光纖通信原理實驗教程

（第二版）

唐修連編著

江蘇盛泰信通科技發(fā)展有限公司

光纖通信原理實驗教程

（第二版）

唐修連編著

江蘇盛泰信通科技發(fā)展有限公司

-LX-1

刖吞

為了配合有關(guān)《光纖通信系統(tǒng)原理》等課程的教學(xué)和實驗需要，我們研制

開發(fā)的光纖通信系統(tǒng)原理綜合實驗箱。共收入了8個實驗，如杲實驗室配備有

光纖通信常用的儀表，還可在此基礎(chǔ)上開設(shè)更復(fù)雜的實驗7個。

與該書配套的光纖通信系統(tǒng)原理綜合實驗箱，置于一個便攜式的實驗箱

內(nèi)，該系統(tǒng)的突出優(yōu)點有：

1、該實驗箱采用模塊化設(shè)計，波形測試點多，調(diào)節(jié)點多，有利于學(xué)生動手

操作實驗。

2、系統(tǒng)采用硬件和軟件、分列元件和集成器件相結(jié)合，有利于對原理的理

解。

3、該實驗箱述可根據(jù)實驗者口己的設(shè)計來控制，組合齊模塊完成不同的實

驗項目。

本實驗教程出同完成，出于水平有限，書中缺漏難免，歡迎使用者批評指

正。

編著者

2000.11

第一章光纖通信實驗系統(tǒng)總體介紹..............................1

第二章光纖通信基礎(chǔ)實驗........................................1()

實驗一、光纖通信實驗系統(tǒng)信號發(fā)牛器單元實驗........................10

實驗二、中央處理器(CPU)單元實驗.................................15

實驗三、碼型變換(CMT)實驗......................................23

實驗四、光發(fā)送系統(tǒng)實驗..........................................29

實驗五、光接收系統(tǒng)實驗..........................................37

實驗六、PCM話路光傳輸系統(tǒng)實驗.................................43

實驗七、變速率數(shù)據(jù)光傳輸實驗......................................46

實驗八、模擬和數(shù)字光纖系統(tǒng)綜合實驗..............................51

第三章光纖通信加強實驗........................................57

實驗九、數(shù)字光發(fā)送接口指標(biāo)測試實驗..............................57

1、消光比EXT測試

2、平均發(fā)送光功率

實驗十、數(shù)字光接收接口指標(biāo)測試實驗...............................60

1、靈敏度測試

2、動態(tài)范圍測試

實驗I?一、PCM話路特性測試實驗..................................62

實驗十二、光纖傳輸特性測量實驗...................................63

1、光纖損耗的插入測試法

2、多模光纖帶寬的時域測試法

實驗十三、光纖無源器件特性測試實驗...............................65

1、光纖活動連接器

2、Y型分路器

3、星型耦合器

實驗十四、圖像光纖傳輸系統(tǒng)實驗...................................66

實驗十五、波分復(fù)用(WDM)光纖通信系統(tǒng)實驗........................67

第四章常用光纖通信儀表簡介.................................69

5.I光功率計...................................................69

5.2穩(wěn)定光源....................................................70

5.3光時域反射儀(OTDR)....................................................................................74

5.4課碼測試儀..................................................75

5.5光纖熔接機...................................................79

5.6PCM終端測試儀.............................................81

第五章光纖通信實驗原理電路..................................83

第一章光纖通信實驗系統(tǒng)總體介紹

一、概述

本實驗系統(tǒng)根據(jù)光纖通信系統(tǒng)原理的主要知識點進行實驗，結(jié)合電子技術(shù)和微

處理器技術(shù)，針對光纖通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用可進行8項實驗或示教，實驗

內(nèi)容重點突出,內(nèi)容豐富，有重點的培養(yǎng)實驗者的動手能力。實驗系統(tǒng)總方框

圖如圖1所示,它由以下7個部分單元電路組成：

1、信號發(fā)生器單元

2、模擬接口單元

3、數(shù)字接口單元

4、信號處理單元

5、中央CPU控制單元

6、光發(fā)端機單元

7、光接收機單元

侮個單元電路的詳細說明將在后面的實驗中逐一介紹。圖2是實驗系統(tǒng)的

電原理圖。圖3是實驗系統(tǒng)元件分布圖。

圾

接

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單

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元

處

處

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理光發(fā)端機

單

單

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元

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單

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CPU中央處理控制單元

圖1實驗系統(tǒng)總方框圖

外輸入電路m

。損瓜按敢電路音相功敬

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正弦波電路擇

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接收脈沖破

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CPU央處理控甬單元

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數(shù)竄）?M'OTP4-

ipeoeO'2

編碼K203口光發(fā)送系統(tǒng)UJievOTPS-

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模擬電話W702

OTP30S

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1P601O

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光纖傳輸系統(tǒng)實驗數(shù)字電話07Pxi

