數(shù)字光纖通信課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)-劉豐年

1、數(shù)字光纖通信與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)第一部分 總則一、目的要求課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)和鍛煉在校學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力、進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，它具有動(dòng)手、動(dòng)腦，理論聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，是培養(yǎng)在校工科大學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、敢于動(dòng)手、善于動(dòng)手和獨(dú)立自主解決設(shè)計(jì)實(shí)踐中遇到的各種問(wèn)題能力的一種較好方法。光纖通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是繼“光纖通信系統(tǒng)”課之后開(kāi)出的實(shí)踐環(huán)節(jié)課程。其目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的光纖通信系統(tǒng)基本知識(shí)、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)的能力。課程設(shè)計(jì)按小組進(jìn)行，完成光的音頻、圖像的發(fā)射、傳輸、接收整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試；數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程及傳輸；波分復(fù)用器性能測(cè)試方法設(shè)計(jì)；光纖接

2、入網(wǎng)波分復(fù)用技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生要掌握使用光纖通信系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)方法，包括設(shè)計(jì)光發(fā)射、光的調(diào)制、光纖傳輸、光的接收與光信號(hào)解調(diào)等全過(guò)程。二、課程設(shè)計(jì)時(shí)間1周。三、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)要求通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)生應(yīng)掌握設(shè)計(jì)所用光纖通信系統(tǒng)的工作原理，光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。能使用各種光電器件構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)。四、設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)要求1、設(shè)計(jì)步驟1）選題與分組：根據(jù)分組，選擇課題，在小組內(nèi)進(jìn)行分工，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，搜集資料。尤其軟件仿真項(xiàng)目，要先對(duì)相關(guān)的光器件進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)。2）課題分析：根據(jù)搜集的資料，進(jìn)行功能分析，并進(jìn)行系統(tǒng)功能等設(shè)計(jì)。3）學(xué)生拿到題目后首先進(jìn)行光路、電路設(shè)計(jì)

3、，然后搭建光纖通信系統(tǒng)。4）調(diào)試與測(cè)試：按要求完成相應(yīng)任務(wù)，并總結(jié)，寫(xiě)成報(bào)告。5）驗(yàn)收與評(píng)分：指導(dǎo)教師對(duì)每個(gè)小組的開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，及每個(gè)成員開(kāi)發(fā)的模塊進(jìn)行綜合驗(yàn)收，結(jié)合設(shè)計(jì)報(bào)告，根據(jù)課程設(shè)計(jì)成績(jī)的評(píng)定方法，評(píng)出成績(jī)。 2、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)要求（1）按設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)中要求的格式書(shū)寫(xiě)，所有的內(nèi)容一律打??；（2）報(bào)告內(nèi)容包括設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)光路與電路及實(shí)驗(yàn)過(guò)程波型分析；（3）要有整體光路、電路原理圖；（4）要給出各個(gè)輸入信號(hào)的具體波形和輸出信號(hào)的測(cè)試結(jié)果。五、設(shè)計(jì)的進(jìn)度 1. 課程設(shè)計(jì)時(shí)間為一周；2. 第1天講授設(shè)計(jì)需要的要求，布置設(shè)計(jì)題目；3. 第2天學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)；4. 第34天系統(tǒng)構(gòu)建、調(diào)試。5. 第5天

4、學(xué)生撰寫(xiě)和打印設(shè)計(jì)報(bào)告。下表是時(shí)間安排參考。2015.6.22015.6.32015.6.42015.6.52015.6.62015.6.7六、考核要求課程設(shè)計(jì)完成后，每位同學(xué)單獨(dú)答辯。根據(jù)設(shè)計(jì)完成情況和所掌握的知識(shí)，并結(jié)合平時(shí)表示，給與優(yōu)、良、中、及格和不及格5個(gè)等級(jí)評(píng)定。第二部分 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容項(xiàng)目一： 圖像、聲音光纖傳輸系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)圖像聲音光纖傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像、聲音信號(hào)的輸入和輸出，最終完成組合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的光纖傳輸系統(tǒng)。二、設(shè)計(jì)原理1、GT-RC-II 型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介：（1）、電源模塊：提供實(shí)驗(yàn)箱各模塊電源。（2）、1310nm光發(fā)送模塊：實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)、數(shù)

5、字信號(hào)在1310nm光發(fā)送機(jī)中的光傳輸及自動(dòng)光功率控制功能（采用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)）。  (3) 1550nm光發(fā)送模塊：實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)在1550nm光發(fā)送機(jī)中的光傳輸及自動(dòng)光功率控制功能（采用專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)）。  (4) 1310nm光接收模塊：實(shí)現(xiàn)1310nm光纖傳輸信號(hào)的接收，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)光電轉(zhuǎn)換，濾波及放大，將其恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)的電脈沖數(shù)據(jù)信號(hào) 。 （5）1550nm光接收模塊：實(shí)現(xiàn)1550nm光纖傳輸信號(hào)的接收，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)光電轉(zhuǎn)換，濾波及放大，將其恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)的電脈沖數(shù)據(jù)信號(hào) 。  實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由光發(fā)模塊、光收模塊、光無(wú)源器件和輔助通信模塊

