光纤通信实验指导书

1、ZY12OFCom23BH1光纤通信原理实验系统 电子与信息工程学院电子与通信教学团队实验指导书0 / 37光纤通信系统简介光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。光纤通信使用的波长在近红外区，即波长8001800nm，可分为短波长波段（850nm）和长波长波段（1310nm和1550nm），这是目前所采用的三个通信窗口。光纤通信是人类通信史上一重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统，其主要优点是：1、光波频率很高，光纤传输频带很宽，故传输容量很大，理论上可通过上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制、打印等多种业务；2、不受电磁

2、干扰，保密性好，且不怕雷击，可利用高压电缆架空敷设，用于国防、铁路、防爆等；3、耐高温、高压、抗腐蚀，不受潮，工作十分可靠；4、光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属（如铜、铝），且直径小、重量轻、可绕性好。在20世纪70年代，光纤通信由起步到逐渐成熟，这首先表现为光纤的传输质量大大提高，光纤的传输损耗逐年下降。19721973年，在850nm波段，光纤的传输损耗已下降到2dB/km左右；与此同时，光纤的带宽不断增加。光纤的生产从带宽较窄的阶跃型折射率光纤转向带宽较大的渐变型折射率光纤；另外，光源的寿命不断增加，光源和光检测器件的性能也不断改善。光纤和光学器件的发展为光纤传输系统的诞生创造了有利

3、条件。到1976年，第一条速率为44.7MB/s的光纤通信系统在美国亚特兰大的地下管道中诞生。80年代是光纤通信大发展的年代。在这个时期，光线通信迅速由850nm波段转向1310nm波段，由多模光纤传输系统转向单模光纤传输系统。通过理论分析和实践摸索，人们发现，在较长波段光纤的损耗可以达到更小的值。经过科学家和工程技术人员的努力，很快在1300nm和1500nm波段分别实现了损耗为0.5dB/km和0.2dB/km的极低损耗的光纤传输。同时，石英光纤在1300nm波段时色度色散为零，这就促使1300nm波段单模光纤通信系统的迅速发展。各种速率的光纤通信系统如雨后春笋般在世界各地建立起来，显示出

4、光纤通信优越的性能和强大的竞争力，并很快替代电缆通信，成为电信网中重要的传输手段。光纤通信技术的发展，大致可以分为三个阶段：第一阶段（19701979年）：光导纤维与半导体激光器的研制成功，使光纤通信进入实用化。1977年美国亚特兰大的光纤市话局间中继系统称为世界上第一个光纤通信系统。第二阶段（19791989年）：光纤技术取得进一步突破，光纤损耗降至0.5dBm/km以下。由多模光纤转向单模光纤，由短波长向长波长转移。数字系统的速率不断提高，光纤连接技术与器件寿命问题都得到解决，光纤传输系统与光缆线路建设逐渐进入高速发展时期。第三阶段（1989年至今）：光纤数字系统由PDH向SDH过渡，传输

5、速率进一步提高。1989年掺铒光纤放大器（EDFA）的问世给光纤通信技术带来巨大变革。EDFA的应用不仅解决了长途光纤传输损耗的放大问题，而且为光源的外调制、波分复用器件、色散补偿元件等提供能量补偿，这些网络元件的应用，又使得光传输系统的调制速率迅速提高，并促成了光波分复用技术的实用化。随着我国国民经济建设的持续、快速发展，通信业务的种类越来越多，信息传送的需求量也越来越大，我国光通信的产业规模不断壮大，产品结构覆盖了光纤传输设备、光纤与光缆、光器件以及各类施工、测试仪表与专用工具。可以展望：光纤通信作为一高新技术产业，将以更快的速度发展，光纤通信技术将逐步普及，光纤通信的应用领域将更加广阔。

6、一个实用的光纤通信系统，要配置各种功能的电路、设备和辅助设施才能投入运行。如接口电路、复用设备、管理系统以及供电设施等等。根据用户需求、要传送的业务种类和所采用传送体制的技术水平等来确定具体的系统结构。因此，光纤通信系统结构的形式是多种多样的，但其基本结构仍然是确定的。图0-1给出了光纤通信系统的基本结构，也可称之为原理模型。1 / 37光纤通信系统主要由三部分组成：光发射机、传输光纤和光接收机。其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。实现过程如下：输入电信号既可以是模拟信号（如视频信号、电话语音信号），也可以是数字信号（如计算机数据、PCM编码信号）；调制器将输入的电信号转换

