光纤通信实验指导书

光纤通信原理

实验指导书

武汉市众友科技实业有限公司

2001年7月

目录

光纤通信原理实验系统总体介绍 1 实验一光纤通信原理实验系统信号发生器实验7 实验二中央处理控制器（CPU）单元实验12 实验三码型变换实验19 实验四光发送系统实验25 实验五光接收系统实验34 实验六电话光传输系统单元实验40 实验七数据光传输系统单元实验44 实验八光纤通信原理综合实验48

光纤通信实验系统总体介绍

一、概述

本实验系统根据光纤通信系统原理的主要知识点进行组织，结合电子技术和微处理器技术，针对光纤通信系统的典型应用可进行8项实验或示教，实验内容重点突出，内容丰富，注重培养实验者的动手能力。实验系统总方框图如图0-1所示，它由以下7个部分单元电路组成：

（1）号发生器单元；

（2）模拟接口单元；

（3）数字接口单元；

（4）信号处理单元；

（5）中央CPU控制单元；

（6）光发端机单元；

（7）光接收机单元。

每个单元电路的详细说明将在后面的实验中逐一介绍。图0-2是实验系统的电原理图。图0-3是实验系统元件分布图。

图0-１实验系统总方框图

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图0-2 实验系统电原理框图

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图0-3 光纤通信原理实验系统分布图

二、光纤传输系统介绍

光纤是由高纯度的SiO 2（俗称玻璃）制成的良好的通信媒介，其优点是尺寸小、质量轻。其纤芯典型尺寸多模光纤为50μm或62.5μm，比人的头发丝还小。抗电磁干扰保密性好，节省了大量的金属。最主要的优点有两点，一是损耗小传输距离远，损耗典型值0.1dB/km，与之对应同轴电缆的损耗典型值5dB/km。二是容量大，目前一根光纤上的容量达320Gbps。

光纤通信是以光为载波，以光纤为传输媒介的一种通信方式。光载波的产生是由半导体光源产生的。半导体光源的体积小，常温下能够连续工作，寿命长，与我们日常生活中熟悉的光源如白炽灯、日光灯、发光二极管（如红色、绿色、黄色）等不同，属于红外光源，尤其半导体激光源的特性更好，发光功率大，传送距离远。光源的发光波长应与光纤的三个低损耗窗口对应，它们分别为以0.85μm、1.30μm、1.55μm为中心，1.30μm为零色散窗口，1.55μm为最低损耗窗口。

光纤传输系统的基本框图如图0-4所示。

半导体光源ＳＴ型半导体光检测器

光纤连接器

图0-４光纤传输系统方框图

由图0-4可知光，纤传输系统由光发端机、光收端机、光纤等组成。光发端机完成将电信号调制蛭光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，直接检测由半导体光检测器将光信号转换成电流信号。

光纤通过光纤连接器与光发端机和光收端机相连，其连接关系如图0-5所示。

在连接过程中，不能蛮劲使用，须将方向、缺口对准，将插头插入底座旋紧保护套环即可。注意，光纤的弯曲弧度不能太小，以免折断光纤；插头前端为陶瓷芯子，切勿弄脏、碰碎。

三、统实验项目及建议时数安排

实验系统在CPU中央控制单元的管理控制下，实验者可根据自己的设计进行8项实验。

1．信号源和信号处理实验 0.5学时

2．中央集中控制单元实验 0.5学时

3．码型变换实验 1学时

4．光发送系统实验 1学时

5．光接收系统实验 1学时

6．电话光传输系统实验 1学时

7．可变速率数据光传输系统实验 1学时

8、综合实验系统实验 2学时

实验一光纤通信原理实验系统信号发生器实验

一、实验目的

1．该光纤通信原理实验系统的电路组成；

2．掌握光纤通信系统发送端信号产生的方法。

二、实验仪表

1．流稳压电源一台；

2．20MHZ示波器一台；

3．用表一台。

三、实验电路工作原理

时钟信号是该光纤通信原理实验系统电中的重要主成部分，其方框图与电原理图分别见图1-1与图1-2所示。图1-3是伪随机码与CMI码发送控制图，图1-4是伪随机码发生器电原理图。

图1-1 信号发生方框图

图1-2 时钟信号发生器电原理图

图1-3 伪随机码与CMI码发送控制图

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图1-4 伪随机码发生器电原理图

各点波形说明如下：

TP101：2.048MHZ的方波信号，作为PCM编译码电路的主时钟信号；

TP102：1.024MHZ的方波信号；

TP103：128kHZ的窄脉冲信号；

TP104：8kHZ的窄脉冲信号，作为PCM编译码的帧同频信号和脉冲波产生电路的波形；

TP105：2kHZ或1kHZ的方波信号，作为正弦波产生电路的输入信号；

TP107：8kHZ或4kHZ的方波信号，作为三角波产生电路的输入信号；

TP109：64kHZ的方波信号;

TP110：伪随机码产生电路输出波形，码型为000011101100101。

TP104

TP107

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

TP109

TP110 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0

TP111

四、实验内容

1．示波器测出各测量点波形，并对每一测量点的波形加以分析。

2．分析伪随机码发生器的工作原理并画出输出波形图。

五、实验报告要求：

1．分析电路的工作原理，叙述其工作过程。

2．根据测试的实验数据、现象与波，写出分析的结果与实测的是否一致。