南邮光纤通信与数字传输实验指导

Chap.1 No.3为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm参见1.3.2，由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗－波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、损耗区。

为此光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。

Chap.2 No.3 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。

色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。

对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。

Chap.2 No.4 光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要存在什么色散？从产生机理而言，光纤中的色散主要包括材料色散、波导色散和模式间色散。

单模光纤中主要是波导色散；多模光纤中主要是模式间色散。

注：偏振模色散可以理解为是特殊的模式色散，但在速率较低的系统中影响较小。

Chap.2 No.7 何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射率光纤中线性极化模LP 11模对应的是什么矢量模？对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。

如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。

所以一个传播模在包层中的衰减常数截止。

单模光纤传输条件：归一化频率单模光纤中传输的是LP 01模，对应的矢量模是截止波长由下式计算LP 11模对应的矢量模是TE 01c =λChap.2 No.8 由光源发出的导模的数量为多少？若……根据归一化频率计算公式V ＝8.85根据p.47 公式2-137和计算可得对于阶跃型，导模数量为对于渐变型，导模数量为Chap.2 No.12 已知光纤参数为：λ＝1.31μm ，估算光纤的模场直径。

《—光纤通信原理—》实验指导书刘伟群编写适用专业:计算机网络计算机应用湖南人文科技学院计算机科学技术系2008年9 月前言光纤通信是大容量信息传输的主要手段,光纤通信技术是信息产业的主要支柱技术之一,光纤网络已经遍布全球。

为了满足社会对人才的需求,各大学的许多专业(如电子与通信工程、光电子技术、电子信息工程和计算机应用等纷纷开设了有关光纤通信技术的专业理论课程,以培养这方面的专业人才。

由于光纤通信是一门实验性很强的技术,除了课堂理论学习外,还需要实验性环节与之配合,否则学习效果会受到很大的影响。

由于种种原因,光纤实验课程的开设很困难,许多学校只停留在课堂的理论教学。

为了克服这些不足,我们经过多年的研究,研制成功了这个光纤通信实验平台,多次获军内外教学成果奖,现已广泛用于我们和兄弟院校的教学,取得了良好的教学效果,为光纤通信实验课程的开设提供了一种全新的实验教学模式。

该实验平台可置于一个便携式的实验箱内,配合常用的电子信号源、示波器和常用的光纤通信仪表就可以开设光纤通信系统原理的相关实验。

其突出的优点为:1、平台紧扣光纤通信系统的知识点,实验内容丰富,波形测试点多。

2、采用了模块化设计思想和数字化、软件化的实现手段,性能稳定可靠。

3、具有友好的人机界面,操作维护方便。

4、具有专业的指导老师进行实验箱的培训和实验课的指导。

5、具有配套的实验教材和光盘,由人民邮电等出版社正式出版。

由于实验课的开设与理论课相比,存在的问题较多,加上我们的经验和水平有限,肯定存在许多不足,欢迎与我们交流共同开设好实验课,让学生满意。

2008.6目录实验一:光纤损耗特性测量 (1实验二:光源P-I曲线测试 (1实验三:光纤机械接续与熔接 (1实验四:线路码型实验 (5实验五:光接收机灵敏度测试 (112M (11实验六:模拟话音光传输实验 (14实验七:2M数字光纤通信系统实验 (18实验八:计算机串口数据光纤传输实验 (24实验一:光纤损耗特性测量实验学时:2 实验类型:验证实验要求:必修一、实验目的1、理解光纤的损耗2、光纤损耗的常用测试方法3、插入法测试实验二、实验内容插入法原理上类似于截断法,只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量,计算在预先相互连接的注入系统和接收系统之间(参考条件由于插入被测光纤引起的功率损耗。

实验一AMI/HDB3码型变换一、实验原理AMI码的全称是传号交替反转码。

这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的+1、–1、+1、–1…由于AMI码的传号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0电位保持不变的规律。

由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。

AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。

但是，AMI码有一个重要缺点，即接收端从该信号中来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0串，因而会造成提取钟时的困难。

为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多种类的改进AMI码，HDB3码就是其中有代表性的一种。

