光纤通信实验指导书

光纤通信实验指导书TKGTC-2型光纤通信传输系统安徽电子信息职业技术学院浙江天煌科技实业有限公司1前 言在世界电信技术革命的浪潮中，光纤数字通信技术异军突出，迅猛发展，它的发展速度超出人们的预想。光纤通信、卫星通信和无线电通信已经成为现代化通信的三大支柱， 其中光纤通信是主体，被称作通信工具中的“王牌” 。光纤通信设备是光纤通信系统的重要组成部分之一。为了适应光纤通信事业的发展，为了把光纤通信专业的实验设备配套成龙，为了使理论能与实践紧密相结合，根据有关《光纤通信系统原理》的教材，并给合教学和实践的需要，研制开发了这一套实验系统。本实验系统采用模块化设计，软、硬件结合。模块之间联接灵活，设有典型的波形测试点，有利于学生动手操作和加深对原理的理解。共收入了9个实验，如果实验室配有光纤通信常用的仪表，还可在此基础上开设更为复杂的实验项目。由于水平有限，书中缺漏难免，欢迎使用者批评指正。2目 录实验一、信号发生器实验 3实验二、中央处理器单元实验 6实验三、CMI、PN码型变换实验 11实验四、光发送模块实验 17实验五、光接收模块实验 26实验六、脉冲波、方波、CMI码、PN码的光传输系统实验32实验七、模拟、数字电话的光传输系统实验35实验八、三角波、正弦波的光传输系统实验41实验九、PCM光纤传输系统实验45实验十、*光纤通信原理综合实验56附录一、TKGTC-2型光纤通信传输系统使用说明书65附录二、常用光纤通信仪表简介691、光功率计2、光源3、误码分析仪4、光衰减器5、光时域反射仪6、光纤熔接机需配置光功率计、光衰减器、误码分析仪、两根ST-FC光跳线才能完成此实验项目3实验一 信号发生器实验一、实验目的1、熟悉光纤通信传输实验系统中信号发生器的组成原理。2、熟悉光纤通信传输实验系统中光发送端信号产生的方法。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台3、频率计一台（可不配置）三、实验电路时钟信号是光纤通信传输实验系统中的重要组成部分。其方框图与电路原理图分别见图 1-1和图1-2所示。主时钟2048KHz128KHz8KHz4.096MHzPCM工作方波脉冲伪随机码时钟电路电路电路图1-1 信号发生器电路方框图主时钟4.096MHz是由两个反相器 74LS04和晶振4.096MHz组成的电路产生。经 74LS74二分频得到2.048MHz的方波信号。再经两级由74LS161组成的16分频器电路，可得到各种脉冲信号。图中的U12（74LS244）主要是为了切换 CMI、PN码的时钟信号。4各测试点波形说明如下：TP101：2.048MHz的方波信号，作为 PCM编译码电路的主时钟信号。TP102：1.024MHz的方波信号。TP103：128KHz的窄脉冲信号。TP104：8KHz的窄脉冲信号，作为 PCM编码电路的帧同步信号和脉冲波产生电路的波形。1TP102U101AU103VCCGND3141024K4P0Q012413512KP1Q1TP1031U102ATP1015122PREQ5U101CTP1016P2Q211128K74LS04DK101P3Q3R1011TC15P128KHZ3CLK563PIN7CEP1K3101CET62.0482Q74LS042CLKCLR9J101PEC10174LS74VCC1MR1034.096MHZ1VCCR10274LS1611KU101B2.048374LS04U101D64K0VCCU104131498U102BP0Q064K41312PREQ932KHZP1Q1D32KHZ5P2Q212U101EGND61111P3Q3CLK15111032KTC78N32KHZCEPQN32KHZ10CETU101F74LS04CLR274LS74CLK9131216K3VCCVCCPE16K1方波1MR74LS16174LS04U105U1123P0Q0144K4KC-CMIIC-CMII11G1Y1184132K32KHZ216PN1PN15P1Q1121K2K4A11Y214GJ-CMIGNDP2Q21KCMIA21Y3GJ-CMI6P3Q311500CMI6A31Y412CMI158TCA47CEP10C-PN199PN-CLKCETC-PN2G2Y1PN-CLK8K264K117GJ-PN9CLKPN13B12Y25PNGJ-PNPEPNB22Y3VCC1TP1041538KMRB32Y4TP1041774LS161B4174LS244U106AU106CP8K12568KHZ8KHZ脉冲波P8K74LS0474LS04图1-2 信号发生器电路原理图5四、实验内容与步骤1、连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB。发光二极管D1、D2、D3、D4亮，表明实验箱上±5V和±12V电源工作正常；2、按下“复位”键，使系统处于复位状态。此时发光二极管D5～D12依次循环点亮，表明实验系统中的中央处理器电路进入正常工作状态（详见实验二的图2-2）；3、用示波器、频率计分别测出图中各测试点（TP101、TP102、TP103、TP104）的波形和频率，并做记录。五、实验报告要求1、分析电路的工作原理，说明其工作过程。2、整理实验记录，画出各测试点的波形图，并对每一测试点的波形加以分析。6实验二 中央处理器单元实验一、实验目的1、了解单片机在光纤通信传输系统中的应用。2、了解该单元电路对整个光纤实验系统的管理与控制过程。3、熟悉键盘操作方法。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台3、万用表一台（可不配置）4、频率计一台（可不配置）三、实验电路中央处理器电路如图 2-1所示，它由CPU单元，显示控制接口电路、数字控制接口电路，模拟控制接口电路与键盘输入电路等五个部分组成。图2-2是它的电原理图。图2-3是CPU与输入键盘、显示电路方框图。显示控制接口电路 至显示电路数字控制接口电路 至开关电路AT89C51模拟控制接口电路 至开关电路键盘输入电路图2-1 中央处理器电路方框图72CP

