光纤通信系统实验指导

ZY1804I光纤通信原理实验系统简介

本实验系统是为配合《光纤通信》课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。

一、产品的系统特点

光纤I型实验系统注重产品的系统和功能组成，产品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比。整个系统分中央控制器、备用环和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。整个系统采用2.048M传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能。实验紧密结合光通信新技术的发展趋势，将波分复用、光时分复用和SDH传输网等新技术都通过实验演示出来，简单易懂。采用大规模的现场可编程门阵列器件，使得产品的开放性、可升级性强。同时为了实现自愈环（即备用环）功能以及使学生有更大的开发和操作空间，特意制作了二次开发板，并预留大量的I/O扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计。所有实验大多采用开关控制，减小了实验操作时的繁琐性。

该实验系统融合了当今的光纤通信技术发展的一些新技术和新器件，并将其融入到光纤通信原理课程当中，同时与通信原理和程控交换课程的部分原理结合，其主要有以下特点：

1、实验箱采用“整板+核心板”设计，特殊光器件玻璃罩保护，元器件贴片化，模块元件布局完全对称。所有的测试钩和连接孔均有标识，深蓝色的电路板，白色丝印使得整个电路板层次性强、美观、大方。

2、实验箱和光纤通信原理教材紧密结合，实验项目和顺序与教材保持完全同步。通过八个方面全面实验来了解光纤通信的全过程，八个方面分别是：光纤和光缆；通信用光器件（有源器件和无源器件）；光端机(光发、光收端机)；数字光纤通信系统；模拟光纤通信系统；光纤通信新技术；光纤通信测量技术；光纤通信网络。

3、系统采用整板上分模块的设计方式，除了核心板——中央控制器外，还配置了光发端机、光收端机、模拟信号源、数字信号源、数字终端、电话模块、串口通信模块等。各种系统组建灵活，可根据不同的实验搭建成模拟、数字、计算机、图像、语音、混合光纤传输系统及多台实验箱多部电话组网通信等不同的实验系统。

4、电路实现上采用大规模FPGA，使得产品的开放性和可升级的空间加大。专门设计制作了可供学生进行二次开发实验的二次开发板，并预留了大量的I/O口，可以方便的使学校在原有硬件电路的基础上开发新的实验内容。

5、同一实验箱中具备通用的三个低损耗光纤通信端口（850nm、1310nm、1550nm）；光发送机和光收端机分模块设计，使得学生可以更加直观地了解激光器的调制和解调，即电-光，光-电的转换原理过程；光发送和光接收分别采用分立元件（1310nm）和集成电路（1550nm）来实现，且电路参数可调，可通过特定的测试点来观测光发送和光接收本质原理的实现过程。

6、光发送时加入自动光功率控制电路，使得激光器的输出更加稳定，同时有利于对自动功率控制原理的理解；光接收时在已有前置放大和主放大的基础上，加入了信号的判决和再生，可以通过判决前后眼图的形状的不同深入的理解信号在光纤传输中的衰减特性和光接收的原理。

7、5B6B、5B1P、5B1C、CMI、HDB3编译码和扰码解扰码等光纤线路码型的加入，及其各自传输时的不同特性，使得学生可以进一步了解线路码型在光传输过程中的作用；无光告警、寿命检测电路的加入，有利于对光传输进行监测；2M速率信号光纤传输时的不中断法误码监测、误码指示及误码率、误码扩散系数的测量，使得学生更加深一步的了解光纤传输的特性。

8、各种光无源器件的使用方法及其特性的测试，使得教学和实际紧密地结合在了一起；波分复用+时分复用技术、电话热线呼叫时交换技术的使用，使得四台实验箱组网完成八部电话的全双工通信成为可能，从而完全模拟实际的电话通信系统；如果在光发和光收之间加入裸光纤，则可以实现四台实验设备几十公里长距离间的传输，语音、图像、计算机数据信号的单光纤传输，使得实验更加完整地体现了光纤发展新技术的要求。

9、本实验系统基于SDH设计，参照SDH和E1信号的帧结构制定了适合教学使用的2M伪SDH帧结构，帧结构已申请发明专利，此知识产权为我司独有。实验箱采用2.048M传输速率，时分复用数据和复用方式灵活，使得实验箱的传送方式更加多样，在通过对比的基础上更加深入地了解复用的原理；伪SDH帧结构通信时的通道可自动选择，更加生动、直观的体现了SDH同步传输体制的结构和复用原理；时分解复用时采用终端显示，可直观地通过对比的方式检验复用解复用过程的正确性。

10、本系统可以实现多台实验箱间的环网通信，完成数字、语音等信号的多点之间的传输。其中电话语音信号采用1号信令进行控制，与实际设备完全一致。本实验系统可采用双纤通信模式，分为主环和备用环两部分，当主环工作不正常时，整个业务切换到备用环上，当主环恢复工作后，业务又切换回主环，实现通道自愈环保护功能。

