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RZ8644型光纤实验系统南京润众科技有限公司前言•RZ8644型光纤实验系统是为了配合《光纤通信系统》的理论教学而设计的实验系统。它一方面结合了当今光纤通信原理课程的教学与改革，另一方面结合了当今光纤通信发展方向和工程实际应用状况。这套系统采用功能模块化设计，各模块对外开放。除了配合完成理论教学外，还可以训练增强学生的实际应用能力，完成模块的二次性开发。•一、结构简介•本实验系统可分为电端机模块、光通信模块、管理控制模块、电源供给模块等四大功能模块，每个功能模块又是由许多子模块组成：•（一）电端机模块•1.电话用户接口模块•此模块为电话输入、输出接口，由电话专用接口芯片PBL38710实现。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出等功能。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。•本模块分为用户A，B两个模块，默认号码为48、49。。•2.PCM编译码模块•此模块采用专用芯片TP3057来实现PCM编译码功能，可完成用户A、B两路话音信号的编译码功能。•3.DTMF双音多频检测模块•此模块由专用芯片MT8870来完成DTMF分组滤波和DTMF译码功能，输出相应16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。实际应用中，一片MT8870可以最多接入检测16路用户电路的DTMF信号。•4.记发器模块•此模块主要完成局内、局间电话用户拨叫号码的识别、交换控制功能。•5.计算机通信接口模块•此模块由USB和RS232串口两通信接口组成，完成计算机与本实验系统的数据交换传输功能。也为学生开发上层通信软件提供了良好的硬件平台。•6.数据发送单元模块•此模块主要完成各种测试信号产生、各种线路编码、数据复接及一些辅助性功能。•产生的数字信号有：各种频率的时钟、方波、M序列、矩形窄脉冲等、•线路编码功能有：AMI码、HDB3码、CMI码、5B6B码、5B1P码、扰码等。•数据的复接：多种类型数据进行时分复接输出。•7.数据接收单元模块•此模块主要完成接收数据的时钟提取再生、各种线路编码的译码、复用数据的分解及一些辅助性功能。•8.眼图观测模块•此模块主要完成调节接收电路均衡特性、接收数字序列的眼图观测等功能。•9.误码测试仪模块•此功能由多个模块组成，完成通信线路的误码测试功能，各测试参数可设。•10.模拟信号源模块•此模块产生输出频率、幅度可调的正弦波、三角波、方波信号。•（二）光通信模块•1．光信道一•一体化数字光端机，包括光发射端机和光接收端机。半导体激光二极管LD、工作波长1550nm，频带为DC到5MHZ，方便配套低端测量仪器使用。•光端机的光输入、输出接口都由单模尾纤引出至固定于底板的法兰，方便连接其它光器件。一般情况下，一体化数字光端机的输入电平调节电位器，都右旋到底。•2．光信道二及LD性能测试模块•由激光管、光探测器及外围电路构成的光发射端机和光接收端机，关键电气参数都可调节。可传输模拟和数字信号，测试LD的P-I曲线，具有无光告警、自动功率控制APC等功能。激光管工作波长为1310nm，频带为DC到3MHz。激光管的输出和光探测器的输入连接至固定于地板上的法兰，方便连接其它光器件。•3．LED+多模光纤传输扩展模块•由发光二极管、光检测器及外围电路构成的光发射端机和光接收端机，关键电气参数都可调节。可传输模拟和数字信号，测试LED的P-I曲线，具有视频图像传输等功能。发光二极管发光波长为850nm，频带为DC到1GHZ。本模块为选配。•（三）管理控制模块•1.中央处理器模块•此模块主要由单片机89C51/52编程实现。完成整个实验系统的控制协调功能，如测量信号的输入、输出控制、功能选择、工作状态检测等。•2.