2023光纖試驗(yàn)指導(dǎo)書

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光纖通信試驗(yàn)指導(dǎo)書

指導(dǎo)教師：唐志軍濮振華

湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院通信工程系

2023年10月

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光纖通信試驗(yàn)指導(dǎo)書

RZ8634E光纖系統(tǒng)模塊組成介紹

RZ8634E型光纖試驗(yàn)系統(tǒng)是在吸收了前幾代產(chǎn)品RZ8614型、RZ8624型和RZ8634型特色試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一方面結(jié)合當(dāng)今光纖通信原理課程的教學(xué)與改革，另一方面結(jié)合當(dāng)今光纖通信發(fā)展方向和工程實(shí)際應(yīng)用狀況,而研制開發(fā)的又一個(gè)新一代產(chǎn)品。它增加了數(shù)字壓縮圖像光纖傳輸試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸試驗(yàn)、5B6B編解碼試驗(yàn)、擾碼和解擾、程控電話和自帶誤碼測(cè)試試驗(yàn)。同時(shí)根據(jù)用戶需要可加多模光纖的數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)的傳輸試驗(yàn)。波長(zhǎng)分別為1310單模、1550單模、850多模。

系統(tǒng)分布圖如圖1-1所示。由圖1－1可知，本試驗(yàn)系統(tǒng)由以下15個(gè)系統(tǒng)模塊組成：

1.數(shù)據(jù)傳輸接口模塊；2.CMI解碼模塊；

3.數(shù)字圖像傳輸模塊；4.數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；5.數(shù)據(jù)接收模塊；6.數(shù)字電話模塊1；7.光纖收發(fā)模塊；8.數(shù)字電話模塊2；9.程控交換模塊10.光纖收發(fā)模塊；11.電源模塊；

12.波分復(fù)用器合波模塊；13.波分復(fù)用器分波模塊；14.尾纖對(duì)接傳輸部分。

15.多模光纖傳輸部分（選配）

每個(gè)模塊電路的詳細(xì)說(shuō)明將在后面的章節(jié)中逐一介紹。這樣，可以完成目錄中的第三章、第四章、第五章、第六章和第七章中的27個(gè)示教、試驗(yàn)和研究型的二次開發(fā)試驗(yàn)。在圖1-2中，描述了RZ8634E光纖試驗(yàn)系統(tǒng)的流程總框圖。在RZ8634E光纖試驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配置以下光纖器件：1.光波分復(fù)用器/解復(fù)用器

2.光衰耗器（固定衰耗器/可變衰耗器）3.光定向耦合器（光分路器/耦合器）4.光活動(dòng)連接器（SC/FC/ST）

則可以做第七章的有關(guān)試驗(yàn)和一些開放性研究設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

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光纖通信試驗(yàn)指導(dǎo)書

RZ8634E南京潤(rùn)眾科技有限公司

RZ8634E系統(tǒng)總體框圖

RZ8634E型光纖試驗(yàn)系統(tǒng)流程總框圖

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光纖通信試驗(yàn)指導(dǎo)書

各試驗(yàn)?zāi)K電路組成介紹

一、元器件命名標(biāo)準(zhǔn)

在本節(jié)的模塊電路組成介紹中，各元器件的命名標(biāo)準(zhǔn)如下：每個(gè)元器件的命名有三個(gè)部分組成：

1．器件類型的表示2．所在模塊的模塊編號(hào)3．在模塊內(nèi)器件的順序編號(hào)

例如：第四模塊為數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，該模塊內(nèi)有一個(gè)CPLD可編程器件EPM7128芯片，它的標(biāo)號(hào)為“U401〞，說(shuō)明如下：“U〞：器件類型為集成電路；“4〞：表示在第四模塊內(nèi)；“01〞：表示它的順序?yàn)楸灸K中第一個(gè)此類型元器件。

二、各模塊組成電路說(shuō)明

由第一節(jié)中的圖1－1可知，本試驗(yàn)系統(tǒng)由以下14個(gè)系統(tǒng)模塊組成，各模塊又由完成不同功能的電路組成：

1.記發(fā)器單元模塊，編號(hào)x1xx，共有4個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）電話呼叫接續(xù)功能

2.CMI解碼模塊，編號(hào)x2xx，有2個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）CMI解碼電路（2）眼圖觀測(cè)電路

