光纖通信實驗指導(dǎo)書

1、光纖通信實驗指導(dǎo)書考試時間：11.25 9:40-11:40 BW505實驗六、九、十、十一可打印 圖手畫 山東建筑大學信息與電氣工程學院 目 錄第一章 光纖通信實驗入門 1實驗一 光纖通信實驗概述11. 實驗系統(tǒng)總體介紹2. 光纖傳輸?shù)姆N類3. 光纖活動連接器的類型實驗二 尾纖波長識別實驗 71. 我國采用的光纖光纜型號的表示方法2. 從光纖光纜的規(guī)格代號中識別尾纖波長3. 用測量法識別尾纖波長實驗三 活動連接器觀察識別實驗111. 光纖通信對活動連接器的基本要求2. 常用的活動連接器的基本結(jié)構(gòu)3. ST型、SC型、FC型、PC型、SMA型連接器的特點實驗四 單模與多模光纖信號傳輸方式識別實

2、驗181. 從光纖光纜的規(guī)格代號中識別光纖信號的傳輸模式2. 從光纖光纜的外套顏色識別光纖信號的傳輸模式第二章 光纖通信基礎(chǔ)實驗20 實驗五 CPLD可編程信號產(chǎn)生及成形實驗 201. 熟悉光纖通信原理實驗系統(tǒng)電路組成2. 熟悉CPLD可編程信號發(fā)生器各測量點信號波形3. 測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)4. 學習CPLD可編程器件的編程操作實驗六 碼型變換及眼圖觀察測試實驗 241. 光纖通信采用的線路碼型及CMI碼的特點2. CMI碼的編解碼實現(xiàn)方法3. 分析CMI編碼時的電路及各測量點波形4. 熟悉眼圖實驗七 光纖發(fā)送系統(tǒng)實驗 301. 熟悉光發(fā)送的電光變換原理2. 測量并分析模擬光發(fā)端機和

3、數(shù)字光發(fā)端機的波形及數(shù)據(jù)3. 了解模擬光發(fā)端機和數(shù)字光發(fā)端機的區(qū)別4. 觀察并分析輸出功率和注入電流的關(guān)系及光源的非線形失真實驗八 光纖接收系統(tǒng)實驗 381. 熟悉光檢測模塊的光電變換原理2. 光收端機的動態(tài)范圍測試實驗3. 光收端機的靈敏度測試實驗4. 光收端機接口電路共模噪聲抑制方法實驗九 PCM數(shù)字電話光纖信道傳輸實驗 441. 熟悉光傳輸系統(tǒng)電話通信全過程2. 數(shù)字光傳輸時工作波形測試及系統(tǒng)性能測試3. 觀察并分析通話過程中的話音信號波形及其影響因素實驗十 雙工數(shù)據(jù)光傳輸系統(tǒng)單元實驗481. 觀察并分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼及各點的波形2. 介紹測試光纖信道的最大中繼距離的方法實驗十一 雙工模

4、擬電話光傳輸系統(tǒng)單元實驗531. 模擬光傳輸時各測量點測試及系統(tǒng)性能測試2. 分析模擬光傳輸與數(shù)字光傳輸系統(tǒng)的異同實驗十二 外加信號在光纖信道傳輸實驗561. 熟悉外加模擬信號在光纖信道傳輸?shù)奶匦?. 熟悉外加數(shù)字信號在光纖信道傳輸?shù)奶匦缘谌?光纖通信加強實驗59 實驗十三 光纖信道誤碼測試實驗591. 了解誤碼測試儀使用方法2. 熟悉光纖信道中的誤碼測試方法3光收端機的誤碼測試實驗實驗十四 雙工數(shù)字光收端機接口指標測試實驗611. 靈敏度測試2. 動態(tài)范圍測試實驗十五 PCM話路特性綜合測試實驗 631.了解PCM的話路特性2.測試并分析PCM的各項話路特性實驗十六 雙工光纖傳輸特性測量實

5、驗641.光纖損耗的插入測試法2.多模光纖帶寬的時域測試法第一章 光纖通信實驗入門實驗一 光纖通信實驗概述實 驗 內(nèi) 容1.實驗系統(tǒng)總體介紹2.光纖傳輸?shù)姆N類3.光纖活動連接器的類型一、總體介紹本實驗系統(tǒng)根據(jù)光纖通信系統(tǒng)原理的主要知識點進行實驗，結(jié)合光纖技術(shù)、電子技術(shù)和可編程器件技術(shù)，針對光纖通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用可進行多項實驗或示教，實驗內(nèi)容重點突出，內(nèi)容豐富，有重點有層次的培養(yǎng)實驗者的動手能力。實驗系統(tǒng)總方框圖如圖1-1所示，實驗系統(tǒng)分布圖如圖1-2所示，它由以下7個部分單元電路組成：1.CPLD可編程器件2.模擬接口單元3.數(shù)字接口單元4.信號處理單元5.光發(fā)端機單元6.光接收機單元7.光纖

6、信道傳輸單元每個單元電路的詳細說明將在后面的實驗中逐一介紹。ST型光纖連接器數(shù)字接口電路模擬接口電路模擬接口電路數(shù)字接口電路半導(dǎo)體光檢測器半導(dǎo)體光源 CPLD可編程器件 發(fā) 信 號 處 理 單 元 收 信 號 處 理 單 元光纖光收端機光發(fā)端機圖1-1 實驗系統(tǒng)總方框圖二、光纖傳輸系統(tǒng)介紹光纖是由高純度的SiO2（俗稱玻璃）制成的良好的通信媒介，其優(yōu)點是尺寸小、質(zhì)量輕，其纖芯典型尺寸多模光纖為50m或62.5m，比人的頭發(fā)絲還小?？闺姶鸥蓴_保密性好，節(jié)省了大量的金屬。最主要的優(yōu)點有兩點：1損耗小傳輸距離遠，其損耗典型值為0.1dB/KM，而與之對應(yīng)的同軸電纜則為5dB/KM。2. 容量大，目前