11、整个实验系统大多采用开关控制，尽量少的使用连线，模块功能清晰，系统结构紧凑，操作方便，并且在设计时加入了大量的保护电路，安全性强。

二、主机箱及系统模块简介

它包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十四个模块组成。其印刷电路板布局图如图0-2所示，每个模块均留出了关键的测试孔和测试钩，利于客户连线做系统实验以及测试用。

光纤通信原理众友ZY1804I串口通信PCM编译码模拟信号源数字信号源数字终端中央控制器模拟信号源串口通信电话接口电话接口PCM编译码1550nm光发送1310nm光发送1550nm光接收电话A模拟信号源850nm光发送1310nm光接收850nm光接收电话B模拟信号源HDB3编码HDB3解码

图0-2 ZY1804I型光纤通信原理实验系统布局图

1、电源模块：提供实验箱各模块电源。

2、串口通信模块：主要用来实现实验箱与计算机之间的数据通信。 3、PCM编译码模块：实现PCM编译码的功能。

4、电话模拟信号源模块：实现电话之间的各种信号音功能。

5、模拟信号源模块：用于产生系统实验所需的模拟正弦波、三角波信号。

6、数字信号源模块：产生系统实验所需的数字信号及24位伪随机码，速率为64KB/s，其中各种数字信号和伪随机码的制可以通过拨码开关来控制。

7、数字终端模块：实现终端数字信号值的显示和读出，数据的值通过二极管发光来显示。

8、HDB3编译码模块：实现光纤线路接口码型HDB3的编码与译码。

9、中央控制器：对接收到的数据进行处理，实现组网通信及数字信号网传输，帧同步码的产生，M序列伪随机信号的产生，不同速率的信号的复用和解复用，多种码型的编译码。

10、备用环（二次开发板模块）：主环工作不正常时，所有业务切换到备用环上，实现通信的持续连接；同时预留了大量的I/O扩展口，可独立完成二次开发设计。

11、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。

12、1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。

13、1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号

14、1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号

客户可以通过上述十四个模块以及相应的配件，灵活组成各种不同光纤通信系统，如：850nm波长光纤通信系统、1310nm波长光纤通信系统、1550nm波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；时分复用传输系统和波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统。

实验系统基本组成方框图如图0-3所示：

图0-3 光纤传输实验系统方框图

实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。

本实验系统可以完成模拟信号（正弦波、三角波、视频信号、音频信号）的光纤传输，也可以完成数字信号（NRZ码、CMI码、5B6B码、5B1C码、5B1P码、计算机串口数据）的光纤传输，也可以对系统的传输性能进行测试（系统的误码率、误码扩散系数等）；可以实现接口码型HDB3、线路码型CMI、PCM码型的编译码；也可实现多时隙的复接、两个光波长的波分复用、时钟提取、帧信号的提取等实用先进功能；也可以模拟SDH同步数字传输体系实现多台实验箱组网通信，及数字、模拟信号的传输；也提供了丰富的资源，以实现二次开发实验。 实验设备的具体性能指标如下：

1、电源模块输出：+5V、+3.3V、+1.5V、-12V、-24V、-48V

2、方波信号输出

（1）时钟信号：32.768MHz

（2）方波信号：2.048MHz，256KHz，64KHz，8KHz

（3）数字基带信号：码速率分别为2.048MHz ，256KHz，64KHz

（4）频率输出误差：≤±1%

（5）占空比：50%。

3、正弦波信号输出

（1）正弦波信号：1KHz，1.5KHz ～8KHz

（2）频率输出误差：≤±1%

（3）幅度0~5V连续可调

4、三角波信号输出

（1）三角波信号：1KHz，1 KHz ～8KHz

（2）频率输出误差：≤±1%

（3）幅度：0V~ 5V连续可调

5、数字、模拟电话

（1）话音质量要求：话音质量要求清晰，只允许有少量的脉冲噪声。

（2）其它指标无要求。

二、配件简介

ZY1804I实验系统的配件共两部分：一部分装在无源器件箱内，一部分本身有独立包装，需单独配备。

1、无源配件箱

如图0-4所示，为供客户选配的光纤通信原理配件箱。

最大容量可装载：

波分复用器 两个 Y型分路器 一个

FC-FC 单模光跳线 两根 ST-FC多模光跳线 两根

FC-FC 多模光跳线 一根 ST-ST多模光跳线 一根

850 光发端机 一个 850光收端机 一个

FC-FC 适配器 一个 小可变衰减器 一个

下载线 一根 带弹片连接线 二十根

RJ45转DB9电缆线 四根 实验指导书 一本