HDB3码的全称是三阶高密度双极性码。

它的编码原理是这样的：先把消息代码变换成AMI码，然后去检查AMI码的连0串情况，当没有4个以上连0串时，则这时的AMI码就是HDB3码；当出现4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与其前一非0符号（＋1或–1）同极性的符号。

显然，这样做可能破坏“极性交替反转”的规律。

这个符号就称为破坏符号，用V符号表示（即+1记为+V, –１记为–V）。

为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻V符号也应极性交替。

这一点，当相邻符号之间有奇数个非０符号时，则是能得到保证的；当有偶数个非0符号时，则就得不到保证，这时再将该小段的第1个0变换成+B或–B符号的极性与前一非0符号的相反，并让后面的非0符号从V符号开始再交替变化。

虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。

从上述原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非0符号同极性（包括B在内）。

这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V于是也断定V符号及其前面的3个符号必是连0符号，从而恢复4个连0码，再将所有–1变成+1后便得到原消息代码。

光纤通信实训指导书本套实验系统是配合《光纤通信系统》的理论教学而研制开发的，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。

此款产品采用模块化，可自由选配。

实验时，把系统模块固定到底板箱上既可。

主要完成的实验项目如下:1、数字信号源实验2、HDB3/AMI编译码实验3、PCM编译码实验4、光发送模块实验5、光接收模块实验6、数字信号电—光、光—电转换传输实验1) 方波信号传输；2) NRZ码传输； 3) HDB3码传输；7、模拟信号电→光、光→电传输实验1)正弦信号传输2)正弦信号—>PCM编码—>光—>PCM译码—>正弦信号8、电话语音光传输系统实验9、图像光纤传输系统实验10、两台计算机间的光纤通信实验11、光纤无源器件特性测试实验A）光纤活动连接器B）分路器C）耦合器D）光可变衰减器12、数字光发送接口指标测试实验13、数字光接收接口指标测试实验A）灵敏度测试B）动态范围测试14、PCM话路特性综合测试实验15、光纤传输特性测量实验16、波分复用（WDM）光纤通信系统实验17、数字时分复用光纤传输实验18、5B6B编译码实验二、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。

光纤模块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，还可以实现通信原理和DSP的实验，光纤和通信合二为一，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。

三、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终端测试仪目录系统简介 (1)第一部分：实验部分 (4)实验一数字信源实验 (4)实验二HDB3/AMI编译码实验 (11)实验三PCM编译码实验 (19)实验四光发送模块实验 (32)实验五光接收模块实验 (39)实验六数字信号电—光、光—电转换传输实验 (43)1）方波信号传输；2）HDB3码传输；实验七模拟信号电—光、光—电转换传输实验 (46)1）正弦信号传输2）正弦信号→PCM编码→光→PCM译码→正弦信号实验八电话语音光传输系统实验 (51)实验九图象光纤传输系统实验 (56)实验十两台计算机间的光纤通信 (58)实验十一光纤无源器件特性测试实验 (63)1）光纤活动连接器2）分路器3）耦合器4）光可变衰减器实验十二数字光发送接口指标测试实验 (65)实验十三数字光接收接口指标测试实验 (68)1）灵敏度测试2)动态范围测试实验十四PCM话路特性综合测试实验 (70)实验十五光纤传输特性测量实验 (71)实验十六波分复用（WDM）光纤通信系统实验 (73)实验十七数字时分复用光纤传输实验 (75)实验十八5B6B编译码实验 (83)实验十九帧同步实验 (89)实验二十全数字锁相环与位同步实验 (94)实验二十一数字基带系统实验 (101)第二部分：常用光纤通用仪表简介 (107)实验二十二光功率计 (107)实验二十三稳定光源 (116)实验二十四光时域反射仪（OTD (119)实验二十五误码测试仪 (121)实验二十六光纤熔接机 (124)实验二十七PCM终端测试仪 (128)第三部分：VHDL程序设计实验实验二十八CMI编译码VHDL程序设计及其光纤传输 (130)实验二十九曼彻斯特码的VHDL程序设计及其光纤传输 (131)实验三十米勒码VHDL程序设计及其光纤传输 (134)实验三十一5B6B编译码VHDL程序设计及其光纤传输实验 (138)实验三十二四路异步（R232接口）数据时分复光纤传输实验 (143)实验三十三四路同步数据时分复光纤传输实验 (150)实验三十四帧同步提取的VHDL程序设计 (155)实验三十五全数字锁相环与位同步VHDL程序设计实验 (156)第一部分实验部分实验一数字信源实验一、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。