8显示电路（发光二极管）接口电路AT89C51单片机电路肪冲波 方波 CMI PN数字电话 PCM 确认 复位模拟电话 三角波 正弦波 外输入图2-3 CPU与输入键盘显示电路方框图从图2-3可看出，共有12个功能键，其中“脉冲波”、“方波”、“CMI”、“PN”、“数字电话”、“PCM”键为数字信号功能键。在进行数字信号的光纤传输实验时，用这 6个功能键，若要进行数字信号与模拟信号的光传输实验时，则再加上“三角波”、“正弦波”、“外输入”、“模拟电话”4个模拟信号功能键。具体操作示例为：若做数字电话光传输实验时，则按下“数字电话”键后，再按一下“确认”键，这时，CPU接通与数字电话有关的模拟电路、数字电路、光发送系统与光接收系统等单元电路，对应的数字电话发光二极管D9闪烁，表示系统工作于数字电话状态。实验结束后，再按一下“复位”键，系统进入初始状态。图2-4是各种传输系统实验功能的方框图。图2-4（A）是模拟信号光纤传输系统示意图，图中的模拟信号输入电路包括正弦波、三角波、外输入、模拟电话等。图2-4（B）是数字信号光纤传输系统实验9示意图，图中的数字信号输入电路包括脉冲波、方波、 PN码、CMI码、数字电话等。光发送端的输入信号是由 CPU中央处理控制电路控制的。模信光光信模拟拟信号发接号信号选送收选号输择端端择输入光纤传输出电器机机器电路路半导体光源半导体光检测器CPU中央处理控制电路（A）模拟信号光纤传输系统实验示意图数信光光信数字字信号发接号信号选送收选号输输择端端择入光纤传输出电器机机器电路路半导体光源半导体光检测器CPU中央处理控制电路B）数字信号光纤传输系统实验示意图图2-4各种信号的实验方框图四、实验内容与步骤1、连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；2、按下“复位”键，使系统处于复位状态；3、用示波器、频率计测出图中各测试点（ 89C51的主时钟10TP1、89C51的地址锁存信号 TP2）的波形和频率，并做记录。4、用万用表测量直流电压值，其测量点为 TP3、TP4、TP5、TP6，并做记录。五、实验报告要求1、分析电路的工作原理，说明其工作过程。2、整理实验记录，画出各测试点的波形图，并对每一测试点的波形加以分析。3、根据对整个实验系统的理解， 编写控制系统的流程图和程序。11实验三 CMI、PN码型变换实验一、实验目的1、掌握伪随机码（PN）发生器的工作原理和实现方法。2、了解光纤通信采用的线路码型。3、掌握传号反转码（CMI）的特点。4、了解CMI码的编码方法。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台三、实验电路1、伪随机码图3-1是伪随机码（PN）的产生电路图。1TP109PN-CLK404011U109AU109BU110AU110B2PRE512PRE92PRE512PRE9DQDQDQDQ1311311CLKCLKTP110CLKCLK6868CLRQCLRQCLRQCLRQPN74LS74374LS7474LS74374LS741111U111A132U107A74LS861264574LS20图3-1 伪随机码发生器电路原理图各测试点波形说明如下：TP109：PN码时为64KHz的方波信号；CMI码时为32KHz12的方波信号。TP110：伪随机码输出波形，码型为000011100101。如图3-2所示。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20TP109tTP1101 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 t图3-2 伪随机码波形图2、CMI码①电路的组成CMI码即为传号反转码，“1”交替地用“00”和“11”表示，而“0”则固定用“01”表示，因此1bit变为2bit，故属于二电平非归零（NRZ）码的1B2B码型，这种码型的特点是有一定的纠错能力，易于实现，易于定时提取，因此在低速系统中选为传输码型，图3-3为CMI码与NRZ的关系。CLKtNRZ 1 1 1 0 1 0 0 1tCMI110 01101 000 10111t图3-3 CMI码和NRZ码的转换关系13A、编码电路编码电路接收来自信号源的单极性非归零（ NRZ）码，并把这种码型变换为CMI码送至光发送单元，其方框图如图3-4所示，图3-5是它的电原理图。NRZ1采样翻转电路0CLKCMI码反相开关合成图3-4CMI编码方框图单极性码输入本单元后首先用CLK同步，例如输入若是传号，则反转输出，若是空号，则打开门开关，使时钟的反相输出，本实验电路的伪随机码为 15位PN码，其输入的信码序列如图3-6所示。TP110TP1111 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0t图3-6 15位伪随机码码型图14IMCIM5C411798TSLB4C73QQCC1CVUV01DSKDC31DC4211111K1T36K64A2631LU1227111PT6B804S1L14U745A55C1UQCV4DS

311PT216 1LS74CCVD C

13A8401LU712

图理原路电码编IMC111TP

K

JLC31

K2

5 1

A5311UCQCV4DSKDLC23

46 7 7 4CCVDC1

1Z1HKN2P3Z1HKN2P3

ZHK32NZH32N

5-3图15由图3-5分析得出各测试点的波形，如图 3-7所示。TP110TP1111 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0t1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20TP109tTP110TP1111 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0tTP1120 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1tTP1130 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0tTP114TP1150 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1t图3-7CMI编码电路各点波形图四、实验内容与步骤1、连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；2、按下“复位”键，使系统处于复位状态；3、按下“PN”键，再按“确认”键，PN码对应的发光二极16管D8闪烁，表示系统工作于 PN码状态；4、用示波器测出图中各测试点（ TP109、TP110）的波形，并做记录。5、按下“复位”键，使系统处于复位状态。按下“CMI”键，再按“确认”键，CMI码对应的发光二极管D7闪烁，表示系统工作于CMI码状态；6、用示波器测出图中各测试点（ TP109、TP110、TP111、TP112、TP113、TP114、TP115）的波形，并做记录。五、实验报告要求1、分析伪随机码发生器的工作原理。2、分析CMI码编码电路的工作原理。3、比较CLK时钟、PN码、CMI码的波形。4、整理实验记录，画出各测试点的波形图，并对每一测试点的波形加以分析。17实验四 光发送模块实验一、实验目的1、了解光源的发光特性。2、掌握电光变换原理。3、了解模拟光发送和数字光发送的区别。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台3、万用表一台（可不配置）4、光功率计一只*5、电话机二台三、实验电路1、电路的组成半导体光源由于体积小，寿命长，工作可靠而被广泛应用于光纤通信，其工作原理属于注入电流发光，所以光发送电路必须提供适当的电流，同时由于其工作时动态阻值小，故应尽量提高电光的转换效率，下面分模拟信号和数字信号，分别阐述其电路原理。A、数字电路信号处理单元产生的数字信号送入数字接口电路，数字接口电路输出互为反相的两路信号，其电平为ECL电平，送入差分电路转换成电流注入到半导体发光二极管模块。图4-1是它的光发送机方框图。18数字接口差分驱动光发送信号源电路模块电路图4-1 数字信号光发送方框图图4-2所示是数字信号光传输的开关电路，选用的集成电路是8选1数字选择器74LS151，它的控制输入由CPU中央控制处理单元控制，通过软件编程实现其工作模式的切换。从图中可看出，有脉冲波信号、方波信号、CMI码、PN码、PCM码和数字电话等，其测试点为TP401。GJ-PCMGJ-DATAGJ-PNGJ-CMI16KP8KDATA3DATA2DATA1DATA4

12U401D713D6GJ-PCM14TP401D5GJ-DATA15TP401D4GJ-PN1D31GJ-CMI2D2616K3WD1P8K45D0DATA39YCDATA210BDATA111ADATA47STB74LS151图4-2 数字信号传输的开关电路B、模拟电路信号处理单元产生的模拟信号送入模拟信号发送驱动电路，图4-3是它的模拟信号光发送机方框图。模拟接口模拟驱动光发送信号源电路模块电路图4-3模拟信号光发送方框图图4-4是模拟信号光传输的开关电路，选用四双向开关集成电路CD4066作为它的模拟信号输入开关，它的控制输入由 CPU中央处理单元控制，通过软件编程实现其工作模式的切换。从图19中可看出，有正弦波信号、三角波信号、外输入信号、模拟电话等，其测试点为TP404。GJ-SIN1U40221A1BTP404GJ-THREE32A2B4TP4041GJ-NSIN83A3B9GJ-2VT114A4B10C-SIN131CC-THREE514VCC2CVCCC-NSIN63CC-2VT127GND4CGND4066图4-4 模拟信号光传输的开关电路C、光发送模块1、工作参数HFBR-1414T为高性能的半导体通信光源，其具体参数如表4-1所示。表4-1参数符号最小值典型值最大值单位测试条件正向电压VF1.481.702.09VIF=60mAdc1.84IF=100mAdc正向电压△VF/△T-0.22mV/℃IF=60mAdc温度系数-0.18IF=100mAdc反向输入VBR1.83.8VFμI=100Adc电压中心波长λp792820865nm结电容CT55pfV=0,f=1MHz光功率△PT/△T-0.006dB/℃I=60mAdc温度系数-0.010I=100mAdc热阻θJA260℃/W202、内部电路HFBR-1414T的内部电路如图 4-5所示。+5V0.1uF4.7uFU1AU1DR52315R1R411674F30371474F3037CU1C10R291174F3037L1U1B8R36774F3037图4-5HFBR-1414T的内部电路图3、模块的几何尺寸及管脚分布模块的几何尺寸及管脚分布如图 4-6所示。2,6,7ANODE3CATHODE45362718

