.5Vp-p

2Vp-p

2.5Vp-p

3Vp-p

光调制输出功率

（4）保持信号源幅度不变，改变信号源频率测量光调制性能：

改变输入信号的频率，自行设计表格记录不同频率时的光调制功率变化情况。

（5）拆除23号模块和25号模块之间的同轴连接线，适当调节25号模块的W5接收灵敏度旋钮，用示波器对比观察光接收机的模拟输出端TH4和光发射机的模拟输入端TH1，了解模拟光调制系统线性度。

（6）改变信号源的波形，用三角波或方波进行上述实验步骤，进行相关测试，表格自拟。

七、实验报告

1、画出实验框图，并阐述模拟信号光调制基本原理。

2、记录并分析实验波形和数据。

实验二WDM光纤系统链路连接和调整实验

一、实验目的

1、加强认识WDM传输系统特性。

2、认识和熟悉WDM无源器件的指标特点和应用方法。

二、实验内容

1、搭建WDM光纤传输链路系统。

2、在光信号传输通道中加入衰减器调整光信号衰减量。

3、利用衰减器的损耗情况来模拟并计算长距离光纤传输链路中的近似通信距离。

三、实验器材

1、主控&信号源、23号、25号（1310nm）、25号（1550nm）模块各一块

2、双踪示波器1台

3、连接线若干

4、波分复用器2个

5、衰减器1个

6、法兰盘1个

7、光纤跳线1根

四、实验原理

1、实验原理框图

光功率计组成框图

WDM光纤系统链路和调整实验框图

2、实验框图说明

本实验是在WDM光纤系统链路中插入光衰减器，用衰减器的衰减值模拟实际真实环境中长距离光纤传输衰减情况或者人为衰减调节情况，再利用系统自带功率计功能进行功率衰减测试，最后根据光纤损耗近似参数，近似计算出光纤通信距离，从而体会光纤通信系统的传输性能。

光功率计组成框图中，描述的是实验系统的光功率计组成。

WDM光纤系统链路和调整实验框图中，发送端的两路数字信号分别经过波长为1310nm和波长为1550nm的光发射机，完成电光转换，然后通过波分复用器合成一路进行传输；接收端的信号再经波分复用器进行分波处理，分解出1310nm和1550nm的光信号，然后利用波长为1310nm和波长为1550nm的光接收机还原出原始数字序列。

为了模拟真实环境的功率衰减情况，我们在波分复用器之间插入了衰减器。

该实验的步骤中，主要分三大步。

第一步是波分复用器之间不插入衰减器而是先用法兰盘连接时，联调系统，测量通信系统无功率衰减且信号传输无误码状态时的接收功率参数；第二步是插入衰减器，改变通信系统衰减功率，测量模拟真实环境的衰减后且信号传输无误码的接收功率参数，并以此衰减值近似计算光纤通信距离；第三步是为了模拟测量出光纤通信系统的最大通信距离，则先联调出一个在某衰减值范围内可以无误码传输的光纤通信系统来模拟真实系统，则此时的功率衰减值对应近似计算出的通信距离，即为该特定光纤系统的最大传输距离。

有兴趣的同学还可以自行将衰减器加入到波分复用器的各个支路上，同样模拟出各支路的通信距离，并考虑一下如果支路和合路中都有衰减器时的光纤传输系统的距离情况。

五、注意事项

1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。

2、不要带电插拔信号连接导线。

六、实验步骤

1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明进行连线。

（1）用连接线将主控信号源模块的PN序列，分别连接至25号模块（波长1310nm）的TH2数字输入端和25号模块（波长1550nm）的TH2数字输入端，即1310nm的光收发模块和1550nm的光收发模块都用于传输PN序列。

（2）将波分复用器A的1310nm光纤接头，连接至25号模块（波长1310nm）的光发端口；将波分复用器A的1550nm光纤接头，连接至25号模块（波长1550nm）的光发端口。

注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口，切勿带电操作。

（3）将波分复用器B的1310nm光纤接头，连接至25号模块（波长1310nm）的光收端口；将波分复用器B的1550nm光纤接头，连接至25号模块（波长1550nm）的光收端口。