光纤通信实验指导书巢湖学院电子工程与电气自动化学院2021年2月目录实验要求 ...................................................................................................... I I 光纤实验箱使用考前须知 (III)实验一单模光纤特性测量 (1)实验二多模光纤特性测量 (4)实验三光连接器和跳线特性测量 (7)实验四光可变衰减器性能测试实验 (9)实验五光波长区分 (11)实验六 OTDR原理及运用 (13)实验七双音多频检测实验 (16)实验八 PDH终端呼叫处理通信系统综合实验 (20)实验九 OCDMA直接序列扩频技术 (29)实验十光波分复用器 (36)附录实验系统概述实验要求1、实验前必须充分预习，完成指定的预习任务，预习要求是：1）认真阅读实验知道书，了解实验任务2）复习实验中所有各仪器的使用方法及考前须知。

2、使用仪器和学习前必须了解其性能、操作方法及考前须知，在使用时必须严格遵守。

3、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导老师审查同意后再接通电源。

4、实验时应注意观察，假设发现有破坏性异常现象〔例如有元件冒烟、发烫或有异味〕应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。

找出原因、排除故障，经指导老师同意后再继续实验。

5、实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。

6、实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录试验结果〔数据、波形、现象〕。

所记录的实验结果经指导教师审阅签字后在撤除实验线路。

7、实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。

8、实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。

光纤实验箱使用考前须知光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。

一、实验目的1. 理解光纤的基本原理和特性，包括光的全反射、传输损耗、带宽等。

2. 掌握光纤连接的基本方法，包括光纤熔接和光纤接续。

3. 学习光纤通信系统的基本组成和原理，了解其工作流程。

4. 通过实验验证光纤通信系统的性能，包括传输速率、误码率等。

二、实验原理光纤是一种传输光信号的介质，由纤芯和包层构成。

纤芯具有较高的折射率，包层折射率较低。

当光线从纤芯射向包层时，如果入射角大于临界角，光线就会在纤芯和包层的界面发生全反射，从而实现光信号的传输。

光纤通信系统主要由光源、光纤、光发射器、光接收器、放大器、中继器等组成。

光源产生光信号，通过光纤传输，到达光接收器，光接收器将光信号转换为电信号，再经过放大、中继等处理，最终实现信息的传输。

三、实验仪器与设备1. 光纤熔接机2. 光纤接续机3. 光纤测试仪4. 光纤跳线5. 光发射器6. 光接收器7. 光纤通信实验平台四、实验内容1. 光纤熔接（1）将两根光纤的末端清洁干净，去除杂质。

（2）将光纤插入熔接机，调整好位置。

（3）启动熔接机，进行光纤熔接。

（4）熔接完成后，检查光纤连接是否牢固。

2. 光纤接续（1）将两根光纤的末端清洁干净，去除杂质。

（2）将光纤插入接续机，调整好位置。

（3）启动接续机，进行光纤接续。

（4）接续完成后，检查光纤连接是否牢固。

3. 光纤通信系统测试（1）搭建光纤通信实验平台，连接光发射器、光纤、光接收器等设备。

（2）调整光发射器的工作参数，如波长、功率等。

（3）使用光纤测试仪测试光纤的传输损耗、带宽等参数。

（4）测试光接收器的灵敏度、误码率等参数。

五、实验结果与分析1. 光纤熔接实验结果显示，光纤熔接后连接牢固，传输损耗低，符合实验要求。

2. 光纤接续实验结果显示，光纤接续后连接牢固，传输损耗低，符合实验要求。

3. 光纤通信系统测试实验结果显示，光纤通信系统的传输速率、误码率等参数均达到预期目标，系统性能良好。

六、实验结论通过本次实验，我们掌握了光纤熔接、光纤接续等基本技能，了解了光纤通信系统的组成和原理，验证了光纤通信系统的性能。

ZY12OFCom23BH1 光纤通信原理实验系统实验指导书电子与信息工程学院电子与通信教学团队光纤通信系统简介光纤是光导纤维的简称。

光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。

光纤通信使用的波长在近红外区，即波长800～1800nm，可分为短波长波段（850nm）和长波长波段（1310nm和1550nm），这是目前所采用的三个通信窗口。