7、一根光纖的傳輸容量達到320Gbps。光纖通信是以光為載波，以光纖為傳輸媒介的一種通信方式。光載波是由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生的，與我們?nèi)粘Ｉ钪惺煜さ墓庠慈绨谉霟簟⑷展鉄?、發(fā)光二極管（如紅色、綠色、黃色的）不同，它屬于紅外光源。半導(dǎo)體光源的體積小，壽命長，常溫下可連續(xù)工作，尤其是半導(dǎo)體激光源的特性更好，它的發(fā)光功率大，傳送距離遠。光源的發(fā)光波長應(yīng)與光纖的三個低損耗窗口相對應(yīng)，它們分別以0.85m、1.30m、1.55m為中心，1.30m為零色散窗口，1.55m為最低損耗窗口。光纖傳輸系統(tǒng)的基本框圖如圖1-3所示圖1-3 光纖傳輸系統(tǒng)方框圖由圖1-3 知光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)端機，光收端機，光纖組成。光發(fā)端

8、機完成將電信號調(diào)制到光載波上去，采用強度調(diào)制（IM），光收端機完成光信號的解調(diào)，采用直接檢測（DD）屬于非相干解調(diào)，光載波由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生，直接檢測由半導(dǎo)體光檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號。光纖由光纖連接器與光發(fā)端機或光收端機相連，其連接關(guān)系如圖1-4 所示。注意：在連接過程中不能使用蠻勁，仔細將方向、缺口對準，把插頭插入底座然后旋緊保護套環(huán)即可。光纖的彎曲弧度不能太小，以免折斷光纖。插頭前端為陶瓷芯子很易碰碎，注意切勿弄臟、碰碎。(C) 圖1-4 光發(fā)、收端機與光纖連接器連接示意圖三、光纖通信的優(yōu)越性1.最小的傳輸損耗2.極寬的傳輸帶寬3.光纜外形直徑很小4.光纜重量很輕5.與常規(guī)同軸電纜相比

9、，光纜在安裝時更易彎曲6.極不易受電磁場的干擾7.光纜材料更易獲得8.最低的泄漏，最高的安全性9.對高溫和化學物品的最大承受力四、光纖的類型1.多模光纖多模光纖是允許多于一個模式光波傳輸?shù)墓饫w。模式的數(shù)目取決于芯徑、數(shù)值孔徑（接收角）、折射率分布特性和波長。2.單模光纖當入射光波長大于截止波長時，光纖將只能傳輸一個基模的光波。這種只允許一種模式光波的傳輸?shù)墓饫w叫做單模光纖。一般芯徑小于10m。光纖的類型如圖1-5所示。 折射率 光纖芯直徑50-200m包層漸變折射率多模光纖傳輸帶寬1000MHz 折射率 光纖芯單模光纖傳輸帶寬10GHz直徑5-10m 包層 折射率 光纖芯圖1-5 光纖的類型五

10、、光纖活動連接器的類型及操作注意1光纖通信產(chǎn)品中使用的活動連接器類型一般可分為： FC/PC型 FC/APC型 SC或ST型上述三種類型的光纖活動連接器均可作為光輸入/輸出端口。2光纖活動連接器操作注意事項： 連接器應(yīng)放置于清潔場地，不用時應(yīng)蓋好保護帽。 在插拔連接器時，嚴禁用力拉扯光纜、光纖，應(yīng)手握端頭操作。 插針體和套筒要保持干凈，如發(fā)現(xiàn)有污物，應(yīng)用無水乙醇將其清潔干凈。 本實驗箱中所使用的光纖活動連接器是ST型。3光纖通信產(chǎn)品中使用的活動連接器外形如圖1-6所示。圖1-6 活動連接器外形圖六、實驗內(nèi)容1熟悉光纖通信系統(tǒng)的總體電路與結(jié)構(gòu)。2識別光纖活動連接器。3熟悉本系統(tǒng)中的光發(fā)送模塊與光

11、接收模塊的型號。 實驗二 尾纖波長識別實驗實 驗 內(nèi) 容1.我國采用的光纖光纜型號的表示方法2.從光纖的規(guī)格代號中識別尾纖波長3.用測量法識別尾纖波長一、實驗?zāi)康?.了解我國采用的光纖光纜型號的表示方法 2.學會從光纖的規(guī)格代號中識別尾纖波長 3.了解用測量光纖損耗來識別尾纖波長的方法二、實驗電路工作原理光纖線路的兩端一般是通過一段短光纖把線路與光端機連接起來的。這一段短光纖長度為3米或5米、10米，因其位置處于光纖線路的尾部，故稱為尾纖。尾纖的傳輸特性有工作波長、信號傳輸模式、帶寬與損耗等，通常這些通過光纖光纜的型號標志來識別，也可以用儀表來測試。1.光纖光纜的型號標志光纖光纜的型號，各個國

