光電信息技術(shù)實驗指導(dǎo)書

1、光電信息技術(shù)實驗指導(dǎo)書光通信系2014年8月實驗一光纖活動連接器插入損耗及回波損耗測試實驗一、實驗?zāi)康?、認(rèn)知光纖活動連接器（法蘭盤）。2、了解光纖活動連接器在光纖通信系統(tǒng)中的作用。二、實驗內(nèi)容1、認(rèn)識和了解光纖活動連接器及其作用。2、測量光纖活動連接器的插入損耗。三、實驗器材1、 主控&信號源、25號模塊 各1塊2、 23號模塊（光功率計） 1塊3、 連接線 若干4、 光纖跳線 2根5、 光纖活動連接器（法蘭盤） 1個6、 Y型分路器 1個四、實驗原理光纖活動連接器即光纖適配器，又叫法蘭盤，是光纖傳輸系統(tǒng)中光通路的基礎(chǔ)部件，是光纖系統(tǒng)中必不可少的光無源器件。它能實現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備之間、設(shè)

2、備與儀表之間，設(shè)備與光纖之間以及光纖與光纖之間的活動連接，以便于系統(tǒng)接續(xù)、測試、維護(hù)。它用于光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸（活動）連接的器件。它是把光纖的兩個端面精密對接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對系統(tǒng)造成的影響減到最小。目前，光纖通信對活動連接器的基本要求是：插入損耗小，受周圍環(huán)境變化的影響??；易于連接和拆卸；重復(fù)性、互換性好；可靠性高，價格低廉。光連接器的指標(biāo)有：插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和溫度范圍等。I、插入損耗測試光纖活動連接器插入損耗是指光纖中的光信號通過活動連接器之后，其輸出光功率相對輸入光功率的分貝數(shù)，計算公式為：IL10lg（

3、P0/P1）其中P0為輸入端的光功率，P1為輸出端的光功率，功率單位W。設(shè)備自帶的功率計組成架構(gòu)圖插入損耗實驗測試框圖a插入損耗實驗測試框圖b光纖活動連接器的插入損耗越小越好。光纖活動連接器插入損耗測試方法為：如上述實驗測試框圖所示，（圖B）向光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動電路送入一偽隨機(jī)信號，保持注入電流恒定。將活動連接器連接在光發(fā)機(jī)與光功率計之間，記下此時的光功率P1；（圖A）取下活動連接器，再測此時的光功率，記為P0，將P0、P1代入公式即可計算出其插入損耗。II、回波損耗測試活動連接器的回波損耗：向光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動電路送入一偽隨機(jī)信號，保持注入電流恒定。按下圖所示組成的回波損耗測試系統(tǒng)，按圖A測

4、得此時的光功率為P1。將活動連接器按圖B接入。測得此時的光功率為P2，將P1、P2代入公式即可計算出其回波損耗?；夭〒p耗測試框圖A回波損耗測試框圖B五、注意事項1、在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進(jìn)行光纖的連接。2、不要帶電插拔信號連接導(dǎo)線。六、實驗步驟注：建議實驗前先了解和學(xué)習(xí)系統(tǒng)中光功率計的搭建和使用方法。A、光纖活動連接器插入損耗測量1、系統(tǒng)關(guān)電，依次按下面說明進(jìn)行連線。（1）用連接線將主控信號源模塊的PN，連接至25號模塊的TH2數(shù)字輸入端。（2）用光纖跳線連接25號模塊的光發(fā)端口和光收端口，此過程是將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)光纖跳線傳輸后再將光信號還原為電信號。注意，連接光纖

5、跳線時需定位銷口方向且操作小心仔細(xì)，切勿損傷光纖跳線或光收發(fā)端口。（3）用同軸連接線將25號模塊的P4光探測器輸出端，連接至23號模塊的P1光探測器輸入端。此時是用于光功率計單元測量未加入光纖活動連接器時的光發(fā)射機(jī)輸出光功率。2、設(shè)置25號模塊的功能初狀態(tài)。（1）將收發(fā)模式選擇開關(guān)S3撥至“數(shù)字”，即選擇數(shù)字信號光調(diào)制傳輸。（2）將撥碼開關(guān)J1撥至“ON”，即連接激光器；撥碼開關(guān)APC此時選擇“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根據(jù)需要隨意選擇。（3）將功能選擇開關(guān)S1撥至“光功率計”，即選擇光功率計測量功能。3、進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和觀測。（1）打開系統(tǒng)和23號、25號模塊的電源開關(guān)。（2）設(shè)置