6、等組成。光發(fā)端機(jī)完成將電信號(hào)直接調(diào)制至光載波上去，采用強(qiáng)度調(diào)制（IM）；光接收機(jī)完成光信號(hào)的解調(diào)，采用直接檢測(cè)（DD），屬于非相干解調(diào)。光載波由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生，由半導(dǎo)體光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而達(dá)到傳輸信號(hào)的目的。2、模擬光纖通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制(DIM)光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)(光源通常為發(fā)光二極管)、光纖線路和光接收機(jī)(光檢測(cè)器)組成， 這種系統(tǒng)的方框圖如圖6.1所示。 圖6.1模擬光纖通信系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成: （1） 光發(fā)送機(jī)：光發(fā)送機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能是將來(lái)自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再

7、將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機(jī)就是常規(guī)的電子通信設(shè)備。 （2）光收信機(jī)：光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。 它由光檢測(cè)器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后，再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。 （3）光纖或光纜：光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過(guò)光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測(cè)器上去，完成傳送信息任務(wù)。 （4）中繼器：中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖近行政性。 （5）

8、光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件：由于光纖或光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問(wèn)題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對(duì)光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件的使用是必不可少的。3光信號(hào)發(fā)送端的工作原理圖3圖（2）系統(tǒng)采用的發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)和調(diào)制電路如圖2所示，信號(hào)調(diào)制采用光強(qiáng)度調(diào)制的方法，發(fā)送光強(qiáng)度調(diào)節(jié)電位器用以調(diào)節(jié)流過(guò)LED的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電流，從而相應(yīng)改變發(fā)光二極管的發(fā)射光功率，設(shè)定的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電流調(diào)節(jié)范圍為020毫安，對(duì)應(yīng)面板光發(fā)送強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)顯示值02000單位,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流較小時(shí)發(fā)光二極管的發(fā)射光功率與驅(qū)

9、動(dòng)電流基本上呈線性關(guān)系，音頻信號(hào)經(jīng)電容、電阻網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)放跟隨隔離后耦合到另一運(yùn)放的負(fù)輸入端，與發(fā)光二極管的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電流想迭加使發(fā)光二極管發(fā)送隨音頻信號(hào)變化的光信號(hào)，如圖3所示，并經(jīng)光纖耦合器將這一光信號(hào)耦合到傳輸光纖?？蓚鬏斝盘?hào)頻率的低端可由電容、電阻網(wǎng)絡(luò)決定，系統(tǒng)低頻響應(yīng)不大于20Hz。4光信號(hào)接收端的工作原理圖4圖3是光信號(hào)接收端的工作原理圖，傳輸光纖把從發(fā)送端發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)光纖耦合器將光信號(hào)耦合到光電轉(zhuǎn)換器件光電二極管，光電二極管把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成正比的電流信號(hào)，光電二極管使用時(shí)應(yīng)反偏壓，經(jīng)運(yùn)放的電流電壓轉(zhuǎn)換把光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成正比的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)中包含的音頻信號(hào)經(jīng)電容電阻耦合

10、到音頻功率放大器驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲。光電二極管的頻響一般較高，系統(tǒng)的高頻響應(yīng)主要取決于運(yùn)放等的響應(yīng)頻率。5傳輸光纖的工作原理圖（5）目前用于光通訊的光纖一般采用石英光纖，它是在折射率n2較大的纖芯內(nèi)部，覆上一層折射率n1較小的包層，光在纖芯與包層的界面上發(fā)生全發(fā)射而被限制在纖芯內(nèi)傳播，如圖五所示，光纖實(shí)際上是一種介質(zhì)波導(dǎo)，光被閉鎖在光纖內(nèi)，只能沿光纖傳輸，光纖的芯徑一般從幾微米至幾百微米，按照傳輸光模式可分為多模光纖和單模光纖，按照光纖折射率分布方式不同可以分為折射率階躍型和折射率漸變型光纖。折射率階躍型光纖包含兩種圓對(duì)稱的同軸介質(zhì)，兩者都質(zhì)地均勻，但折射率不同，外一層折射率低于內(nèi)層折射率。梯度折射

11、率光纖是一種折射率沿光纖橫截面漸變的光纖，這樣改變折射率的目的是使各種模傳播的群速相近，從而減小模色散增加通訊帶寬。多模折射率階躍型光纖由于各模傳輸?shù)娜核俣炔煌a(chǎn)生模間色散，傳輸?shù)膸捠艿较拗啤６嗄Ｕ凵渎蕽u變型光纖由于其折射率特殊分布使各模傳輸?shù)娜核俣纫粯佣黾有盘?hào)傳輸?shù)膸?，單模光纖是只傳輸單種光模式的光纖，單模光纖可傳輸信號(hào)帶寬最高，目前長(zhǎng)距離光通訊大都采用單模光纖。石英光纖的主要技術(shù)指標(biāo)有衰減特性，數(shù)值孔經(jīng)和色散等。三、設(shè)計(jì)步驟 本實(shí)驗(yàn)用到了RC-GT-型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 本課題主要采用模擬信號(hào)直接調(diào)制的方法進(jìn)行視頻信號(hào)的光纖傳輸。系統(tǒng)主要由小攝像頭（音頻視頻信號(hào)發(fā)生器）、小型電視機(jī)（