12、家標志的方法不盡相同。我國光纖光纜的型號由光纜型式代號和光纖規(guī)格代號兩部分組成，舉例說明如下： 光纜型式代號的構(gòu)成 光纖規(guī)格代號的構(gòu)成12345abbcc （1）光纜型式代號由五部分組成，各部分均用代號表示。分類及代號例如：GY通信用室（野）外光纜GR通信用軟光纜GJ通信用室（局）內(nèi)光纜GS通信設(shè)備內(nèi)光纜GH通信用海底光纜GT通信用特殊光纜加強構(gòu)件及代號無符號金屬加強構(gòu)件F非金屬加強構(gòu)件C金屬重型加強構(gòu)件H非金屬加強構(gòu)件派生特征及代號B扁平形狀Z自承式結(jié)構(gòu)T填充式結(jié)構(gòu)護套及代號Y聚乙烯護套V聚氯乙烯護套U聚氨酯護套A鋁-聚乙烯粘接護套L鋁護套G鋼護套Q鉛護套S鋼-鋁-聚乙烯綜合護套外護層及代號

13、外護層型號用數(shù)字代號表示材料的含義，并按鎧裝層和外被層結(jié)構(gòu)順序編列，見表2-1。表2-1：第一位數(shù)字標記鎧裝層材料第二位數(shù)字標記外被層材料0無0無11纖維層2雙鋼帶2聚氯乙烯套3細圓鋼絲3聚乙烯套4粗圓鋼絲4例如：03聚乙烯外護層33鋼絲鎧裝聚乙烯外護層（2）光纖規(guī)格代號也由五部分組成，各部分均用代號表示。1光纖數(shù)光纖數(shù)表示纜內(nèi)同類型光纖的實際有效數(shù)。2光纖類別及代號 J二氧化硅系多模漸變型光纖 T二氧化硅系多模階躍型光纖 Z二氧化硅系多模準階躍型光纖 D二氧化硅系單模光纖 X二氧化硅系塑料包層光纖 S塑料光纖3光纖主要尺寸參數(shù)多模光纖：芯徑/包層直徑（m）單模光纖：模場直徑/包層直徑（m）4

14、光纖傳輸特性及代號 a：使用波長的代號，是一位數(shù)。規(guī)定如下：1使用波長在850nm區(qū)域2使用波長在1300nm區(qū)域3使用波長在1550nm區(qū)域bb：衰減系數(shù)的代號，是二位數(shù)。其數(shù)字依次為光纜中光纖衰減常數(shù)分類數(shù)值（dB/km）的個位和十分位數(shù)字。cc：模式帶寬的代號，是二位數(shù)。其數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶寬分類數(shù)值（MHzkm）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項。例1：傳輸特性代號（13002）表示使用波長在850nm區(qū)域；光纜中光纖衰減常數(shù)不大于3.0 dB/km；模式帶寬不小于200MHzkm的多模光纖。例2：傳輸特性代號（208）表示使用波長在1300nm區(qū)域；光纜中光纖衰減常數(shù)不大于0.

15、8 dB/km的單模光纖。5允許適用范圍及代號表2-2：代 號 適 用 溫 度 范 圍 （）A- 40 + 40B- 30 + 50C- 20 + 60D- 5 + 60舉例：金屬加強構(gòu)件、油膏填充、鋼-鋁-塑料綜合護套、鋼絲鎧裝、聚乙烯外護層的通信用室外光纜，其中包括12根模場直徑/包層直徑為10/125m的二氧化硅系單模光纖，在1300nm波長上衰減常數(shù)不大于0.5dB/km，光纜的適用溫度為-20+60的光纜型號表示為GYTS3312D10/125（205）C本實驗系統(tǒng)使用國外廠商生產(chǎn)的尾纖，其型號表示方法與上述的不同，在尾纖的外套上印有許多數(shù)字、代碼，其中有關(guān)光纖規(guī)格的代號有“1FIB

16、ER 62.5/125”。第一位數(shù)字代表工作波長，1型工作波長為850nm，2型工作波長為1300nm，3型工作波長為1550nm。后面的分式中分子表示纖芯的直徑為62.5m，分母表示包層的直徑為標準的125m。 2.尾纖波長的識別 由上可知，尾纖的波長可通過查找光纖的規(guī)格代號來識別，另外供貨商還隨尾纖附有型號規(guī)格和插入損耗測試報告。如本實驗系統(tǒng)所用尾纖生產(chǎn)廠家molex提供的說明書上寫有三項文字：型號編碼；型號規(guī)格ST/PCST/PC/mm/3mm/L5m；插入損耗：A（0.05dB）、B（0.1dB）。其中ST/PC表示尾纖兩端使用的是ST型活動連接器，連接器內(nèi)部光纖的端面拋光成圓凸形；3

17、mm/L 5m表示尾纖包層外徑為3mm,尾纖長度為5米。3.尾纖波長的測試 每種光纖都有特定的工作波長，當注入光信號的波長等于工作波長時，光纖損耗最小，反之光纖損耗增大。因此把不同波長的光信號注入光纖，測量光纖損耗，當光纖損耗最小時，該光信號的波長即為尾纖的工作波長。三、實驗內(nèi)容1閱讀光纖光纜型號的表示方法2.從觀察光纖規(guī)格代號中識別尾纖波長3（*）用測量法識別尾纖波長注：*表示實驗需要穩(wěn)定光源配合，如果實驗條件不具備，學生可只做閱讀學習四、實驗步驟及注意事項1.識別本實驗系統(tǒng)尾纖波長小心松開尾纖的扎帶，閱讀尾纖外套上的標識，從其規(guī)格代號中判斷它的波長，纖芯直徑與包層直徑，尾纖長度。閱讀完畢，

