《光纤通信实验指导书(含原理)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤通信实验指导书(含原理)（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验 1 电光、光电转换传输实验一、实验目的1.了解本实验系统的基本组成结构；2.初步了解完整光通信的基本组成结构；3.掌握光通信的通信原理。二、实验仪器1.光纤通信实验箱2.20M 双踪示波器3.FC-FC 单模尾纤 1 根4.信号连接线 2 根三、基本原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。实验系统基本组成结构（光通信）如下图所示：光 电电 光电发射电接收光发射 光接收P203 P204光纤1550nmLD+单模图 1.2.1 实验系统基本组成结构在本实验系统中，电发射部分可
2、以是 M 序列，可以是各种线路编码（CMI、5B6B、5B1P 等） ，也可以是语音编码信号或者视频信号等，光信道可以是1550nmLD+单模光纤组成，可以是 1310nm 激光/探测器组成，也可以是 850nmLED+多模光纤（选配）组成。本实验系统中提供的 1550nmLD 光端机是一体化结构，光端机包括光发射端机 TX（集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等） ，光接收端机 RX（集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路） 。其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。一体化数字光端机的结构示意图如下： P204P203TX光接收输入光发射输出光纤图 1.2
3、.2 一体化数字光端机结构示意图四、实验步骤1. 关闭系统电源，将光跳线分别连接 TX1550、RX1550 两法兰接口（选择工作波长为1550nm 的光信道） ，注意收集好器件的防尘帽。2. 打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验CMI 码 PN”。确认，即在 P101 铆孔输出 32KHZ 的 15 位 m 序列。3. 示波器测试 P101 铆孔波形，确认有相应的波形输出。4. 用信号连接线连接 P101、P203 两铆孔，示波器 A 通道测试 TX1550 测试点，确认有相应的波形输出，调节 W205 即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超过5V。即将 m 序列电信号送入
4、 1550nm 光发端机，并转换成光信号从 TX1550 法兰接口输出。5.示波器 B 通道测试光收端机输出电信号的 P204 试点，看是否有与 TX1550 测试点一样或类似的信号波形。6.按“返回”键，选择“码型变换实验CMI 码设置”并确认。改变 SW101 拨码器设置（往上为 1，往下为 0） ，以同样的方法测试，验证 P204 和 TX1550 测试点波形是否跟着变化。7.轻轻拧下 TX1550 或 RX1550 法兰接口的光跳线，观测 P204 测试点的示波器 B 通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行
5、双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。注：本实验也可选择工作波长为 1310nm 和扩展模块的光信道。五、实验结果1.画出实验过程中测试波形，标上必要的实验说明。2.结合实验步骤，叙述光通信的信号变换、传输过程。3.画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图，标上必要的实验说明。实验 2 CMI 编译码原理及光传输实验一、实验目的1.掌握 CMI 编译码规则。2.了解 CMI 编译码的性能。3.了解光纤通信中 CMI 的选码原则。二、实验仪器1.光纤通信实验箱2.20M 双踪示波器3.FC-FC 单模光跳线4.信号连接线 2 根三、基本
6、原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。在本实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块： 8 位的自编数据功能和 CMI 线路编码功能。涉及的电接收部分就是时钟提取和再生功能、相应的 CMI 线路译码功能。CMI码光纤通信基本组成结构如下图所示：光 电电 光光纤 1550nmLD+单模CMI线路编码 光发射 光接收TX1550 P204自编数据判决再生图 6.1.1 CMI 码光纤通信基本组成结构下面对数字信号 CMI 码编码译码进行分析和讨论：数字光纤通信传输信道中，对于低速率系统
7、采用 CMI(Coded Mark Inversion) 码,传号翻转码，即“1”码交替地用“00”和“11”表示，而“0”码则固定用“01”表示，因此在 1 个时钟周期内，CMI 编码器输入 1bit 的时间内输出变为 2bit。CMI 码属于二电CMI线路译码平的不归零（NRZ）的 1B2B 码型，图 6.1.2 为 CMI 码变换规则示例，这种码的特点是:（1）不出现连续 4 个以上的“0”码或“1” ，易于定时提取。（2）电路简单，易于实现。（3) 有一定的纠错能力。当编码规则被破坏后，即意味着误码产生，便于中继监测。（4) 有恒定的直流分量，且低频分量小，频带较宽。（5) 传输速率为
8、编码前的 2 倍，适用于低速率的光纤传输系统。CMI 译码的设计思路：是采用串并变换电路把串行码变成并行码，即把 CMI 码的每一组 00、11、或 01 码中的奇数码与偶数码分离开来，变成奇偶分列的、时序一致的码序列，再用判决电路逐一加以比较，判决输出传号还是空号，从而解出单极性信码。图 6.1.2 CMI 码变换规则示例CMI 的连“0”连“1”为 3，故这种线路码含有丰富的定时信息，便于定时提取。这种码都容许进行不中断业务的误码检测。CMI 码在 ITU-TG.703 建议中被规定为 139.264Mbit/s 和 155.520Mbit/s 的物理/电气接口的码型。因此有不少 139.