（4）用法兰盘将波分复用器A的合路端口和波分复用器B的合路端口连接一起。

（5）用同轴连接线将25号模块（波长1310nm）的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。

注：

此时光功率计用于测量1310nm波长的功率。

2、设置25号模块（波长1310nm）和25号模块（波长1550nm）的功能初状态。

（1）将收发模式选择开关S3拨至“数字”，即选择数字信号光调制传输。

（2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。

（3）将功能选择开关S1拨至“光接收机”，即选择光信号解调接收功能。

3、进行系统联调

（1）打开系统和各实验模块电源开关。

设置主控菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【WDM光纤系统链路连接和调整】。

（2）观测数字信号传输效果：

用示波器对比观测25号模块（波长1310nm）的TH2数字输入端和TH3数字输出端。

调节模块中光发射机的W4输出光功率旋钮，改变输出光功率强度；调节光接收机的W5接收灵敏度旋钮和W6判决门限旋钮，改变光接收效果。

数字输入端和数字输出端的码元应完全一致即可。

（3）将25号模块（波长1310nm）的功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率测量功能。

设置主控&信号源模块的主菜单，选择【光功率计】，通过选择和单击“选择/确认”多功能旋钮，切换功率计的测量波长为【1310nm】。

（4）记录此时的光功率值，记为P1。

（5）再关电，拆除步骤1（4）中的法兰盘连接。

用衰减器代替法兰盘，将波分复用器A的合路端口和波分复用器B的合路端口连接一起；此时衰减器的功能即是模拟了长距离WDM光纤传输的衰耗情况，或者是用于对光纤链路中系统电平功率的调整。

（6）再开电，设置主控设置主控&信号源模块的主菜单，选择【光功率计】，通过选择和单击“选择/确认”多功能旋钮，切换功率计的测量波长为【1310nm】。

（7）记录此时的光功率值，记为P2。

（8）光纤链路余量估算：

在不考虑色散、波分复用器插损等其他因素对系统影响的情况下，按照0.2~0.5dB/km范围取光纤损耗值，假如光纤损耗为0.3dB/km，根据上述测量结果，近似可以计算出两终端的通信距离d≈（P1-P2）/0.3。

（9）上述步骤描述的是通信距离估算的基本方法，在未加入和加入衰减器两种情况时，通信系统都能无误码传输数据。

为了模拟测量某一WDM光纤链路系统的最大传输距离，我们可以先联调出一个特定接收灵敏度的系统作为实验对象。

联调方法是：

在基于上述系统连线的同时，取某一特定衰减值作为系统接收灵敏度的参考值，通过调节光接收机的接收灵敏度旋钮（即25号模块电位器W5），使WDM光纤链路在该衰减值范围内刚好能无误码传输，若衰减变大则会出现误码。

那么根据上述实验步骤的内容，可以得出该衰减值所对应估算出的系统通信距离，就是该特定系统的最大通信距离。

（10）用同样方法对25号模块（波长1550nm）进行联调，测试系统链路中的连接和调整情况，估算通信距离。

需要注意的连线和设置主要有：

主控&信号源模块的主菜单上应选择【光功率计】【1550nm】，用于测量和显示1550nm波长的光功率值；用同轴连接线将23号模块的P1光探测器输入端口转接至25号模块（1550nm）的P4光探测器输出端口。

