光纤通信实验指导书(XXXX新编)

1、光 纤 通 信实 验 指 导 书巢湖学院电子工程与电气自动化学院2016年2月51目录实验要求II光纤实验箱使用注意事项III实验一 单模光纤特性测量1实验二 多模光纤特性测量4实验三 光连接器和跳线特性测量7实验四 光可变衰减器性能测试实验9实验五 光波长区分11实验六 OTDR原理及运用12实验七 双音多频检测实验15实验八 PDH终端呼叫处理通信系统综合实验18实验九 OCDMA直接序列扩频技术26实验十 光波分复用器32附录 实验系统概述 实验要求1、 实验前必须充分预习，完成指定的预习任务，预习要求是：1） 认真阅读实验知道书，了解实验任务2） 复习实验中所有各仪器的使用方法及注意事

2、项。2、 使用仪器和学习前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时必须严格遵守。3、 实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导老师审查同意后再接通电源。4、 实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。找出原因、排除故障，经指导老师同意后再继续实验。5、 实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。6、 实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录试验结果（数据、波形、现象）。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后在拆除实验线路。7、 实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备

3、、工具、导线等按规定整理。8、 实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。光纤实验箱使用注意事项光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。2、实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。3、光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须及时向老师报告。4、实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。5、实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输

4、入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。6、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。7、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。8、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。9、进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60 mA。10、不要用手触摸激光器和探测器的焊点，以免烧坏激光器与探测器。实验一 单模光纤特性测量.一、 实验目的1、 能够熟练测量光的特性2、 掌握单模光纤特性二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2

5、、 光功率计 一台三、 实验原理光纤是光波的传输媒质，按光纤中传输模式的多少，光纤可分为多模光纤和单模光纤两类。在单模光纤中只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。一般的光纤通信系统中，对光纤的要求为：（1）低传输损耗；（2）高带宽和高数据传输速率；（3）与系统元件（光源、光检测器等）的耦合损耗低；（4）高的机械稳定性；（5）在工作条件下光和机械性能的退化慢；（6）容易制造。单模光纤：中心玻璃芯较细（510m），只能传一种模式的光。单模光纤可提供最大的信息载容量，在设计波长时，带宽可达到50GHz·km。单模光纤的折射率可选用阶跃型分布，也可选用梯度型分布，为了特殊的目的，

6、如：色散位移、非零色散、色散补偿、保偏等，还可选用其他复杂的折射率分布结构。目前商用的常规单模光纤，一般选用阶跃型折射率分布。阶跃型单模光纤是高带宽、低损耗的优质光纤，这种光纤适合长距离光传输。它一般是由掺杂石英玻璃制成。单模光纤的芯径很小以确保其传输单模，但是其包层直径很大。为避免外界环境的影响，一般要用缓冲层来保护和增强单模光纤。实际使用的单模光纤可能结构如图2.1.1所示。单模光纤的结构、参数和各组成部分的作用与多模光纤是类似的，它们的不同之处在于：单模光纤有模场直径和截止波长两个特殊参数。单模光纤的典型几何参数如表2.1.1所示。图2.1.1 单模光纤的横截面图 表2.1.1 单模光纤

7、的典型几何参数参 数指 标模场直径，m（8.610.5）±0.7包层直径，m125±1芯包层同心度误差，m0.8包层不圆度，2单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，作为一种理想的信息传输介质，得到了广泛的应用，随着光纤通信技术的飞速发展，人们研究开发出了光纤放大器、时分复用技术、波分复用技术和频分复用技术，使单模光纤的传输距离、通信容量和传输速率进一步提高。四、 实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：23），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：23），

8、KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm和1550nm的光纤发送器作为光源；并准备好尾纤，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将光纤头清洁一下。1、 弯曲损耗测量(1) 将单模光纤跳线的一端接入光纤收发模块中激光收发器UE01的发送端，然后用光功率计测量该光源的光功率并记录结果。(2) 人为地抖动跳线，定性地观察光功率值的波动范围。(3) 人为地弯曲跳线，甚至小心的对折，观察光功率的测量值，估算弯曲以后的损耗；还可以将跳线绕在笔上，观察绕若干圈所引入的损耗。2、 不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在光纤中衰减量的测量（连接方法可参考图2.1.2） (1) 将跳线的一端接到光

9、发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根跳线，测光功率，计算出差值。（注：此差值中包含有连接器的损耗）(2) 将跳线的一端接到光发送波长为1550nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率，在此跳线的另一端通过连接器再接入跳线，测光功率，计算出差值。（注：此差值中包含有连接器的损耗）(3) 将和进行作比较。五、 实验报告分析总结各项测量结果。实验二 多模光纤特性测量.一、 实验目的1、 能够熟练测量光的特性2、 掌握多模光纤特性二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统 一台2、 光功率计 一台三、