12、視頻監(jiān)視器）和模擬光纖通信系統(tǒng)組成。通過(guò)觀察視頻信號(hào)的光纖傳輸，測(cè)試光纖傳輸模擬信號(hào)的性能。該實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上也就是光纖傳輸模擬信號(hào)。其實(shí)驗(yàn)框圖如下：小攝像頭共三個(gè)接口：紅色的是電源接口，黃色的是視頻接口，白色的是音頻接口。本實(shí)驗(yàn)用到了紅色、白色和黃色的三個(gè)接口。視頻信號(hào)源 TX模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送模塊音頻監(jiān)視器 RX模擬信號(hào)輸出端口光接收模塊音頻信號(hào)源 TX模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送模塊視頻監(jiān)視器 RX模擬信號(hào)輸出端口光接收模塊光纖1310nm光端機(jī)部分1550nm光端機(jī)部分 圖像和音頻傳輸框圖圖像光纖傳輸系統(tǒng)的原理如下：小攝像頭產(chǎn)生視頻信號(hào)（模擬信號(hào)），經(jīng)過(guò)模擬調(diào)制送入1310nm光發(fā)端機(jī)，經(jīng)光纖

13、傳輸后，由1550nm光收端機(jī)監(jiān)測(cè)到視頻信號(hào)并輸出到電視機(jī)VIDEO接收端。觀測(cè)光纖傳輸視頻信號(hào)的效果以及特點(diǎn)，以了解光纖傳輸電視信號(hào)的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中圖象效果越好也就說(shuō)明光纖傳輸模擬信號(hào)的性能越好，性能越穩(wěn)定。在進(jìn)行光纖傳輸視頻信號(hào)之前，先調(diào)節(jié)正弦波模擬傳輸，使得Vp-p2V的正弦波正常傳輸，此時(shí)視頻信號(hào)傳輸效果最佳。音頻光纖傳輸系統(tǒng)的原理如下：小攝像頭產(chǎn)生音頻信號(hào)（模擬信號(hào)），經(jīng)過(guò)模擬調(diào)制送入光發(fā)端機(jī)，經(jīng)光纖傳輸后，由光收端機(jī)監(jiān)測(cè)到音頻信號(hào)并輸出到電視機(jī)AUDIO接收端。聽(tīng)光纖傳輸音頻信號(hào)的效果以及特點(diǎn)，以了解光纖傳輸聲音信號(hào)的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中聲音效果越好也就說(shuō)明光纖傳輸模擬信號(hào)的性能

14、越好，性能越穩(wěn)定。在進(jìn)行光纖傳輸音頻信號(hào)之前，先調(diào)節(jié)正弦波模擬傳輸，使得Vp-p2V的正弦波正常傳輸，此時(shí)音頻信號(hào)傳輸效果最佳。設(shè)計(jì)步驟如下：（以下實(shí)驗(yàn)步驟以 1310nm 光端機(jī)部分講解，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。1550nm 光端機(jī)部分與其相同）第一部分：檢測(cè)模擬傳輸通道，方法如下：1.關(guān)閉系統(tǒng)電源，把光跳線分別連接到 1310 的 TX 和 RX 端。2.將模擬信號(hào)源模塊的正弦波或三角波、方波連接到光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端（P203）。3.把開(kāi)關(guān) S200 撥到模擬傳輸端，短接跳線 J200。4.打開(kāi)系統(tǒng)電源，用示波器在光接受模塊的模擬信號(hào)輸出端口觀察輸出信號(hào)。5.通過(guò)電位器 R257（調(diào)節(jié)

15、直流分量電平）及 R242（增益調(diào)節(jié)）得到最佳傳輸?shù)哪M信號(hào)。第二部分：傳輸視頻信號(hào)，方法如下： 1.關(guān)閉系統(tǒng)電源，保持第一步的光路連接不變，用視頻專用連接線連接視頻信號(hào)源的視頻輸出信號(hào)到光發(fā)端的模擬信號(hào)輸入端口P203，用視頻專用連接線連接視頻監(jiān)視器的視頻輸入端到光收端的模擬信號(hào)輸出端口 P200。2.依次打開(kāi)監(jiān)視器、實(shí)驗(yàn)箱和視頻信號(hào)源的電源，觀察視頻監(jiān)視器的圖像顯示，調(diào)節(jié)電位器 R257 和 R242，直到顯示效果到最佳狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)連線圖如下：視頻信號(hào)源 TX模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送模塊視頻監(jiān)視器 RX模擬信號(hào)輸出端口光接收模塊光纖第三部分：傳輸聲音信號(hào)，方法如下： 1.參考第一部分的說(shuō)明，調(diào)

