《光纖通信》實驗教學大綱

光纖通信實驗教學大綱目錄《光纖通信》 32一、課程簡介 34二、課程實驗教學的目的、任務與要求 34三、實驗方式與基本要求 34四、實驗項目設置 34五、教材（講義、指導書）參考書： 34六、實驗報告要求 35七、考試(考核)方式 35附件： 36《光纖通信》課程實驗項目1 36《光纖通信》課程實驗項目2 38《光纖通信》課程實驗項目3 41《光纖通信》課程實驗項目4 43

課程名稱：光纖通信課程編號：056517英文名稱：OpticalFiberCommunication課程性質：非獨立設課課程屬性：專業(yè)應開實驗學期：第5學期學時學分：課程總學時--48實驗學時--8課程總學分3.5實驗學分實驗者類別：本科生適用專業(yè)：電子信息工程；電子科學與技術先修課程：通信原理一、課程簡介《光纖通信》是信息、通信、電子等專業(yè)本科生的一門專業(yè)課。通過本課程的學習，使學生了解光纖通信系統(tǒng)、掌握光纖通信的基本知識，為從事光纖通信工作以及進一步的深入學習和研究奠定必要的理論基礎。二、課程實驗教學的目的、任務與要求光纖是現代通信網絡中傳輸信號的最佳媒質，作為未來通信領域的專業(yè)技術人員，必須了解和掌握有關光纖通信的原理、器件、光纖通信系統(tǒng)。三、實驗方式與基本要求光學器件屬于昂貴易損器件，所以在實驗操作過程中應加倍小心，防止光學器件的損壞。四、實驗項目設置序號實驗編號實驗項目名稱實驗內容提要實驗時數實驗類型實驗類別實驗要求每組人數數字信號光纖傳輸實驗電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗數字光纖通信系統(tǒng)綜合實驗光纖通信網中的光波分復用技術實驗五、教材（講義、指導書）參考書：徐寶強，楊秀峰主編：《光纖通信及網絡技術》，北京航空航天出版社，2003年原榮主編：《光纖通信網絡》，電子工業(yè)出版社，2000年魏繼明主編：《光纖通信》，河北科學技術出版社，2001年王原麗主編：《光纖傳輸系統(tǒng)教學實驗指導書》，2004年六、實驗報告要求要求有實驗目的、原理、內容和步驟以及實驗結果和數據分析，不可偷工減料。七、考試(考核)方式（1）平時成績考查學生預習情況、在平時的實驗中注意人身安全和設備的安全情況、實驗課的出勤情況等。（2）實驗操作在每次的實驗中，我們認真對每個同學的實驗過程、儀器操作使用、實驗技能與效果，以及實驗記錄等四個環(huán)節(jié)進行當場評價、登記。（3）實驗報告實驗報告質量是衡量實驗效果的依據，是反映學生分析問題、研究問題、解決問題、撰寫科技論文的能力。

附件：《光纖通信》課程實驗項目1實驗項目名稱及實驗項目編號數字信號光纖傳輸實驗，1/4課程名稱及課程編號光纖通信，055517實驗目的1、了解數字信號光纖傳輸系統(tǒng)的通信原理2、掌握完整數字光纖通信系統(tǒng)的基本結構實驗原理數字光纖通信之所以發(fā)展得如此迅速，是因為數字光纖通信與傳統(tǒng)的電纜傳輸通信相比具有明顯的優(yōu)勢。如傳輸帶寬很寬，通信容量大，中繼距離長，保密性很好，投資少，見效快，管理維護方便等許多優(yōu)點。數字光纖通信的基本原理是將數字通信中的數據傳輸信號首先經過電—光變換成光脈沖數字信號，然后通過光纖光纜傳輸到數字通信的對方，最后再經過光—電變換、放大、均衡與定時再生成數據傳輸信號，光發(fā)送機完成電—光變換后由光源器件（激光器—LD或者發(fā)光二極管—LED）發(fā)射光脈沖信號。本實驗利用光纖對各種數字信號進行傳輸，以了解和熟悉光纖傳輸數字信號系統(tǒng)的組成。用雙蹤示波器觀察光發(fā)模塊與光接收模塊各點的波形，并進行比較。數字信號有脈沖信號、NRZ碼，CMI碼。在電路驅動上，數字驅動電路采用射極耦合驅動電路。所有數字信號先經過電平轉換，進行直流偏置后直接幅度調制到激光器中。實驗內容1、觀察各種數字信號在LD（1310nm）光纖傳輸系統(tǒng)中的波形2、觀察各種數字信號在LED（850nm）光纖傳輸系統(tǒng)中的波形（可選）實驗方法與步驟LD數字信號調制實驗：1、用FC-FC光纖跳線將1310nm光發(fā)端機（1310nmT）與1310nm光收端機（1310nmR）連接起來，組成1310nm光纖傳輸系統(tǒng)。