七、实验报告

1、搭建WDM光纤通信链路，画出框图，并概述通信距离测试方法。

2、测量和记录实验数据，估算系统通信距离。

实验三PDH终端呼叫处理光纤通信系统综合实验

一、实验目的

1、了解PDH终端呼叫处理光纤通信系统架构及原理。

2、了解话音通道与信令通道在电路中进行传输和独立处理流程。

二、实验内容

1、搭建并调试PDH终端呼叫处理光纤通信综合实验系统。

2、测试电话终端拨号及呼叫过程中信令交互过程。

3、用一台实验设备上的电话机呼叫另一台实验设备上的电话机。

三、实验器材

1、光纤通信实验设备两台

2、双踪示波器1台

3、连接线若干

4、光纤跳线1根

5、电话机2部

四、实验原理

1、PDH终端呼叫处理光纤通信系统实验框图

PDH终端呼叫处理光纤通信系统实验框图

2、PDH终端呼叫处理光纤通信系统框图说明

本实验是将两台光纤实验设备搭建PDH终端呼叫处理光纤传输系统。

按框图中所示，两台实验设备模拟了局与局之间的通信，其中电话1和电话2在设备一的局内，电话3和电话4在设备2的局内。

实验过程中需要了解和注意的是：

两台实验箱之间电话通信实验时，需在主控模块菜单选择项中将一台设置为主机模式，另一台应设置为从机模式。

两台实验箱的两路电话号码分别都是甲方一路8700和甲方二路8701，呼叫时则首先需要选择不同的区号来表示不同局；可选择的区号有010、020、021、027、028、029；为方便观测和区分，选择不同区号后，电话话音通道所在时隙也有区分设置，具体如下表所示。

所选区号

甲方一路8700所在时隙

甲方二路8701所在时隙

010

2

4

020

6

8

021

10

12

027

18

20

028

22

24

029

26

28

区号与电话话音所在时隙对应表

另外，复接帧中第0时隙为帧同步码，第16时隙为信令时隙。

实验调试难点及说明：

由于话音通道要经过光收发模块进行传输，所以光纤传输通道是否调节好，是实验成功的关键；建议实验前先根据数字信号光纤传输的相关实验，先将光纤通道调节至无失真传输状态，再进行电话语音光纤传输实验。

还可以参考电话语音光纤传输系统实验，先将实验设备的电话通信调通，再按本实验步骤内容中的进行双机或多机互连的实验。

两台实验箱上的连线比较多，这里暂不用框图描述，具体连线按实验步骤进行操作。

五、注意事项

1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。

2、不要带电插拔信号连接导线。

六、实验步骤

1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明和表格内容进行连线和操作。

以整个系统最终完成的功能举例，我们要完成光纤通信实验设备一（设置区号为010）上的甲方一路电话（号码为8700），与光纤通信实验设备二（设置区号为027）上的甲方二路电话（号码为8701）能正常呼叫通话。