6、主控&信號源模塊的【主菜單】，選擇【光功率計】；可以通過選擇和單擊“選擇/確認(rèn)”多功能旋鈕，切換功率計的測量波長；根據(jù)實際使用的光收發(fā)模塊的波長類型，選擇波長【1310nm】或【1550nm】。（3）適當(dāng)調(diào)節(jié)25號模塊的W4輸出光功率大小旋鈕，記錄當(dāng)前輸出功率值P1。（4）關(guān)電，在25號模塊的光發(fā)端口和光收端口之間加入光纖活動連接器。具體操作方法為：先拆除光纖跳線與光接收端口的連接，然后將此光纖跳線與待測光纖活動連接器的一端連接，最后用另一根光纖跳線將待測光纖活動連接器的另一端與25號模塊的光收端口連接即可。（5）再開電，選擇菜單功能以及功率計波長，記錄此時功率值P2。（6）計算光纖活

7、動連接器的插入損耗。B、光纖活動連接器回波損耗測量（1）按照回波損耗測量框圖的圖A所示，連接好光收發(fā)模塊、Y型分路器以及光功率模塊。開電，選擇主控模塊菜單的【功率計】功能，根據(jù)實際使用的光收發(fā)模塊選擇合適的測量波長，觀測功率值，記為P1。（2）按照回波損耗測量框圖的圖B所示，連接好光纖活動連接器、光收發(fā)模塊、Y型分路器以及光功率模塊。開電，選擇主控模塊菜單的【功率計】功能，根據(jù)實際使用的光收發(fā)模塊選擇合適的測量波長，觀測功率值，記為P2。（3）計算活動連接器的回波損耗。七、實驗報告1、總結(jié)對光纖活動連接器的了解內(nèi)容。2、記錄光纖活動連接器的插入損耗和回波損耗。3、試分析Y型分路器可能對回波損耗

8、測試帶來的影響。實驗二 數(shù)字信號光纖傳輸系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康?、了解和掌握CMI編譯碼原理。2、了解CMI碼在光纖傳輸系統(tǒng)中的用途。二、實驗內(nèi)容1、觀測CMI編碼和譯碼波形。2、搭建并聯(lián)調(diào)CMI編譯碼光纖傳輸系統(tǒng)。三、實驗器材1、 主控&信號源模塊、8號、13號、25號模塊 各一塊2、 雙蹤示波器 一臺3、 光纖跳線 1根4、 連接線 若干四、實驗原理1、實驗電路框圖CMI編譯碼光纖傳輸系統(tǒng)框圖2、實驗框圖說明本實驗觀測CMI編譯碼波形從而了解CM碼的原理和用途，同時掌握數(shù)字信號光纖傳輸系統(tǒng)的原理和構(gòu)成。和數(shù)字電纜通信一樣，通常在數(shù)字光纖通信的傳輸通道中，一般不直接傳輸終端機(jī)輸出的數(shù)字

9、信號，而是經(jīng)過碼型變換電路，使之變換成為更適合傳輸通道的線路碼型。在數(shù)字電纜通信中, 電纜中傳輸?shù)木€路碼型通常為三電平的“三階高密度雙極性碼”，即HDB3碼，它是一種傳號以正負(fù)極性交替發(fā)送的碼型。在數(shù)字光纖通信中由于光源不可能發(fā)射負(fù)的光脈沖，因而不能采用HDB3碼，只能采用“0”“1”二電平碼。但簡單的二電平碼的直流基線會隨著信息流中“0”“1”的不同的組合情況而隨機(jī)起伏，而直流基線的起伏對接收端判決不利，因此需要進(jìn)行線路編碼以適應(yīng)光纖線路傳輸?shù)囊?。線路編碼還有另外兩個作用：一是消除隨機(jī)數(shù)字碼流中的長連“0”和長連“1”碼，以便于接收端時鐘的提取。二是按一定規(guī)則進(jìn)行編碼后，也便于在運(yùn)行中進(jìn)行

10、誤碼監(jiān)測，以及在中繼器上進(jìn)行誤碼遙測。CMI（Coded Mark Inversion）碼是典型的字母型平衡碼之一。CMI在ITU-T G.703建議中被規(guī)定為139 264 kbit/s（PDH的四次群）和155 520 kbit/s（SDH的STM-1）的物理/電氣界面的碼型。CMI由于結(jié)構(gòu)均勻，傳輸性能好，可以用游動數(shù)字和的方法監(jiān)測誤碼，因此誤碼監(jiān)測性能好。由于它是一種電接口碼型，因此有不少139 264 kbit/s的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用CMI碼作為光線路碼型。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，它不需要重新變換，就可以直接用四次群復(fù)接設(shè)備送來的CMI碼的電信號去調(diào)制光源器件，在接收端把再生還原的CMI碼