2、連接導線：數字信號源T504與光發(fā)模塊T101連接，將數字信號源模塊K511撥到上面。3、將撥碼開關BM1、BM2和BM3分別撥到數字、1310nm和1310nm。4、接上交流電源線，先開交流開關，再開直流開關K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮。5、接通數字信號源模塊(K50)、光發(fā)模塊(K10)的直流電源。6、用萬用表監(jiān)控R110兩端電壓（紅表筆插T103，黑表筆插T104），調節(jié)半導體激光器驅動電流（W101），使之小于25mA。7、調節(jié)電位器W121，使得TP121處波形幅度大于3.5V，用示波器觀察TP101，TP102和TP121波形，觀察數字信號光纖傳輸調制過程。8、將數字信號源模塊K511撥到下面，觀察各點波形變化。9、改變數字信號源模塊撥碼開關狀態(tài)，觀察各測試點波形變化。實驗要求1、實驗報告字跡工整，原理分析透徹2、記錄并畫出LD（1310nm）數字信號調制過程中各測試點波形3、記錄并畫出LED（850nm）數字信號調制過程中各測試點波形4、對實驗結果以及誤差的分析正確

《光纖通信》課程實驗項目2實驗項目名稱及實驗項目編號電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗，2/4課程名稱及課程編號光纖通信，055517實驗目的1、了解電話及語音信號通過光纖傳輸的全過程2、掌握模擬電話、數字電話光纖傳輸的工作原理實驗原理對于局間通信來說，電話語音通信具有舉足輕重的作用。以電話通信網絡為載體，各種模擬（或數字）信號的傳輸系統(tǒng)已經商業(yè)化。如電話、傳真、撥號網絡通信等業(yè)務都是在局間電話網上實現的。時分復用制的數字通信系統(tǒng)，在國際上已逐漸建立起標準并廣泛使用。時分復用實際的電話業(yè)務共有32個時隙，其中30個時隙用于話音業(yè)務。第一個時隙為定位時隙，用于做幀同步提取用。第二到第十六個時隙傳輸話音業(yè)務，第十七個時隙用于信令信號傳輸，以實現信令的接續(xù)。第十八到三十二時隙用于話音業(yè)務。在我們的實驗箱中，電話用戶接口輸出的兩路模擬信號經過PCM編碼以后，利用時分復用的方式，將兩路信號數字調制成一路信號，然后送入光發(fā)端機中進行光纖傳輸，光收端機接收的信號通過時分解復用，實現信號的分離，分別送入兩個電話用戶接口電路中，實現兩部電話的全雙工通話，在PCM編譯碼中，幀同步信號為8KHz，一幀信號分為四個時隙，分別為時隙0、時隙1、時隙2和時隙3；時隙0為幀同步信號，其同步碼為固定的碼流“01110010”，時隙1和時隙2分別為兩路電話語音調制數據，時隙3為空時隙，在本實驗中沒有用到（用低電平表示），TP621為PCM編碼輸出測試點，數字光纖通信的基本原理是將數字通信中的數據傳輸信號首先經過電—光變換成光脈沖數字信號，然后通過光纖光纜傳輸到數字通信的對方，最后再經過光—電變換、放大、均衡與定時再生成數據傳輸信號，光發(fā)送機完成電—光變換后由光源器件（激光器—LD或者發(fā)光二極管—LED）發(fā)射光脈沖信號。本實驗利用光纖對各種數字信號進行傳輸，以了解和熟悉光纖傳輸數字信號系統(tǒng)的組成。用雙蹤示波器觀察光發(fā)模塊與光接收模塊各點的波形，并進行比較。數字信號有脈沖信號、NRZ碼，CMI碼。在電路驅動上，數字驅動電路采用射極耦合驅動電路。所有數字信號先經過電平轉換，進行直流偏置后直接幅度調制到激光器中。實驗內容1、模擬電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗2、數字電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗實驗方法與步驟Ａ、模擬電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗1、用實驗七中模擬信號調試方法調節(jié)電位器，使1310nm光纖通信系統(tǒng)能夠正常傳輸模擬信號。