管脚 功能1 NCANODECATHODE4 NC5 NCANODEANODE8 NC图4-6HFBR-1414T的几何尺寸及管脚分布图4、功率与注入电流的曲线光功率与注入电流曲线的关系见表 4-2所示。21表4-22.01.81.6相1.4对光1.2功率1.00.80.60.40.200 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100正向电流（mA）2、实验电路实验电路如图4-7所示，图中三路差分放大器MC10116和三极管BG401、BG402组成数字驱动电路。三极管BG403、BG404组成模拟驱动电路。MC10116为数字接口电路送出ECL电平的双路信号Q和Q，BG401，BG402组成高速差分驱动电路。W402为可调电位器，阻值为10K（103），以适应不同的输入阻抗，一般调好后不动。W401、W403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，监测注入电流的大小。PC为自锁开关，若进行数字信号光传输实验时，将自锁开22304PT

75418CCCCCLNNNNN41110R4ADBGH62366R014PT11150C4C1PPD04EDL2346

EENRTNIHSV----CCCCDNG7 0 2R 2

41 K4 7R 431 K4 7R 421 K4 7R 411 K4 7R 411N

CCV

80 04 5R 120 1PT

2 4 1J 0B 9104 1G0

50764R44R2474R43 0 2R 2

0ID4PCDK3NGCNVG23242340C12N4PK32F10U40E1341310041W11G00B9W1

4101255444CR7R73261301C1F1UM4068E1154041PT65

303401KB94R22039K00WR13F0U40E1DN4G041PT23901

WY176543210B4DDDDDDDDCBASU234512349017111111AMTNI3210CAMAAAAPDPCKKTTTTAAAAGGGG1PDDDDAMTNI3210CAMAAAAPDPCKKTTTTAAAAGGGG1PDDDD

151SL47

A6C65D66B622220606E06064031404040U4U4EU4NU4NRIHS1481CCC1EEENNRENINIRHSTSHTINSCTCNC2CCCCENRTNIHSVSTN2CCCC

图理原路电送发光7-4图1T-CTV-C23关抬起表示接通；若进行模拟信号光传输实验时，将自锁开关按下表示断开。数字信号光传输实验时，其测试点为 TP401、TP402。模拟信号光传输实验时，其测试点为TP404、TP405、TP406。3、实验说明TP401为数字信号输入到光发端机的测试点，可为脉冲波、方波、PN码、CMI码、数字电话等。TP402为驱动半导体光源的数字信号。TP404为模拟信号输入到光发端机的测试点，可为正弦波、三角波、模拟电话等。TP405为驱动半导体光源的模拟信号。TP402、TP405的信号由自锁开关 PC切换后送入高性能的半导体模块HFBR-1414T中，将电信号转换成光信号输出。四、实验内容与步骤将两部电话机插入话机插座中。1、数字信号传输实验步骤1、连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；2、按下“复位”键，使系统处于复位状态；3、按下“脉冲波”键，再按“确认”键，脉冲波对应的发光二极管D5闪烁，表示系统工作于脉冲波状态；4、用示波器测出图中各测试点（ TP401、TP402）的波形，并做记录。5、重复步骤2、3、4，分别测出方波、CMI、PN、数字电话、24PCM信号（观察PCM信号之前，请将K203的1、3用短路帽短接）的波形，并做记录。2、模拟信号传输实验步骤1、关闭电源分路开关 PA、PB。按下自锁开关 PC，切换为模拟信号传输实验状态；2、按下电源分路开关 PA、PB。电源指示二极管 D1、D2、D3、D4亮，说明电源已接通，同时 D401发光二极管亮；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；4、按下“正弦波”键，再按“确认”键，正弦波对应的发光二极管D13闪烁，表示系统工作于正弦波状态；5、用示波器测出图中各测试点（ TP404、TP405、TP406）的波形，并做记录；6、重复步骤3、4、5，分别测出三角波、外输入、模拟电话信号（观察三角波信号之前，请将 K102、K103的1、3用短路帽短接；观察外输入信号之前，请将K601的1、2用短路帽短接，并从插座S601输入外信号；观察模拟电话信号之前，请将K201的1、3用短路帽短接，按动电话机的按键，在测试点可观察到双音多频的按键信号。）的波形，并做记录。3、测量光功率与注入电流的关系曲线 *1、关闭电源分路开关 PA、PB；2、从接收端连接器中取出光纤插头，与光功率计连接；3、按下电源分路开关 PA、PB；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；254、用万用表测量电阻 R（R的阻值为0.56Ω）两端的电压，慢慢调节电位器 W401并依次测量对应的光功率值。并将测得的数据填入下表。IF(mA)30354045505560657075UR(mV) 16.8 19.6 22.4 25.2 28.0 30.8 33.6 36.4 39.2 42.0WdBm五、实验报告要求1、整理实验记录，画出相应的信号波形。2、*画出光功率与注入电流的关系曲线，分析曲线的意义。3、分析电路的工作原理，说明其工作过程。六、注意事项由于光源、跳线及光源的ST插头属易损件，应轻拿轻放，切忌使用力气过大。此实验项目需要光功率计、电压表才能进行实验26实验五 光接收模块实验一、实验目的1、了解检测器的光电变换原理。2、理解光接收模块和接收电路的作用。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台3、电话机二台三、实验电路光接收电路主要完成光电信号的转换，小信号的检测与信号的恢复等功能。1、电路的组成A、电路框图光接收电路方框图如图 5-1所示。光检测主放输出模块隔离器接口大器图5-1 光接收电路方框图B、光检测模块1、工作参数HFBR-2416为高性能的光检测模块，其输出为微弱的模拟信号，必须进行低噪声放大，才能送到后续电路进行处理。其具体参数见表5-1所示。27表5-1参数符号最小值典型值最大值单位测试条件响应度RP5.379.6mV/μWλp=820nm,50MHz4.511.5mV/μWλp=820nm,50MHz均方输出VNO0.400.59mV滤波带宽，75MHz噪声电压PR=0μW0.70mV无滤波PR=0μW输入P-43.0-41.4dBm滤波带宽N噪声功率0.0500.065μW75MHz(RMS)PR-7.6dBmpkA℃T=25峰值输入175μWpk光功率-8.2dBmpk150μWpk输出阻抗直流电压输出工作电流等效N.A.有效直径