（1）第一步，完成实验设备一上的连线。

先将电话分别接入至设备一的1号模块的甲方一路的电话插座。

该用户接口默认电话号码为8700。

再按下表完成设备一上的话音发送端的连线。

源端口

目的端口

连线说明

信号源：

FS

模块1：

TH9（编码帧同步）

提供PCM编码帧同步

信号源：

CLK

模块1：

TH11（编码时钟）

提供PCM编码时钟

信号源：

FS

模块7：

TH11（FSIN）

提供复接帧同步

模块1：

TH8（一路PCM编码输出）

模拟7：

TH13（DIN1）

将一路编码信号送入复接

模块1：

TH4（二路PCM编码输出）

模拟7：

TH14（DIN2）

将拨码开关数据送入复接

模块7：

TH10（复用输出）

模块8：

TH3（数据）

提供编码输入数据

模块7：

TH12（复用输出时钟）

模块8：

TH4（时钟）

提供编码输入时钟

模块8：

TH6（编码输出）

模块25：

TH2（数字输入）

送入光发射机

再按下表完成设备一上的话音接收端的连线。

源端口

目的端口

连线说明

模块25：

TH3（数字输出）

模块8：

TH10（译码输入）

送入译码单元

模块25：

TH3（数字输出）

模块13：

TH7（数字锁相环输入）

送入位同步提取单元

模块13：

TH5（BS2）

模块8：

TH9（译码时钟输入）

提供译码输入时钟

模块8：

TH13（译码输出数据）

模块7：

TH18（解复用输入）

送入解复接单元

模块8：

TH12（译码输出时钟）

模块7：

TH17（解复用输入时钟）

提供解复用输入时钟

模块7：

TH7（FSOUT）

模块1：

TH10（译码帧同步）

提供PCM译码帧同步

模块7：

TH3（BSOUT）

模块1：

TH18（译码时钟）

提供PCM译码时钟

模块7：

TH19（Dout1）

模块1：

TH7（一路PCM译码输入）

送PCM译码

模块7：

TH4（Dout2）

模块1：

TH3（二路PCM译码输入）

送PCM译码

（2）第二步，完成实验设备二的连线。

先将电话分别接入至设备二的1号模块的甲方二路的电话插座。

该用户接口默认电话号码为8701。

其他连线同实验设备一的连线。

（3）第三步，连接设备一和设备二的光路。

取两根光纤跳线。

如框图所示，将设备一和设备二的光发送端和光接收端交叉互连。

2、设置25号模块的功能初状态。

两台设备都需要设置。

（1）将收发模式选择开关S3拨至“数字”，即选择数字信号光调制传输。

（2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。

（3）将功能选择开关S1拨至“光接收机”，即选择光信号解调接收功能。

3、进行系统联调和观测。

（1）打开系统和各实验模块电源开关。

设置13号模块的拨码开关S3为0000，即将数字锁相环用于提取CMI译码所需时钟。

设置主控模块的菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【PDH终端呼叫处理】，进入PDH终端呼叫处理界面。

（2）先选择【光端传输】菜单，并按“选择/确认”键进入下一级菜单。

（3）再在主从机选择界面中，将设备一上设置为【主机模式】，设备二上选择设置为【从机模式】，并按“选择/确认”键进入区号选择界面。

设备一选为【主机模式】设备二选为【从机模式】

（4）再在区号选择界面中，设备一的区号选择为010、设备二的区号选择为027。

按“选择/确认”键进入话机状态显示界面。

设备一选择区号为010设备二选择区号为027

即此时设备一上甲方一路的电话号码为0108700

设备二上甲方二路的电话号码为0278701

注：

由于语音信号不规则，通过感受语音传输效果来调节系统时，可能会比较麻烦，需要一定方法。

建议实验前先参考模拟信号光调制实验的内容把光路调通至无失真状态，然后再进行电话音频信号传输实验，感受通话效果的同时适当微调接收灵敏度旋钮，这样则更容易将系统调通。

（5）进行铃流观测及呼叫测试操作。

a、观测几种常见信令铃流音。

用示波器分别观测1号模块上信令音产生单元的拨号音、催挂音、回铃音以及忙音测试点，记录实验波形并比较彼此的区别。

b、正常通话状态呼叫处理过程测试。

<1>甲方一路话机（8700）和甲方二路话机（8701）先均处于挂机状态。

<2>甲方一路作为主叫，先摘机；用示波器观测摘挂机状态测试TP10（摘机检测-A），可知该测试点由高电平变为低电平，同时摘机挂机指示灯D12由灭变亮；观测模拟用户线接口TP12（TIP-A）为连续500Hz正弦波，同时主叫话筒内听到拨号音。

<3>甲方一路话机呼叫甲方二路话机（此时设备二的甲方二路号码0278701），同时观察DTMF号码检测单元的指示灯变化情况；主叫话机的话筒内听到拨号音，被叫话机有振铃，观测并记录模拟用户线接口TP12（TIP-A）为回铃音的通断。

<4>甲方二路摘机，TP12（TIP-A）处回铃音信号消失，主叫电话甲方一路话筒内回铃音消失，被叫电话甲方二路振铃信号消失。

此时双方可以互相通话。

适当调节25号模块的W5接收灵敏度旋钮，并倾听话音传输效果和变化情况，直至甲方一路和二路之间话音传输效果最佳。

<5>甲方二路挂机，主叫话筒内听到忙音，观测并记录TP12（TIP-A）信号。

<6>主叫甲方一路话机挂机，用示波器观测摘挂机状态测试TP10（摘机检测-A），可知该测试点由低电平变为高电平。

通话结束。

<7>总结整个呼叫过程，并画出通话信令交互过程图。

c、被叫忙呼叫处理过程测试

甲方二路电话先处于摘机状态，用甲方二路作为主叫，进行拨号8701，则此时主叫话筒将听到忙音。

总结该呼叫过程，并画出通话信令交互过程图。

d、主叫拨网内空号呼叫处理过程

甲方一路作为主叫，任意拨一个非本地交换局内的号码，将听到忙音。

总结该呼叫过程，并画出通话信令交互过程图。

七、实验报告

1、总结实验调试过程，简述系统结构。

2、实验中采用光端传输，有兴趣的同学可以设置主菜单选择电端传输，再参考HDB3编译码实验的内容，将两台设备搭建一个电端传输的电话传输系统。

（不作要求。

）