2、連接導線：電話用戶接口模塊T401與光發(fā)模塊T111連接，T412與T121連接，T402與T411連接，并在電話甲、電話乙口分別接上電話機。3、用FC-FC光纖跳線將1310nm光發(fā)端機（1310nmT）與1310nm光收端機（1310nmR）連接起來，組成1310nm光纖傳輸系統(tǒng)。4、將撥碼開關BM1、BM2和BM3分別撥到模擬、1310nm和1310nm。5、接上交流電源線，先開交流開關，再開直流開關K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮。6、接通電話用戶接口模塊(K40，K41)、光發(fā)模塊(K10)的直流電源。7、用萬用表監(jiān)控R110兩端電壓（紅表筆插T103，黑表筆插T104），調節(jié)半導體激光器驅動電流（W101），使驅動電流小于25mA。8、摘機進行兩人通話實驗，用示波器測試并比較TP401，TP412的波形（由于話音信號的波形比較復雜，所以可選用雙音多頻信號的按鍵音來觀察測試點的波形），并做記錄。9、依次關閉各直流電源、交流電源，拆除導線，拆除各光學器件，將實驗箱還原。10、根據上述實驗步驟，設計并執(zhí)行850nm光纖傳輸系統(tǒng)模擬電話傳輸實驗。B、數字電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗1、連接導線：電話用戶接口模塊T401與PCM編譯碼模塊T601連接，T411與T611連接，T412與T603連接，T402與T613連接，T621與T101連接，T631與T121連接，在電話甲、電話乙口分別接上電話機。2、將K601，K602，K603撥到上面。3、用FC-FC光纖跳線將1310nm光發(fā)端機（1310nmT）與1310nm光收端機（1310nmR）連接起來，組成1310nm光纖傳輸系統(tǒng)。4、將撥碼開關BM1、BM2和BM3分別撥到數字、1310nm和1310nm。5、接上交流電源線，先開交流開關，再開直流開關K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮。6、接通電話用戶接口模塊(K40，K41)、PCM編譯碼模塊（K60）和光發(fā)模塊(K10)的直流電源。7、用萬用表監(jiān)控R110兩端電壓（紅表筆插T103，黑表筆插T104），調節(jié)半導體激光器驅動電流（W101），使驅動電流小于25mA。實驗要求1、實驗報告字跡工整，原理分析透徹2、記錄實驗過程中各點的波形。3、評估模擬電話通話和數字電話通話的質量。4、對實驗結果和誤差分析正確

《光纖通信》課程實驗項目3實驗項目名稱及實驗項目編號數字光纖通信系統(tǒng)綜合實驗，3/4課程名稱及課程編號光纖通信，055517實驗目的1、了解數字光纖通信系統(tǒng)的組成原理2、掌握各個模塊在整個系統(tǒng)中的作用實驗原理本實驗為了適應數字光纖通信的需要，讓學生了解數字光纖通信系統(tǒng)的完整硬件組成而設計的。實際完整的數字光纖通信系統(tǒng)的硬件組成，包括接口碼型變換電路、線路碼型變換電路、光接口變換電路。同時本實驗還模擬了實際PCM通信系統(tǒng)與數字光纖通信系統(tǒng)整個過程傳輸碼型的變換，從而讓學生對這兩個實際通信系統(tǒng)之間信息碼的變換有更深入和全面的理解。首先將模擬信號（包括語音信號）進行PCM編碼，在實際的PCM通信系統(tǒng)中傳輸的并不是PCM碼，而是有很多優(yōu)點的HDB3碼，所以還要對其進行HDB3編碼，此HDB3碼就是PCM通信系統(tǒng)中實際傳輸的碼型，同時也是本實驗中的接口碼型。在局間通信中此部分表現為用戶與電信局間的通信線路碼型，這段距離并不是以光纖為介質進行傳輸的（數字光纖通信系統(tǒng)不能傳輸HDB3碼），為了在數字光纖通信系統(tǒng)中傳輸，必須將接口碼HDB3碼變換為光纖線路碼型CMI碼。具體過程為：先將接口碼型HDB3碼還原為PCM碼，再將此PCM碼變換為光纖線路碼型CMI碼，此線路編碼電路硬件采用實驗箱中CMI編譯碼電路，光纖線路碼CMI碼形成后，再送入到光接口數字驅動電路進行光纖傳輸。