7、成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能；光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端；在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电信号处理过程，以弥补线路传输过程中带来的信号损伤（如损耗、波形畸变），最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传送过程。根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型和光接收方式的不同，光纤通信系统可分成：图0-1 光纤通信系统模型用户接口电发射端机输入接口光发端机用户接口电接收端机输出接口光收端机光缆光缆光中继器备用系统辅

8、助系统（1）按光波长划分可以分为短波长和长波长光纤通信系统类别特点短波长光纤通信系统工作波长：800nm900nm；中继距离：£10km长波长光纤通信系统工作波长：1000nm1600nm；中继距离：>100km超长波长光纤通信系统工作波长：³2000nm；中继距离：³1000km；采用非石英光纤（2）按光纤特点划分类别特点多模光纤通信系统传输容量：£100Mbit/s；传输损耗：较高单模光纤通信系统传输容量：³140Mbit/s；传输损耗：较低（3）按传输信号形式划分类别特点数字光纤通信系统传输信号：数字；抗干扰；可中继模拟光纤通信系统

9、传输信号；模拟；短距离；成本低(4) 按光调制的方式划分类别特点强度调制直接检测系统简单、经济、但通信容量受到限制2 / 37外差光纤通信系统技术难度大，传输容量大（5）其它类别特点相干光纤通信系统光接收灵敏度高；光频率选择性好；设备复杂光波分复用通信系统一根光纤中传送多个单/双向波长；超大容量，经济效益好光时分复用通信系统可实现超高速传输；技术先进全光通信系统传送过程无光电变换；具有光交换功能；通信质量高副截波复用光纤通信系统数模混传；频带宽，成本低；对光源线性度要求高光孤子通信系统传输速率高，中继距离长；设计复杂量子光通信系统 量子信息论在光通信中的应用 3 / 37ZY12OFCom23

10、BH1光纤通信原理实验系统简介本实验箱是为配合光纤通信课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。一、产品的系统特点光纤H1型实验箱注重产品的系统和功能组成，产品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比。整个系统分电接口终端、光接口终端和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。整个系统采用256K和2.048M(E1)传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能。实验紧密

11、结合光通信新技术的发展趋势，将波分复用和光时分复用等新技术都通过实验演示出来，简单易懂。采用大规模的可编程逻辑器件，使得产品的开放性、可升级性强。同时为了使学生有更大的开发和操作空间，特意制作了二次开发板，并预留大量的I/O扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计。所有实验大多采用开关控制，减小了实验操作时的繁琐性。该实验箱融合了当今的光通信技术发展的一些新技术和新器件，并将其融入到光纤通信原理课程当中，同时与通信原理和程控交换课程的部分原理结合，其主要有以下特点；1、实验箱采用整板设计，特殊光器件玻璃罩保护，元器件贴片化，模块元件布局完全对称。所有的测试钩和连接孔均有标识，深蓝色的电路板，白

12、色丝印使得整个电路板层次性强、美观、大方。2、实验系统将光纤通信原理和教材紧密接合，实验项目和顺序与教材保持完全同步。通过七个方面全面实验来了解光纤通信的全过程，七个方面分别是：光纤和光缆；通信用光器件（有源器件和无源器件）；数字光纤通信系统（光发、光收端机）；模拟光纤通信系统；光纤通信新技术；光纤通信测量技术；光纤通信网络。3、系统采用整板上分模块的设计方式，各种系统组建灵活，可根据不同的实验搭建成模拟、数字、计算机、图像、语音及混合光纤传输系统等不同的实验系统。4、电路实现上采用大规模CPLD/FPGA，使得产品的开放性和可升级的空间加大。专门设计制作了可供学生进行二次开发实验的扩展板，并