10、 实验原理多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5m)，耦合入光纤的光功率较大，可传多种模式的光。但其模间色散较大，每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。除此之外，多模光纤弯曲损耗比较大。多模光纤结构如图2.2.1所示。纤芯用来导光，包层保证光在纤芯内发生全反射。涂覆层则为保护光纤不受外界作用而产生微小裂纹。多模光纤的典型几何参数，如表2.2.1所示。图2.2.1 多模光纤的结构图由于多模光纤一方面收发机相

11、对便宜，另一方面多模光纤接续简单方便和费用低，因此应用范围也很广。且目前是多模光纤研究与开发的一个新时期，多模光纤以前大多用在短程通信中，随着人类社会信息化进程步伐的加快，其传输速率和容量也在不断上升。表2.2.1 50125多模光纤典型几何参数参 数指 数芯径，m50.0±2.5包层直径，m125.0±2.0芯不圆度，6芯包层同心度误差，m1.5包层不圆度，2四、 实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置为“5B6B”工作方式（右端：23），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置为“m序列”（右端：23），KX02设置在“正常”位置。

12、准备好多模光纤跳线，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将跳线头清洁一下。1、 弯曲损耗测量(1) 将跳线的一头接入光收发模块中激光收发器UE01的发送端，用光功率计在跳线另一头测光功率，记录测量结果。(2) 人为地抖动跳线，定性的观察光功率值的波动范围。(3) 人为地弯曲跳线，甚至小心的对折，观察光功率计的测量值，估算跳线弯曲后的损耗；还可将跳线绕在一枝笔上，测量绕若干圈后的损耗。2、 不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在跳线中衰减量的测量(1) 将跳线的一端接到光发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，并用光功率计测出该点的光功率，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳

13、线，然后再测光功率，计算出差值。（此差值包含有光通过连接器的损耗）(2) 将跳线的一端接到光发送波长为1550nm处，并用光功率计测出该点的光功率，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳线，然后再测试光功率，计算出差值。（此差值包含有光通过连接器的损耗）(3) 将和进行作比较。3、 多模光纤与单模光纤串接性能测试(1) 将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根单模光纤跳线，用光功率计测出光功率，并记录测量结果，然后在这根单模光纤跳线的另一头通过连接器再接上一根多模光纤跳线，在多模光纤跳线的另一端测出的光功率。(2) 同理，将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根多模光纤

14、跳线，这时用光功率计测出光功率，并记录，然后用连接器连上一根单模光纤，再用光功率计测出该端的光功率。(3) 将（1）、（2）步骤中各对应点的值作比较，分析原因。五、 实验报告分析总结各项测量结果。实验三 光连接器和跳线特性测量.一、 实验目的1、 理解光连接器和光纤跳线器的各种特性2、 熟悉光连接器和光纤跳线器的应用方法二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统 一台2、 光功率计 一台三、 实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：23），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：2

15、3），KX02设置在“正常”位置；分别以发送波长为1310nm和1550nm的两个激光收发器的发送端作为光源。按图2.3.1连接好测试设备，连接跳线、连接器和光无源器件时注意定位销方向。1、 插入损耗测量(1) 用光功率计测量波长为1310nm的光源经跳线输出，在“a”点的光功率；然后将此跳线接光功率计的一端接入连接器的输入端口，在连接器的另一端再接一根跳线，用光功率计测量经一对光连接器和光纤跳线器输出在“b”点光功率，记录测量结果，填入表格，计算一对光连接器和光纤跳线器插入损耗值。(2) 可以在“b”点之后，再接入一对光连接器和光纤跳线器，测量输出“c”点光功率，观测大致的误差偏离值。（要注

16、意光纤跳线头是否清洁，实验前可用酒精棉擦洗一下）输入功率（dBm）输出功率（dBm）插入损耗（dB）： 2用粉笔灰污染光纤，重复步骤一。四、 实验报告 分析总结实验数据。 实验四 光可变衰减器性能测试实验.一、 实验目的1、 使学生深入了解光可变衰减器的各种特性2、 熟悉光可变衰减器的应用方法二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、 光功率计一台三、 实验原理光衰减器可按要求将光信号能量进行预定量的衰减，主要用于吸收或反射掉系统中无用的光能量，以此来评估系统的损耗或系统测试技术。光衰减器的分类方法有很多。按光信号传输方式，可分为：单模光衰减器和多模光衰减器；按光衰减