3.數(shù)字圖像傳輸模塊，編號(hào)x3xx，有2個(gè)測(cè)量點(diǎn)；（1）USB接口

4.數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，編號(hào)x4xx，有12個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）5B數(shù)據(jù)產(chǎn)生、控制電路（2）5B數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示電路（3）6B數(shù)據(jù)產(chǎn)生電路（3）PN碼產(chǎn)生電路（4）CMI碼產(chǎn)生電路（5）脈沖產(chǎn)生電路

（6）PCM編、譯碼主時(shí)鐘產(chǎn)生電路（7）PCM編碼時(shí)鐘產(chǎn)生電路（8）幀同步信號(hào)產(chǎn)生電路（9）擾碼產(chǎn)生電路（10）內(nèi)置誤碼測(cè)試儀

①內(nèi)誤碼數(shù)據(jù)速率選擇電路②內(nèi)誤碼碼長(zhǎng)選擇電路③內(nèi)誤碼插入頻率選擇電路

5.數(shù)據(jù)接收模塊，編號(hào)x5xx，有3個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）5B6B解碼電路（2）5B6B顯示輸出電路（3）CMI碼接收解碼電路

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（4）內(nèi)誤碼接收檢測(cè)電路（5）內(nèi)誤碼顯示輸出電路（6）解擾電路

6.數(shù)字電話模塊一，編號(hào)x6xx，有6個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）用戶線接口電路（2）PCM編、譯碼電路

7.光纖收發(fā)模塊一，編號(hào)x7xx，有2個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）電信號(hào)輸入輸出緩沖接口電路（2）光發(fā)射機(jī)電路（3）光接收機(jī)電路

8.數(shù)字電話模塊二，編號(hào)x8xx，有6個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）用戶線接口電路（2）PCM編、譯碼電路

9.光纖收發(fā)模塊二，編號(hào)x9xx，有2個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

（1）電信號(hào)輸入輸出緩沖接口電路（2）光發(fā)射機(jī)電路（3）光接收機(jī)電路

10.系統(tǒng)電源模塊，編號(hào)x0xx，無(wú)測(cè)量點(diǎn)；

（1）電源接口電路（2）－5v產(chǎn)生電路

（3）四組電壓輸出：＋5v、－5v、＋12v、－12v11.波分復(fù)用器合波模塊；

（1）1310nm合波（2）1550nm合波12．波分復(fù)用器分波模塊；

（1）1310nm分波（2）1550nm分波13.尾纖對(duì)接傳輸部分。14.外接誤碼測(cè)試單元

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試驗(yàn)1光纖發(fā)送系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.熟悉光發(fā)送系統(tǒng)的電光變換原理2.了解光發(fā)送系統(tǒng)的組成及工作流程

3.觀測(cè)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

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解光電變換原理；

2.把握光發(fā)端機(jī)所完成的電光變換原理。

二、試驗(yàn)電路工作原理1．光發(fā)送系統(tǒng)的組成

光發(fā)送系統(tǒng)由信號(hào)源、信號(hào)選擇開關(guān)、接口電路和光發(fā)送模塊五部分組成，如圖1-1所示。

信號(hào)選擇接口差分光發(fā)信號(hào)源J701/J901電路驅(qū)動(dòng)模塊

電話入

圖像入

數(shù)據(jù)發(fā)外誤碼入

CMI入

5B6B

PLUSEPN64

圖1-1光發(fā)送機(jī)框圖

J701了發(fā)TP701U701緩存光發(fā)Tx送模塊1310WDM圖1-2光發(fā)送系統(tǒng)一（1310波長(zhǎng)）

在本試驗(yàn)系統(tǒng)中，存在兩個(gè)光發(fā)送系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖分別如圖1-2及圖1-3所示：內(nèi)誤碼入6

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電話入

圖像入

外誤碼入

入CMI

5B6B

PULSE

PN64

內(nèi)誤碼入J901U901緩存TP901光發(fā)送模Tx塊1550WDM圖1-3光發(fā)送系統(tǒng)二（1550波長(zhǎng)）

其中，數(shù)字信號(hào)源有數(shù)字電話數(shù)據(jù)、數(shù)字圖像數(shù)據(jù)、外置誤碼信號(hào)、CMI編碼信號(hào)、5B6B碼信號(hào)、矩形窄脈沖信號(hào)、偽隨機(jī)碼序列、內(nèi)置誤碼/擾碼等信號(hào)輸入。