16、整 1550nm 光端機(jī)的模擬傳輸通道，使其正常工作。2.關(guān)閉所有電源，連接光路部分：用視頻專用連接線連接視頻信號(hào)源的視頻輸出信號(hào)到1310nm光端機(jī)的光發(fā)端的模擬信號(hào)輸入端口P203；用視頻專用連接線連接視頻監(jiān)視器的視頻輸入端1310nm 光端機(jī)的光收端的模擬信號(hào)輸出端口 P200。3.用音頻專用連接線連接音頻信號(hào)源的音頻頻輸出信號(hào)到1550nm光端機(jī)的光發(fā)端的模擬信號(hào)輸入端口P203；用音頻專用連接線將揚(yáng)聲器輸入端和1550nm 光端機(jī)的光收端的模擬信號(hào)輸出端口 P200相連。這樣，視頻監(jiān)視器上接收的為視頻信號(hào)源的視頻輸出信號(hào)，而揚(yáng)聲器上接收的為音頻信號(hào)源的音頻輸出信號(hào)。4.本實(shí)驗(yàn)用電視機(jī)

17、做為視頻和音頻的監(jiān)視器，打開(kāi)電視機(jī)、實(shí)驗(yàn)箱和攝像頭的電源，觀察視頻監(jiān)視器的圖像顯示和聲音質(zhì)量，分別適當(dāng)調(diào)節(jié)兩個(gè)光端機(jī)的電位器 R257 和 R242，直到電視機(jī)的顯示效果和聲音質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)連線圖如下：音頻信號(hào)源 TX模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送模塊音頻監(jiān)視器 RX模擬信號(hào)輸出端口光接收模塊光纖三、設(shè)計(jì)需要的實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備示波器、GT-RC-II型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，圖像信號(hào)源、視頻監(jiān)視器四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)不同的方式對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行光傳輸。2、設(shè)計(jì)電話語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)PCM編碼后進(jìn)行光傳輸。3、設(shè)計(jì)圖像和音頻信號(hào)的單光纖傳輸。項(xiàng)目二： 波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)波分復(fù)用光纖傳

18、輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光纖接入網(wǎng)中的波分復(fù)用傳輸，掌握波分復(fù)用技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法。二、設(shè)計(jì)原理WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖損耗帶來(lái)的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長(zhǎng)）不同可以將光纖的損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來(lái)送入一根光纖進(jìn)行傳輸;在接收端，再油一波分復(fù)用器（合波器）將不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開(kāi)的復(fù)用方式。由于不用波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立的（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳播。波分復(fù)用系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。圖2-1 WDM原理圖.信道n信道2信道1檢波An檢

19、波A2檢波A1分波器合波器信道n信道2信道1光源A1光源A2光源An完整的WDM紫銅由以下兩類比分組成：一類是WDM分波前后所需的元件，如EDFA、Mux/DeMux(Multiplexer/DeMultiplexer,合波/分波多工器)便屬此類；一類是WDM的應(yīng)用，如OADM(Optical Add/Drop Mulitiplexer,光塞取多工器)，OXC（Optical Cross Connects,光交換鏈接器）。EDFA是WDM系統(tǒng)中最重要的元件之一，不需經(jīng)光電轉(zhuǎn)換便可放大光能量。在EDFA的制造上是以常規(guī)石英系光纖為母材摻進(jìn)鉺離子，由于鉺離子的摻入，提供了一個(gè)1550nm的能帶，使

20、得原本的訊號(hào)和高功率泵浦激光（pumping laser,波長(zhǎng)980nm或1480nm,功率10-1500mW）得到提高光訊號(hào)的強(qiáng)度，而不需將光訊號(hào)轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)后才得以放大。Mux/DeMux是WDM系統(tǒng)使用中不可或缺的兩種元件。也就是我們常說(shuō)的復(fù)用、解復(fù)用器，DWDM使光導(dǎo)纖維網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)傳送數(shù)個(gè)波長(zhǎng)的訊號(hào)，而Mux則是負(fù)責(zé)將數(shù)個(gè)波長(zhǎng)匯集至一起的元件；DeMux則是負(fù)責(zé)將匯集至一起的波長(zhǎng)分開(kāi)的元件。OADM是WDM系統(tǒng)中一個(gè)重要的應(yīng)用元件，其作用是在一個(gè)光導(dǎo)纖維傳送網(wǎng)絡(luò)中塞入/取出（Add-Drop）多個(gè)波長(zhǎng)信道；置OADM于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)處，以控制不同波長(zhǎng)信道的光訊號(hào)傳至適當(dāng)?shù)奈恢?。OXC設(shè)置于

21、網(wǎng)絡(luò)上重要的匯接點(diǎn)，匯集各方不同波長(zhǎng)的輸入，再將各訊號(hào)以適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)輸送至合適的光導(dǎo)纖維中。它可提供光導(dǎo)纖維切換（Fiber switching,連接不同光導(dǎo)纖維，波長(zhǎng)不裝換）、波長(zhǎng)切換（Wave length switching,連接不同光導(dǎo)纖維，波長(zhǎng)經(jīng)轉(zhuǎn)換）、及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換（Wave length conversion,輸出至同一光導(dǎo)纖維，波長(zhǎng)經(jīng)轉(zhuǎn)換）三種切換功能。OXC并提供路由恢復(fù)、波長(zhǎng)管理、及話務(wù)彈性調(diào)度。單模光纖的傳輸譜分為四個(gè)窗口：12801350nm，簡(jiǎn)單可稱為1310nm窗口，也稱第二波段；15301560nm，簡(jiǎn)稱為1550nm窗口，也稱為第三波段或C波段；15601620nm，