17、的变化方式，可分为：固定光衰减器和可变光衰减器；按光信号的接口方式，可分为：尾纤式光衰减器、转换器式光衰减器和变换器式光衰减器；按衰减器衰减光功率的工作机理，可分为：耦合型光衰减器、反射型光衰减器和吸收型光衰减器。表征光衰减器特性的参数主要有：插入损耗、衰减量范围、衰减精度、工作波长和工作温度等。(1) 插入损耗插入损耗是指从输出端测得的光功率（）与输入端光功率（）的比的分贝数，表示为：(2) 衰减量范围对固定光衰减器而言，衰减量就是插入损耗，对可变光衰减器，衰减量有一个范围，因此它有衰减量范围和插入损耗两个性能指标。(3) 衰减精度对一定衰减量所产生的最大误差。(4) 工作波长和工作温度光衰

18、减器的衰减量与光的波长有关，也与光衰减器的工作温度有关。四、 实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：23），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：23），KX02设置在“正常”位置；以发送波长分别为1310nm和1550nm的激光发送器作为光源。按图2.6.1连接好测试设备，连接跳线、连接器和光无源器件时注意定位销方向。1、 最小衰减量测量(1) 首先将光可变衰减器的衰减量调整至最小（将可变衰减器的调节螺扣朝里旋转，至拧不动为止）。(2) 用光功率计测量激光收发器发送波长为1310nm的光源经跳

19、线输出在“a”点的光功率，并记录测量结果。(3) 将跳线的另一头（“a”头）接入光可变衰减器的输入端口，在可变衰减器的另一头再接入一根跳线。用光功率计测量经光可变衰减器和光纤跳线输出在“b”点光功率。记录测量结果，填入表格，计算光可变衰减器的最小衰减量。（注：光纤跳线衰减量0.3dB）输入功率输出功率最小衰减量：2、 衰减量调节范围测量在上述测试条件下，缓慢调节光可变衰减器（缓慢拧松调节螺扣），逐渐增加衰减量至最大（在调节螺扣即将脱落而尚未脱落时，为最佳），测量在跳线输出端“b”点的光功率值。记录测量结果，估算可变衰减器的衰减量范围。3、 波长特性测量换一个激光发送器，将发送波长改为1550n

20、m，重复上述第1、2步实验步骤。记录测量结果，分析光可变衰减器对不同波长的响应（大致的）。五、 实验报告分析总结各项测量结果。实验五 光波长区分一、 实验目的1、 掌握如何通过测量判断激光收发器的波长2、 进一步熟悉波分复用器WDM的特性二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、 光功率计一台三、 实验原理在ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统中，使用1310nm和1550nm的两种光发送波长，故激光收发器存在两种可能：发1310nm收1550nm，发1550nm收1310nm。若不知道其发送波长，我们可通过以下方法来测量：将一根跳线接入激光收发器的二个端口之一，

21、在跳线另一端用光功率计测量有无光功率，有（100dbm），则该端口为输出端口；无，则为输入端口。之后，用跳线连接激光收发器的输出端口与波分复用器的“IN”端口，在波分复用器的“1310nm”和“1550nm”标号处，分别测量光功率，若1310nm处的光功率值大于1550nm处的光功率值，则该激光收发器的发送波长为1310nm，反之，为1550nm。四、 实验内容1、 激光收发器输入、输出端口确定(1) 用一根跳线连接激光收发器UE01的任一端口，在跳线另一端用光功率计测量其输出功率，若光功率计有读数（100dbm），则该端口为输出端；若光功率计显示为零功率，则为输入端。(2) 另一端口输入或输

22、出的确定方法与步骤（1）相同。2、 激光收发器波长区分用一根跳线连接UE01发送端与波分复用器的“IN”端口，在波分复用器的“1310nm”和“1550nm”标号处，分别接出一根跳线，分别在这两根跳线的另一头测量光功率，若1310nm处的光功率值大于1550nm处的光功率值，则该激光收发器的发送波长为1310nm，反之，为1550nm。五、 实验报告1、 分析总结实验结果。假设，激光收发器的波长已知，波分复用器的各个端口说明未知，应如何测试？实验六 OTDR原理及运用实验目的1、 了解OTDR的基本原理2、 掌握OTDR在光纤通信测量过程中的使用一、 实验仪器1、 ZH7002多功能光纤通信系

23、统实验箱一台2、 100MHz双踪示波器一台二、 实验原理光时域反射计(Optical Time Domain Refiectomete， 简称OTDR)是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行工作的。当光脉冲在光纤内传输时，由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。图4.7.1光时域反射仪原理（摘自：Optical Fiber Communications, Third Edition, Gerd Keiser