18、用扎帶照原樣扎好尾纖。2.（*）測量尾纖的波長 a如圖2-1所示，由光源發(fā)出的穩(wěn)定光功率以一定波長（例=0.85m）注入到尾纖，尾纖的輸入端前要接入擾模器，使模功率分布在注入尾纖時就達到穩(wěn)定狀態(tài)。用光功率計測量輸出端的光功率作為P2，然后去掉尾纖，測出擾模器輸出端的光功率作為P1。則尾纖損耗 式2-1b用同樣方法測另一個信號波長，例如=1.3m的尾纖損耗。 尾纖光 源擾模器光功率計圖2-1 尾纖測量示意圖c.變換幾個波長得出不同波長的尾纖損耗，其中尾纖損耗最小光信號波長即為尾纖波長。五、實驗報告要求1.怎樣從光纖型號中識別尾纖的工作波長。2.（*）怎樣用測量方法識別尾纖的工作波長。實驗三 活動

19、連接器觀察識別實驗實 驗 內(nèi) 容 1.光纖通信對活動連接器的基本要求2.常用的活動連接器的基本結(jié)構(gòu)3.ST型、SC型、FC型、PC型、SMA型連接器的特點一、實驗?zāi)康?.了解光纖通信對活動連接器的基本要求2.熟悉常用的活動連接器的結(jié)構(gòu)特點3.了解ST型、SC型、FC型、PC型、SMA型連接器的特點二、光纖活動連接器的分類與結(jié)構(gòu)1.光纖通信對活動連接器的要求光纖通信對活動連接器的基本要求是：插入損耗小，受周圍環(huán)境變化的影響小，易于連接和拆卸，重復(fù)性、互換性好，可靠性高，價格低廉。2.光纖活動連接器的分類活動連接器按纖芯插針、插孔的數(shù)目不同分有單芯活動連接器和多芯活動連接器兩類；按結(jié)構(gòu)不同分有FC

20、型、ST型、SC型、SMA型、D4型等類；按光纖插孔端面形狀不同分有PC型、APC型兩種；按功能分有插頭、插座、轉(zhuǎn)接器三類。下面我們主要介紹單芯活動連接器。3.光纖活動連接器的結(jié)構(gòu)單芯活動連接器的基本結(jié)構(gòu)是插針和插孔。由光纖連接損耗的計算可知，影響損耗的主要外在因素是相互連接的兩根光纖的纖芯之間的錯位和傾斜，所以在連接器的結(jié)構(gòu)中，要求插針中的纖芯與插孔有很高的同心度，相連的兩根插針在插孔中能精確的對準。(1)ST型活動連接器過去一般連接器是螺紋接口，連接費時，使用不很方便。在光纖網(wǎng)絡(luò)中，由于大量使用連接器，要求采用非螺紋接口連接器，ST型連接器是一種卡口式的連接器，它采用帶鍵的卡口式緊鎖機構(gòu)，

21、確保每次連接均能準確對中。插針直徑為2.5mm，其材料可為陶瓷或金屬。它可在現(xiàn)場安裝，也可在工廠預(yù)裝成光纖組件。在本實驗系統(tǒng)中，ST插座就與半導(dǎo)體發(fā)光二極管組裝在一起構(gòu)成光發(fā)送組件或與光檢測管、放大器等組件組裝成光接收組件，組件用雙列直插的8針插頭向外連接。電路板上再裝上雙列直插的8孔插座，使用時把組件的8針插頭插入電路板的8針插座內(nèi)即實現(xiàn)了光纖與光收發(fā)組件再與電路板線路的連接。圖3-1為ST型連接器的結(jié)構(gòu)圖，圖3-2為本實驗系統(tǒng)中的帶ST型插座的光發(fā)送/光接收組件的幾何尺寸圖。組件與ST連接器的插座連成一體，既減少了插入損耗，又易于連接和拆卸，重復(fù)性、互換性好，可靠性高，還降低了總體成本。目

22、前ST型活動連接器的插入損耗典型值為0.3dB，最大值為0.5dB；其后向反射損耗在一般情況下為-31dB，但在端面作精細處理后，可-40dB。圖3-1 ST型連接器的結(jié)構(gòu)圖圖3-2 帶雙列直插插頭的ST型插座的光發(fā)送/光接收組件的幾何尺寸圖(2)SC型活動連接器這是一種推拉式的連接器，外殼為矩形，采用模塑工藝制成，適用于多芯光纜的高密度封裝。其插入損耗很低，僅0.07dB，后向反射損耗為-32.5dB，壽命為1000次。3M公司生產(chǎn)的這種連接器有兩種不同的尺寸，適用于單?；蚨嗄?，其插針為PC型的氧化鋯陶瓷。兩類連接器的平均插入損耗為0.25dB，壽命為1000次，單模連接器的典型的后向反射損

23、耗為-45dB。SC型活動連接器的結(jié)構(gòu)見圖3-3，其中（a）圖為標準的單根插頭，（b）為SC/SC轉(zhuǎn)接器，（c）為SC/FC轉(zhuǎn)接器。圖3-4為HFBR-0400 SC系列連接器插座的幾何尺寸圖，該圖表示的為帶雙列直插插頭的SC連接器插座組件結(jié)構(gòu)。圖3-3 SC型活動連接器的結(jié)構(gòu)圖圖3-4 HFBR-0400 SC系列連接器插座的幾何尺寸圖(3)FC型活動連接器FC型活動連接器的插頭、插座結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。插座由C型插孔和插座體等零件組成。它主要使用在光纜線路與傳輸設(shè)備間的連接，可以方便地進行光路的調(diào)度或線路的測試。連接器具有很高的精度。圖3-5 FC型活動連接器的插頭、插座結(jié)構(gòu)圖3-6是HF