22、簡(jiǎn)稱為第四波段或L波段；13501530nm，簡(jiǎn)稱為第五波段?？紤]到單模光纖在1310nm附近具有最低色散，且在1550nm波長(zhǎng)處具有最低損耗。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方案是：波分復(fù)用系統(tǒng)的兩個(gè)光載波的波長(zhǎng)分別采用1310nm和1550nm,。實(shí)驗(yàn)原理框圖如圖2-2。光纖光發(fā)送器件1310nm和1550nm光發(fā)送機(jī)部分1550nm和1310nm光接收機(jī)部分光接收器件模擬信號(hào)輸出端口示波器示波器模擬信號(hào)輸出端口光接收器件WDM模擬信號(hào)模擬信號(hào)輸入端口WDM光發(fā)送器件模擬信號(hào)輸入端口模擬信號(hào)源一（A）雙模擬信號(hào)的波分復(fù)用傳輸光纖光發(fā)送器件1310nm和1550nm光發(fā)送機(jī)部分1550nm和1310nm光接收機(jī)部

23、分光接收器件模擬信號(hào)輸出端口示波器示波器模擬信號(hào)輸出端口光接收器件WDM數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)輸入端口WDM光發(fā)送器件模擬信號(hào)輸入端口模擬信號(hào)源一（B）模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)的波分復(fù)用傳輸光纖光發(fā)送器件1310nm和1550nm光發(fā)送機(jī)部分1550nm和1310nm光接收機(jī)部分光接收器件模擬信號(hào)輸出端口示波器示波器模擬信號(hào)輸出端口光接收器件WDM數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)輸入端口WDM光發(fā)送器件模擬信號(hào)輸入端口數(shù)字信號(hào)源一（C）雙數(shù)字信號(hào)的波分復(fù)用傳輸 圖2-2 波分復(fù)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)框圖三、設(shè)計(jì)步驟 注意：1.波分復(fù)用器屬易損器件，應(yīng)輕拿輕放。2.光器件連接時(shí)，注意要用力均勻。第一部分：雙模擬信號(hào)的波分復(fù)用（圖2-2-

24、A）：1.電氣實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線的連接：關(guān)閉系統(tǒng)電源，將1310nm光端機(jī)的模擬信號(hào)源正弦波輸出端與1310nm光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端口（P203）連接；將1550nm光端機(jī)的模擬信號(hào)源正弦波輸出端與1550nm光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端口（P203）連接；分別將兩個(gè)光發(fā)送模塊的開(kāi)關(guān)S200撥向模擬傳輸端。2.光路部分的鏈接：I.取下1310nm光發(fā)/光收端口上的紅色橡膠保護(hù)套；II.取一只波分復(fù)用器，取下其雙光纖端的兩根光纖的橡膠保護(hù)套；III.將波分復(fù)用器的1310端與1310nm光發(fā)送端口（1310nm TX）的法蘭盤(pán)對(duì)接，即：將光纖小心地插入法蘭盤(pán)，在插入的同時(shí)保證光跳線的凸起部分與法蘭盤(pán)凹

25、槽完全吻合，然后擰緊固定帽即可；IV.同時(shí)將波分復(fù)用器的1550端與1310nm光接送端口（1310nm RX）的法蘭盤(pán)對(duì)接。V.用同樣的方法將另一只波分復(fù)用器與1550nm光端機(jī)的連接。VI.取一只法蘭盤(pán)，取下其兩端的保護(hù)套，取下兩只波分器單光纖端光纖的保護(hù)套，分別將它們與法蘭盤(pán)連接好。VII將光跳線的B端與光接收端口的法蘭盤(pán)對(duì)接，方法同上。3.開(kāi)啟系統(tǒng)電源，分別用示波器觀察1310光端機(jī)的模擬信號(hào)輸出端與1550nm光端機(jī)的模擬信號(hào)輸入端的波形和1310光端機(jī)的模擬信號(hào)輸入端與1550nm光端機(jī)的模擬信號(hào)輸出端的波形，調(diào)整兩個(gè)光接收機(jī)的可調(diào)電位器（R257、R242），使輸出波形達(dá)到最好。

26、第二部分：模擬信號(hào)/數(shù)字信號(hào)的波分復(fù)用（圖2-2-B）： 1.電氣實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線的連接：關(guān)閉系統(tǒng)電源，將1310nm光端機(jī)的模擬信號(hào)源正弦波輸出端與1310nm光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端口（P203）連接，將S200撥向模擬傳輸端；將1550nm光端機(jī)的固定頻率信號(hào)源的BS輸出端與1550nm光發(fā)送模擬的數(shù)字信號(hào)輸入端口（P202）連接，將S200撥向數(shù)字傳輸端。 2.光路部分的連接，與第一部分的連接相同。 3.開(kāi)啟系統(tǒng)電源，分別用示波器觀察1310光端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸出端與1550nm光端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸入端的波形和1310光端機(jī)的模擬信號(hào)輸入端與1550nm光端機(jī)的模擬信號(hào)輸出端的波形，調(diào)整兩個(gè)光接