31010

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D8D9DIODllmeD13

松擬電話

IPIOSO

碼型變換

OTP507

1PH55碼解碼電路。“述

中央CPU控制單元

OTP305

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器

IPI13Q

CPUOGND

性盤電路S一

K1。信號源

LSK]W302

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IPIIIDOOO

nGND-TPeioiGMD

0HTP501TP502TP503

GND

二、光纖傳輸系統(tǒng)介紹

光纖是由高純度的SiO?（俗稱玻璃）制成的良好的通信媒介，?其優(yōu)點是尺

寸小、質(zhì)量輕，其纖芯典型尺寸多模光纖為50um或62.5uHI,比人的頭發(fā)絲還

小?？闺姶鸥蓴_保密性好，節(jié)省了大雖的金屬。最主要的優(yōu)點有兩點，一是損

耗小傳輸距離遠，損耗典型值O.kiB/KM,與Z對應(yīng)同軸電纜5dB/KM。二是容量

大,口前一根光纖上的容量達320Gbps。

光纖通信是以光為載波，以光纖為傳輸媒介的一種通信方式。光載波的產(chǎn)

生是由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生的，半導(dǎo)體光源的體積小，常溫下連續(xù)工作，壽命長，與

我們R常生活中熟悉的光源如口熾燈、R光燈、發(fā)光二極管（如紅色、綠色、

黃色等）不同屬于紅外光源，尤其半導(dǎo)體激光源的特性更好，發(fā)光功率大，傳

送距離遠。光源的發(fā)光波長應(yīng)與光纖的三個低損耗窗口對應(yīng)，它們分別為以0.

85um,1.30um,1.55um為中心、1.30um為零色散窗口，1.55yin為最低損耗窗

口。

光纖傳輸系統(tǒng)的基木框圖如圖4所示

圖4光纖傳輸系統(tǒng)方框圖

由圖4知光纖傳輸系統(tǒng)包括光發(fā)端機，光收端機，光纖組成。光發(fā)送機完成

將電信號調(diào)制到光載波上去，采用強度調(diào)制（IM），光接收機完成光信號的解調(diào)，

采用直接檢測（DD）屬于非相干解調(diào)，光載;波由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生，直接檢測由

半導(dǎo)體光檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號。

光纖由光纖連接器與光發(fā)端機和光收端機相連其連接關(guān)系由下面圖5所示。

凸起

cl

旋緊

底座

插頭

圖5光發(fā)、收端機與光纖連接器連接示意圖

在連接過程中不能蠻勁使用，將方向、缺口對準(zhǔn)，將插頭插入底座然后旋緊，

保護套環(huán)即可，光纖的彎曲弧度不能太小，以免折斷光纖，插頭前端為陶瓷芯子

易碎切勿弄臟，碰碎。

三、光纖通信的優(yōu)越性

1?最小的傳輸損耗

2.極寬的傳輸帶寬

3.光纜外形直徑很小

4.光纜重量很輕

5.與常規(guī)同軸屯纜相比，光纜在安裝時更易彎曲

6.極不易受屯磁場的干擾

7?光纜材料更易獲得

8?最低的泄漏，最高的安全性

9.對高溫和化學(xué)物品的最大承受力

四、光纖的類型

1?多模光纖

多模光纖是允許多于一個模式光波傳輸?shù)墓饫w。模式的數(shù)目取決于芯徑、

數(shù)值孔徑（接收角）、折射率分布特性和波長。

2.單模光纖

當(dāng)入射光波長大于截止波長時，光纖將只能傳輸一個基模的光波。這種只

允許一種模式光波的傳輸?shù)墓饫w叫做單模光纖。一般芯徑小于lOumo

光纖的類型如圖1-5所示。

折射率光纖芯

圖6光纖的類型

五.光纖活動連接器的類型及操作注意

1.光纖通信產(chǎn)品中使用的活動連接器類型一般可分為：

(1)FC/PC型

(2)FC/APC型

(3)SC或ST型

上述三種類型的光纖活動連接器均可作為光輸入/輸出端口。

2.光纖活動連接器操作注意事項：

(1)連接器應(yīng)放置于清潔場地，不用時應(yīng)蓋好保護帽。

(2)在插拔連接器時，嚴(yán)禁用力拉扯光纜、光纖，應(yīng)手握端頭操作。

(3)插針體和套筒要保持干凈，如發(fā)現(xiàn)有污物，應(yīng)用無水乙醇將其清

潔

干凈。

(4)本實驗箱中所使用的光纖活動連接器是ST型。

3.光纖通信產(chǎn)品中使用的活動連接器外形如圖7所示。

ST光纖活動連接牙務(wù)