13、预留了大量的I/O口，可以方便的使学校在原有硬件电路的基础上开发新的实验内容。5、E1标准帧结构信号和256K两种传输速率，时分复用时的复用数据和复用方式灵活，使得实验箱的传送方式更加多样，在通过对比的基础上更加深入地了解复用的原理；E1标准帧结构形成时的话路时隙可变，更加生动、直观的体现了E1标准帧结构的结构和形成原理；时分解复用时采用终端显示，可直观地通过对比的方式检验复用解复用过程的正确性。6、同一实验箱中具备通用的三个低损耗光纤通信端口（850nm、1310nm、1550nm）；光发送机和光收端机分模块设计，使得学生可以更加直观地了解激光器的调制和解调，即电-光，光-电的转换原理过程；

14、光发送和光接收分别采用分立元件（1310nm）和集成电路（1550nm）来实现，且电路参数可调，可通过特定的测试点来观测光发送和光接收本质原理的实现过程；7、光发送时加入自动光功率控制电路，使得激光器的输出更加稳定，同时有利于对自动功率控制原理的理解；光接收时在以有前置放大和主放大的基础上，加入了信号的判决和再生，可以通过判决前后眼图的形状的不同深入的理解信号在光纤传输中的衰减特性和光接收的原理。8、5B6B、5B1P、5B1C、CMI、HDB3编译码和扰码解扰码等光纤线路码型的加入，及其各自传输时的不同特性，使得学生可以进一步了解线路码型在光传输过程中的作用；无光告警、寿命检测电路的加入，有

15、利于对光传输进行监测；E1速率信号光纤传输时的不中断法误码监测、误码指示及误码率、误码扩散系数的测量，使得学生更加深一步的了解光纤传输的特性。4 / 379、各种光无源器件的使用方法及其特性的测试，使得教学和实际紧密地结合在了一起；波分复用+时分复用技术、电话热线呼叫时交换技术的使用，使得在两台实验箱完成四部电话的全双工通信成为可能，从而完全模拟实际的电话通信系统；如果在光发和光收之间加入裸光纤，则可以实现两台实验箱几十公里长距离间的传输，语音、图像、计算机数据信号的单光纤传输，使得实验更加完整地体现了光纤发展新技术的要求。10、整个实验系统大多采用开关控制，尽量少的使用连线，模块功能清晰，系

16、统结构紧凑，操作方便，并且在设计时加入了大量的保护电路，安全性强二、主机箱及系统模块简介主机箱包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十三个模块组成。其印刷电路板布局图如图0-2所示，每个模块均留出了关键的测试孔和测试钩，利于客户连线做系统实验以及测试用。图0-2 ZY12?OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱布局图1、电源模块：提供实验箱各模块电源。2、串口通信模块：主要用来实现实验箱与计算机之间的数据通信。3、PCM编译码模块：实现PCM编译码的功能。4、电话信令控制模块：实现电话之间的热线接续和控制功能。5、模拟信号源模块：用于产生系统实验所需的模拟正弦波、方波信号。6

17、、数字信号源模块：产生系统实验所需的数字信号及24位伪随机码，速率为64KB/s,其中各种数字信号和伪随机码的制可以通过拨码开关来控制。7、数字终端模块：实现终端数字信号值的显示和读出，数据的值通过二极管发光来显示。5 / 378、电终端模块：实现帧同步码的产生，M序列为随机信号的产生，不同速率的信号的复用和解复用，HDB3码的编译码。9、光终端模块：实现光纤线路码的码型的编译码，比如5B6B、5B1P、5B1C、CMI、扰码和解扰码。10、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。 11、1550nm光发送模块：实现

18、模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。 12、1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号13、1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号客户可以通过上述十三个模块以及相应的配件，灵活组成各种不同光纤通信系统，如：850nm波长光纤通信系统、1310nm波长光纤通信系统、1550nm波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信

19、系统；时分复用传输系统和波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统。实验系统基本组成方框图如图0-3所示：图0-3 光纤传输实验系统方框图实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。本实验系统可以完成模拟信号（正弦波、三角波、视频信号、音频信号）的光纤传输，也可以完成数字信号（NRZ码、CMI码、5B6B码、5B1C码、5B1P码、计算机串口数据）