27、收機(jī)的可調(diào)電位器（R257、R242），使輸出波形達(dá)到最好。第三部分：雙數(shù)字信號(hào)的波分復(fù)用（圖2-2-C）：1.電氣實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線的連接：關(guān)閉系統(tǒng)電源，將1310nm光端機(jī)的固定速率信號(hào)源的FS輸出端與1310nm光發(fā)送模塊的數(shù)字信號(hào)輸入端口（P202）連接，將S200撥向數(shù)字傳輸端；將1550nm光端機(jī)的固定速率信號(hào)源BS輸出端與1550nm光發(fā)送模塊的數(shù)字信號(hào)輸入端口（P202）連接，將S200撥向數(shù)字傳輸端。2.光路部分的連接，與第一部分的連接相同。3.開(kāi)啟系統(tǒng)電源，分別用示波器觀察1310光端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸出端與1550nm光端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸出端的波形和1310光端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸入端與155

28、0nm光端機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸出端的波形，調(diào)整兩個(gè)光接收機(jī)的可調(diào)電位器（R257、R242），使輸出波形達(dá)到最理想狀態(tài)。四、設(shè)計(jì)需要的實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1.RC-GT-II光纖通信原理試驗(yàn)箱2.雙蹤模擬示波器3.FC-FC波分復(fù)用器兩個(gè)4.FC-FC法蘭盤(pán)一個(gè)五、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.雙模擬信號(hào)的波分復(fù)用傳輸2.模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的波分復(fù)用傳輸3、雙數(shù)字信號(hào)的波分復(fù)用傳輸4、采用波分復(fù)用傳輸圖像、聲音信號(hào)。項(xiàng)目三： 圖像、聲音光纖傳輸系統(tǒng)單/雙光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)圖像、聲音光纖傳輸系統(tǒng)單/雙光纖傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像和聲音的雙/單光纖傳輸，掌握時(shí)分復(fù)用和波分復(fù)用技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法。2、 設(shè)計(jì)原理光纖傳

29、輸結(jié)構(gòu)圖如下所示：光纖音頻模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送器件件音頻信號(hào)源（VCDVIDEO）視頻模擬信號(hào)輸出端口光接收器件模擬信號(hào)輸出端口光接收器件音/視頻監(jiān)視器（電視機(jī)）音頻視頻信號(hào)源（VCDVIDEO）模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送器件視頻1310nm光端機(jī)部分1550nm光端機(jī)部分(A) 音/視頻信號(hào)的雙光纖傳輸視頻視頻信號(hào)源（VCDVIDEO）模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送器件視頻光接收器件音/視頻監(jiān)視器（電視機(jī)）音頻模擬信號(hào)輸出端口1310nm光端機(jī)部分音頻模擬信號(hào)輸入端口光發(fā)送器件件音頻信號(hào)源（VCDVIDEO）模擬信號(hào)輸出端口光接收器件1550nm光端機(jī)部分光纖WDMWDM（B）音/視頻信號(hào)的單光纖傳輸

30、圖3-1 音/視頻的光纖傳輸示意圖3、 設(shè)計(jì)步驟注意：1.波分復(fù)用器屬易損器件，應(yīng)輕拿輕放。2.光器件連接時(shí)，注意要用力均勻。第一部分：音/視頻信號(hào)的雙光纖傳輸（圖3-1-A）：1. 電氣實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線的連接： I. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，用專用音/視頻連接線將VCD機(jī)的視頻輸出端（VIDEO OUT）與1310nm光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端口（P203）連接；講VCD機(jī)的音頻輸出端（AUDIO OUT）與1550nm光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端口（P203）連接；分別將兩個(gè)光發(fā)送模塊的開(kāi)關(guān)S200撥向模擬傳輸端。 II. 用專業(yè)音/視頻連接線連接1550光接收模塊的模擬信號(hào)輸出端口 （P201）到電視機(jī)的音

31、頻輸入端口（AUDIO IN），連接1310nm光接收模塊的模擬信號(hào)輸出端口（P201）到電視機(jī)的視頻輸入端口（VIDEO OUT）。2. 光路部分的連接： I. 取下1310nm光發(fā)/光收端口上的紅色橡膠保護(hù)套； II. 取一根光纖跳線，取下其端口的橡膠保護(hù)套； III. 將光纖跳線的A端與1310nm光發(fā)送端口（1310nm TX)的法蘭盤(pán)對(duì)接，即：將光纖小心地插入法蘭盤(pán)，在插入的同時(shí)保證光跳線的凸起部分與法蘭盤(pán)凹槽完全吻合，然后擰緊固定帽即可； IV. 同樣將光纖跳線的B端與1310nm光接收端口（1310nm RX）的法蘭盤(pán)對(duì)接。 V. 用同樣的方法將另一根光纖跳線與1550nm光端機(jī)