24、）从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。 (4.7.1)在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间（两值相乘除以2后就是单程的距离）。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率（IOR）。IOR是由光纤生产商来标明（一般取值为1.42左右）。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。一般来说，OTDR与待测光纤间的连接器引起的盲区最大。在光纤实际测量中，在OTDR与待测光纤间加接一段过渡光纤，使前端盲区落

25、在过渡光纤内，而待测光纤始端落在OTDR曲线的线性稳定区。光纤系统始端连接器插入损耗可通过OTDR加一段过渡光纤来测量。三、 实验步骤1、 准备：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：23），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：23），KX02设置在“正常”位置，此时ZH7002中的OCDMA模块也将工作。将ZH7002的5B6B编码模块KB02中的T_5跳线器插入（进入OCDMA状态），E_Sel0、E_Sel1不插入。用跳线将光纤收发模块UE01的发端与UE02的收端相连，接收定时模块中跳线器KD03置于1

26、-2位置。扩频收发模块工作时，在ZH7002上的测试点定义如下：TPB03：扩频之后的数据TPB05：发端的数据起始位置（也可以看作发端m序列的起始位置）TPB07：发端的测试数据TPE01：接收端正常数据解调的数据起始指示（也可以看作接收到m序列的起始位置）TPE02：OCDMA接收机的接收信号（经过光路的测试状态）TPE03：在OCDMA接收机端解调之后的数据2、 同时准备一只50:50的分路器，其有三个端口：一端是输入端（定义为A端口），另外两端是50%分光的输出端口（定义为B、C端口）。3、 连接：将ZH7002上光纤收发模块UE01的光输出端与光分路器50%端口B相连接，将ZH700

27、2上光纤收发模块UE02的接收端口与光分路器的另一50%端端口C相连接，光分路器的输入端口A接入的光纤为待测光纤。这样送入待测光纤的信号为OCDMA模块的发送光信号（该光信号是一扩频光信号，信号的起始由发端起始信号给出），它经待测光纤的反射，又经过光分路器进入另一个50%的输出端口C。该信号由OCDMA接收模块进行接收，并在接收模块中给出接收信号中扩频序列的起始信息。4、 测量：以OCDMA模块的发扩频序列指示信号（TPB05）作为示波器的同步信号，将OCDMA接收模块中的接收序列起始指示信号（TPE01）作为示波器的另一通道输入。这两个脉冲的起始沿代表信号的发、收开始。在光分路器的输入端口接

28、入3m待测光纤，通过示波器同时观察发端数据指示（TPB05，其实际是扩频序列的起始位置）与扩频接收模块中接收数据起始位置信号（TPE01，其实际上是扩频接收模块中扩频序列的起始位置）。测量它们的延时量，并计算待测光纤的长度。四、 实验报告1、 描述OTDR的基本原理；2、 分析OTDR测量精度与哪些因素有关？实验七 双音多频检测实验.实验目的1、 加强对用户接口信令的认识与理解2、 掌握双音多频检测的基本原理3、 熟悉CM8870双音多频检测器件的性能及使用方法一、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、 20MHz双踪示波器一台3、 数字存贮示波器一台4、 电话机一部

29、二、 实验原理用户接口上的信令又可分为线路信令与地址信令（也称之为记发器信令）。线路信令主要反映了二线用户话机的状态：摘机或挂机，此类信令一般由SLIC电路检测（该方面已包括在前面的实验中）；地址信令主要是用户发送的号码信令，该类信令一般由双音多频检测器进行检测。用户线上的地址信令存在两种技术标准：1、 脉冲拨号方式：脉冲拨号方式是按一定的断续比和速率来断、续电话线的环路来发出号码信号。脉冲拨号主要在早期的步进制交换机中采用，其缺点是拨号速度慢、脉冲产生变异易引起交换机误动作等，随着技术的发展已逐渐被双音多频拨号方式所取代。2、 双音多频DTMF（Dual Tone Multi Frequen

30、cy)是指用两个特定的单音频信号的组合来代表数字或功能，两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同，在双音多频电话机中有16个按键，其中有10个数字键（09），6个功能键（*、#、A、B、C、D），按照双音多频组合的原理，它必须有8种不同的单音频信号，由于采用的频率有8种，故又称之为多频，又因以8种频率中任意抽出2种进行组合，又称其为8中取2的编码方法。根据CCITT的建议，国际上采用697HZ、770HZ、852HZ、941HZ、1209HZ、1336HZ、1477HZ和1633HZ，把这8种频率分成两个群，即低频群和高频群，从低频群和高频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同组