Zo30Ω测试频率=50MHzVodc-4.2-3.1-2.4VRμWP=0IEE915mARLOAD=510ΩNA0.35D324μm2、内部电路光收端机模块HFBR-2416的内部电路如图 5-2所示。28偏置和滤波6VCC正电源电路2Vout 模拟输出5.0mA3,7VEE 负电源图5-2光收端机HFBR-2416的内部电路图3、模块的几何尺寸及管脚分布模块的几何尺寸及管脚分布如图 5-3所示。管脚功能6VCC1NC2模拟输出2SIGNAL3,7VEE3VEE4NC455NC366VCC277VEE188NC图5-3 光收端机HFBR-2416的几何尺寸及管脚分布图2、实验电路光接收机的实验电路如图 5-4所示。2930图中GD701为光接收模块，选用 HFBR-2416。BG701为隔离器，选用三极管 9013。U701为主放大器，选用集成电路宽带互导型放大器MAX435，电路的增益由两个阻抗的比值和一个内部设定的电流增益因子来决定。 W701、W702为可变电位器，可调节放大倍数。其波形测试点有 TP701、TP702、TP703、TP704。TP705为接收伪随机码输出，TP706为接收PCM信号输出。其中K70、K71、K72、K73、K74、K75、K76为接收信号路线选择方式开关。四、实验内容与步骤将两部电话机插入话机插座中。1、数字信号传输实验步骤1、弹出自锁开关 PC，切换为数字信号传输实验状态；2、连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；4、按下“脉冲波”键，再按“确认”键，脉冲波对应的指示二极管D5闪烁，表示系统工作于脉冲波状态；5、用示波器测出图中各测试点（ TP701、TP702、TP703、TP704）的波形，并做记录。6、重复步骤3、4、5，分别测出方波、CMI、PN、数字电话、PCM信号（观察PCM信号之前，请将K203的1、3用短路帽短接）的波形，并做记录。2、模拟信号传输实验步骤1、关闭电源分路开关 PA、PB。按下自锁开关 PC，切换为31模拟信号传输实验状态；2、按下电源分路开关 PA、PB；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；4、按下“正弦波”键，再按“确认”键，正弦波对应的指示二极管D13闪烁，表示系统工作于正弦波状态；5、用示波器测出图中各测试点（ TP701、TP702、TP703、TP704）的波形，并做记录；6、重复步骤3、4、5，分别测出三角波、外输入、模拟电话信号（观察三角波信号之前，请将K102、K103的1、3用短路帽短接；观察外输入信号之前，请将K601的1、2用短路帽短接，并从插座S601输入外信号；观察模拟电话信号之前，请将K201的1、3用短路帽短接，按动电话机的按键，在测试点可观察到双音多频的按键信号）的波形，并做记录。3、计算接收电路的放大倍数选择任一信号（如正弦波），用示波器测出TP704、TP701的信号幅度，TP704与TP701的幅度之比即为接收电路的放大倍数。4、光接收机的灵敏度和动态范围的测试参见实验十（光纤通信原理综合实验部分）。五、实验报告要求1、整理实验记录，画出相应的信号波形。2、分析光接收电路的工作原理。32实验六 脉冲波、方波、 CMI码、PN码的光传输系统实验一、实验目的1、掌握CMI译码电路的工作原理。2、初步了解完整数字光纤通信系统的基本结构。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台三、实验电路1、电路组成本次实验主要完成各种数据速率的光纤传输，原理框图如图6-1所示。本次实验中，有 8KHz脉冲波信号，16KHz方波信号，15位伪随机码信号。光纤通信传输常用的 1B2B的CMI码信号。它们的方框图参见实验二图 2-4（B）。数码码数光光型字型字反接变发收接变口换端端口换机机电电电电路路路路图6-1 光纤数字传输系统实验方框图2、CMI解码电路解码采用如下思想：当时钟和信码对齐时，如果输入是“11”“00”则输出为“1”，如果输入为“10”或“01”，则输出为“0”，33图6-2是它的解码电路原理图，图6-3是解码电路的各点波形图。VCC10141TP505TP504U503AU503BCMI-OUT2PRE512PRE9U505ACMI-OUTDQDQ132KHZ311CLK332KHZCLK268CLRQCLRQ74LS861TP50774LS7474LS74U506A12131VCC74LS04N32KHZN32KHZ41TP506U504A2PRE5DQ3CLKQCLR

674LS74VCC图6-2CMI解码电路原理图TP5040 0 11 0 1 0 1 00 0 1 1 10 1 0 1 0 10 1 0 0 11 0 0 0 1 11 0 0 0 10 1 1 1 tTP5050 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 tTP5061 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1tTP5070 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 t图6-3CMI解码电路各点波形图四、实验内容与步骤1、观察各种数字信号的波形，具体步骤请参见实验四、五。2、CMI译码电路波形测试步骤341、用短路帽将 K71短接，按下“复位”键，使系统处于复位状态；3、按下“CMI”键，再按“确认”键，CMI码对应的发光二极管D7闪烁，表示系统工作于CMI码状态；4、用示波器测出图中各测试点（ TPTP504、TP505、TP506、TP507）的波形，并做记录。五、实验报告要求1、整理实验记录，画出相应的信号波形。2、总结数字光纤传输系统的工作原理，画出光纤传输系统结构图。3、分析CMI译码电路的工作原理。35实验七 模拟、数字电话的光传输系统实验一、实验目的1、了解语音通过光纤信道传输的全过程。2、熟悉数字电话、模拟电话的工作原理。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台3、电话机二台三、实验电路电话光传输系统完成甲乙双方的电话通信过程。1、模拟电话①、电路的组成电话机产生的话音信号经过接口电路送入光发送端机，经光纤信道传输再由光接收端机完成光电转换和信号恢复成原始话音信号。框图如图 7-1所示。模信光光信模拟号号拟发收电选选电话端端话择择电机光纤传输机电路器器路半导体光源半导体光检测器CPU中央处理控制电路图7-1 模拟话音信号的光纤传输系统方框图②实验电路36实验电路如图 7-2所示，从图中可看出，用户接口模块为U201、U301，其型号为MH88612。电话机从A201、A301接入，摘机时发光二极管 D201、D301亮，挂机时不亮。测试点：TP201、TP301为语音信号的模拟输出；TP205、TP305为语音信号的模拟输入。2、数字电话①、电路的组成话音信号经过 PCM编码后送入光发送端机，经光纤信道传输再由光接收端机完成光电转换和信号恢复，再送到PCM解码电路恢复成原始话音信号。框图如图7-3所示。数信光光信数字号号字电发收电选选话端端话电择光纤传输择电机机路器器路半导体光源半导体光检测器CPU中央处理控制电路图7-3话音信号的数字化光纤传输系统方框图②、实验电路实验电路如图7-2所示，从图中可看出，用户接口模块为U201、U301，其型号为MH88612，PCM编译码电路选用集成电路TP3067，标号为U202、U302，电话机从A201、A301接入，摘机时发光二极管D201、D301亮，挂机时不亮。37测试点：TP201、TP301为语音信号的模拟输出；TP202、TP302为8KHz帧同步信号；TP203、TP303为PCM编码的数字信号输出；TP204、TP304为PCM译码的数字信号输入；TP205、TP305为语音信号的模拟输入。四、实验内容与步骤将两部电话机插入话机插座中。1、模拟电话传输实验步骤1、按下自锁开关 PC，切换为模拟信号传输实验状态；同时将K201、K202、K301、K302的1、3用短路帽短接；将K74短接；将K101的1、2短接；2、按下电源分路开关 PA、PB；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；4、按下“模拟电话”键，再按“确认”键，模拟电话对应的发光二极管D11闪烁，表示系统工作于模拟电话状态；5、摘机进行两人通话实验，用示波器测出图中各测试点（TP201、TP301、TP205、TP305）的波形（由于话音信号的波形比较复杂，所以可选用双音多频的按键音来观察测试点的波形），并做记录。2、数字电话传输实验步骤1、关闭电源分路开关 PA、PB。弹出自锁开关 PC，切换为数字信号传输实验状态；同时将K201、K202、K301、K302的1、382用短路帽短接；将 K75短接；将K101的1、3短接；2、按下电源分路开关 PA、PB；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；4、按下“数字电话”键，再按“确认”键，数字电话对应的发光二极管D9闪烁，表示系统工作于数字电话状态；5、摘机进行两人通话实验，用示波器测出图中各测试点（TP201、TP202、TP203、TP204、TP205、TP301、TP302、TP303、TP304、TP305）的波形（由于话音信号的波形比较复杂，所以可选用双音多频的按键音来观察测试点的波形） ，并做记录。五、实验报告要求1、整理实验记录，画出相应的信号波形。2、总结语音模拟光纤传输系统的工作过程。3、总结语音数字光纤传输系统的工作过程。4、根据本实验的实验思想，设计出一套双向电话光纤通信系统，画出组成结构框图。5、分析模拟电话和数字电话的电路工作原理，并分析各设置开关的作用。39AMRTRACDZDPD-JJV2KGG228话TAMRR电ACDD-MDVGP222323234NN0001P2P2PK34K3T1018ZP34THK11228DP8TN4G2321094745611115111DCCNVG2420C114020C1V-