32、的連接。3. 開(kāi)啟系統(tǒng)電源，調(diào)整兩個(gè)光接收機(jī)的可調(diào)電位器（R257、R242），使電視機(jī)的圖像和聲音達(dá)到最好。第二部分：音/視頻信號(hào)的單光纖傳輸（圖31B）：1、電氣實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線的連接： I. 關(guān)閉系統(tǒng)電源，用專用音/視頻連接線將VCD機(jī)的視頻輸出端（VIDEO OUT）與1310nm光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端口（P203）連接；將VCD機(jī)的音頻輸出端（AUDIO OUT）與1550nm光發(fā)送模塊的模擬信號(hào)輸入端口（P203）連接；分別將兩個(gè)光發(fā)送模塊的開(kāi)關(guān)S200撥向模擬傳輸端。 II. 用專用音/視頻連接線連接1550nm光接收模塊的模擬信號(hào)輸出端口（P201）到電視機(jī)的音頻輸入端口（VIDE

33、O IN），連接1310nm光接收模塊的模擬信號(hào)輸出端口（P201）到電視機(jī)的視頻輸入端口（AUDIO OUT）。 2、光路部分的連接： I. 取下1310nm光發(fā)/光收端口上的紅色橡膠保護(hù)套； II. 取一只波分復(fù)用器，取下其雙光纖端的兩根光纖的橡膠保護(hù)套； III.將波分復(fù)用器的1310端與1310nm光發(fā)送端口（1310nm TX）的法蘭盤(pán)對(duì)接，即：將光纖小心地插入法蘭盤(pán)，在插入的同時(shí)保證光跳線的凸起部分與法蘭盤(pán)凹槽完全吻合，然后擰緊固定帽即可； IV.同樣將波分復(fù)用器的1550端與1310nm光接送端口（1310nm RX）的法蘭盤(pán)對(duì)接； V. 取一只法蘭盤(pán)，取下其兩端的保護(hù)套，取下兩

34、只波分器單光纖端光纖的保護(hù)套，分別將它們與法蘭盤(pán)連接好； VII. 將光跳線的B端與光接收端口的法蘭盤(pán)對(duì)接，方法同上。 3、開(kāi)啟系統(tǒng)電源，調(diào)節(jié)兩個(gè)光接收機(jī)的可調(diào)電位器（R257、R242），使電視機(jī)的圖像和聲音達(dá)到最理想的效果。 4、 設(shè)計(jì)需要的實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、 RC_GT_II光纖通信原理試驗(yàn)箱 2、 音頻、視頻信號(hào)源（如：VCD，DVD，CCD等）3、 音頻、視頻監(jiān)視器（如：電視機(jī)等）4、 雙蹤模擬示波器5、 FC_FC波分復(fù)用器兩個(gè)6、 FC_FC法蘭盤(pán)一個(gè)7、 FC_FC光纖跳線兩根8、 專用音/視頻連接線兩根5、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 用雙光纖同時(shí)傳輸聲音及圖像信號(hào)。2、 用波分復(fù)用器實(shí)現(xiàn)

35、單光纖的聲音及圖像信號(hào)同時(shí)傳輸。項(xiàng)目四：基于Optiwave Optisystem.仿真系統(tǒng)的光環(huán)型器和光纖光柵的分插復(fù)用器信號(hào)下載設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的基于光環(huán)型器和光纖光柵設(shè)計(jì)光分插復(fù)用器。對(duì)各種信號(hào)的光纖傳輸和下載進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解完整光纖通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)。二、設(shè)計(jì)原理 1.補(bǔ)寫(xiě)光環(huán)型器的基本原理 2、補(bǔ)寫(xiě)光纖光柵的基本原理 3、補(bǔ)寫(xiě)基于光環(huán)型器和光纖光柵設(shè)計(jì)光分插復(fù)用器的過(guò)程 4、仿真軟件學(xué)習(xí)OADM信號(hào)處理光接收模塊1550、1310光纖光發(fā)送模塊、1550、1310視頻信號(hào)、音頻信號(hào)WDM信號(hào)處理 測(cè)試端口圖4-1 光環(huán)型器和光纖光柵的分插復(fù)用器信號(hào)下載傳輸框圖下圖是光分插復(fù)用器的設(shè)計(jì)

36、原理圖213圖4-2 分插復(fù)用器的原理示意圖（由于光柵破壞，所以采用軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）.三、設(shè)計(jì)步驟 (一)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸模塊:1，調(diào)節(jié)1310nm（或1550nm）光發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，使之工作的穩(wěn)定狀態(tài)。2，關(guān)閉系統(tǒng)電源，把光跳線分別連接到1310的TX和RX端。3，四：實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備： 示波器，RC-GT-II型光纖通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，光功率計(jì)，導(dǎo)線若干五、設(shè)計(jì)內(nèi)容1，設(shè)計(jì)光分插復(fù)用器；2； 對(duì)1550nm視頻信號(hào)和1310nm的音頻信號(hào)進(jìn)行分插復(fù)用傳輸光纖傳輸。項(xiàng)目五： 3+2+1路數(shù)據(jù)+1路圖像(語(yǔ)音)單雙光纖傳輸設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的實(shí)現(xiàn)圖像光纖通信，固定速率時(shí)分復(fù)用解復(fù)用、多路異步數(shù)據(jù)復(fù)用和解復(fù)