31、合，各代表16种不同数字号码或功能，DTMF号码组合见表5.2.1。表5.2.1 DTMF号码组合 高频低频1209133614471633697123A770456B852789C941*0#D在双音多频检测模块（主要电路在实验箱里面的电路板上，属于第三种配置）中，采用CM8870进行双音频信号的检测。双音多频信号输入后，经过信号放大和滤波，分两路分别进入高、低频组滤波器以分离检测出高、低频组信号，并对检测的结果按表5.2.2进行译码、锁存。DTMF模块组成框图见图5.2.1所示。 双音多频检测模块电路原理图见图5.2.2所示，工作原理如下：双音多频检测模块由U201（CM8870）、X20

32、1（3.58MHz晶体）及相应的跳线器、电位器组成。从用户接口单元来的输入信号进入U201进行双音多频检测。在U201双音多频检测电路中，X201为的晶体，它为U201工作提供基本的参考频率。当U201检测到存在双音多频时，U201第15脚的检测信号DET_DTMF11，此时交换接续控制模块将双音多频代码（DTMFA3、DTMFA2、DTMFA1、DTMFA0）读入，用以完成相应的呼叫接续。表5.2.2 DTMF检测输出逻辑fL（Hz）fH(Hz)NO.END3D2D1D069712091HLLLH69713362HLLHL69714773HLLHH77012094HLHLL77013365H

33、LHLH77014776HLHHL85212097HLHHH85213368HHLLL85214779HHLLH94113360HHLHL9411209*HHLHH9411477#HHHLL6971633AHHHLH7701633BHHHHL8521633CHHHHH9411633DHLLLLLZZZZ在该模块中，各测试点的定义如下：TP201：双音多频检测器输入模拟信号TP202：双音多频检测有效信号（高电平有效）TP203：TP204、TP205、TP206：双音多频码（DTMF0、DTMF1、DTMF2、DTMF3）三、 实验步骤准备工作：将电话机接入P1电话插座，然后加电，进行测试。1

34、、 DTMF信号测试摘机，依次按下话机上的各个键，用示波器测量DTMF模块输入信号测试点TP201的波形。在拨号时，如果其编号频率较近，则其波形具有较好的差拍效应（即可观测到波形具有包络特性），画下测量波形示意图。2、 DTMF信号的检测与编码摘机，按下话机上的键不放，依次测量TP203、TP204、TP205、TP206的电平，对照表5.2.2检查其号码检测是否正确。实验八 PDH终端呼叫处理通信系统综合实验一、 实验目的1、 了解程控交换的基本原理2、 熟悉用户扫描器的结构3、 理解话音通道与信令通道如何在电路中进行传输和独立处理4、 掌握主叫用户的呼叫过程5、 了解在主叫呼叫过程中的信令

35、处理过程6、 掌握主叫因被叫用户的状态在接续过程中信号音的变化7、 被叫状态对主叫状态的影响二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统二台2、 20MHz双踪示波器一台3、 电话机二部三、 实验原理一般程控交换机组成见图7.1.1所示，它主要由（1）用户接口电路；（2）话路网络（交换网络）；（3）控制系统；（4）出入中继器；（5）话务台等功能模块组成。从图中可以看出，话音通道与信令通道是两个独立的通道，它们在用户接口电路出口处分离，话音通道去话路网络（交换网络），信令去控制系统的扫描器。为让学生熟悉程控交换的工作过程，掌握电话的接续处理原理。ZH7002的PDH终端有一个简易

36、的程控交换处理系统（省略了话务台），用两台实验设备所组成的电话呼叫处理实验系统电路功能组成框图见图7.1.2中所示。对于用户接口上的信令可分为线路信令与地址信令（也称之为记发器信令）。线路信令主要反映了二线用户话机的状态：摘机或挂机，此类信令一般由SLIC电路检测（该方面已包括在前面的实验中）；地址信令主要是用户发出的拨号信息，该类信令一般由双音多频（DTMF）检测器进行检测。用户线上的地址信令存在两种技术标准：脉冲拨号方式和DTMF方式。本系统中采用DTMF方式，并使用DTMF专用器件CM8870完成对DTMF信号的检测。话音编码采用PCM编码，本系统中采用MC14LC5540器件完成PCM

37、（或ADPCM）编码。电话的摘机/挂机、DTMF信令信号的处理、对话机的振铃以及各种接续信号的处理都由交换处理模块来完成。交换处理模块功能利用设置在发送定时模块的UJ01富余电路资源实现。本地用户的电话号码由该模块的终端号码选择跳线开关KJ01确定：当KJ01设置在位置1时（左端），本地主叫用户号码为1，被叫用户号码自动为2；设置在位置2时（右端），本地主叫用户号码为2，被叫号码用户自动为1。主叫用户与被叫用户是相对的，通信的任何一方都可成为主叫用户或被叫用户。首先摘机呼叫对方用户的一方为主叫用户，另一方为被叫用户。 连接于电话网的任何两台电话在进行通信时，必须按照一定的规程进行：例如号码编号

