光纤通信实验指导书

--1目录系统简介………………………………………………………...........2实验部分实验一数字信源及其光纤传输实验…………………………5实验二HDB3编译码及其光纤传输实验…………………...11实验三CMI编译码及其光纤传输实验……………………..20实验四光发送模块实验……………………………………..28实验五光接收模块实验……………………………………..35实验六数字信号电—光、光—电转换传输实验……………391）方波信号和NRZ码传输；2）CMI码传输；3）HDB3码传输；实验七波分复用（WDM）光纤通信系统实验……………43--2EL-GT-IV光纤通信教学实验系统简介光纤通信教学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装置，在这套系统上除了完成理论验证实验外，还可实现各种开发性实验，并可配合CPLD进行各模块的二次性开发。此外本实验箱，可扩展实验模块，实现通信原理的实验。一、结构简介光纤通信教学实验系统结构框图如下:1310光纤收发模块1550光纤收发模块数字信源CMI—PCM5B6B编译码数字终端编译码和时分复用电话接口AMI低频位同步帧同步RS-232HDB3信号源实验实验接口电话接口编译码--3主要由以下功能模块组成：1.数字信号源单元:此单元产生码速率为170.5K的单极性不归零码（NRZ），数字信号帧长为24位，其中包括两路数字信息，每路8位，另外8位中的7位为集中插入帧同步码。通过拨码开关，可以很方便地改变要传送的码信息并由发光二极管显示出来。2.AMI（HDB3）编译码单元:此单元将数字信号源单元产生的NRZ码进行编码，通过专用芯片转换成HDB3码或AMI码通过切换开关切换，然后将编码后的信号又经过译码单元还原成NRZ码。3.电话接口单元此单元有两路独立的电话输入接口、输出接口，通过专用电话接口芯片实现语音的全双工通信。自带馈电电源。4.PCM&CMI编译码单元；此单元采用CPLD来实现PCM&CMI编译码电路，可同时完成两路信号的编译码工作。PCM模块可以实现传输两路语音信号，采用TP3057编译器。5.可调信号源单元:此单元包括两路频率800HZ—2KHZ可调的方波、正弦波、三角波。6.串行RS232接口单元:此单元配有RS232接口及信号端口TX和RX，可实现自发自收通信实验，两台计算机间的全双工光纤通信实验。7.1310波长光发送单元:PHLC-1310nmFP同轴激光二极管。8.1550波长光发送单元:PHLC-1310nmFP同轴激光二极管。9.1310波长光接受单元:10.1550波长光接受单元:主要完成光电信号的转换，小信号的检测与信号的恢复放大等功能。它主要有光检测模块、滤波放大模块组成。光检测模块采用PHPC-IS01-PFC，是PHOTRON公司的高性能光检测器件，输出可从DC到1GHZ。11.数字时分复用光纤传输实验12.5B6B编译码实验单元--4二、实验项目(如正文)三、系统特点模块化设计，灵活搭线，可实现多个实验，并可以自己灵活搭接组成其他实验。实验箱上配有光纤跳线的接口模块，可自由加入光纤无源器件，使用多种仪表如误码分析仪等进行观测。完全满足国家教学大纲的教学要求。此外本实验箱，可扩展实验模块，实现通信原理和DSP的实验，光纤和通信合而为一，还可以让学生了解DSP的工作原理和经典电路。本实验箱可谓一箱多用，精巧的结构，独特的创意，超高的性价比，让您再次领略达盛人追求完美与人性化的独特魅力。四、配套仪器必备仪器：20M通用示波器或虚拟仪器可选配仪器：音频信号源，频率计，频谱分析仪，光功率计，稳定光源，光时域反射仪，误码测试仪，光纤熔接机，PCM终端测试仪--5实验一数字信源及其光纤传输实验一、实验目的1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。2、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。二、实验内容用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS），了解它们的对应关系。三、基本原理本实验使用数字信源模块。本模块是整个实验系统的发终端，其原理方框图如图1-1所示。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。本模块有以下测试点及输入输出点：CLK晶振信号测试点BSOUT信源位同步信号输出点/测试点FSOUT信源帧同步信号输出点/测试点NRZ-OUTNRZ信号输出点/测试点图1-3为数字信源模块的电原理图。图1-1中各单元与图1-3中的元器件对应关系如下：晶振CRY1：晶体；U1：反相器7404分频器U3：计数器74161；U4：计数器74193；U9：计数器40160并行码产生器K4、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管左起分别与一帧中的24位代码相对应八选一U4、U5、U8：8位数据选择器LS151三选一U7：8位数据选择器LS151倒相器U28：非门74HC04抽样U30：D触发器74HC74--6BSS5S4S3S2S1BS-OUTNRZ-OUTCLK并行码产生器八选一八选一八选一分频器三选一NRZ抽样晶振FS倒相器图1-1数字信源方框图010×0111××××××××××××××××数据2数据1帧同步码无定义位图1-2帧结构下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。（1）分频器74161进行13分频，输出信号频率为341kHz。74161是一个4位二进制加计数器，预置在3状态。74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS为位同步信号，频率为170.5kHz。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74193是一个4位二进制加/减计数器，当CPD=PL=1、MR=0时，可在Q0、Q1、Q2及Q3端分别输出上述4个信号。40160是一个二一十进制加计数器，预置在7状态，完成÷3运算，在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5，这两个信号的频率相等、等于S3信号--7频率的1/3。