數(shù)字信號(hào)選擇開關(guān)采用人工操作，對(duì)J701和J901進(jìn)行選擇，如圖1-2及1-3所示，可見有以下幾種選擇狀況（使用時(shí)，只能選種其中一路信號(hào)插上跳線器）：

1.數(shù)字電話（兩路電話呼叫接續(xù)與通話）

2.圖像傳輸（通過(guò)USB口連接PC機(jī)，運(yùn)行配套軟件傳輸圖像）3.外誤碼（需配套誤碼測(cè)試儀，選做試驗(yàn)）

4.CMI碼（對(duì)偽隨機(jī)序列的CMI編碼，對(duì)應(yīng)TP409、TP401）5.5B6B碼（由撥動(dòng)開關(guān)SW401決定，對(duì)應(yīng)的6B信號(hào)輸出）

6.PULSE（測(cè)量光纖材料色散性能，確切測(cè)量需選配相應(yīng)的儀器）7.PN64（15位，64KB/s的偽隨機(jī)序列）

8.內(nèi)誤碼信號(hào)（在無(wú)誤碼測(cè)試儀，可使用內(nèi)置誤碼儀進(jìn)行相關(guān)測(cè)試）光發(fā)送模塊的最基本功能是將要傳輸?shù)碾娦盘?hào)調(diào)制在光波上，并將其光波注入到光纖線路上。

2．光發(fā)射機(jī)的組成

光發(fā)射機(jī)主要由光源、驅(qū)動(dòng)電路、輸入電路、保護(hù)報(bào)警電路、自動(dòng)偏置控制電路、控溫電路以及數(shù)據(jù)模式控制電路等幾部分組成。

圖1-4為光發(fā)射機(jī)組成基本框圖。電信號(hào)首先進(jìn)入輸入電路，在這里將輸入電信號(hào)進(jìn)行整形并完成非歸零／歸零變換。光源驅(qū)動(dòng)電路給光源一個(gè)預(yù)偏置電流，以便提高工作速度，為穩(wěn)定輸出平均光功率和工作溫度，設(shè)置自動(dòng)偏置控制電路和控溫電路，輸入電信號(hào)通過(guò)調(diào)制光源工作電流的方法，將電信號(hào)調(diào)制在光波上。

輸入電信號(hào)光信號(hào)輸出輸入電路驅(qū)動(dòng)電路光源

保護(hù)電路自動(dòng)偏置控

制電路圖1-4光發(fā)射機(jī)組成基本框圖

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3.光發(fā)送系統(tǒng)的消光比

大多數(shù)光發(fā)送系統(tǒng)即使在“斷〞的狀態(tài)也會(huì)發(fā)射一些光功率，這與半導(dǎo)體激光器的發(fā)射特性和偏置狀態(tài)有關(guān)。例如當(dāng)偏置電流小于閾值電流時(shí)，在“0〞比特期間由于自發(fā)輻射亦有一些輸出功率，而當(dāng)偏置電流大于或等于閾值電流時(shí)，“0〞比特期間輸出功率將更大。我們將光發(fā)送系統(tǒng)在“1〞比特時(shí)的輸出功率P1與在“0〞比特時(shí)的輸出功率P0之比的對(duì)數(shù)值稱為消光比。用公式表示為：

0EXT?10lgP(dB)P1EXT值越小，光發(fā)送系統(tǒng)的性能越好。

4．光發(fā)送系統(tǒng)中的電路調(diào)理

在光收發(fā)模塊的發(fā)送端電路部分中，主要器件由U701、W701、R701、R702和E701等組成。其中U701為74LS245，作為電路的緩存器；W701為2KΩ的縝密多圈可調(diào)電位器。如圖1-5所示:

J703電路調(diào)整接

口電路

光發(fā)端機(jī)(U701、

W701W701、

R701、E701)圖1-5光發(fā)端機(jī)的電路調(diào)整部分

其中，電位器W701的作用為調(diào)整光發(fā)射機(jī)的注入電流的大小。調(diào)理電位器W701或W901使得送入光發(fā)射機(jī)的信號(hào)失真小，且幅度盡可能大，即驅(qū)動(dòng)電流較大。準(zhǔn)備好光功率計(jì)，輕輕拔下待測(cè)光發(fā)端機(jī)的光纖連接頭，保護(hù)好連接頭（防止灰塵油污等），然后用一根短光纖連接光發(fā)端機(jī)（TX）和光功率計(jì)（若不是ST接頭，需用相應(yīng)的轉(zhuǎn)接法蘭）。用光功率計(jì)測(cè)其對(duì)應(yīng)的光功率，漸漸調(diào)理W701或W901按順時(shí)針方向，并依次測(cè)量對(duì)應(yīng)的光功率，再以橫坐標(biāo)（電流）、縱坐標(biāo)（光功率）描繪出相應(yīng)的曲線，并依據(jù)測(cè)試的曲線算出相應(yīng)的調(diào)理度。三、試驗(yàn)內(nèi)容

1.熟悉光發(fā)送機(jī)的電光變換原理。2.了解光發(fā)送系統(tǒng)的組成及工作流程。

3.觀測(cè)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。

四、試驗(yàn)步驟及本卷須知

1.分別選擇開關(guān)的各種信號(hào)后，用示波器觀測(cè)測(cè)量點(diǎn)TP701或TP901波形，并且記錄TP701和TP901信號(hào)的幅度（峰—峰）。

2.TP701位于試驗(yàn)系統(tǒng)的左上角，TP901位于試驗(yàn)系統(tǒng)的右上角。3.按上述方法連接好光功率計(jì)。測(cè)量光發(fā)端機(jī)的光功率，以橫坐標(biāo)（電流）、縱坐標(biāo)（光功率）描繪出相應(yīng)的曲線，并依據(jù)測(cè)試的曲線算出相應(yīng)的調(diào)制度。

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用光纖擴(kuò)展模塊測(cè)P-I曲線：

1試驗(yàn)操作介紹

使用時(shí)先關(guān)閉試驗(yàn)箱電源，將“多模光纖通信模塊〞插入試驗(yàn)平臺(tái)的中下部位的“多模光纖〞插座中，請(qǐng)注意模塊上的防呆口，不要蠻力操作防止損壞設(shè)備。

模塊的左端為“光端機(jī)發(fā)端〞，可選擇各種模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)輸入傳輸（開關(guān)J001）。TP01測(cè)量點(diǎn)為選擇待發(fā)信號(hào)波形，電位器W001調(diào)理信號(hào)輸入的幅度，W002調(diào)理信號(hào)的直流電平?？梢赃x擇傳輸?shù)男盘?hào)依次為模擬電話、視頻信號(hào)、PN碼、CMI編碼、內(nèi)誤碼測(cè)試數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，外加信號(hào)。

模塊的右端為“光端機(jī)收端〞，可選擇電光轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)送往底板平臺(tái)，TP02測(cè)量點(diǎn)為光收端機(jī)恢復(fù)的電信號(hào)，幅度較??；TP03測(cè)量點(diǎn)為對(duì)恢復(fù)的電信號(hào)進(jìn)行放大輸出。電位器W003、W004調(diào)理信號(hào)放大的幅度；電信號(hào)可送往的模塊為電話B的接收端、內(nèi)誤碼儀的數(shù)據(jù)接收端、視頻監(jiān)測(cè)器、計(jì)算機(jī)、其他外部?jī)x器。

J003為視頻頭的視頻信號(hào)輸入，J004為恢復(fù)的視頻信號(hào)輸出；J005為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸入（串口1），J006為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出（串口2）；自鎖開關(guān)K001抬起時(shí)，串口1數(shù)據(jù)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換、光纖傳輸系統(tǒng)、電平轉(zhuǎn)換送到串口2；串口2數(shù)據(jù)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換，電傳輸后電平轉(zhuǎn)換送到串口1，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的雙工通信。自鎖開關(guān)K001按下時(shí)，串口1數(shù)據(jù)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換、光纖傳輸系統(tǒng)、電平轉(zhuǎn)換返回串口1，完成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的自環(huán)傳輸。其電路原理如圖1-6所示：

2光發(fā)端機(jī)P-I曲線的測(cè)量

+5VW1GQ001光信號(hào)

U1