38、、用户线信令、接续程序等等。在“ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统”中不侧重程控电话交换机原理实验，仅是通过该实验要求学生对电话在接续过程中的信令交换过程有一个较清楚的认识。四、 实验步骤准备工作：(1) 首先，正确设置、检查两台“ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统”设备上的各跳线开关位置，并按下列方式设置：(2) 加扰模块中K001、K002设置在2_3位置；将2部电话机分别接入各自的P1电话插座。将第一台实验箱发送定时模块内的主叫号码选择跳线开关KJ01设置1位置（1_2：左端）号码为1；将第二台实验箱发送定时模块内的主叫号码选择跳线开关KJ01设置2位置（2_3：左端）号码为

39、2。(3) 将两台设备中复接模块话音发送时隙K402位置设置一致；将参数选择开关K403中误码插入开关E_sel0、E_sel1断开（拔下），m序列选择开关m_sel0、m_sel1位置任意；(4) 将终端HDB3编译码模块输入数据选择开关K601设置在Dt位置（左端），线路码型选择开关K602设置在HDB3位置。(5) 将加扰模块输入数据选择开关K801设置在Dt位置（上端）；对应将解扰模块输入数据选择开关K803设置在5B6B位置（中间），输入时钟选择开关K804设置在正常位置（左端）。(6) 将5B6B编码模块输入信号选择跳线开关KB01设置在DT_SCR位置，使输入连接加扰模块的输出信

40、号；将两台设备的参数设置开关KB02中码表模式选择开关Mode0、Mode1位置设置一致，将误码插入选择跳线开关E-0、E-1断开（拔下），不插入误码。(7) 将接收定时模块信号输入选择开关KD03设置在DR位置，使接收定时同步在来自光纤收发模块的接收信号上；将锁相环输入信号选择开关KD01设置在正常位置N（左端）；VCO输入信号选择开关KD04设置在闭环位置PLL（左端）；相位锁定状态选择开关KD02设置在2_3位置（右端），锁定后无相差。(8) 将光纤收发模块发送数据选择开关KE01，KJ02设置在5B6B位置（右端）。(9) 连接光纤跳线：连接ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统A的

41、UE01发端与ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统B的UE02收端，然后，连接ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统B的UE01发端与ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统A的UE02收端，然后加电进行检查。(10) 两台设备设置正确，并且工作正常应能正常拨号和通话。否则可以从下面几个方面检查：a、 观察两台测试设备的光纤收发模块中光接收信号指示红灯DE01是否亮。若不亮，请检查光纤跳线连接是否可靠，或用光功率计分别测量两台测试设备输出的光信号功率。b、 观察两台测试设备的5B6B译码模块中同步告警指示红灯DC01是否亮。若亮，请检查两台测试设备5B6B编码模块参数设置选择开关位置、接

42、收定时模块各状态开关位置、光纤收发模块发送数据选择开关是否正确。c、 观察两台测试设备的解复接模块中同步告警指示红灯DZ09是否亮。若亮，请检查两台测试设备复解模块参数选择开关中的误码设置开关、加扰模块输入数据选择开关、解扰模块跳线开关、信道HDB3数据选择开关和复接解复接模块跳线开关设置是否正确。d、 检查两台测试设备的复接模块中的话音发送时隙选择开关是否一致，且检查时隙位置是否设置在正常位置（T3T15，T17T31）。下面所有实验均可在ZH7002的主板上由PDH终端引出的测试点完成。1、 正常通话状态呼叫处理过程测量信令交互过程如图7.1.3所示。二部话机均处于挂机状态。(1) 话机1

43、摘机（主叫）：电路上测试TP103由高电平变为低电平，测试TP107为连续的450HZ的方波信号（注：实际交换机设备应为正弦波信号），同时主叫话筒内听到拨号音。(2) 话机1拨对端号码“2”：电路上测试TP107有回铃音信号，主叫话筒内听到回铃音，在对方话机（被叫）处听到振铃信号。测量回铃音信号的通/断时间，记录测量结果。(3) 被叫话机2摘机：电路上测试TP107回铃音信号消失，主叫话筒内回铃音消失，同时被叫话机振铃信号消失。当对方讲话时可观察到对方的语音信号，此时双方都可听到对方的讲话。注意观察话音信号的波形变化：频率、音节等。(4) 被叫话机2挂机：电路上测试TP107为忙音信号，主叫话

