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1、光纤通信实验指导书编写人：王慧敏审核人：朱东弼延边大学工学院电子信息通信学科目 录一、基础实验部分实验一 模拟信号光纤传输实验1实验二 数字信号光纤传输实验3实验三 光纤传输系统实验5实验四 图像光纤传输系统实验7实验五 数字光纤通信系统接口码型变换实验9二、选做实验部分实验六 数字光纤通信系统线路编译码实验11实验七 计算机数据光纤传输系统实验14三、创新实验部分实验八 数字光纤通信系统综合实验1614 / 15实验一模拟信号光纤传输实验一、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、实验仪器与材料1.光纤通信原理实验箱 一台2. 示波器 一
2、台三、 预习要求 预习模拟光纤通信系统工作原理四、实验内容实验原理根据系统传输信号不同,光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统.由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率对激光器来说,是指阈值电流以上线性部分基本上与注入电流成正比,而且电流的变化转换为光频调制也呈线性,所以可以直接调制对于半导体激光器和发光二极管来说具有简单、经济和容易实现等优点.进行发光二极管与半导体激光器调制时采用的就是直接调制.IP图1-1 发光二极管模拟调制原理图从调制信号的形式来看,光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制.模拟信号调制直接用连续的模拟信号如话音、模拟图像信号等对光源进行调制.图1-1就是对
3、发光二极管进行模拟调制的原理图.连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上,适当地选择直流偏置电流的大小,可以减小光信号的非线性失真.电路实现上,LED的模拟信号调制较为简单,利用其P-I的线性关系,可以直接利用电流放大电路进行调制,一般来说,半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制,半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高.而且要求提高光接收机的信噪比比较高.与发光二极管相比,半导体激光器的V-I线性区较小,直接进行模拟调制难度加大.测试端口图1-2 模拟信号光纤传输系统框图模拟信号源信号处理单元光发送器件光接收器件信号处理单元光纤本实验通过完成各种不同模拟信号的LED光纤传输如正弦波,三角波,外输
4、入音乐信号,了解模拟信号的调制过程与调制系统组成.模拟信号光纤通信系统组成如图1-2所示.在LD模拟信号调制实验中,采用预失真补偿电路对模拟信号波形进行失真补偿,观察补偿后的传输效果与补偿前的效果.实验内容1. 各种模拟信号LED模拟调制：三角波,正弦波,语音信号外输入语音信号2. 各种模拟信号LD模拟调制：三角波,正弦波,语音信号外输入语音信号五、实验报告1. 记录并画出各模拟信号的波形,对模拟信号光传输前后的波形进行比较.2. 简述模拟信号光纤传输过程.3. 比较LD与LED模拟信号调制的效果.六、思考题分析和比较LD模拟信号调制与LED模拟信号调制的异同点,并指出其优缺点.实验二数字信号
5、光纤传输实验一、实验目的1. 了解数字信号光纤传输系统的通信原理2. 掌握完整数字光纤通信系统的基本结构二、实验仪器与材料1.光纤通信原理实验箱一台2. 示波器一台三、预习要求预习数字信号光纤传输系统的工作原理.四、实验内容实验原理数字信号的光源驱动电路与模拟驱动电路原理有一定区别.半导体激光器是利用其在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,才会输出激光相干光,因而是有阈值的器件.图2-1为LD的P-I特性曲线与调制波形,图中的Ith为LD的阈值电流.由图可见调制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.IthIbImIP图2-1 LD的P
6、-I特性曲线与调制波形本实验利用光纤对各种数字信号进行传输,以了解和熟悉光纤传输数字信号系统的组成.用双踪示波器观察光发模块与光接收模块各点的波形,并进行比较.图2-3 半导体激光器数字驱动电路数字信号光纤传输系统组成框图如图2-2所示,对原始数字信号产生模块的信号进行各种不同方式的编码和译码,然后通过光纤传输,在测试端口观测输出端的信号波形,并且比较发光二极管的数字驱动与半导体激光器数字驱动效果的异同.测试端口图2-2 数字信号光纤传输系统组成框图原始信号信号处理单元光发端机光收端机信号处理单元编码译码光纤实验内容1. 观察各种数字信号在LD1310nm光纤传输系统中的波形2. 观察各种数字
7、信号在LED850nm光纤传输系统中的波形可选五、实验报告1. 记录并画出LD1310nm数字信号调制过程中各测试点波形.2. 记录并画出LED850nm数字信号调制过程中各测试点波形.六、思考题1. 画出光纤传输数字信号实验框图,并简述数字信号光纤传输过程.2. 比较LD数字光纤传输系统与LED数字光纤传输系统传输信号的效果,并分别分析优缺点.实验三 光纤传输系统实验一、实验目的1. 了解 与语音信号通过光纤传输的全过程2. 掌握模拟 、数字 光纤传输的工作原理二、实验仪器与材料1.光纤通信原理实验箱一台2. 示波器一台三、预习要求 预习 光纤传输系统的工作过程四、实验内容实验原理对于局间通
8、信来说, 语音通信具有举足轻重的作用.以 通信网络为载体,各种模拟或数字信号的传输系统已经商用化.如 、 、拨号网络通信等业务都是在局间 网上实现的. 语音信号的光纤传输分为两种方式,一种方式为模拟 光纤传输,即 用户接口输出的模拟信号直接送入光纤模拟信号传输信道,从而实现两部 的通话由于模拟信号无法直接进行时分复用,因此模拟 光纤传输只能传输一路 语音信号,另一路 语音信号直接用连接导线代替光纤,实验方框图如图3-1所示. 用户接口 用户接口光发送光接收光纤图3-1 模拟光纤传输另一种方式为数字 光纤传输,即 用户接口输出的模拟信号经过PCM编码以后,利用时分复用的方式,将两路信号数字调制成
9、一路信号,然后送入光发端机中进行光纤传输,光收端机接收的信号通过时分解复用,实现信号的分离,分别送入两个 用户接口电路中,实现两部 的全双工通话,其方框图如图3-2所示. 用户接口 用户接口光发送光接收光纤PCM编译码图3-2 数字光纤传输时隙3时隙2时隙1时隙0一帧图3-3 PCM编码帧结构示意图在PCM编译码中,帧同步信号为8KHz,一帧信号分为四个时隙,分别为时隙0、时隙1、时隙2和时隙3；时隙0为帧同步信号,其同步码为固定的码流0 1 1 1 0 0 1 0”,时隙1和时隙2分别为两路 语音调制数据,时隙3为空时隙,在本实验中没有用到用低电平表示,图3-3为PCM编码一帧的结构示意图.