24、BR-0400 FC系列連接器插座幾何尺寸圖。該圖表示的為帶雙列直插插頭的FC連接器插座組件結(jié)構(gòu)。圖3-6 HFBR-0400 FC系列連接器插座幾何尺寸圖(4)SMA型活動連接器SMA型光纖活動連接器為區(qū)別于SMA電氣連接器，有時又稱為FSMA型連接器。它又分兩種型號，一種是905型，另一種是906型，如圖3-7和圖3-8所示。905型的插針直徑為3.18mm。906型的插針直徑為2.154mm，這是第二代產(chǎn)品，插針的對中精度優(yōu)于905型，外形有一凸臺，凸臺直徑為3.05mm。SMA型連接器主要用于多模光纖。905型是為光纖束和大芯徑光纖設(shè)計的，大多用于光纖（纜）與有源器件的耦合。906型是

25、為標準的多模短途通信或傳感光纖（50/125、62.5/125、100/140）而設(shè)計的。但目前已開始應(yīng)用于單模光纖。圖3-7 SMA型光纖活動連接器結(jié)構(gòu)圖圖3-8 SMA型光纖活動連接器幾何尺寸圖(5)PC型和超PC型活動連接器為改進CATV、調(diào)幅視頻傳輸以及長途通信中高速激光器的傳輸質(zhì)量，要求光纖連接器具有低后向反射，因此出現(xiàn)了光纖的端面不是采用垂直研磨端面，而是采用球面研磨端面的PC型連接器或者傾斜研磨端面的超PC型連接器。PC是Physical Contact（物理接觸）的縮寫。a.PC型連接器這種連接器是將光纖插針的端面研磨拋光成圓凸形（R60），使兩根光纖在插孔中達到物理接觸狀態(tài)，

26、不僅降低了連接器的插入損耗，而且減少了連接處的后向反射。一般的PC型連接器，其典型的插入損耗為0.2dB，后向反饋損耗為-35dB。3M公司的FC/PC型連接器采用FC型的結(jié)構(gòu)，光纖插針的端面作圓凸形拋光，在現(xiàn)場安裝時，典型的后向損耗為-38dB，而在工廠安裝時平均的后向損耗可達-40dB。b.超PC型連接器這種連接器不僅對光纖端面進行圓凸形（R20）的研磨和拋光，而且有的端部具有一定的角度。按后向反射損耗的分布狀況，超PC型連接器又可分為SPC型和APC型（Angle PC）型兩種。SPC型的后向反射損耗可達-45dB，APC型的后向反射損耗可達-55dB。如BICC公司的超PC型連接器，光

27、纖端面有6的傾斜，其后向反射損耗達-55dB，插入損耗為0.77dB。一般而言，端面角度增大，插入損耗也增大，所以必須選擇一個適中的角度。SPC型和APC型連接器的光纖端面示意圖如圖3-9所示。圖 3-9 SPC型和APC型連接器的光纖端面示意圖4. 本實驗選用的活動連接器本實驗選用的是ST型活動連接器，其它幾種類型的活動連接器沒有選用。因此，在選用測量儀表如光功率計時，應(yīng)注意選配ST型活動連接器才能做本次實驗。三、實驗內(nèi)容1.光纖通信對活動連接器的基本要求2.常用的活動連接器的基本結(jié)構(gòu)3. ST型、SC型、FC型、PC型、SMA型連接器的特點4.進一步熟悉ST型活動連接器四、實驗步驟及注意事

28、項1.仔細閱讀前面關(guān)于活動連接器的講述。2.將本實驗系統(tǒng)尾纖所用ST插頭及光收發(fā)組件中的ST插座，對照圖3-1、圖3-2，熟悉ST活動連接器的結(jié)構(gòu)。3.觀察ST活動連接器的結(jié)構(gòu)。五、實驗報告要求1.列出活動連接器的分類及對它的基本要求。2.列出ST、SC、FC、SMA、PC活動連接器的結(jié)構(gòu)特點。3.說明光纖端面有哪幾種研磨方式，為何要采用球面研磨與傾斜研磨端面。實驗四 單模與多模光纖信號傳輸方式識別實驗實 驗 內(nèi) 容1.從光纖的規(guī)格代號中識別光纖信號的傳輸模式2.從光纖的外套顏色識別光纖信號的傳輸模式一、實驗?zāi)康?.了解單模光纖與多模光纖的特點2.了解識別單模光纖與多模光纖的常用方法二、實驗電

29、路工作原理光纖按其傳輸光波的模式來分，有單模光纖與多模光纖兩大類。它們的結(jié)構(gòu)不同，因而各具不同的特性與用途。1.單模光纖用來傳輸單一基模光波的光纖稱為單模光纖，它要求入射光的波長大于光纖的截止波長，單模光纖的纖芯直徑很小，一般為5-10m。單模光纖對于光的傳輸損耗將是最小的，因為光場只在光纖的中心傳導(dǎo)。但是由于纖芯直徑很小，對于光纖與光源的耦合及光纖之間的接續(xù) 將帶來明顯困難。單模光纖可徹底消除模間色散，在波長為1.27m時，材料色散趨近于零，或者可以使得材料色散與波導(dǎo)色散相抵消。因此，長距離大容量的長途通信干線及跨洋海底光纜線路全部采用單模光纖。由于1.55m波長時單模光纖的損耗更低，人們已