44、筒内可听到忙音；测量忙音信号的通/断时间，记录测量结果。(5) 主叫话机1挂机：电路上测试TP103由低电平变为高电平，通话结束。2、 被叫忙呼叫处理过程被叫先处于摘机状态，此时主叫话机1拨对端号码“2”将听忙音。对于该过程的信令交互与描述由学生自已组织。3、 主叫拨网内空号后呼叫处理过程主叫话机1错拨非本地交换局内的号码时将听忙音。对于该过程的信令交互与描述由学生自已组织。五、 实验报告1、 用户摘机的检测过程；2、 主叫信号音的变化规律；3、 画出主叫状态变化图；4、 被叫用户在接续过程中状态的变化；5、 被叫状态对主叫状态的影响；6、 画出被叫状态变化图。图5.2.2 双音多频检测模块电

45、原理图3、 DTMF检测时延判断摘机，用数字存贮示波器测量TP202和TP201测试点波形，以TP202上升沿作同步（当检测到DTMF信号时，TP202由低电平跳变到高电平），并以其前沿作触发。按下话机键，测量DTMF检测器的检测时延（DTMF信号到达时刻与检测信号TP202的前沿时间差）；这一检测时延的存在是由于两个方面的原因：（1）CM8870在检测到DTMF信号时，其管脚16（EC0）输出高电平，这一检测过程存在时延。（2）积分时延（信号证实时延）。在第16脚（EC0）变为高电平时，16脚（EC0）通过外接电阻R204向C202充电，当第17脚（CI/GT0）电压高于门限值，产生内部标志

46、，检测的结果变成4比特码字送到输出锁存器，并从第15脚CID端输出一高电平（表示检测有效）。检测时延电路存在的目的是具有抗噪性能，避免误检测，提高CM8870对DTMF检测的可靠性。四、 实验报告1、 分析总结各项测试结果；2、 如何设计一个适用于干扰环境较强的双音多频检测电路。实验九 OCDMA直接序列扩频技术（选做）一、 实验目的1、 了解OCDMA在光纤通信中的复用原理2、 熟习OCDMA信号的传输过程3、 掌握OCDMA的信号调制过程4、 掌握OCDMA在接收端的同步过程：切片捕获与同步二、 实验仪器1、 ZH7002光纤通信原理系统实验箱一台2、 100MHz双踪示波器一台三、 实验

47、原理光复用技术的主要有三种技术，即光时分复用（OTDM）、光波分复用（OWDM）以及正处于研究阶段的光码分复用（OCDMA）。WDM技术是WDM将光纤频谱分成窄波长进行利用，WDM技术是研究最多、发展最快、应用最为广泛的技术，经过数年的发展和应用已趋于成熟。OTDM指利用高速光开关把多路光信号复用到一条光纤线路上传输。OCDMA技术是将CDMA技术应用于光纤系统，充分利用光纤的巨大带宽对多用户业务的信号进行传输。早在80年代中期，国外就有专家对OCDMA系统进行了研究，近年来，已经成为一项备受瞩目的热点技术。OCDMA技术的特点是：(1) 提高了网络的通信容量； (2) 提高信噪比，改善了系统

48、性能； (3) 增强了保密性；(4) 增加了网络灵活性； (5) 可以随机接人，实现信道的共享。 OCDMA直接序列扩频是指用扩频序列直接对待传输的信息作频谱扩展构成的通信系统。其发端与收端工作过程如图4.6.1：图4.6.1OCDMA通信的基本过程在图中PN地址码是对OCDMA信号的识别的关键参数，常用的OCDMA地址码有：m序列、Gold序、Walsh序列、M序列、混沌序列等等。m序列是最大长度线性反馈移位寄存器序列，一个n级m序列的周期为。一个典型的m序列发生器由n级移位寄存器、线性反馈支路组成，如图4.6.2所示对m序列产生器可用一个函数表示： (4.6.1)对地反馈去路为奇数的m序列

49、：总能找到一个与该序列反相的m序列。m序列的自相关特性： (4.6.2)m序列具有双值自相关函数特性，利用此特点可进行m序列信号的检测。在接收端CDMADS扩频地址码的同步过程一般分为两个过程：1、 地址码的捕捉（Acquisition）：使本地扩频序列与发送扩频序列的相位差小于一个码片的宽度，其常用方法有单积分滑动相关捕捉；2、 地址码的跟踪（Tracking）：它是在捕捉的基础上进一步减小两个序列的相位误差，使接收端本地地址码同发端地址码达到精确同步，其常用方法有延迟锁相环跟踪。单积分滑动相关捕捉过程如图4.6.4所示：图4.6.4 单积分滑动相关捕捉法原理框图扩频序列的跟踪一般是采用：延