FC/PC和FC/APC光纖話動連摟器

SC活動連接器

圖7活動連接器外形圖

六、系統(tǒng)實驗項目及建議時數(shù)安排

實驗系統(tǒng)在CPU中央控制單元的管理控制下，實驗者可根據(jù)自己的設(shè)計進

行8項實驗。

1、信號源和信號處理實驗0.5學(xué)時

2、中央集中控制單元實驗0.5學(xué)時

3、碼型變換實驗1學(xué)時

4、光發(fā)送系統(tǒng)實驗1學(xué)時

5、光接收系統(tǒng)實驗1學(xué)時

6、電話光傳輸系統(tǒng)實驗1學(xué)時

7、可變速率數(shù)據(jù)光傳輸系統(tǒng)實驗1學(xué)時

8、綜合實驗系統(tǒng)實驗2學(xué)時

第二章光纖通信基礎(chǔ)實驗

實驗一光纖通信原理實驗系統(tǒng)信號發(fā)生器實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1、熟悉該光纖通信原理實驗系統(tǒng)的電路組成。

2、熟悉光纖通信系統(tǒng)發(fā)送端信號產(chǎn)生的方法。

二、實驗儀表

1、直流穩(wěn)壓電源一臺

2、20MHz示波器一臺

3、三用表一臺

三、實驗電路工作原理

時鐘信號是該光纖實驗系統(tǒng)電中的重要主成部分。其方框圖與電原理圖

分別見1?1與圖1?2所示。圖1-3是偽隨機碼產(chǎn)生電路。

圖1-1信號發(fā)生方框圖

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3偽隨機碼發(fā)生器電原理圖

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各點波形說明如下:

TP101：2.048MHz的方波信號，作為PCM編譯碼電路的主時鐘信號。

TP102：1.024MHz的方波信號

TP103：128KHZ的窄脈沖信號

TP104：8KHz的窄肽沖信號，作為PCM編譯碼電路的幀同步信號和脈沖

波產(chǎn)生電路的波形。

TP105：2KHz或IKHz的方波信號，作為正弦波產(chǎn)牛電路的輸入信號。

TP107：8KHz或4KHz的方波信號，作為三角波產(chǎn)生電路的輸入信號。

TP109：64KHz的方波信號。

TP110：偽隨機碼產(chǎn)生電路輸出波形,碼型為00001110110010k

TP109

TP110B980\\\6\\

TP111

TP112

TP113

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四、實驗內(nèi)容：

1、用示波器測出各測量點波形，并對每一測量點的波形加以分析。

2、分析偽隨機碼發(fā)生器的工作原理并畫出輸出波形。

五、實驗報告要求：

1、分析電路的工作原理.，敘述其工作過程。

2、根據(jù)測試的實驗數(shù)據(jù)，現(xiàn)象與波形。寫出分析的結(jié)果與實測的是否一

致。

實驗二CPU中央處理控制單元系統(tǒng)實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1、了解單片機在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2、了解該單元電路對整個光纖實驗系統(tǒng)的管理與控制過程。

3、熟悉鍵盤操作方法。

二、實驗儀器

同實驗一

三、實驗電路工作過程

（一）方框圖

見圖2?1所示，它由CPU單元，顯示控制接口電路、數(shù)字控制接口電路，模擬

控制接口電路與鍵盤輸入電路等五個部分組成。圖2衛(wèi)是它的電原理圖。

圖2-3是CPU與輸入鍵盤、顯示電路方框因。

顯不藝刮浜二w床務(wù)至顯示電路

數(shù)字控制接口毛路至數(shù)字開關(guān)電路

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槐擬控制接匚電路至模擬開關(guān)電路

鍵盤輸入電路

圖2?1CPU中央處理捽制器方框圖

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圖2-2CPU中央處湮控制單元電匝涅圖

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圖2-3CPU與輸入鍵盤顯示電路方框

從圖2-3可看此共有12個功能鍵，其中“脈沖波”、“方波”、

“CMI”、“PN”、“數(shù)字電話”、“PCM”鍵為數(shù)字鍵盤。在做數(shù)字信號光傳輸實

驗時，用此6個功能健，若再做數(shù)字信號與模擬信號的光傳輸實驗時，則再加

上“三角波”、“正弦波”、“外輸入”、“模擬電話”4個模擬信號功能鍵。

具體操作為：若做數(shù)字電話光傳輸實驗時，則按下“數(shù)字電話”鍵后，再按一

下“確認(rèn)”鍵，這時，CPU接通與數(shù)字電話有關(guān)的模擬電路、數(shù)字電路、光發(fā)系

統(tǒng)與光收系統(tǒng)等單元電路。實驗結(jié)束后，再按一下“復(fù)位”鍵，使系統(tǒng)重新工

作，圖2?4是各種傳輸方式的實驗功能的實驗方框圖。

收方

信波

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處收

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單

元

單元

控制

處理

中央

CPU

意圖

輸示

纖傳

號光

波信

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單元

控制

處理

中央

CPU

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輸示

纖傳

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沖借

(b)脈