20、的光纤传输，也可以对系统的传输性能进行测试（系统的误码率、误码扩散系数等）；可以实现接口码型HDB3、线路码型CMI、电终端PCM码型的编译码；也可实现四个时隙的复接、两个光波长的波分复用、时钟提取、帧信号的提取等实用先进功能；也提供了丰富的资源，以实现二次开发实验。实验设备的具体性能指标如下：1、电源模块输出：+5V、+12V、-5V、-12V、-48V2、方波信号输出（1）时钟信号：32.768MHz，12.000MHz （2）方波信号：2.048MHz，256KHz，64KHz，8KHz（3）数字基带信号：码速率分别为2.048MHz ,256KHz，64KHz（4）频率输出误差：

21、77;1%（5）占空比: 50%。3、正弦波信号输出（1）正弦波信号：2KHz，1KHz，444Hz，25Hz，6 / 37（2）频率输出误差：±1%（3）幅度0V5V连续可调4、三角波信号输出（1）三角波信号: 2KHz，1KHz （2）频率输出误差：±1%（3）幅度：0 5V连续可调5、数字、模拟电话（1）话音质量要求：话音质量要求清晰，只允许有少量的脉冲噪声。（2）其它指标无要求。三、配件简介ZY12OFCom23BH1实验箱的配件共两部分：一部分装在无源器件箱内，一部分本身有独立包装，则单独配备。1、无源配件箱如图0-4所示，为供客户选配的光纤通信原理配件箱。最大容

22、量可装载：波分复用器 两个 Y型分路器 一个FC-FC 单模光跳线 两根 ST-FC多模光跳线 两根FC-FC 多模光跳线 一根 ST-ST多模光跳线 一根850 光发端机 一个 850光收端机 一个FC-FC 适配器 一个 小可变衰减器 一个CPLD 芯片 一块 下载线 一根 串口线 两根 带弹片连接线 20根 三相电源线 一根 实验指导书 一本教师用书 一本 实验报告 一本发货光盘 一张 保修卡 一张2、第二部分配件共有如下几种：普通电话机 两部 扰模器 一台光功率计 一台 误码仪 一台视频传输配件（小电视机一台、摄像头一个、视频线两根）一套 图0-4 无源器件箱示意图7 / 37光纤实验

23、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

24、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。25 / 34实验一 用户电话接口实验一、实验目的1、 掌握用户电话接口电路的主要功能2、 了解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点二、实验内容1、掌握用户线接口电路的主要功能2、了解Am79R70的结构和工作原理3、

25、了解电话接续的原理及其各种语音控制信号的波形三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1 型光纤通信原理实验箱 1台2、20MHz 双踪模拟示波器 1台 3、电话机 2部4、连接导线 20根 四、实验原理1、用户线接口电路功能及其作用在现代通信设备与程控交换中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些功能放到“用户电路”来实现。在程控交换机中，用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。根据用户电话机的不同，用户接口电路可分为模拟用户电话接口电路和数字用户电话接口电路。模拟用户电话接口电路与

26、模拟电话相连，数字用户电话接口电路和数字自终端相连（如ISDN），而在此实验箱中采用模拟用户电话接口电路。模拟用户线接口电路在实现时最大的压力应是能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器、继电器等分立元件构成，但随着微电子技术的发展，各种继集成的SLIC相继出现，他们大都采用半导体工艺或是薄膜、厚膜会和工艺，性能稳定，价格低廉，以实现了通用化。在程控交换机中用户接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃），S（监视），C（编译码），H（混合），T（测试），O（过压保护）七项功能。具体含义是：1、馈电（B-Battery feeding）：向用户话机馈送直流电流。通常

27、要求馈电电压为-48V，环路电流不小于18mA。2、过压保护（O-Overvoltage protection）：防止过压过流冲击损坏电路和设备。3、振铃控制（R-Ringing Control）：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。4、监视（S-Supervision）：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲灯信号已送往控制网络和交换网络。5、编解码与滤波（C-CODEC/Filter）：在数字交换中，它完成模拟话音与数字码间的转换。编译码通常采用PCM码的方式，其编码器（Coder）和译码器（Decoder）统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器的带宽范

