2023光纤试验指导书

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光纤通信试验指导书

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

2023年10月

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光纤通信试验指导书

RZ8634E光纤系统模块组成介绍

RZ8634E型光纤试验系统是在吸收了前几代产品RZ8614型、RZ8624型和RZ8634型特色试验的基础上，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试验、计算机数据光纤传输试验、5B6B编解码试验、扰码和解扰、程控电话和自带误码测试试验。同时根据用户需要可加多模光纤的数字信号、模拟信号的传输试验。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，本试验系统由以下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、试验和研究型的二次开发试验。在图1-2中，描述了RZ8634E光纤试验系统的流程总框图。在RZ8634E光纤试验系统的基础上配置以下光纤器件：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试验和一些开放性研究设计试验。

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RZ8634E南京润众科技有限公司

RZ8634E系统总体框图

RZ8634E型光纤试验系统流程总框图

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各试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，本试验系统由以下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）眼图观测电路

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

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（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、－12v11.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

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试验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.观测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、试验目的

1.了解光电变换原理；

2.把握光发端机所完成的电光变换原理。

二、试验电路工作原理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。

信号选择接口差分光发信号源J701/J901电路驱动模块

电话入

图像入

数据发外误码入

CMI入

5B6B

PLUSEPN64

图1-1光发送机框图

J701了发TP701U701缓存光发Tx送模块1310WDM图1-2光发送系统一（1310波长）

在本试验系统中，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6

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电话入

图像入

外误码入

入CMI

5B6B

PULSE

PN64

内误码入J901U901缓存TP901光发送模Tx块1550WDM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，可见有以下几种选择状况（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，选做试验）

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，确切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方法，将电信号调制在光波上。

输入电信号光信号输出输入电路驱动电路光源

保护电路自动偏置控

制电路图1-4光发射机组成基本框图

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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：

0EXT?10lgP(dB)P1EXT值越小，光发送系统的性能越好。

4．光发送系统中的电路调理

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的缜密多圈可调电位器。如图1-5所示:

J703电路调整接

口电路

光发端机(U701、

W701W701、

R701、E701)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。调理电位器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，渐渐调理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理度。三、试验内容

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.观测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、试验步骤及本卷须知

1.分别选择开关的各种信号后，用示波器观测测量点TP701或TP901波形，并且记录TP701和TP901信号的幅度（峰—峰）。

2.TP701位于试验系统的左上角，TP901位于试验系统的右上角。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。

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用光纤扩展模块测P-I曲线：

1试验操作介绍

使用时先关闭试验箱电源，将“多模光纤通信模块〞插入试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调理信号输入的幅度，W002调理信号的直流电平。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调理信号放大的幅度；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

+5VW1GQ001光信号

U1