6202

XXXNL4RXXBLKLPSFTNCC/KABMRLL/CRCCVKCBADNG-+-+7OXXXOOI6SFFPPPF3SSVGVVVVVVPT7891345111KD629N0K7KG2272R4R

图理原路电码R-2VM3FCRP80U-KT20A27VVR42213GT520NMV话1P2PTK3电SG拟223模CD1CSNVH2P2K311D02ED1DL35S00H211222B90R61DPTNG4K02F27R40U320KDE101N2UGE138330941210C1XRCKP2VRKVHA2SCCI71R2CCCI2421DDV7C12SG046V12061204YLRVU0ADNGH11FRMFERV5DREEVV41PG81VFN5-RTTABR21-005D190D20R21N1NGGDNG2E4EDD0O0O22BDBD1E3E1121DDBDBDAJ

DNG

译编MCP方甲）A（2-7图2V -3ADNGXKXKCCCVDB321111703R603R2SSV8203EV2-EE1124OO3I3IBDBD1E3EDDBDBDDNG100R241C11CV6121

5DNGVRDRFRYLRVXDDVRV V

0D19N1GFPGVVTTN15R2811TABV5EEV244U030HC1MFERV67SGCKP2HARSC14C1

3

CI2171KF33093UE1121DNG103 1T

3K40KR137FR4UD01NG551P00R6D13H311DVG03B9E1NDLC3PDK3CVH3V13XAV2N23P2K3X3AV2FKRAU-V3RA-V3703EDKK2N827G9R23789R1345111

DNG

图理原路电码译编MCP方乙）B（2-7图V-440C134D30NC1GCCV33PT

226113 N0 I3PK32RD2RDV2

X-+GXXVVLENKLPXRRKKKLLLMMB98.280.240P 1T

-+IOOOPRVVVB7RXXL24605FFTA3UPT474565111DNG2013TRDV3ZDHVK3841实验八 三角波、正弦波的光传输系统实验一、实验目的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。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台三、实验电路模拟信号光纤传输实验系统框图见图 8-1所示。它们的实验示意图参见实验二图 2-4（A）。模光光模信拟拟信发接接接号号送收口口源源端端电电机机路路图8-1 模拟信号光纤传输系统实验方框图图8-2是外信号输入电路的原理图，调节电位器W601可改变外输入电路的放大倍数。图 8-3模拟信号输出电原理图，调节电位器W501、W502可改变模拟输出电路的放大倍数。 图8-4是正弦波、三角波产生电路的电原理图，实验电路采用波形发生器集成电路8038，可选择正弦波、三角波信号输出，其输出幅度和频率可调。42四、实验内容与步骤1、观察各种模拟信号的波形，具体步骤请参见实验四、五。2、正弦波输出电路波形测试步骤1、按下自锁开关 PC，切换为模拟信号传输实验状态；用短路帽将K72短接；2、按下电源分路开关 PA、PB；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；4、按下“正弦波”键，再按“确认”键，正弦波对应的发光二极管D13闪烁，表示系统工作于正弦波状态；5、用示波器测出图中各测试点（ TP501、TP502、TP503）的波形，并做记录（做外输入实验时，则需测出测试点 TP601、TP602的波形，并计算外输入电路的放大倍数） ；6、调节正弦波的输出幅度和频率，观察波形的变化情况，计算模拟输出电路的放大倍数。7、观察正弦信号经过滤波（将 K501的1、2短接、K502的1、3短接）和没有滤波电路（将 K501的1、3短接、K502的1、短接）的波形，并测试二阶有源滤波器的带宽。五、实验报告要求1、整理实验记录，画出相应的信号波形。2、总结模拟信号光纤传输系统的工作过程。43NIS-JG26A VD 210M6VACD2PSMC-2S31N6PK3221001PPTT3F0U60E1411D4018W1006LUT32113 K6 0R 12FU060E11VA4K18016L2-UT06R41132241401060K60C10C160R11FU611E100661PPTT1P6ST

图理原路电入输外3-8图

315TF5051E6051RDF6V3N3051F475U04C1E5678TIUCOF3628NNI05MIIC5LU43211202T300WF2051E74B8100TUK100561WK5051R110T1TDP2W05SK23124A148141CTU1CVV4113-+K41055320C02K4516505050C01651RF1051E32T1DSKS1TUONJGTUONJG

图理原路电服舒拟模4-8图442K.23WV21+

560011P11PTT23T3D0P1SKW1S1TDKP2S-4W调1KS度23幅3K01R2353FL4A861KU23010R14K010R11F0U1E11K1KRW11K72K01RW1180 K1R47TU9 O0 K1R470K125469R4838080L1CUI3830122F13C0210C1节k调50K率频R2V2-