50、迟锁定环（Delay-locket loop，DLL）跟踪电路。该电路的结构如图4.6.5所示：DLL环的鉴相特性： (4.6.3)式中N是扩频序列的周期。显然是周期为的周期函数。OCDMA的扩频模块在ZH7002中的5B6B编码模块中。具有加此功能的机器，则原有5B6B的T_5B6B功能将取消（该功能是用于浏览5B6B码表的）。其功能如图4.6.6所示。OCDMA的解扩（接收）模块在ZH7002中的接收定时模块中实现。其功能如图4.6.7所示。 图4.6.6 ZH7002中OCDMA发送模块功能框图图4.6.7 ZH7002中OCDMA接收模块功能框图四、 实验步骤1、 准备：按5B6B实验

51、中的步骤，将ZH7002设置成5B6B工作模式，此时ZH7002中的OCDMA模块也将工作。将ZH7002光纤系统实验箱的T_5B6B跳线器插入（进入OCDMA状态），E_Sel0不插入。通过尾纤将光纤的收发端相连接，跳线器KD03置于1-2位置。对于扩频收发模块时在ZH7002实验箱上的测试点定义如下：TPB03：扩频之后的数据TPB05：发端的数据起始位置（也可以看作发端m序列的起始位置）TPB07：发端的测试数据TPE01：接收端正常数据解调的数据起始指示（也可以看作接收到m序列的起始位置）TPE02：OCDMA接收机的接收信号（经过光路的测试状态）TPE03：在OCDMA接收机端解调之

52、后的数据2、 发送端发送数据测量：在随机码跳线器m选择在插入与不插入状态下测量TPB07上发送的数据信号，并记录实验结果：码跳线器m的状态TPB07的数据信号插入不插入3、 扩频模块中信号带宽的观察：用示波器的同步通道观察TPB07的发送码字，并以其作同步通道同时观察TPB03的扩频信号波形，分析信号带宽发生了什么变化？4、 扩频倍数测量：通过示波器同时观察数据（TPB07）与扩频信号（TPB03），分析扩频模块中的扩频倍数是多少？5、 扩频码字的测量：通过分析扩频信号TPB03，写出全部入频序列，并能过该序列分析出该扩频列的生成多项式。6、 接收码序列同步过程观察：断开连接收发模块通路的光纤

53、，通过示波器同时观察发端数据指示（TPB05，其实际是扩频序列的起始位置）与扩频接收模块中接收数据起始位置信号（TPE01，其实际上是扩频接收模块中扩频序列的起始位置）。观察它们之间的关系；同时比较发数据TPB07与解扩模块中的解扩数据TPE03之间的关系。7、 解扩过程观察：将连接收发模块通路的光纤接入，同时观察发端数据指示TPB05与扩频接收模块中接收数据起始位置信号TPE01；同时比较发数据TPB07与解扩模块中的解扩数据TPE03之间的关系。8、 抗干扰性能测量：插入加错使能开关E_Sel0，此时从加扰模块中输出的数据将对扩步频数据进行干扰，重复实验步骤7，观察其同步功能与数据解调功能

54、是否还正常。五、 实验报告1、 写出扩频码生成多项式。2、 分析该系统的扩频倍数。3、 分析系统的同步功能原理，它是如何抗干扰的。实验十 光波分复用器一、 实验目的1、 使学生深入了解WDM器件的各种特性及特点2、 熟悉WDM器件的应用方法3、 让学生通过对光纤器件的连接建立一个感性认识，增加学习的兴趣，熟悉光纤无源器件的使用方法二、 实验仪器1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、 光功率计一台3、 摄像头一个4、 监视器一台三、 实验原理光波分复用器（WDM）是对光波波长进行分离与合成的光无源器件。光波分复用器在解决光缆线路扩容或复用中起着关键性的作用。它能将多个光载波进行合波或分波，使光纤通信的容量成倍增加。波分复用器包括复用器(或光合波器)和解复用器(或光分波器)两部分。复用器用在光纤通信系统的发送端，其作用是将不同频率的光信号组合起来，送入一根光纤。解复用器用在接收端，其作用是将光纤送来的多路信号按频率一一分开。两波长波分复用器的原理如图2.5.1所示。表征波分复用器特性的参数是：复用中心波长、信道通信带宽、插入损耗、回波损耗、隔离度、最大光功率、温度稳定性等等。(1) 信道通信带宽信道通信带