30、研究了使光纖的零色散波長移到1.55m的技術(shù)和使激光器（LD）的頻譜更窄的技術(shù)，以求同時達到最低的損耗及最寬的帶寬，從而最大限度地增大中繼距離及信息容量。2.多模光纖用來傳輸多種模式光波的光纖稱為多模光纖，模式的數(shù)目取決于芯徑、數(shù)值孔徑（接收角）、折射率分布特性和波長。將單模光纖的纖芯增大，光纖將成為多模光纖。多模光纖的纖芯直徑遠遠大于單模光纖，一般為50-200m。在臨界角內(nèi)，各個模式的入射光波分別以不同角度，在光纖內(nèi)的纖芯與包層的的界面處發(fā)生全反射而沿光纖全長傳輸。突變型多模光纖的纖芯部分折射率保持不變，而在纖芯與包層的界面折射率發(fā)生突變。這種光纖模間群時延時差大，一般傳輸帶寬為100MH

31、zKm。常做成大芯徑（例如100m）、大數(shù)值孔徑（例如NA大于0.3）光纖，提高光源與光纖的耦合效率，適用于短距離、小容量的系統(tǒng)。這種光纖的使用相當廣泛。 3.識別單模光纖與多模光纖的方法識別單模光纖與多模光纖的基本方法是從光纖的產(chǎn)品規(guī)格代號中去了解。如我國光纖光纜型號的規(guī)格代號的第二部分用J代表多模漸變型光纖，用T代表多模階躍型光纖，用Z代表多模準階躍型光纖，用D代表單模光纖。其次是從光纖的纖芯直徑去識別。單模光纖的芯徑很細，通常芯徑小于10m；多模光纖的芯徑比單模光纖大幾倍。例如本實驗系統(tǒng)的尾纖外套上標出它的芯徑為62.5m，故可識別出它是多模光纖。第三種方法是從光纖外套的顏色上識別。通常

32、黃色表示單模光纖，橙色表示多模光纖。本實驗系統(tǒng)用的光纖外套是橙色的，故為多模光纖。三、實驗內(nèi)容1.從光纖的規(guī)格代號中識別光纖信號的傳輸模式2.從光纖的外套顏色識別光纖信號的傳輸模式四、實驗步驟及注意事項1.認真閱讀我國采用的光纖光纜型號的表示方法（見本書實驗二），了解單模、多模光纖的表示方法。2.從本實驗系統(tǒng)所用尾纖上查找外套上的標記，看從哪些標記能幫助識別它是單?；蚨嗄９饫w。3.從尾纖外套的顏色去識別它是單?；蚨嗄９饫w。五、實驗報告要求1.簡單歸納單模光纖與多模光纖的特點。2.有哪些方法可以識別光纖是單?；蚨嗄９饫w。3.寫出你根據(jù)哪些特征識別本實驗系統(tǒng)的尾纖是單模或多模光纖。第二章 光纖通信

33、基礎(chǔ)實驗實驗五 CPLD可編程信號產(chǎn)生及成形實驗 實 驗 內(nèi) 容 1.熟悉光纖通信原理實驗系統(tǒng)電路組成2.熟悉CPLD可編程信號發(fā)生器各測量點信號波形 3.測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù) 4.學習CPLD可編程器件的編程操作 一、實驗?zāi)康?.熟悉光纖通信原理實驗系統(tǒng)的電路組成。2.熟悉光纖通信系統(tǒng)發(fā)送端信號產(chǎn)生的方法。3.掌握CPLD可編程器件的開發(fā)應(yīng)用及二次開發(fā)。二、實驗電路工作原理光纖通信實驗系統(tǒng)中需要用到各種信號，除了不同頻率、不同脈沖寬度的時鐘信號、同步脈沖信號之外，還有正弦波、方波、偽隨機序列碼、CMI碼、PCM碼等測試信號，本實驗要求參加實驗者了解這些信號的產(chǎn)生方法、工作原理以及測量

34、方法，并可通過CPLD可編程器件的二次開發(fā)生成這些信號，理論聯(lián)系實際，提高實際操作能力。1電路組成信號發(fā)生器電路的功能是供給各實驗系統(tǒng)的各種時鐘信號、測試信號和其他有用信號，它由以下電路組成：（1)CPLD可編程器件Xilinx公司的XC95108（2)偽隨機序列碼產(chǎn)生電路（3)正弦信號發(fā)生器電路（4)外加模擬與數(shù)字信號輸入電路（5)CMI編碼電路（6)模擬電話與數(shù)字電話輸入電路（7)誤碼測試輸入/輸出電路（8)HDB3編解碼電路 2電路工作原理（1) CPLD可編程器件Xilinx公司的XC95108圖5-1是XC95108的結(jié)構(gòu)圖，圖5-2是可編程信號發(fā)生器管腳定義圖。通過CPLD可編程器

35、件Xilinx公司的XC95108進行編程，可實現(xiàn)下列輸出波形：a2.048MHz主頻時鐘信號b64KHz方波信號c8KHz的幀同步成形信號d偽隨機序列碼信號，其碼形為：0101（十五位），碼元速率為32KHzeCMI碼（1B2B碼）f32KHz方波信號g5B6B碼圖5-1 XC95108CPLD結(jié)構(gòu)圖 TP01 TP04 32KHz TP02 TP05 TP03 TP06 32KHz偽隨機碼XC951082048KHz主頻時鐘8腳 5腳7腳 9腳3腳 4腳 CMI碼64KHz方波32KHz方波8KHz窄脈沖 圖5-2可編程信號發(fā)生器管腳定義圖（2)偽隨機碼發(fā)生器電路眾所周知，偽隨機序列也稱作