28、围为：300Hz3400Hz，编码速率为64Kb/s。6、混合（H-Hybird）：完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送和接收数字四线信号之间的分离。2 / 377、测试（T-Test）：对用户电路进行测试。模拟用户接口电路的结构如图所示：图1-1模拟用户接口电路框图2、用户线接口电路在本实验箱中，用户线接口电路芯片选用Legerity公司生产的模拟用户线接口芯片Am79R70。Am79R70是一种功能较强的用户线接口芯片，它拥有用户接口电路常用的7种功能外，还拥有电流限制、挂机传输、极性反转和环路检测等功能。其内部电路结构原理框图如下：图1-2Am79R70内部功能模

29、块图其中Am79R70需要VCC，VEE，VBAT1，VBAT2四种电源电压。其中VCC为+5V，VEE为-5V，此电压可由Am79R70内部的负电压调整可得。VBAT2的电压幅度范围为-19-48V，VBAT1的电压幅度范围为-40-67V，标准值为-48V。振铃、环路状态检测的功能主要通过控制字输入端C3，C2，C1及摘挂机检测输出端/DET来控制，当C3C2C1输入为001时，Am79R70处于振铃模式，当C3C2C1输入不是001时，Am79R70进入其他工作模式，同时使与其相连的话机振铃截止。当2 / 37C3C2C1输入为010时，话机处于通话状态。Am79R70的/DET脚的输出

30、可以指示用户的摘挂机状态，当用户摘机时，Am79R70的/DET脚输出低电平，挂机时输出高电平。 其工作过程如下：当用户1摘机时，与它相连的Am79R70的/DET脚输出低电平，以向中央控制处理单元指示用户1已经摘机。此时中央控制处理单元向用户1的Am79R70的控制端C3C2C1输出010使其处于通话连接状态，同时对用户1的摘机的信息进行处理。在通话连接状态下，用户的信息经过Am79R70的两线接口及信号传输模块可以直接输出到编解码芯片和收发器。中央控制单元根据用户1的所拨的号码定位到用户2，并向与用户连接的Am79R70的控制端输出001，以使得用户2所连接的Am79R70处于振铃状态。在

31、振铃状态下，Am79R70将铃流电路产生的RV通过RINGIN脚输入到Am79R70内，经内部放大后通过两线接口模块输出到用户线，使得用户2的电话机振铃。当用户2摘机后，它相连的Am79R70的/DET脚输出低电平，以向中央控制处理单元指示用户2已经摘机。此时中央控制处理单元向用户2的Am79R70的控制端C3C2C1输出010使其处于通话连接状态，同时停止振铃。这样，用户1和用户2就可以通过Am79R70进行通话。 3、用户接口电路的电路原理图用户接口电路和电话接续实验将主要完成振铃、回铃、忙音、摘挂机监测、电话传送语音信号测试等功能。此部分实验需要结合电话信令控制模块来完成，电话信令控制模

32、块主要用产生忙音、回铃、振铃控制等信号来完成电话之间的接续功能。用户接口电路的原理图如下：图1-3 用户接口电路原理图用户接口模块的基本原理：用户接口模块主要由Am79R70及相应的一些外接电路组成，用户话机是通过电话接头内的TI、RI（即图中的J3）与系统相连，二极管D1主要用来完成摘挂机的检测功能，当两部电话中的任何一部电话摘机时相应的二极亮表示处于摘机状态。测试钩TP4, TP5主要用来测试本方话机的输入和输出模拟信号。在这里，输入的信号可以是以下几种类型的信号：3.1 来自PCM模块的话音信号。3.2 来自信令控制模块的各种音信号（回铃、振铃、忙音信号）。信令控制模块主要通过对两部电话

33、的状态检测来产生各种控制信号，如回铃信号、忙音信号、振铃信号，以完成两部电话之间的热线接续功能。其中热线呼叫的流程图如下：3 / 37开始有用户呼叫吗？NO呼叫YES被叫闲吗NOYES来话接续向主叫送忙音向被叫送振铃，向主叫送回铃音NO主叫挂机吗？NO被叫应答吗？YES应答YES停送铃流，停回铃音，接通电路NO话端挂机吗挂机拆线（释放复原）开始五、实验步骤1、用连接线连接电终端模块的T66(C_O)和T71（C_I），T65(D_O)和T69（D_I），分别接好两部电话机。2、将PCM编译码模块的开关K1，K2，K3，K4和K5分别拨向下。3、将电终端模块拨码开关K35的值拨为“0000”，拨