10、实验内容1. 模拟 光纤传输系统实验2. 数字 光纤传输系统实验五、实验报告1. 记录实验过程中各点的波形.2. 评估模拟 通话和数字 通话的质量.3. 评估850nm 光纤传输系统和1310nm 光纤传输系统的性能.六、思考题1. 能否用一根光纤传输两路模拟信号,如果可以,如何实现？如果不行,说明理由.2. 与模拟 相比,数字 有哪些优点?3. 画出PCM编码输出一帧的结构示意图,用示波器观察各帧的波形,说明一帧信息中各时隙代表的意义.实验四图像光纤传输系统实验一、实验目的1. 学习模拟视频信号光纤传输系统组成2. 熟悉图象信号在光纤系统中的传输过程二、实验仪器与材料1.光纤通信原理实验箱一
11、台2. 示波器一台三、预习要求预习模拟视频信号光纤传输系统组成与传输过程四、实验内容实验原理视频信号的传输量日益增长,尤其是有线电视CATV,需要将几十路电视信号送到千家万户.视频信号的光纤传输也是人们非常关注的课题.小摄像头光纤光发送光接收小电视机监视器图4-1 图象光纤传输系统本实验主要采用模拟信号直接调制的方法进行视频信号的光纤传输.系统主要由小摄像头电视信号发生器、小型电视机视频监视器和模拟光纤通信系统组成.通过观察视频信号的光纤传输,测试光纤传输模拟信号的性能.该实验实质上也就是光纤传输模拟信号.实验框图如图4-1所示.小摄像头产生视频信号模拟信号,经过模拟调制送入光发端机,经光纤传
12、输后,由光收端机监测到视频信号并输出到电视机接收端,观测光纤传输视频信号的效果以与特点,以了解光纤传输电视信号的特点.在实验过程中图象效果越好也就说明光纤传输模拟信号的性能就越好,性能越稳定.在进行光纤传输视频信号之前,先调节正弦波模拟传输,使得Vp-p2V的正弦波正常传输,此时视频信号传输效果最佳.实验时可以比较半导体激光器和发光二极管光纤通信系统传输视频信号的效果.实验内容1. 模拟视频信号进行LED调制光纤传输2. 模拟视频信号进行LD调制光纤传输五、实验报告1. 观察图像信号经光纤传输后的效果,评估光纤传输图像信号的性能.2. 比较LED与LD视频传输效果.六、思考题1. 能否采用视频
13、信号数字光纤传输？若能,则还应该具备哪些实验器材？2. 试设计一种方法,利用本实验箱进行电视图像信号和语音信号的光纤传输.实验五 数字光纤通信系统接口码型变换实验一、实验目的1. 了解接口码型在光纤传输中的作用2. 了解HDB3码编译电路实现原理3. 掌握HDB3码的编译码规则与编译码过程二、实验仪器与材料1.光纤通信原理实验箱一台2. 示波器一台三、预习要求预习光纤通信系统的传输码型四、实验内容实验原理接口码型变换电路包括输入接口码型变换和输出接口码型变换两部分内容.这种变换电路完全是为了适应数字传输的需要而设置的,接口码型从我国所采用的数字通信标准制式来看有两种,即HDB3码型和CMI码型
14、,这两种接口码型也就是数字通信的线路传输码型,但是HDB3码不能用作光纤数字通信的线路码型,因此在光发机模块必须要有接口码型变换电路.HDB3码是三阶高密度双极性码High Density Bipolar Codes的简称.所谓三阶,即最大允许连0数为3个.这种码型为PCM一次群、二次群和三次群的电线路传输码型.在数字光纤通信系统中,HDB3码就是相应的PCM设备与数字光纤通信设备之间的接口码型.输入接口码型变换电路就是将HDB3码变换为PCM码,此PCM码经过光纤传输后再经输出接口码型变换电路进行码反变换,得到HDB3码.实验系统方框图如5-1.数字基带信号HDB3编码HDB3译码传输信道图5-1 HDB3编译码实验框图1、HDB3码有如下特点：a) HDB3码的功率谱中无直流分量,高低频成分少,定时信息丰富,有利于定时提取.b) HDB3码是伪三进制码,它的状态用B