11、的電信號直接送給四次群復(fù)用設(shè)備，而無須電接口和線路碼型變換/反變換電路。其缺點(diǎn)是碼速提高太大，并且傳送輔助信息的性能較差。本實驗CMI編碼中，碼字“0”由“01”表示，碼字“1”由“00”、“11”交替表示。其變換規(guī)則如表所示：輸入碼字CMI碼模式1模式20010110011五、注意事項1、在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進(jìn)行光纖的連接。2、不要帶電插拔信號連接導(dǎo)線。六、實驗步驟1、系統(tǒng)關(guān)電，參考系統(tǒng)框圖，依次按下面說明進(jìn)行連線。源端口目的端口連線說明信號源：PN模塊8：TH3(數(shù)據(jù))提供編碼輸入數(shù)據(jù)信號源：CLK模塊8：TH4(時鐘)提供編碼輸入時鐘模塊8：TH6(編碼輸出)模塊2

12、5：TH2(數(shù)字輸入)送入光發(fā)射機(jī)用光纖跳線連接25號模塊的光發(fā)端口和光收端口，此過程是將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)光纖跳線傳輸后再將光信號還原為電信號。注意，連接光纖跳線時需定位銷口方向且操作小心仔細(xì)，切勿損傷光纖跳線或光收發(fā)端口。源端口目的端口連線說明模塊25：TH3(數(shù)字輸出)模塊8：TH10(譯碼輸入)送入譯碼單元模塊25：TH3(數(shù)字輸出)模塊13：TH7(數(shù)字鎖相環(huán)輸入)送入位同步提取單元模塊13：TH5(BS2)模塊8：TH9(譯碼時鐘輸入)提供譯碼輸入時鐘2、設(shè)置25號模塊的功能初狀態(tài)。（1）將收發(fā)模式選擇開關(guān)S3撥至“數(shù)字”，即選擇數(shù)字信號光調(diào)制傳輸。（2）將撥碼開關(guān)J1撥至“O

13、N”，即連接激光器；撥碼開關(guān)APC此時選擇“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根據(jù)需要隨意選擇。（3）將功能選擇開關(guān)S1撥至“光接收機(jī)”，即選擇光信號解調(diào)接收功能。3、進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和觀測。（1）打開系統(tǒng)和各實驗?zāi)K電源開關(guān)。設(shè)置主控信號源模塊的菜單，選擇【主菜單】【光纖通信】【PN序列光纖傳輸系統(tǒng)】。信號源PN碼速率與數(shù)字鎖相環(huán)部分的分頻設(shè)置開關(guān)S3的對應(yīng)關(guān)系2048K1024K512K256K128K64K32K16K8K4K2K1K000000010010001101000101011001111000100110101011（2）調(diào)節(jié)25號模塊中光發(fā)射機(jī)的W4輸出光功率旋鈕，改變輸出

14、光功率強(qiáng)度；調(diào)節(jié)光接收機(jī)的W5接收靈敏度旋鈕和W6判決門限旋鈕，改變光接收效果。用示波器對比觀測信號源PN序列和8號模塊的TH13譯碼數(shù)據(jù)輸出端，直至二者碼型一致。（3）用示波器觀測信號源PN序列和8號模塊的TH6(編碼輸出)，對比編碼前后的波形，驗證CMI編碼規(guī)則。注：有興趣的同學(xué)可以將信號源替換成2號模塊，設(shè)置好碼型和碼速，通過光條觀測信號經(jīng)CMI編譯碼光纖傳輸系統(tǒng)的情況。七、實驗報告1、簡述CMI編譯碼原理。2、記錄并分析CMI編譯碼實驗波形結(jié)果。實驗三 光接收機(jī)靈敏度指標(biāo)測試實驗一、實驗?zāi)康?、了解和掌握光收端機(jī)靈敏度的指標(biāo)要求和測試方法。2、掌握誤碼儀的使用方法。二、實驗器材1、 主