34、码开关K34的值拨为“00000000”。4、打开交流电源，电源指示二极管D4，D5，D6，D7，D8亮5、用示波器测量电话信令控制模块测试钩TP9(25HZ)和TP11(450HZ)的波形，调节电位器W2使得TP9(25HZ)为频率25HZ的方波，调节电位器W7使得TP11(450HZ)为频率450HZ的正弦波，通过电位器W1调节使得450H正弦波的峰-峰值为1V左右，不能过大。4 / 37a、电话的摘挂机状态测试将电话接口1所连接的电话摘机，此时二极管D1发光，同时另一部电话发出振铃信号。此时用示波器探头测量电话信令控制模块测试钩TP15（XL1）的波形，其波形应为频率8KHz，占空比为1

35、5%的周期性信号。将两部电话分别摘机，观测此时TP15（XL1）信令的变化。用示波器测量TP16（XL2），其为电话接口2模块电话机的信令信号测试点。测试完成后，将两部电话挂机。b、电话振铃，回铃信号测试将电话接口1模块的电话摘机，用示波器探头测量测试钩TP7（HUILING）回铃信号的波形，观察其波形的特点，并进行分析；用示波器探头测量测试钩TP21（RING2）的波形，将其记录下来分析：将电话接口1的电话挂机，同时将电话接口2模块的电话摘机，测量TP7（HUILING）和TP22（RING1）的波形，并对其进行分析。 c、电话话音信号传输及信令信号传输功能测试将两部电话同时摘机，用话机的听

36、筒听对方话机传来的拨号音，同时利用示波器探头来测量TP4（RX1）和TP24（TX2）、TP5（TX1）和TP23（RX2）的波形，对比电话1和电话2之间的接收和发送信号波形。将电话进行按键，观察不同按键时电话发送信号和接收信号的变化。用示波器探头测量测试钩TP15(XL1)和TP16(XL2)的波形，通过对比观测两者之间的区别。测量测试钩TP17(YIN1)和TP20(YIN2)的波形，分别在振铃（即一部电话摘机，另一部挂机）、接通（两部电话同时摘机）和忙音（一部电话摘机，一部电话挂机）三种状态下测量，记录下其波形。d、忙音信号测试将接通好的两部电话中的任意一部挂机，用示波器测量测试钩TP6

37、（MYIN）的波形，并画出其波形。6、关闭交流电源，拆除各个连线，将实验箱还原。六、实验测试点说明TP5（TX1） 电话接口1的模拟输出端TP4（RX1） 电话接口1的模拟输入端TP24（TX1） 电话接口2的模拟输出端TP23（RX1） 电话接口2的模拟输入端TP11（450HZ） 450HZ正弦波信号TP9（25HZ） 25 HZ正弦波信号TP6（MYIN） 忙音信号测试端TP7（HLING） 回铃信号测试端TP15（XL1） 信令信号测试端TP16（XL2） 信令信号测试端TP17（YIN1） 电话1的信号测试端TP20（YIN2） 电话2的信号测试端TP22（RING1) 电话1的振铃

38、信号测试端TP 21（RING2） 电话2的振铃信号测试端七、实验报告 1、画出振铃、回铃和忙音信号的波形 2、试分析信令在电话热线呼叫过程中的作用5 / 373、写出用户接口电路的主要功能。八、思考题 1、电话接口电路的主要功能是什么，除了Am79R70之外，你还知道那些芯片可以实现用于接口电路的功能? 2、测试钩TP17(YIN1)和TP(YIN2)的波形在三种状态下分别不同，其三种波形分别是什么信号的波形?6 / 37实验二 数字调制原理实验一、实验目的1、 掌握光发送机的组成原理2、 了解半导体激光器和发光二极管的P-I特性曲线及其调制信号的波形3、 掌握几种常见的数字调制电路的原理二