图理原路电生产号信拟模5-8图45实验九 PCM光纤传输系统实验一、实验目的1、了解语音信号编译码的工作原理。、验证PCM编译码原理。、初步了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用。、了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法。二、实验仪器1、光纤通信传输系统实验箱一台2、20MHz示波器一台3、频率计一台（可不配置）三、实验电路1、概述脉冲编码(PCM)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用。十多年来，由于超大规模集成技术的发展，PCM通信设备在缩小体积、减轻重量、降低功耗、简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进。目前，数字电话终端机的关键部件，如编译码器(Codec)和话路滤波器等都实现了集成化。本实验是以这些产品编排的PCM编译码光纤传输系统实验，以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在光纤传输系统中的应用。PCM光纤传输系统的结构示意图如图9-1所示。实验包括光发和光收部分，故名PCM光纤传输系统实验。2、PCM编译码原理PCM编译码系统由定时部分和 PCM编译码器构成。46信号入发编光滤码波器发器光纤信号出收译光滤码波器收器图9-1PCM光纤传输系统的结构示意图1、PCM编译码原理为适应语音信号的动态范围，实用的 PCM编译码必须是非线性的。目前，国际上采用的均是折线近似的对数压扩特性。 CCITT的建议规定以 13段折线近似的 A律(A=87.56)和15段折线近似的μ律(μ＝255)作为国际标准。A律和μ律的量化特性初始段如图9-2(a)和图9-2(b)所示。A律和μ律的编译码表分别列于表9-1和表9-2。这种折线近似压扩特性的特点是：各段落间量阶关系都是 2的倍数，在段落内均匀分层量化，即等间隔 16个分层。这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的。2、PCM编译码器简介本实验PCM编译码器采用了 TP3067专用大规模集成电路，它是CMOS工艺制造的单片PCMA/μ律编译码器，并且片内带有输入输出话路滤波器。TP3067的管脚如图9-3所示，内部组成框图如图9-4所示。47输出8642输入-7-5-3-101 3 5 7-2-4-6-8(a)输出753-8-6-4-201输入-12468-3-5-7(b)图9-2 量化特性48表9-1A＝87.56编译码表输入幅度量阶段落码电平码量化译码范围△S|电平幅度0-1000000.5⋯1000⋯⋯⋯15-1611111515.516-1700001616.5⋯1001⋯⋯⋯31-3211113131.532-3400003232⋯2010⋯⋯⋯62-641111476364-6800004866⋯4011⋯⋯⋯124-128111163126128-136000064132⋯8100⋯⋯⋯248-256111179252256-272000080264⋯16101⋯⋯⋯496-512111195504512-544000096528⋯32110⋯⋯⋯992-1024111111110081024-108800001121056⋯64111⋯⋯⋯1984-20481111127201649表9-2 μ=255编译码表输入幅度量阶段落码电平码量化译码范围△S|电平幅度0-0.5000000⋯1000⋯⋯⋯14.5-15.51111151515.5-17.500001616.5⋯2001⋯⋯⋯45.5-47.511113146.547.5-51.500003249.5⋯4010⋯⋯⋯107.5-111.5111147109.5111.5-119.5000048115.5⋯8011⋯⋯⋯231.5-239.5111163235.5239.5-255.5000064247.5⋯16100⋯⋯⋯479.5-495.5111179487.5495.5-527.5000080511.5⋯32101⋯⋯⋯975.5-1007.5111195991.51007.5-1071.50000961039.5⋯64110⋯⋯⋯1967.5-2031.511111111999.52031.5-2159.500001122095.5⋯128111⋯⋯⋯3951.5-4079.511111274015.550VPO+120VBBGNDA219VFXI+VPO-318VFXI-VPI417GSXVFROTP3067ANLB516VCC615TSXFSR714FSXDR813DXBCLKR/912BCLKXCLKSETMCLKR/1011MCLKXPDN图9-3TP3067管脚图R2GSXANLB模拟开关VFXI--自动调零R1+寄RC滤波器带通滤波器S/N存DXVFXI+DAC器R-VPO+A/D+电压基准寄比较器控制逻辑RRC滤波器带通S/N存DR滤波器DAC器VPO--+R3定时控制TSXVPI+5V-5VR4VFROVCCVBBGNDA MCLKX BCLKX FSRFSXMCLKR/ BCLKR/PDN CLKSET图9-4TP3067的内部结构框图51TP3067的管脚定义简述如下：(1)VPO+：接收功放的同向输出。(2)GNDA：模拟地。所有信号以这个引脚为参考点。(3)VPO-：接收功放的反向输出。(4)VPI：接收功放的同相输入。(5)VFRO：接收滤波器的模拟输出。(6)VCC：正电源引脚。VCC=+5V±5%(7)FSR：接收部分的8KHz帧同步时隙信号。(8)DR：PCM码流解码输入。(9)BCLKR/CLKSET：接收数据(DR)时钟,在固定速率工作模式下为2048K。FSR的上升沿，可以从 64KHz变化到2.048MHz。逻辑输入可以交替地选择在同步模式下提供给主时钟的1.536MHz/1.554MHz或2.048MHz，BCLKX用于传输和接收。(10)MCLKR/PDN：接收主时钟。1.544MHz或2.048MHz。可以与MCLKX同步，但最好是在最佳性能时与 MCLKX同步。在MCLKR持续低时，全部内部定时选择 MCLKX。在MCLKR持续高时，器件处于低功耗状态。(11)MCLKX：传输主时钟必须是 1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以与MCLKR同步。