光發(fā)端機按照光源器件的不同，有采用LED作光源的光發(fā)端機和采用LD在我們的實驗箱中，電話用戶接口輸出的兩路模擬信號經過PCM編碼以后，利用時分復用的方式，將兩路信號數字調制成一路信號，然后送入光發(fā)端機中進行光纖傳輸，光收端機接收的信號通過時分解復用，實現信號的分離，分別送入兩個電話用戶接口電路中，實現兩部電話的全雙工通話，在PCM編譯碼中，幀同步信號為8KHz，一幀信號分為四個時隙，分別為時隙0、時隙1、時隙2和時隙3；時隙0為幀同步信號，其同步碼為固定的碼流“01110010”，時隙1和時隙2分別為兩路電話語音調制數據，時隙3為空時隙，在本實驗中沒有用到（用低電平表示），TP621為PCM編碼輸出測試點，數字光纖通信的基本原理是將數字通信中的數據傳輸信號首先經過電—光變換成光脈沖數字信號，然后通過光纖光纜傳輸到數字通信的對方，最后再經過光—電變換、放大、均衡與定時再生成數據傳輸信號，光發(fā)送機完成電—光變換后由光源器件（激光器—LD或者發(fā)光二極管—LED）發(fā)射光脈沖信號。本實驗利用光纖對各種數字信號進行傳輸，以了解和熟悉光纖傳輸數字信號系統(tǒng)的組成。用雙蹤示波器觀察光發(fā)模塊與光接收模塊各點的波形，并進行比較。數字信號有脈沖信號、NRZ碼，CMI碼。在電路驅動上，數字驅動電路采用射極耦合驅動電路。所有數字信號先經過電平轉換，進行直流偏置后直接幅度調制到激光器中。光發(fā)端機的光源采用中心波長為1550nm的半導體激光器光源。為了示波器觀察方便，實驗中采用24位偽隨機碼代替PCM編碼進行傳輸。數字光纖通信系統(tǒng)的組成應該包括HDB3編譯碼，CMI編譯碼，光發(fā)端機和光收端機及光纖光纜等部分組成。實驗內容1、數字信號在光纖通信系統(tǒng)中的編譯碼過程實驗方法與步驟1、用FC-FC光纖跳線將1550nm光發(fā)端機（1550nmT）與1550nm光收端機（1550nmR）連接起來，組成1550nm光纖傳輸系統(tǒng)。2、連接導線：數字信號源模塊T504與HDB3編譯碼模塊T801連接，T502與T802連接，T502與T852連接，T803與T851連接，T853與CMI編譯碼模塊T701連接，T703與光發(fā)模塊T151連接，T161與T751連接，T502與T702連接，T502與T752連接。3、將K501，K502，K503撥任意碼形，作為傳輸偽隨機信號。4、接上交流電源線，先開交流開關，再開直流開關K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮。5、接通數字信號源模塊(K50)、HDB3編譯碼模塊（K80）、CMI編譯碼模塊（K70）和光發(fā)模塊(K15)的直流電源。6、用示波器觀察并記錄TP504，TP803，TP853，TP703，TP151，TP161和TP753各點的波形。7、依次關閉各直流電源、交流電源，拆除導線，拆除各光學器件，將實驗箱還原。實驗要求1、實驗報告字跡工整，原理分析透徹2、記錄實驗過程中各點的波形。3、分析各點的波形，比較實驗所觀察到的波形與理論波形是否一致，如果不一致分析其原因4、對實驗結果和誤差分析正確《光纖通信》課程實驗項目4實驗項目名稱及實驗項目編號光纖通信系統(tǒng)的眼圖測試實驗，4/4課程名稱及課程編號光纖通信，055517實驗目的1、了解眼圖的形成過程2、掌握光纖通信系統(tǒng)中眼圖的測試方法實驗原理眼圖是衡量數字光纖通信系統(tǒng)數據傳輸特性的簡單而又有效的方法。眼圖可以在時域中測量，并且可以用示波器直觀的顯示出來。圖4-1是測量眼圖的系統(tǒng)框圖。測量時，將“偽隨機碼發(fā)生器”輸出的偽隨機碼加在被測數字光纖通信系統(tǒng)的輸入端，該被測系統(tǒng)的輸出端接至示波器的垂直輸入，用位定時信號（由偽隨機碼發(fā)生器提供）作外同步，在示波器水平輸入用數據頻率進行觸發(fā)掃描。這樣，在示波器的屏幕上就可以顯示出被測系統(tǒng)的眼圖。偽隨機脈沖序列是由n比特長，2n種不同組合所構成的序列。例如，由n=2比特長的4種不同有組合、n=3比特長的8種不同的組