37、用。實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)與圖像單工通信傳輸，并能實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用與波分復(fù)用搭配使用。二、設(shè)計(jì)原理補(bǔ)充波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用原理，單工光纖通信基本原理。本設(shè)計(jì)，將在一根光纖中傳輸3臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信、3路附加信息、1路圖像。在設(shè)計(jì)中，對(duì)于數(shù)據(jù)，首先對(duì)3路附加信息數(shù)據(jù)流（固定速率數(shù)字信號(hào)源D1、D2、D3）進(jìn)行時(shí)分復(fù)用產(chǎn)生信號(hào)FY-out，再送到變速率時(shí)分復(fù)用成信號(hào)FJ-ADOUT,最后送到光纖發(fā)送模塊傳輸，對(duì)于圖像，我們把它送入另外一個(gè)光發(fā)送模塊，可采用兩根光纖分別傳輸，也可采用一根光纖傳輸。 如采用一根光纖傳輸，則需要用到合波器和分波器（WDM）。在接收端，需要將分離的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，分離出的數(shù)字電信號(hào)，將

38、其送入變速率時(shí)分復(fù)用解復(fù)用模塊，將FY-out信號(hào)與其他三路數(shù)據(jù)分離，對(duì)于FY-out信號(hào)，將它送入固定速率時(shí)分復(fù)用模塊進(jìn)行二次解復(fù)用，這樣三路附加信息被還原，通過(guò)相應(yīng)的發(fā)光二極管就可以觀測(cè)輸出結(jié)果。并與信號(hào)源對(duì)比，檢測(cè)通信正確率。對(duì)于其他三路信號(hào)，如果是PC機(jī)的串行數(shù)據(jù)，將他們鏈接到相應(yīng)的接口，即可在PC機(jī)上觀測(cè)和檢查到通信數(shù)據(jù)的完整性。 三、設(shè)計(jì)步驟 步驟自己編寫(xiě)，設(shè)計(jì)參考圖如下：圖5-2還可試一下雙向傳輸?shù)姆绞?。四：設(shè)計(jì)需要的參考實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備：1. RC-GTII光纖通信原理試驗(yàn)箱2. 1310/1550nm波長(zhǎng)波分復(fù)用器，兩只3. 光纖跳線，25根4. 20M示波器5. 計(jì)算機(jī)若干臺(tái)

39、，（最低操作系統(tǒng)版本，win95,）6. 串口通信電纜若干7. 串口通信軟件8. 視頻信號(hào)源及視頻監(jiān)視器五：設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、3+2+1路數(shù)據(jù)+1路圖像（語(yǔ)音）雙光纖或單光纖傳輸，2、3路附加數(shù)據(jù)+3臺(tái)計(jì)算機(jī)通信+1路圖像（語(yǔ)音）單光纖傳輸。項(xiàng)目六模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)光電光轉(zhuǎn)換及眼圖性能測(cè)試一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的電-光、光-電轉(zhuǎn)換傳輸，實(shí)現(xiàn)光纖通信的數(shù)字、模擬信號(hào)傳輸。對(duì)各種數(shù)字信號(hào)的傳輸機(jī)理進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解完整光纖通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)。二、設(shè)計(jì)原理固定速率數(shù)字信號(hào)源模塊信號(hào)處理光發(fā)送模塊光纖光接收模塊信號(hào)處理測(cè)試端口 在數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸模塊設(shè)計(jì),主要完成各種數(shù)據(jù)率的光纖傳輸.本設(shè)

40、計(jì)所用到的數(shù)字信號(hào)主要有:NRZ.FS.BS.CMI碼.各信號(hào)的詳細(xì)介紹及各部分的電路原理在此不再詳細(xì)介紹.以下是數(shù)字信號(hào)光纖傳輸框圖和CMI碼光纖傳輸示意圖.信號(hào)源（FS或（BS）CMI編碼光發(fā)送模塊光纖光接收模塊信號(hào)處理測(cè)試端口信號(hào)處理CMI譯碼 圖6-1 數(shù)字信號(hào)傳輸框圖圖6-2 CMI碼光纖傳輸示意圖在模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸模塊設(shè)計(jì),主要完成模擬信號(hào)的通信,并通過(guò)調(diào)節(jié)模擬信號(hào)源模塊的頻率進(jìn)行比較,熟悉光纖傳輸模擬信號(hào)系統(tǒng)的組成.其實(shí)驗(yàn)原理圖如下:模擬信號(hào)源信號(hào)處理光發(fā)送器件光纖光接收器件信號(hào)處理測(cè)試端口 圖6-3 模擬信號(hào)光纖傳輸方式一模擬信號(hào)源PCM編碼光發(fā)送器件光纖光接收器件信號(hào)處理測(cè)試端口信號(hào)處理PCM譯碼圖6-4 模擬信號(hào)光纖傳輸方式二 模擬信號(hào)的傳輸,可以有多種方式,一種是直接用模擬信號(hào),經(jīng)過(guò)光纖直接進(jìn)行傳輸,另一種方式是把模擬信號(hào)數(shù)字化后,進(jìn)行調(diào)制,然后將調(diào)制好的數(shù)