39、、实验内容1、LD数字驱动电路的工作原理2、LED数字驱动电路的工作原理三、实验仪器1、ZY12OFCom23H1型光纤通信原理实验箱 1台2、20M双踪示波器 1台3、万用表1台4、连接导线 20根四、实验原理1、光发送机组成和数字信号的光调制基本原理 在数字光纤通信系统中，光源发出的光可以看作是光频载波，通过驱动电路的调制，使其承载荷信息。数字信号的光调制一般都采用直接光强调制方式进行调制。这种将电信号通过调制使其变为光信号的过程称为数字信号的光调制。数字信号的光调制的过程是在光发送机中完成的，光发送机是数字光纤通信系统的三大组成部分（光发送机、光纤光缆和光接收机）之一。其主要功能是将电脉

40、冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤系统传输特性所能要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤中发射出去。光发送机的原理框图如下：图2-1 光发送机原理组成框图光发送器件依靠光源器件激光器（LD）或发光二极管（LED）将电脉冲信号转换成光脉冲信号。光源驱动电路是光发送机的主干电路，它将电脉冲信号通过电流强度的调制方式调制半导体激光器或发光二极管发射出的光脉冲信号。7 / 37数字信号进行光调制时主要通过光源驱动电路来实现，常用的光源驱动按光源的类型来分可分为发光二极管LED驱动电路和LD半导体激光器驱动电路。调制时的光信号输出与调制信号的电流和光源的P-I特性曲线有着密切的关系。具体的关系会在下

41、面讲到。2、LED驱动电路在数字光纤通信系统中的LED驱动电路一般比较简单。因为LED时利用其有源区中自发辐射的器件，只要给它加电流，就会发出荧光。同时LED具有较好的输出功率随电流工作呈线性变化的特点，如图所示：图2-2 LED的P-I特性曲线和调制波形由图可见，对于二进制码的调制信号，其直流偏置可以选择在零点，即输入信号为零时，输出功率为零。因此，LED驱动电路中不需要直流偏置电路。LED的另一个基本特性是在工作电流保持不变的情况下，其输出光功率随温度的升高而下降幅度变化不大，这样LED驱动电路比较容易满足发送光功率稳定度的要求。由此可见，对于LED驱动电路的基本要求是能提供LED所需要的

42、驱动电流及满足其动态变化的幅度和充分发挥LED的调制速率的作用，即保证其输出的光脉冲波形相应的响应速度。目前的LED所需的驱动电流最大一般为150mA左右，因此LED驱动电路的驱动电路的驱动能力按照0150mA是较为合适的。常见的驱动电路一般有以下两种形式。2.1 LED单管驱动电路 为了提高LED驱动电路的驱动能力，简单的LED驱动电路为单个双极型晶体管结构，如图7.3所示，它是一级共发射极电路。图中（a）串联型驱动电路。共发射极电路用作饱和开关，它可以提供电流增益，其集电极电流就是LED的驱动电流。集电极电阻R2用以限制LED驱动电流的大小，基极电路的R1C并联组合用以加速开关速度。然而这

43、种开关电路比较简单，又由于工作在脉冲状态下，电路所用的电源处于脉冲馈电状态，电源负载不稳，对电源电路要求较高。另一种单管驱动电路如图（b）所示，这种电路为LED并联型驱动电路。当输入信号端Si为低电平时，T截止，电流经R2到LED而使其发光；当Si为高电平时，T导通，电流经T而不流经LED，因此LED不发光。由于T的设计接稍负的电位，可以是LED截止时有一小的负偏以达到消除存储电荷的目的。肖特基二极管D用来限制负偏的深度。8 / 37 （a） （b）图2-3 LED的单管驱动电路2.2 LED射极耦合驱动电路目前在数字光纤通信系统中广泛使用的驱动电路为射极耦合电流开关电路，这也是一种串联型驱动

44、电路，电路图如下：图2-4 LED射极耦合驱动电路当输入Si为“0”时，T1截止，VBB为参考电压，T2导通，电流流经LED而发光；Si为“1”时，T2截止，T1导通， LED因无电流流过而不发光。这是一种能满足LED驱动电流的要求的电路，其负载电源稳定，容易调整，便于与LD驱动电路兼容，应用灵活，维护方便。本实验箱850nm光调制就采用的是此电路原理图，只不过加了一些外围电路，但原理与此相同。3、LD驱动电路在分析LD驱动电路时，一般必须根据LD器件的应用特性并结合数字光纤通信系统的传输性能的要求综合考虑对光发送机的性能。这些性能要求如下：（1）输出光功率必须保持恒定（2）光发送机发送的光脉