36、m序列，它的顯著特點是：a.隨機特性；b.預(yù)先可確定性；c.可重復(fù)實現(xiàn)。三、實驗內(nèi)容1.熟悉光纖通信原理實驗系統(tǒng)電路組成2.熟悉信號發(fā)生器各測量點信號波形TP01、TP02、TP03、TP04、TP05、TP063.測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)4.熟悉CPLD可編程器件的編程操作具體步驟與實驗方法見本公司提供的通信實驗裝置二次開發(fā)指南四、實驗步驟及注意事項1.接好電源，打開交流電源，打開開關(guān)K01、K02，使電路工作。2.用示波器測出各測量點波形，并對每一測量點的波形加以分析。GND為接地點，測量各點波形時示波器探頭的地線應(yīng)接地良好。五、測量點說明1.TP01:由CPLD可編程器件編程產(chǎn)生的的

37、主頻時鐘信號2.TP02:由CPLD可編程器件編程產(chǎn)生的64KHz的方波信號3.TP03:由CPLD可編程器件編程產(chǎn)生的8KHz的窄脈沖（幀同步信號）4.TP04:由CPLD可編程器件編程產(chǎn)生的32KHz的偽隨機碼5.TP05:由CPLD可編程器件編程產(chǎn)生的為CMI碼6.TP06:由CPLD可編程器件編程產(chǎn)生的32KHz的方波信號各測試點具體波形TP01: 2048KHzTP02: 64KHzTP03: 8KHz的窄脈沖TP0432KHz的偽隨機碼 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 TP05CMI碼 TP0632KHz時鐘 六、實驗報告要求1.分析電路的工作原理，敘述

38、其工作過程。2.根據(jù)測試的實驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)象與波形，寫出分析的結(jié)果，與實測的比較兩者是否一致。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗六 碼型變換及眼圖觀察測試實驗實 驗 內(nèi) 容1.光纖通信采用的線路碼型及CMI碼的特點2. CMI碼的編解碼實現(xiàn)方法3. 分析 CMI編解碼的電路及各測量點波形4.熟悉眼圖一、實驗?zāi)康?.了解光纖通信采用的線路碼型2.掌握CMI碼的特點及編解碼實現(xiàn)方法3.掌握在光纖信道測量眼圖的方法二、實驗電路工作原理1.線路碼型數(shù)字光纖通信與數(shù)字電纜通信一樣，在其傳輸信道中，通常不直接傳送終端機（例如PCM終端機）輸出的數(shù)字信號，而需要經(jīng)過碼型變換，使之變換成為

39、適合于傳輸信道傳輸?shù)拇a型, 稱之為線路碼型. 在數(shù)字電纜通信中, 電纜中傳輸?shù)木€路碼型通常為三電平的“三階高密度雙極性碼”, 即HDB3碼，它是一種傳號以正負極性交替發(fā)送的碼型。在數(shù)字光纖通信中由于光源不可能發(fā)射負的光脈沖，因而不能采用HDB3碼，只能采用“0”“1”二電平碼。但簡單的二電平碼的直流基線會隨著信息流中“0”“1”的不同的組合情況而隨機起伏，而直流基線的起伏對接收端判決不利，因此需要進行線路編碼以適應(yīng)光纖線路傳輸?shù)囊?。線路編碼還有另外兩個作用：其一是消除隨機數(shù)字碼流中的長連“0”和長連“1”碼，以便于接收端時鐘的提取。其二是按一定規(guī)則進行編碼后，也便于在運行中進行誤碼監(jiān)測，以及

40、在中繼器上進行誤碼遙測。數(shù)字光纖通信傳輸信道中，對于低速率系統(tǒng)采用CMI(Coded Mark Inversion) 碼,傳號翻轉(zhuǎn)碼，即“1”碼交替地用“00”和“11”表示，而“0”碼則固定用“01”表示，因此在1個時鐘周期內(nèi)，CMI編碼器輸入1bit的時間內(nèi)輸出變?yōu)?bit。CMI碼屬于二電平的不歸零（NRZ）的1B2B碼型，圖6-1 為CMI碼與NRZ的關(guān)系，這種碼的特點是:（1)不出現(xiàn)連續(xù)4個以上的“0”碼或“1”，易于定時提取。（2)電路簡單，易于實現(xiàn)。（3)有一定的糾錯能力。當編碼規(guī)則被破壞后，即意味著誤碼產(chǎn)生，便于中繼監(jiān)測。（4)有恒定的直流分量，且低頻分量小，頻帶較寬。（5)傳

41、輸速率為編碼前的2倍，適用于低速率的光纖傳輸系統(tǒng)。定時（CLK）1 1 1 0 1 0 0 1NRZ1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 CMI圖6-1 CMI碼與NRZ碼的轉(zhuǎn)換關(guān)系2.CMI編碼電路（1)CMI編碼電路的功能CMI編碼電路的方框圖見圖6-2。它接收來自偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的15位的偽隨機碼，把它變換為CMI碼送至光發(fā)送單元。偽隨機碼產(chǎn)生器及CMI編碼電路均由CPLD可編程信號發(fā)生器XC95108內(nèi)的邏輯電路組成。CMI碼PN碼32KHz時鐘TP05TP06TP04可編程信號發(fā)生器CMI編碼電路圖6-2 可編程信號發(fā)生器CMI編碼電路方框圖（2)CMI編