(12)BCLKX：传输数据 (DX)位时钟, 固定速率工作模式下为2048K。可以从64KHz变化到2.048MHz,但必须与MCLKX同步。(13)DX：编码数据输出,通过FSX使能。(14)FSX：发送部分的8KHZ帧同步时隙信号。52(15)TSX：漏极开路输出，在编码器时隙内为低脉冲。(16)ANLB：控制输入的模拟回路。操作时必须置逻辑“ 0”。(17)GSX：发送输入放大器的模拟输出，用来在外部调节增益。(18)VFXI-：发送输入放大器的反向输入。(19)VFXI+：发送输入放大器的同向输入。(20)VBB：负电源引脚。VBB=-5V±5%。3、定时部分TP3067编译码器所需的定时脉冲均由信号发生器电路部分提供。只需要主时钟 2048KHz和帧定时8KHz信号。为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源，以确保收发时隙的同步。在实际的 PCM光纤传输系统中，需增加一个同步系统来保证收发同步，实验电路图参见实验七。四、实验内容与步骤1、实验波形的测试步骤1、弹出自锁开关 PC，切换为数字信号传输实验状态；用短路帽将K76短接；将K201的1、3短接、K202的1、2短接、K203、K204的1、3短接、K601的1、3短接；2、输入音频信号（接入 TP105和地之间）。注：用短路帽将K102、K103的1、2端短接；3、按下电源分路开关 PA、PB；4、按下“复位”键，使系统处于复位状态；5、按下“PCM”键，再按“确认”键，PCM对应的发光二极管D10闪烁，表示系统工作于PCM状态；536、用示波器测出图中各测试点（ TP601、TP602、TP203、TP204、TP205、光发部分和光收部分）的波形，并做记录（注意信号的频率和幅度）。2、系统性能测试、动态范围在满足一定信噪比(S/N)条件下，编译码系统所对应的音频信号的幅度范围定义为动态范围。通常规定音频信号的频率为800Hz(或1000Hz)。动态范围应大于 CCITT(国际电报、电话咨询委员会)建议的框架(样板值)，如图9-5所示。动态范围的测试框图如图 9-6所示。(S/N)(dB)302010-50-40-30-20-100(dBmo)图9-5PCM编译码系统动态范围样板值为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最54音频光发生器编码器发光纤光失真仪 杂音计 译码器收示波器图9-6 动态范围测试框图大幅度为5VP-P(注意：信号要由小至大调节)，测出此时的S/N值。设临界过载幅度为 Vmax，这是正弦输入信号编码不过载的最大幅度。当输入信号大于临界过载幅度之后，输出信号的 S/N急剧下降。首先找出临界过载点，然后依次以 -10dB的衰减量输入信号，将测试数据填入下表。-10dB-20dB-30dB-40dB-50dBVin(mv)p-p500015005001505015S/N(dB)2、信噪比特性在上一项测试中选择最佳编码电平 (S/N最高)，在此电平下测试不同频率的信噪比值。频率选择在 500Hz/1KHZ/2KHz/3KHz。信噪比特性的测试框图如图 9-7所示。信噪比特性测试数据记录于下表。信噪比特性(Vin=2VP-P)55f(Hz)500100020003000S/N(dB)音频光发生器编码器发光纤光失真仪 译码器收示波器图9-7 信噪比特性测试框图3、频率特性选一合适的输入电平 (Vin=2VP-P) ，改变输入信号的频率，在TP205测出各频率点译码输出信号的电压值，频率特性测试数据记录于下表。f(Hz)500100020003000TP205（V）五、实验报告要求1、整理实验记录，画出相应的表格和波形图。、PCM光纤传输系统由哪些部分构成？各部分的作用是什么？56实验十 光纤通信原理综合实验 *光纤通信系统的测试是系统设计、建设、乃至验收、维护的重要环节。它既直接为通信业务服务，又可对理论计算的正确与否进行实验检验，进而修改与完善设计方案。所以，了解并掌握系统测试是非常重要的。本部分将介绍有关光端机的测试。完成光端机的测试需配上 光功率计、误码测试仪、光可变衰减器等光纤通信常用的仪器。1、光纤损耗的测试一、实验目的1、了解光纤损耗的定义。2、学会用插入法测量光纤的损耗。二、光纤损耗的测量方法测量光纤损耗的方法很多， ITU-T（原CCITT）建议以剪断法为参考法，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。测量光纤损耗时，只要测出光纤输入端的光功率 P1和输出光功率P（2见图10-1），即可得到光纤总的平均损耗，若光纤的长度为L（km），则单位长度的光纤损耗值为：光纤输入光功率P1 输出光功率P2L(km)图10-1 光纤损耗测量原理Af10lgP1(dB/km)(10-1)LP2①、剪断法57剪断法的测量框图如图 10-2所示，标准光源发出光信号，扰模器的作用是使光信号达到稳态模功率分布，利用光功率计先测出光纤的输出光功率P2，然后，在距离输入端 2-3m的地方将光纤剪断，测量出输入光功率 P1，最后根据（10-1）式即可算出光纤的损耗。标P1光纤P2光准扰模器功光率源L（km）计图10-2剪断法示意图剪断法的特点是：简单、准确，但对光纤具有一定的破坏性。②、插入法插入法的测量原理图如图 10-3所示，标准光源发出光信号，扰模器的作用是使光信号达到稳态模功率分布， 测量时，可通过连接器，先将自环线（损耗可忽略的短光纤）接入，用光功率计测出此时的光功率值为 P1，然后，撤去自环线，将待测光纤插入，读出光功率值为P，则根据（10-1）式即可2算出光纤损耗值。标自环线光准扰模器功光率源计连接器待测光纤图10-3 插入法原理图插入法的特点是：操作简单，不具有破坏性，但精度不是很高，这是由于连接器性能不佳时，或光注入状态发生变化时，可能带来误差。③、背向散射法所谓背向散射法就是利用光时域反射仪（OTDR）来测量光纤损耗，其原理参见光时域反射仪的使用说明书，这里不再重述。58④、工程测量在实际工程中，为得到接头损耗的精确值，往往采取“四功率”法，其测试步骤如下（见图10-4）。①、首先在连接处 D作临时接头；②、在光纤连接后的尾端 C处测得接收光功率 P3；③、在临时接头后的 B点（相距D点约几厘米）切断光纤，测得光功率为P2；④、在临时接头前的 A点切断光纤，测得光功率为 P1；⑤、在连接处D点将光纤作永久性连接，然后在C点重测得光功率为 P4。光ADB C源P 1 P 2 P连接处 P