15、控&信號源模塊、25號模塊 各一塊2、 23號模塊（光功率計&誤碼儀） 一塊3、 FC/PC型光纖跳線、連接線 若干三、實驗原理光接收機(jī)的性能指標(biāo)主要包括靈敏度和動態(tài)范圍。（1）靈敏度靈敏度是光端機(jī)的重要特性指標(biāo)之一，它表示了光接收機(jī)接收微弱信號的能力，是系統(tǒng)設(shè)計的重要依據(jù)。光接收機(jī)靈敏度的定義是：在給定誤碼率或信噪比條件下，光接收機(jī)所能接收的最小平均光功率。在測靈敏度時應(yīng)注意3點(diǎn)：1、在測量光接收機(jī)靈敏度時，首先要確定系統(tǒng)所要求的誤碼率指標(biāo)。對不同長度和不同應(yīng)用的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)，其誤碼率指標(biāo)是不一樣的。例如，在短距離光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，要求誤碼率一般為，而在420km數(shù)字段

16、中，則要求每個中繼器的誤碼率為。對同一個光接收機(jī)來說，當(dāng)要求的誤碼率指標(biāo)不同時，其接收機(jī)的靈敏度也就不同。要求誤碼率越小，則靈敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。因此，必須明確，對某一接收機(jī)來說，靈敏度不是一個固定不變的值，它與誤碼率的要求有關(guān)。測量時，首先要確定系統(tǒng)設(shè)計要求的誤碼率，然后再測該誤碼率條件下的光接收機(jī)靈敏度的數(shù)值。2、要注意光接收機(jī)靈敏度定義中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一個在達(dá)到系統(tǒng)要求的誤碼率時所對應(yīng)的光功率。因此，要特別注意“最小”的概念。所謂“最小”，就是指當(dāng)接收的光功率只要小于此值，誤碼率立即增加而達(dá)不到要求。應(yīng)該指出，對某一接收機(jī)來說，光功率只要在它的

17、動態(tài)范圍內(nèi)變化，都能保證系統(tǒng)要求的誤碼率。但靈敏度只有一個，即接收機(jī)所能接收的最小光功率。3、靈敏度指的是平均光功率，而不是光脈沖的峰值功率。這樣，光接收機(jī)的靈敏度就與傳輸信號的碼型有關(guān)。碼型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即靈敏度不同。在光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中常用的2種碼型NRZ碼和RZ碼的占空比分別為100%和50%。當(dāng)“1”和“0”碼的概率相等時，前者的平均光功率比后者大3db。因此，測試靈敏度時必須選用正確的碼型。靈敏度的單位一般用dBm表示。它表示以1mW功率為基礎(chǔ)的絕對功率電平。設(shè)測得的最小平均光功率為Pmin，則靈敏度可以表示為例如當(dāng)PR=-60dBm時，其最小平均光功率就是10

18、-9W。要特別說明的是：Pmin越小，接收機(jī)的靈敏度就越高，該接收機(jī)在很小的接收光功率條件下，就可保證系統(tǒng)所要求的誤碼率。（2）動態(tài)范圍在實際的光纖通信線路中，光接收機(jī)的輸入光信號功率是固定不變的，當(dāng)系統(tǒng)的中繼距離較短時，光接收機(jī)的輸入光功率就會增加。一個新建的線路，由于新器件和系統(tǒng)設(shè)計時考慮的富余度也會使光接收機(jī)的輸入光功率增加。為了保證系統(tǒng)的正常工作，對輸入信號光功率的增加必須限制在一定的范圍內(nèi)，因為信號功率增加到某一數(shù)值時將對接收機(jī)性能產(chǎn)生不良影響。在模擬通信系統(tǒng)中，輸入信號過大將使放大器超載，輸出信號失真，降低信噪比。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，當(dāng)輸入信號功率增加到某一數(shù)值時，將使系統(tǒng)出現(xiàn)誤碼。

19、應(yīng)該指出，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，放大器輸出信號的失真在測試時應(yīng)與模擬系統(tǒng)區(qū)別開來。為保證數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼特性，光接收機(jī)的輸入光信號只能在某一定范圍內(nèi)變化，光接收機(jī)這種能適應(yīng)輸入信號在一定范圍內(nèi)變化的能力稱為光接收機(jī)的動態(tài)范圍，可表示為：式中，Pmax是光接收機(jī)在不誤碼條件下能接收的最大信號平均光功率；Pmin是光接收機(jī)的靈敏度，即最小可接收光功率。一般來說，要求光接收機(jī)的動態(tài)范圍大一點(diǎn)較好，但如果要求過大則會給設(shè)備的生產(chǎn)帶來一些困難。四、實驗步驟1、關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。源端口目的端口連線說明模塊23：TH1(數(shù)據(jù)輸出)模塊25：TH2(數(shù)字輸入)誤碼儀源數(shù)據(jù)送入光發(fā)端模塊25：TH3(數(shù)字