42、碼電路的輸入輸出波形 CMI編碼電路輸入的偽隨機碼、32KHz時鐘、輸出的CMI碼可分別在TP04、T06、TP05測量，其波形見圖6-3所示PN碼32KHz時鐘CIM TP05圖6-3 CMI編碼電路的輸入輸出波形3.CMI解碼電路（1）CMI解碼電路的功能CMI解碼器將光收端機送來的CMI碼還原為單極性非歸零碼，在本實驗中為15位偽隨機碼。（2)電路組成CMI解碼器由U902A、U902B、U903A、U904A、U905A等組成，其組成方框圖、電原理圖如圖6-4、6-5所示。它的設(shè)計思路是采用串并變換電路把串行碼變成并行碼，即把CMI碼的每一組00、11、或01碼中的奇數(shù)碼與偶數(shù)碼分離開

43、來，變成奇偶分列的、時序一致的碼序列，再用判決電路逐一加以比較，判決輸出傳號還是空號，從而解出單極性信碼。CMI解碼電路中，奇數(shù)碼提取電路由U902:A、U902:B組成，它是兩級移位寄存器，第一級用同相時鐘觸發(fā)，第二級用反相時鐘觸發(fā)，使奇數(shù)碼延遲了一個64Kb/s碼元的時間, 從而與偶數(shù)碼同時出現(xiàn)于判決電路輸入端，見圖6-6中 TP904、TP905的波形。偶數(shù)碼提取電路由U903:A組成，它是一級移位寄存器，用反相時鐘觸發(fā)。判決電路由異或門U904:A和反相器U905:A組成，異或門作邏輯比較器用，兩個輸入端電平相同時輸出低電平，相反時輸出高電平。反相器用來實現(xiàn)判決器所要求的邏輯關(guān)系，它將

44、異或門輸出信號反相，從而使判決器在奇偶數(shù)碼相同時輸出傳號(高電平)，相異時輸出空號(低電平)。 串并變換之后碼速也隨之降低一半，從輸入的64Kb/s恢復(fù)為輸出的32Kb/s。奇數(shù)碼提取電路PN碼（單極性信號）CMI碼信號判決電路 奇數(shù)碼偶數(shù)碼提取電路 偶數(shù)碼圖6-4 CMI解碼器方框圖圖6-5 CMI解碼器電路及眼圖觀察電路15位CMI碼0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 115位PN碼0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 圖6-6 CMI解碼電路各點波形（3)工作過程當一序列64Kb/s的CMI碼進入解碼器后，奇數(shù)碼經(jīng)過兩級移存器與只經(jīng)過一級移存器的

45、偶數(shù)碼同時到達判決電路，判決器U904A與U905A根據(jù)CMI碼的編解碼規(guī)則解碼：奇偶數(shù)碼相同者判為傳號、相反者判為空號。輸出一序列32Kb/s的單極性碼，本實驗為15位偽隨機碼。(可從TP906測量)4眼圖觀察電路眼圖觀察電路由U901C及一些阻容元件組成，詳見圖6-5所示。眼圖是在同步狀態(tài)下，各個周期的隨機信碼波形重疊在一起所構(gòu)成的動態(tài)波形圖，其形狀類似一個眼睛故名眼圖，它是觀察是否存在碼間干擾的最簡單直觀的方法。將時鐘輸入示波器的通道1、偽隨機碼的輸出接示波器的通道2，緩慢調(diào)整示波器的同步旋鈕即可在示波器上觀察到眼圖，實際上眼圖就是隨機信號在反復(fù)掃描的過程中疊加在一起的綜合反應(yīng)。眼圖的垂

46、直張開度表示系統(tǒng)的抗噪聲能力，水平張開度反映過門限失真量的大小。眼圖的張開度受噪聲和碼間干擾的影響，當光收端機輸出端信噪比很大時眼圖的張開度主要受碼間干擾的影響，因此觀察眼圖的張開度就可以估算出光收端機碼間干擾的大小。如圖6-7所示，其中垂直張開度 水平張開度V1 V2t1t2 圖6-7 模型化眼圖J301TP302甲方光發(fā)端機光發(fā)單元TP402數(shù)字信號選擇開關(guān)（手工操作）數(shù)字信號選擇開關(guān)（手工操作）S401TP906光收單元發(fā)端眼圖測試信號TP04PN碼CPLD可編程邏輯電路K901312TP903TP907眼圖觀察電路甲方乙方圖6-8 (a) PN碼眼圖觀察方框圖TP401乙方光收端機尾纖

47、TP301圖6-8(b) CMI碼眼圖觀察方框圖光發(fā)單元J301數(shù)字信號選擇開關(guān)（手工操作）S401數(shù)字信號選擇開關(guān)（手工操作）眼圖觀察電路TP907TP906TP402光收單元發(fā)端眼圖測試信號CMI編碼CPLD可編程邏輯電路TP05K901312TP903甲方乙方TP401TP302乙方光收端機尾纖甲方光發(fā)端機TP301三、實驗內(nèi)容1.了解光纖通信采用的線路碼型及CMI碼的特點2.了解CMI碼的編解碼實現(xiàn)方法3.分析CMI編解碼器電路的各個測量點的波形4.比較CLK時鐘、NRZ碼及CMI碼的異同5.觀察眼圖四、實驗步驟及注意事項1將K301按下，為數(shù)字光纖傳輸信號，接通數(shù)字通道。此時，發(fā)光二極管D301不亮；2將J301跳線設(shè)置在CMI位置，J401跳線設(shè)置在CMI位置。3.用示波器測出CMI編解碼電路各測量點TP04、TP05、TP301、TP302、TP401、TP402、TP903、TP906的波形。4.用示波器觀察眼圖測量點TP907的波形。測試方法如下：若用示波器的一根探頭放在TP907，另一根探頭放在TP06，調(diào)整好示波器使輸出波形同步，才能觀察到眼圖的波形。五、測量點說明1.TP04:由CPLD可編程器件產(chǎn)生的數(shù)字基