分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4（a）和1-4（b）所示。（2）八选一采用8路数据选择器4512，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表1-1所示。U24、U25和U27的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1、S2、S3信号，它们的8个数据信号输入端x0~x7分别与K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表1-1可以分析出U24、U25、U27输出信号都是码速率为170.5KB、以8位为周期的串行信号。图1-3数字信源电原理图--8（3）三选一三选一电路原理同八选一电路原理。S4、S5信号分别输入到U8的地址端A和B，U24、U25、U27输出的3路串行信号分别输入到U8的数据端x3、x0、x1，U8的输出端即是一个码速率为170.5KB的2路时分复用信号，此信号为单极性不归零信号（NRZ）。S3S2S1(a)S5S4S3(b)图1-4分频器输出信号波形表1-14512真值表CBAINHDISZ00000x000100x101000x201100x310000x410100x511000x611100x7ΦΦΦ100ΦΦΦΦ1高阻（4）倒相与抽样图1-1中的NRZ信号的脉冲上升沿或下降沿比BS信号的下降沿稍有点滞后。在实验二的数字调制单元中，有一个将绝对码变为相对码的电路，要--9求输入的绝对码信号的上升沿及下降沿与输入的位同步信号的上升沿对齐，而这两个信号由数字信源提供。倒相与抽样电路就是为了满足这一要求而设计的，它们使NRZ-OUT及BS-OUT信号满足码变换电路的要求。FS信号可用作示波器的外同步信号，以便观察2DPSK等信号。FS信号、NRZ-OUT信号之间的相位关系如图1-5所示，图中NRZ-OUT的无定义位为0，帧同步码为1110010，数据1为11110000，数据2为00001111。FS信号的低电平、高电平分别为4位和8位数字信号时间，其上升沿比NRZ-OUT码第一位起始时间超前一个码元。FSNRZ-OUT帧同步码数据1数据2图1-5FS、NRZ-OUT波形四、实验步骤1熟悉信源模块的工作原理。用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。2用FS作为示波器的外同步信号，进行下列观察：（1）示波器的两个探头分别接NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄）；（2）用K1产生代码×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。按照实验指导书要求，用K1产生代码11110010,K2产生代码00011100,K3产生代码01110000(其中K1的代码为帧同步码,K2和K3是产生的信息码,可以任意定义).用示波器观察NRZ、FS、BS如下图:--10检测点波形数字信号远源单元FS数字信号远源单元NRZ数字信号远源单元BS注意:该实验不用连接线,直接在实验箱上的数字信源单元各个观察点加示波器探头进行观测.五、实验报告要求根据实验观察和纪录回答：1、不归零码和归零码的特点是什么？2、根据电路原理图设计出一任意伪随机码（RZ）产生电路.六、实验仪器光纤通信有源实验箱，数字存储示波器--11实验二HDB3编译码及其光纤传输实验一、实验目的1、掌握AMI、HDB3码的编码规则。2、掌握从HDB3码中提取位同步信号的方法。3、了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。二、实验内容1、用示波器观察传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）。2、用示波器观察从HDB3码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。3、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形。三、基本原理本实验用到的电路模块为HDB3编译码模块。原理框图、电原理图分别如图2-1和图2-2所示。本单元有以下测试点及输出点：NRZ译码器输出信号CODE–OUT编码器输出信号CODE–IN译码器输入信号(AMI)HDB3编译码器单—双变换双—单变换相加器锁相环限幅放大带通+H-OUTBS-IN-H-OUTNRZ-INHDB3(AMI)+H-HNRZ（AMI）BS-RBPF(AMI)HDB3-D整流器图2-1HDB3编译码方框图本模块上的开关K4用于选择码型，K4位于上端选择HDB3码的编译码，位于下端选择AMI码编译码。HDB3码和AMI码的编码输出点都在CODE-OUT，--12译码输入点都在CODE-IN。图2-1中各单元与图2-2各单元器件的对应关系如下：HDB3编译码器U11：HDB3编译码集成电路CD22103A单/双极性变换器U12：模拟开关4052双/单极性变换器U15：非门74HC04相加器U16：或门74LS32带通U13、U14：运放UA741限幅放大器U17：运放LM318锁相环U18:集成锁相环CD4046图2-2HDB3编译码电路图下面简单介绍AMI、HDB3码编码规律。AMI码的编码规律是：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码0的为0码。AMI码对应的波形是占空比为0.5的双极性归零码，即脉冲宽度τ与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS的关系--13是τ=0.5TS。HDB3码的编码规律是：4个连0信息码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节为000V，有偶数个信息1码（包括0个信息1码）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码；信息码的1码变为带有符号的1码即+1或