光功率计3（第二次测）图10-4光纤连接损耗测量（“四功率”法）则此永久性连接的附加损耗为：P1P2A10lg10lgp4P3(10-2)P1P410lg10lgP2P3例：P1=48.9uW,P2=43.8uW,P3=4.98uW,P4=5.34uWA48.95.34则：10lg10lg43.84.980.18dB三、光纤损耗测试步骤由于光纤的损耗很小，所以本实验利用光可变衰减器（或光固定衰减器）来模拟光纤的损耗，当然，如果有条件可以采用很长（一般为几千米）的光59纤测出光纤的损耗值。1、由于本实验中用到的光可变衰减器为 FC接口，而光发与光收模块为ST接口，所以需要 ST-FC的跳线两根。并在实验箱中接入带有光可变衰减器的光纤，一头连接光发模块，另一头连接光功率计；2、将误码分析仪的发码端用 Q9头与实验箱上的 TP401与地连接好、发时钟端与收时钟端短接、收码端用 Q9头与实验箱上的 TP703和地连接好；3、弹出自锁开关PC，连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；4、按下“复位”键，使系统处于复位状态；5、打开误码分析仪的电源开关，将误码分析仪的速率设为 2048kb/s、图案设为215-1、码型设为NRZ；6、从光功率计上读出光功率值 P1，并做记录。调节光可衰减器增大衰减量，光功率逐渐减小，调到一定的衰减量时，读出光功率值 P2。则光纤的总损耗 P2 P1dBm。2、光发送机的测试一、实验目的1、了解数字光发送端机平均发送光功率的定义和测试方法。3、了解数字光发送端机消光比的定义和测试方法。二、光发送机指标的测试方法1、平均光功率的测试测试原理图如图 10-5所示。误码仪光发光功（发送）射机连接器率计图10-5 光发射机测试原理图由误码仪发送出 223-1伪随机码（三、四次群系统）或215-1伪随机码（一、60二次群系统），用光功率计连接光源输出尾纤连接器，即可测量出发射机的输出平均光功率。但应注意①、平均光功率的数值与所选择的码型有关，如NRZ码比50%占空比的RZ码，功率要大3dB。②、测量时应注意功率计的选择，短波长系统必须采用短波长光功率计、 长波长系统必须采用长波长光功率计。③、光功率一般用“dBm”或“uW”表示，例如：-3dBm（500uW）；-6dBm（250uW）。2、消光比的测试消光比（EX）的定义是光源发出全“ 1”和全“0”码时的平均功率之比，由于一般码型发生器发出的是伪随机码，可以认为“ 1”码“0”码的出现概率相等，因此，全“ 1”码时的光功率等于平均光功率的两倍，所以，消光比可以表示为：EX10lg2Pa（10-3）P0其中：PO为全“0”码时的输出光功率，Pa为输出伪随机码时的平均光功率。消光比的测试原理图如图 10-5一样，测试方法为：①、误码仪发送出223-1或215-1伪随机码，测出此时的平均光功率 Pa。②、将光发送机中的输入点接地，测出此时的全“ 0”码光功率PO。③、按（10-3）式计算即可得到消光比值。四、测试步骤1、平均光功率测试步骤1、将误码分析仪的发码端用Q9头与实验箱上的TP401与地连接好、发时钟端与收时钟端短接、收码端用Q9头与实验箱上的TP703和地连接好；2、从接收端机连接器中取出光纤插头，与光功率计连接；3、弹出自锁开关PC，连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；4、按下“复位”键，使系统处于复位状态；5、打开误码分析仪的电源开关，将误码分析仪的速率设为 2048kb/s、图案设为215-1、码型设为NRZ；616、从光功率计上读出光功率值 Pa，即为平均发送光功率，并做记录。2、消光比的测试步骤1、关闭电源分路开关 PA、PB。将TP401与地短接（接地认为发全“ 0”码）；2、按下电源分路开关 PA、PB；3、按下“复位”键，使系统处于复位状态；4、从光功率计上读出光功率值 P0，并做记录。5、将得到的平均发送光功率 Pa和P0值代入式10-3，求得消光比值。三、光接收机的测试一、实验目的1、了解光接收机灵敏度的定义。2、掌握光接收机灵敏度的测试方法。3、了解光接收机动态范围的定义。4、掌握光接收机动态范围的测试方法。二、光接收机指标的测试方法1、灵敏度的测试光接收机灵敏度的定义是在保证一定的误码率下所需接收的最小功率，它表示了光接收机接收微弱信号的能力。测试框图见图 10-6。测试方法为：1、误码仪的发送部分送出 223-1或215-1伪随机码，同时监视误码。2、增大光衰减器的衰减量，直到误码仪指示的误码率为某一要求值（如：10-3），此时利用光功率计测量接收的光信号即为最小光功率 Pmin，即光接收机的灵敏度。灵敏度的表示方法一般采用 dBm表示：Pr 10lgPmin（dBm） (10-4)1mW62光光连接器光发衰接射减收机器机光纤光功率计误码分析仪 误码分析仪（发送部分） （误码检测、计数部分）图10-6 光接收机测试原理图注意：①、因为灵敏度的测量是在连接器前测量的（包含有一个活接头），因此，实际灵敏度应减去该连接器的损耗（或加以说明）。②、为了便于调整接收光功率，在测试中用光衰减器代替了长光纤，因而忽略了光纤色散对灵敏度的影响， 所以，在实际使用中，应根据光纤的长度和质量估算色散对灵敏度的影响。 或直接在线路中用长光纤来测量。 另外，对于微弱的光输出功率，应使用带斩光器的光检测器和光功率计进行测量。2、动态范围的测试光接收机动态范围的定义是在保证一定的误码率下所允许的最大和最小输入光功率之比，它表示了光接收机对输入信号变化时的适应能力。 测试框图如图10-6所示，测试方法与测量灵敏度的方法基本相同，只是最后增加测量最大输入光功率一项，其方法是逐渐减小光衰减器的衰减量， 直至误-9码仪指示误码率降为某一要求值 （如：10），此时的接收光功率即为最大输动态范围的表示方法为：63Dr10lgPmax（dB）(10-5)Pmin-10测试例子：若Pmax=10uW,Pmin=31.6nW,BER=10,则：Pr10lgPmin45dBm1mWDr10lgPmax=25dBPmin三、测试步骤1、灵敏度测试步骤1、由于本实验中用到的光可变衰减器为FC接口，而光发与光收模块为ST接口，所以需要ST-FC的跳线两根。并在实验箱中接入带有光可变衰减器的光纤；一头连接光发模块，另一头连接光功率计；2、将误码分析仪的发码端用 Q9头与实验箱上的 TP401与地连接好、发时钟端与收时钟端短接、收码端用 Q9头与实验箱上的 TP703和地连接好；3、弹出自锁开关PC，连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；4、按下“复位”键，使系统处于复位状态；5、调节光可变衰减器的衰减量，使光功率在一定的值（如23W左右），将光纤插入光收模块中，开始测量误码率，并记录。6、若误码率为10-3，则此时的光功率即为最小光功率 Pmin，若不为10-3，则重复步骤5、6，直到误码率为 10-3。7、根据测试结果，代入公式 10-4求出光接收机的灵敏度。2、动态范围测试步骤1、由于本实验中用到的光可变衰减器为 FC接口，而光发与光收模块为ST接口，所以需要 ST-FC的跳线两根。并在实验箱中接入带有光可变衰减器的光纤；一头连接光发模块，另一头连接光功率计；2、将误码分析仪的发码端用 Q9头与实验箱上的 TP401与地连接好、发时钟端与收时钟端短接、收码端用 Q9头与实验箱上的 TP703和地连接好；3、弹出自锁开关PC，连接电源线，按下电源分路开关 PA、PB；644、按下“复位”键，使系统处于复位状态；5、调节光可变衰减器的衰减量，使光功率在一定的值（如51W左右），将光纤插入光收模块中，开始测量误码率，并记录。6、若误码率为10-9，则此时的光功率即为最大光功率Pmax，若不为10-9，则重复步骤5、6，直到误码率为10-9。7、根据测试结果，代入公式 10-5中求出光接收机的动态范围。65附录一、“TKGTC-2型光纤通信传输系统实验箱”使用说明书一、概述本实验系统是根据光纤通信系统原理的主要知识点进行实验，并结合电子和微处理器技术，针对光纤通信系统的典型应用可进行多项实验和性能测试。实验内容丰富、重点突出，有利于重点培养学生的动手能力。实验系统总体方框图如图1所示，它有以下7个单元电路组成。1、 信号发生器单元2、 模拟接口单元3、 数字接口单元4、 信号处理单元5、 中央CPU控制单元6、 光发端机单元7、 光收端机单元模光光模拟拟信发收信接接口号端端号口单机光纤传输机单元处处元数理半导体光源半导体光检测器理数字单单字接CPU中央处理控制单元接口元元口单信号发生器单元单元元图1 实验系统总体方框图图2是实验系统的电原理方框图。图3是实验系统元件分布图。66路电放口接功户频用音路路电波收电话码码码波冲接收译N话电P解方脉接字M收I收收拟电CM拟数P接C接接模模模拟信号接口电路数字信号接口电路图路理原光收端机电电制统输控系理传验处纤实央光中UP2光发端机C图模拟信号选择电路 数 字 信 号 选 择 电 路路路路话话码码路电电电电电编编电波入波波码拟字MI波冲输弦角CNM外正三模数PPC方脉器路器生生电发发口号号接信信户字拟用数模6768二、光纤传输系统介绍光纤是由高纯度的 SiO2(俗称玻璃)制成的良好的通信媒介，其优点是尺寸小、质量轻，多模光纤的纤芯典型尺寸为 50um或62.5um，比人的头发丝还小。抗电磁干扰、保密性好，节省了大量的金属。最主要的优点有两点，一是损耗小传输距离远，损耗典型值为 0.1dB/km,与之对应的同轴电缆为5dB/km；二是容量大