液晶显示模块•此模块主要完成工作状态的显示，误码测试数据的显示等功能，属字符型液晶。•3.键盘模块•此模块主要配合液晶显示模块工作，通过上、下、确认等键选择相应的实验参数。•（四）电源供给模块•提供+12V、+5V、+3.3V、-5V、-12V、-24V-48V等直流电源。•二、配套仪器•最低配置仪器：20M通用双踪示波器或虚拟仪器，单模尾纤•建议配置器件：计算机；光功率计、多种接口标准的光跳线（法兰）、波分复用/解复用器一对、光可调衰减器、光固定衰减器、光分路器、光隔离器等，根据学校情况选配（会影响一些光器件的测试实验）；•可选配仪器：•①外置误码测试仪•②光缆施工工具箱、光纤熔接机、稳定光源、光时域反射仪等。•三、系统结构框图电话用户APCM编译码记发器DTMF检测电话用户BPCM编译码数据发送单元数字信号发生器线路编码器数据复接数据接收单元时钟提取、再生线路译码器数据解复接USB接口RS232串口中央处理器功能扩展口模拟信号源LD光端机工作波长1550nmLD激光/探测器工作波长1310nm键盘液晶显示电源模块图1系统结构示意图•四、系统特点•1．采用模块化设计信号接口开放。各模块功能既可单独做实验又可组合完成系统实验。•2．自带数字信号源、模拟信号源，可外加信号，配有计算机串口、USB接口。适应各种实验需求。•3．采用液晶键盘显示管理实验参数，取代原有的接插件，实验方便直观。•4．电端机部分功能强大，电话交换系统，多种线路编码，完善的数字时分复接系统，功能可定制升级。•5．电信号、光信号均由实验者连接。光输入、输出接口设计朝外，方便连接其它光器件。•6．整板采用有机玻璃覆盖保护，便于实验室管理。•五、液晶显示菜单•本实验系统中，实验数据设置的菜单显示如下。•按“”、“”键即可选择不同的菜单；按“确认”键，即进入箭头指向的下一级菜单；按“返回”键，即返回上一级菜单，如此类推。•详细菜单显示如下：•“复位”键：•欢迎使用•光纤通信系统平台•解放军理工大学•南京润众科技公司•“开始”键：•1：码型变换实验•2：光纤传输实验•3：光纤测量实验•4：光纤系统实验•子菜单：•1：码型变换实验•01CMI码PN（固定码型、速率的m序列，下同）•02CMI码设置（由SW101拨码器设置的8比特数据，下同）•035B1P码设置•045B6B码设置•05扰码PN•06扰码设置•07HDB3码PN•08HDB3码设置•09AMI码PN•0AAMI码设置•2：光纤传输实验•01窄脉冲（频率256K，脉宽：15ns）•02USB数据•03串口数据•04PCM数据（A/D转换）•05E1数据传输（标准的2.048MHZ数据）•3：光纤测量实验•01平均发光功率•02接收灵敏度•正常/误码•03误码0/10000（误码测试）•收数据：•误码数：•04误码1/10000（误码测试）•收数据：•误码数：•4：光纤系统实验（数字复接系统）时隙1时隙2时隙3时隙4时隙5时隙6时隙7时隙8帧头PCM1PCM2空空设置信令数据•六、使用注意点•1.进行铆孔连接时，务必注意铆孔标注的箭头方向：指向铆孔，说明此铆孔为信号输入孔；背离铆孔，说明此铆孔为信号输出孔。请勿将两输出铆孔短接。•2.进行铆孔连接时，连接线接头插入铆孔后，轻轻旋转一个小角度，接头将和铆孔锁死；拔出时，回转一个小角度即可轻松拔出，切勿使用莽力，以免插头针断在铆孔中。使用方法可参考光盘中的影象片段。•3.光器件连接：在摘掉光接口保护套前，请确保实验台板面清洁，注意收集好接口保护套；光接头连接时，请预先了解接头的结构，手持接头金属部分，按接口的轴线方向轻插轻拔，防止损坏纤芯；•4.使用光纤时，注意不要过度弯曲（直径不得小于4cm）、扭曲、挤压或拉扯光纤。因为纤芯玻璃细纤维，非常的脆弱，使用时请务必注意。纤芯断开或出现伤痕，光信号的功率将严重衰耗，出现断路或增加误码等情况。•5.数据发送单元的SW101红色拨码器，有8位独立的开关组合。若不作特殊说明，白色开关往上，对应的输出序列为1；白色开关往下，对应的输出序列为0。