光纤通信是人类通信史上一重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统，其主要优点是：1、光波频率很高，光纤传输频带很宽，故传输容量很大，理论上可通过上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制、打印等多种业务；2、不受电磁干扰，保密性好，且不怕雷击，可利用高压电缆架空敷设，用于国防、铁路、防爆等；3、耐高温、高压、抗腐蚀，不受潮，工作十分可靠；4、光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属（如铜、铝），且直径小、重量轻、可绕性好。

在20世纪70年代，光纤通信由起步到逐渐成熟，这首先表现为光纤的传输质量大大提高，光纤的传输损耗逐年下降。

1972～1973年，在850nm波段，光纤的传输损耗已下降到2dB/km左右；与此同时，光纤的带宽不断增加。

光纤的生产从带宽较窄的阶跃型折射率光纤转向带宽较大的渐变型折射率光纤；另外，光源的寿命不断增加，光源和光检测器件的性能也不断改善。

光纤和光学器件的发展为光纤传输系统的诞生创造了有利条件。

到1976年，第一条速率为44.7MB/s的光纤通信系统在美国亚特兰大的地下管道中诞生。

80年代是光纤通信大发展的年代。

在这个时期，光线通信迅速由850nm波段转向1310nm波段，由多模光纤传输系统转向单模光纤传输系统。

通过理论分析和实践摸索，人们发现，在较长波段光纤的损耗可以达到更小的值。

经过科学家和工程技术人员的努力，很快在1300nm和1500nm波段分别实现了损耗为0.5dB/km和0.2dB/km的极低损耗的光纤传输。

数字信号光纤传输技术实验光纤传输技术是现代科学技术发展的一项最新成就，光纤通讯是这项技术应用的重要领域。

随着科学技术的不断发展，这一科学技术的应用范围会越来越广。

本实验采用微型计算机控制的数字信号的光纤传输技术实验系统，由于该实验系统是集光电子技术、光纤传输技术、模数、数模转换技术及计算机通讯与接口技术等多种技术于一体，所以通过这一实验系统进行的各种实验，对于扩大学生知识面和增强他们综合运用多种知识解决实际问题的能力均具有十分重要的作用。

一实验目的1．了解数字光纤通讯的基本原理2．测量电光特性和光电特性，对误码现象及收、发时钟的同步, 数字式光信号发送和接收等问题进行实验研究和观测。

3．利用单台计算机进行光纤通讯技术实验。

二实验原理图1中表示了一个目前实用的光纤通讯系统的结构框图（图中仅画出一个方向的信道），该系统由以下四部分组成：光信号发送器、传输光缆、光信号接收器和收、发端的电端机。

图1 光纤通讯系统的结构框图光信号发送器实质上是一电光调制器，它用电端机（发）送来的电信号对光源进行调制，光源一般是半导体激光器和发光二极管，调制方式在目前实用系统中大都采用光强直接调方式，光源器件经调制的光功率耦合到光纤中后把光信号传输到接收端，接收端的光电子检测器件（一般为半导体PIN管和雪崩管）把光信号变成电信号，再经放大、整形处理后送至电端机（收）。

以上的系统结构框图对模拟信号和数字信号系统均适用。

对模拟信号而言，由电端机（发）送来的是话音或图像信号，要求光信号发送器中的光源器件应具有线性度良好的电光特性，对于数字信号的光纤通讯系统，光源器件的非线性对系统性能影响不大。

图2示出了数字信号光纤通讯系统中的光端机（即光信号）的发送器和接收器）的结构示意图。

该图中各单元的功能如下：图2 数字信号光纤通讯系统结构示意图极性双单变换单元是把来自电端机的双极性信号变换成单极性码，以便实施对光功率的调制；扰码及线路码变换是为了避免在光纤信道中出现长连的“0”码或长连的“1”码，以利接收端时钟信号的提取和误码率的监测；光发送单元的作用是把数字信号的电脉冲调制成光脉冲，并把光脉冲耦合到光纤信道中去，在接收端经光电检测器和低噪声放大器组成的光信号接收单元是把来自光纤输出端的光脉冲转变成电脉冲，经放大后输出。