45、冲的消光比应尽可能大（3）光脉冲的响应时间（tr，tf）及开通延迟时间（td）必须远小于每个码元的时隙，以便于使光脉冲成为传输数字信号的准确重现。（4）输出光脉冲无张弛振荡和自脉动（5）LD的辐射波长必须保持恒定根据以上要求，LD驱动器电路主要是经过处理的数字电脉冲信号来调制LD器件的发光强度，发射出具有一定光功率的脉冲信号，其次是保证发射出的光脉冲信号有足够快的响应速度。LD的调制波形与驱动电流的关系如图所示：9 / 37图2-5 LD的P-I特性曲线和调制波形LD是利用在其有源区中受激发射的器件，只有在工作电流超过阈值电流的情况下，才会输出激光，因而是有阈值的器件。由图7.5可见，图中的I

46、th是LD的阀值电流。可见驱动LD光源器件发光必须是直流偏置电流Ib和信号电流（即调制电流Im）的共同作用。能够满足LD光源驱动的电路也有简单驱动电路，其电路原理如图7.6（a）所示： （a） （b）图2-6 LD的驱动电路驱动晶体管T工作在开关工作状态，当调制信号加于Si端时，T通过其集电极提供LD的调制电流Im，再通过另一路的直流偏置电流Ib的调整就可以实现对LD的有效调制。这种简单的驱动电路可以得到较大的驱动电流。但由于T工作在开关状态，造成电源负载不稳定，因而对电源要求较高，使其应用受到限制。相比较而言，（b）图中的射极耦合电流开关电路的开关转换时间较短，响应速度快，结构简单，调整比较

47、容易，因此在数字光纤通信系统中基本上都是采用这种电路。其中的Ib是提供LD直流偏置电流的通路。在中等速率及其以下的数字光纤通信系统中，其LD驱动电路几乎都采用以下图中的电路形式，这是一种实用化的电路形式。图2-7 实用化的LD的驱动电路这种驱动电路为双端信号反向输入，由于T1、T2的基极所加的信号大小相等、相位相反，这样可以进一步提高电路的开关速度。这种驱动电路温度稳定性、抗干扰的性能都比较好。同时由于射极耦合电阻Re的负反馈作用，保证了LD调制电流Im的稳定性。鉴于以上优点，本实验箱采用也采用这种实用化的电路作为1310nm光发送机的驱动电路。10 / 37五、实验步骤1、用导线连接电终端模

48、块T68(M)和T94(13_DIN)。2、将开关BM1拨为1310nm,将开关K43拨为“数字”，将电位器W44逆时针旋转到最小。3、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)之间的电阻值（电阻焊接在PCB板的反面），找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（VIR110）。4、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7、D8亮5、将电位器W46（阈值电流调节）逆时针旋转到底。6、慢慢调节电位器W44（数字驱动调节），用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)两端电压（红表笔插T97，黑表笔插T98），使之为25mV。观测此过程中无光告警二极管D11的发光情况。7、用示波器测

49、量测试钩TP108(LT)的波形，并记录下来，同时用示波器的另一通道测量输入的数据T94(13_DIN)，经两者进行比较，观察其之间的区别和相同点。8、调节电位器W46（阈值电流调节），用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)两端电压（红表笔插T97，黑表笔插T98），观察此时的万用表的读数值的变化。10、改变电位器W44和W46的数值，此时重新观察步骤六中两点的电压变化。11、根据以上实验步骤设计850nm光端机的数字驱动原理实验。12、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下，将实验箱还原。六、实验测试点说明T97（V+）、T98（V-） 激光器的数字驱动电流测试端

50、TP108（LT） 激光器的输出信号测试端七、实验报告1、根据实验的结果画出激光器条之后的波形，并和输入信号的波形进行比较2、分析图7-7种激光器调制电路的原理八、思考题1、图7-3中（a）即单管驱动电路的缺点是是什么？2、在LD器件的驱动电路中，为什么需要直流偏置电流Ib的共同作用？11 / 37实验三 半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法二、实验内容1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2、根据PI特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率三、实验仪器1、ZY12OFCom23B