设置时需轻轻拨动。•6.若不作特殊说明，本实验平台输出的串行数字序列，低位在前，高位在后。在示波器上观测到的波形即低位在窗口的左端，高位在窗口的右端。•第一章光纤通信认知实验实验1光纤、光缆的识别实验•一、实验目的•1.了解光纤结构和分类；•2.掌握单模、多模光纤的识别方法；•3.掌握尾纤波长的测试方法。•二、实验仪器•1.光纤通信实验箱•2.单模光纤•3.多模光纤•三、基本原理•（一）光纤的概念•光纤是光学纤维的简称，它是一种横截面很小的可绕透明长丝，在长距离内具有束缚和传输光的作用。图1.1.1是光纤结构示意图。从图中可以看出，一般的光纤都是由纤芯、包层和外套涂敷层三部分组成。纤心由高度透明的材料制成；包层的折射率略小于纤心，从而造成一种光波导效应，使大部分的光波被束缚在纤心中传输；涂敷层作为光纤的保护层，用于抵制外界水气的侵蚀和机械的擦伤，同时加强光纤的机械强度。在涂层外，往往加有塑料外套。外套涂敷层包层区纤芯区•图1.1.1光纤结构示意图外套涂敷层包层区纤芯区•为了便于工程上的安装和敷设，常常将若干根光纤组合成光缆。光缆的结构繁多，我国较为普遍采用层绞式和骨架式两种结构。光缆中的钢质加强心，一方面是为了提高其抵抗张力的能力；另一方面由于钢质心的热膨胀系数小于塑料，所以它能抵制塑料的伸缩从而使光缆的温度特性有所改善。见图1.1.2层绞式光缆结构。外护套•图1.1.2层绞式光缆结构外护套包带光纤加强心•（二）光纤的分类•光纤有很多种分类方法。按其传输光波的模式的数量来分，有单模光纤与多模光纤两大类。它们的结构不同，因而各具不同的特性与用途。在一定工作波长下，多模光纤是能够传输许多模式的介质波导，而单模光纤只传输基模。•1.多模光纤•用来传输多种模式光波的光纤称为多模光纤，模式的数目取决于芯径、数值孔径（接收角）、折射率分布特性和波长。将单模光纤的纤芯增大，光纤将成为多模光纤。多模光纤的纤芯直径远远大于单模光纤，一般为50-200μm。在临界角内，各个模式的入射光波分别以不同角度，在光纤内的纤芯与包层的的界面处发生全反射而沿光纤传输。•突变型多模光纤的纤芯部分折射率保持不变，而在纤芯与包层的界面折射率发生突变。这种光纤模间群时延时差大，一般传输带宽为100MHz•Km。常做成大芯径（例如100μm）、大数值孔径（例如NA大于0.3）光纤，提高光源与光纤的耦合效率，适用于短距离、小容量的系统。这种光纤的使用相当广泛。•2.单模光纤•用来传输单一基模光波的光纤称为单模光纤，它要求入射光的波长大于光纤的截止波长，单模光纤的纤芯直径很小，一般为5-10μm。单模光纤对于光的传输损耗将是最小的，因为光场只在光纤的中心传导。但是由于纤芯直径很小，对于光纤与光源的耦合及光纤之间的接续将带来明显困难。•单模光纤可彻底消除模间色散，在波长为1.27μm时，材料色散趋近于零，或者可以使得材料色散与波导色散相抵消。因此，长距离大容量的长途通信干线及跨洋海底光缆线路全部采用单模光纤。由于1.55μm波长时单模光纤的损耗更低，人们已研究了使光纤的零色散波长移到1.55μm的技术和使激光器（LD）的频谱更窄的技术，以求同时达到最低的损耗及最宽的带宽，从而最大限度地增大中继距离及信息容量。•3.识别单模光纤与多模光纤的方法•识别单模光纤与多模光纤的基本方法是从光纤的产品规格代号中去了解。如我国光纤光缆型号的规格代号的第二部分用J代表多模渐变型光纤，用T代表多模阶跃型光纤，用Z代表多模准阶跃型光纤，用D代表单模光纤。•其次是从光纤的纤芯直径去识别。单模光纤的芯径很细，通常芯径小于10μm；多模光纤的芯径比单模光纤大几倍。•第三种方法是从光纤外套的颜色上识别。通常黄色和白色表示单模光纤，橙色表示多模光纤。本实验系统配置的光纤外套是黄色的和白色的为单模。•4.尾纤波长的测试•光纤线路的两端一般是通过一段短光纤把线路与光端机连接起来的。这一段短光纤长度为3米或5米、10米，因其位置处于光纤线路的尾部，故常称为尾纤。•尾纤的传输特性有工作波长、信号传输模式、带宽与损