20、輸出)模塊23：TH3(數(shù)據(jù)輸入)光收端輸出數(shù)據(jù)送回誤碼儀模塊23：TH2(時鐘輸出)模塊23：TH4(時鐘輸入)同步時鐘直連2、用光纖跳線連接25號光收發(fā)模塊的光發(fā)輸出端和光收接入端，并將光收發(fā)模塊的功能選擇開關(guān)S1打到“光接收機(jī)”。3、用同軸電纜線將25號模塊P4(光探測器輸出)連至23號模塊P1（光探測器輸入）。4、將開關(guān)J1撥為“10”，即無APC控制狀態(tài)。開關(guān)S3撥為“數(shù)字”，即數(shù)字光發(fā)。5、將25號光收發(fā)模塊的電位器W4和W2順時針旋至底，即設(shè)置光發(fā)射機(jī)的輸出光功率為最大狀態(tài)； 6、開電，設(shè)置主控模塊菜單，選擇【主菜單】【光纖通信】【誤碼儀】功能?？蓪⒄`碼儀的輸出信號碼速設(shè)置為2M

21、。調(diào)節(jié)光接收機(jī)各旋鈕，使誤碼儀的 “失鎖”“誤碼”“無數(shù)據(jù)”三個指示燈滅，即光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的傳通通路無誤碼。7、慢慢旋轉(zhuǎn)W4（輸出光發(fā)射功率大小的調(diào)節(jié)旋鈕），當(dāng)誤碼儀的“誤碼”指示燈剛出現(xiàn)閃爍時，將25號模塊的功能選擇鍵S1撥至“光功率計”，在主控模塊上設(shè)置并選擇【主菜單】【光纖通信】【光功率計】功能，可以通過選擇和單擊“選擇/確認(rèn)”多功能旋鈕，切換功率計的測量波長；根據(jù)實際使用的光收發(fā)模塊的波長類型，選擇波長【1310nm】或【1550nm】。測量并記錄此時光功率Pmin。該P(yáng)min即為光接收機(jī)的靈敏度。8、再根據(jù)光發(fā)射機(jī)平均光功率測試實驗，測出光接收機(jī)在不誤碼條件下能接收的最大信號平均光

22、功率Pmax，從而計算出光接收機(jī)的動態(tài)范圍。五、實驗報告1、記錄實驗數(shù)據(jù)，分析實驗數(shù)據(jù)。實驗四 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)性能測試實驗一、實驗?zāi)康?、了解數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本組成。2、掌握數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能參數(shù)以及測試方法。二、實驗儀器1、 主控&信號源模塊、25號模塊 各一塊2、 23號模塊（光功率計&誤碼儀） 一塊3、 FC/PC型光纖跳線、連接線 若干三、實驗原理在光纖傳輸系統(tǒng)的建設(shè)、維護(hù)和管理中，中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測是不可或缺的。例如在測試開通、系統(tǒng)故障檢查、系統(tǒng)修復(fù)后的測試等，均采用中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測方法。利用實驗箱中的各模塊，采用中斷業(yè)務(wù)誤碼監(jiān)測的方法來對光纖實驗箱中的光纖通信系統(tǒng)誤碼率進(jìn)行測試。誤碼監(jiān)測方法主要有兩種方法，即中斷業(yè)務(wù)（Out of Service）監(jiān)測和不中斷業(yè)務(wù)（In Service）監(jiān)測，這兩種方法在光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中都必須采用。前一種方法與所選用的線路碼型無關(guān)，后一種方法依賴于所選用的線路碼型，各種不同線路碼型所采用的不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測方法有很大差別。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的誤碼率，對設(shè)定系統(tǒng)傳輸?shù)闹欣^距離，系統(tǒng)性能評判等都有非常重要的作用。在實驗條件下，系統(tǒng)誤碼率可以調(diào)節(jié)為0，實驗中可以通過調(diào)節(jié)小可變衰減器光的衰減量、光發(fā)端機(jī)工作電流和光收端機(jī)放大倍數(shù)等參數(shù)來觀察系統(tǒng)誤碼率的變化情況。誤碼儀測試自環(huán)連