9、264Mbit/s 和 155.520Mbit/s 数字光纤传输系统就用 CMI作为光线路码型。除了上述优点外，直接将四次群复用设备送来的 CMI 码直接调制到光器件上，接收端把还原的 CMI 码直接送给四次群解复用设备，这样做无需电接口和线路码型的变换/反变换，具有设备简单的优点。四、实验步骤1关闭系统电源，按照图 6.1.1 将 1550nm 光发射端机的 TX1550 法兰接口、FC-FC 单模尾纤、1550nm 光接收端机的 RX1550 法兰接口连接好。注意收集好器件的防尘帽。2打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验- CMI 码设置” 确认，即在 P101 铆孔输出 32KHZ
10、的 SW101 拨码器设置的 8 比特周期性序列，如 10001000。P103 为对应的CMI 编码输出。0 0 1 0 1 1 1 0 1 03示波器测试 P101、P103 铆孔波形，确认有相应的波形输出。4用信号连接线连接 P103、P203 两铆孔，示波器 A 通道测试 TX1550 测试点，确认有相应的波形输出，调节 W205 即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度最大（不超过5V） ，记录信号电平值。连接 P204、P111 两铆孔，即将光电转换信号送入数据接收单元。信号转换过程如图 6.1.1。5注意观测 P204 测试点对接收的的数据是否与发端的 TX1550 测试点波形
11、一样。6注意观测 P115 测试点为 CMI 译码输出波形是否与发端的 P101 波形一样。7 SW101 拨码器设置其它数字序列组合，对比 P103 编码输出波形，分析熟悉 CMI 编码规则。8按返回键，液晶菜单选择“码型变换实验CMI 码 PN”确认，即在 P101 铆孔输出32KHZ 的 15 位 m 序列。9对应 P102 码元同步时钟读出码序列，根据 CMI 编码规则，写出对应的编码序列。10观察 P103 输出编码波形，验证你的序列。11关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。注：本实验也可选择工作波长为 1310nm 的 LD 光发射端机，也可选择扩展模块。五、测量点说明P101
12、：菜单设置的数字序列输出序列波形测试点。P102：P101 对应的码元时钟测试点。P103：对应的 CMI 编码信号。P111：数据接收单元的电信号接收铆孔。P115：CMI 译码输出。P203：光发射端机的外部电信号输入铆孔。TX1550：输入 1550nm 光发射端机的电信号。P204: 1550nm 光接收端机输出的电信号。六、实验结果1记录实验中得到的数据和波形，标上必要的实验说明。2长连“0” 、长连“1”的数字信号不利于接收端的位同步提取，CMI 编码是怎样解决这个问题。实验 3 5B6B 编码原理及光传输实验一、实验目的1掌握 5B6B 编译码规则；2了解 5B6B 编译码的性能
13、；3了解光纤通信中 5B6B 的选码原则。二、实验仪器1光纤通信实验箱220M 双踪示波器3FC-FC 单模光跳线4信号连接线 1 根三、基本原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。在本实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块： 8 位的自编数据功能和 5B6B 线路编码功能。5B6B 码光纤通信基本组成结构如下图所示：光 电电 光光纤 1310nmLD+单模5B6B线路编码 光发射 光接收TP201 P202自编数据判决再生图 6.2.1 CMI 码光纤通信基本组成结构下面对数字
14、信号 5B6B 码编码译码进行分析和讨论：5B6B 线路码型是国际电报电话咨询委员会（CCITT）推荐的一种国际通用光纤通信系统中采用的线路码型，也是光纤数字传输系统中最常用的线路码型。5B6B 线路码型有很多优点：码率提高的不多，便于在不中断业务情况下进行误码监测，码型变换电路简单，它是我国及世界各国四次群光纤数字传输系统中最常采用一种码型。5B6B 线路码型编码是将二进制数据流每 5bit 划分为一个字组，然后在相同时间段内按一个确定的规律编码为 6bit 码组代替原来 5bit 码组输出。原 5bit 二进制码组有 25共 32 种不同组合，而 6bit 二进制码组有 26 共 64 种
15、不同组合。若将编译码组一一对应，则有 32 个冗余码组未被利用。可用这些码组改善编码性能。一般情况下把 nB 码字中“1”、 “0”个数悬殊的码字作为禁字，而把选用的“1” 、 “0”个数不均字分为两种模式，并使“1”多的模式与“0”多的模式交替出现。这样就消除了线路码的直流电平浮动。具体选择如下：选择六位码组的原则是，使线路码型的误码扩展及数字和变差尽可能小，编码和译码器以及判决电路简单且造价低廉，定时信息最丰富，功率谱密度中无直流分量。6bit码组的 64 种组合中码组数字和 d 值（1、0 个数差）分布情况是：d=0 的码组有 20 个d=2 的码组有 30 个d=4 的码组有 12 个
16、d=6 的码组有 2 个根据这些原则选择 6bit 码组的方法为：d=4，d=6 的 6bit 码组舍去（共 14 种） ，作为禁止码组（或称“禁字” ）处理。d=0,d=2 的六位码组都可能有取舍，并且取两种编码模式：一种模式是 d=0、+2,称模式 I；另一种模式是 d=0、d=-2,称模式 II。当用模式 I 编码时，遇到 d=+2 的码组后，后面编码就自动转换到模式 II，在模式II 编码中遇到 d=-2 的码组时编码又自动转到模式 I。mB 码字到 nB 码字的变换及逆变换是按预定的码表进行的，不同的码表产生不同的线路码性能。mBnB 码中，5B6B 码被认为是在编码复杂性和比特冗余度之间最合理的折中。它的线路码速只比原始码速增加 20%，而
