光纤通信实验指导书(含原理)

实验1电光、光电转换传输实验一、实验目的1.了解本实验系统的基本组成结构；2.初步了解完整光通信的基本组成结构；3.掌握光通信的通信原理。二、实验仪器1.光纤通信实验箱2.20M双踪示波器3.FC-FC单模尾纤1根4.信号连接线2根三、基本原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。实验系统基本组成结构（光通信）如下图所示：图1.2.1实验系统基本组成结构在本实验系统中，电发射部分可以是M序列，可以是各种线路编码（CMI、5B6B、5B1P等），也可以是语音编码信号或者视频信号等，光信道可以是1550nmLD+单模光纤组成，可以是1310nm激光/探测器组成，也可以是850nmLED+多模光纤（选配）组成。本实验系统中提供的1550nmLD光端机是一体化结构，光端机包括光发射端机TX（集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等），光接收端机RX（集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路）。其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。一体化数字光端机的结构示意图如下：光电电光电发射电接收光发射光接收P203P204光纤1550nmLD+单模图1.2.2一体化数字光端机结构示意图四、实验步骤1.关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为1550nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。4.用信号连接线连接P101、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有相应的波形输出，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超过5V。即将m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接口输出。5.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点，看是否有与TX1550测试点一样或类似的信号波形。6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。改变SW101拨码器设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P204和TX1550测试点波形是否跟着变化。7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线，观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。注：本实验也可选择工作波长为1310nm和扩展模块的光信道。五、实验结果1.画出实验过程中测试波形，标上必要的实验说明。2.结合实验步骤，叙述光通信的信号变换、传输过程。3.画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图，标上必要的实验说明。P204P203TX光接收输入光发射输出光纤实验2CMI编译码原理及光传输实验一、实验目的1.掌握CMI编译码规则。2.了解CMI编译码的性能。3.了解光纤通信中CMI的选码原则。二、实验仪器1.光纤通信实验箱2.20M双踪示波器3.FC-FC单模光跳线4.信号连接线2根三、基本原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。在本实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块：8位的自编数据功能和CMI线路编码功能。涉及的电接收部分就是时钟提取和再生功能、相应的CMI线路译码功能。CMI码光纤通信基本组成结构如下图所示：图6.1.1CMI码光纤通信基本组成结构下面对数字信号CMI码编码译码进行分析和讨论：数字光纤通信传输信道中，对于低速率系统采用CMI(CodedMarkInversion)码,传号翻转码，即“1”码交替地用“00”和“11”表示，而“0”码则固定用“01”表示，因此在1个时钟周期内，CMI编码器输入1bit的时间内输出变为2bit。CMI码属于二电平的不归零（NRZ）的1B2B码型，图6.1.2为CMI码变换规则示例，这种码的特点是:光电电光光纤1550nmLD+单模CMI线路编码光发射光接收TX1550P204自编数据判决再生CMI线路译码（1）不出现连续4个以上的“0”码或“1”，易于定时提取。（2）电路简单，易于实现。（3)有一定的纠错能力。当编码规则被破坏后，即意味着误码产生，便于中继监测。（4)有恒定的直流分量，且低频分量小，频带较宽。（5)传输速率为编码前的2倍，适用于低速率的光纤传输系统。CMI译码的设计思路：是采用串并变换电路把串行码变成并行码，即把CMI码的每一组00、11、或01码中的奇数码与偶数码分离开来，变成奇偶分列的、时序一致的码序列，再用判决电路逐一加以比较，判决输出传号还是空号，从而解出单极性信码。图6.1.2CMI码变换规则示例CMI的连“0”连“1”为3，故这种线路码含有丰富的定时信息，便于定时提取。这种码都容许进行不中断业务的误码检测。CMI码在ITU-TG.703建议中被规定为139.264Mbit/s和155.520Mbit/s的物理/电气接口的码型。因此有不少139.264Mbit/s和155.520Mbit/s数字光纤传输系统就用CMI作为光线路码型。除了上述优点外，直接将四次群复用设备送来的CMI码直接调制到光器件上，接收端把还原的CMI码直接送给四次群解复用设备，这样做无需电接口和线路码型的变换/反变换，具有设备简单的优点。四、实验步骤1．关闭系统电源，按照图6.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、1550nm光接收端机的RX1550法兰接口连接好。注意收集好器件的防尘帽。2．打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验--CMI码设置”确认，即在P101铆孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。P103为对应的CMI编码输出。3．示波器测试P101、P103铆孔波形，确认有相应的波形输出。00101110104．用信号连接线连接P103、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有相应的波形输出，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度最大（不超过5V），记录信号电平值。连接P204、P111两铆孔，即将光电转换信号送入数据接收单元。信号转换过程如图6.1.1。5．注意观测P204测试点对接收的的数据是否与发端的TX1550测试点波形一样。6．注意观测P115测试点为CMI译码输出波形是否与发端的P101波形一样。7．SW101拨码器设置其它数字序列组合，对比P103编码输出波形，分析熟悉CMI编码规则。8．按返回键，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。9．对应P102码元同步时钟读出码序列，根据CMI编码规则，写出对应的编码序列。10．观察P103输出编码波形，验证你的序列。11．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。注：本实验也可选择工作波长为1310nm的LD光发射端机，也可选择扩展模块。五、测量点说明P101：菜单设置的数字序列输出序列波形测试点。P102：P101对应的码元时钟测试点。P103：对应的CMI编码信号。P111：数据接收单元的电信号接收铆孔。P115：CMI译码输出。P203：光发射端机的外部电信号输入铆孔。TX1550：输入1550nm光发射端机的电信号。P204:1550nm光接收端机输出的电信号。六、实验结果1．记录实验中得到的数据和波形，标上必要的实验说明。2．长连“0”、长连“1”的数字信号不利于接收端的位同步提取，CMI编码是怎样解决这个问题。实验35B6B编码原理及光传输实验一、实验目的1．掌握5B6B编译码规则；2．了解5B6B编译码的性能；3．了解光纤通信中5B6B的选码原则。二、实验仪器1．光纤通信实验箱2．20M双踪示波器3．FC-FC单模光跳线4．信号连接线1根三、基本原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。在本实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块：8位的自编数据功能和5B6B线路编码功能。5B6B码光纤通信基本组成结构如下图所示：图6.2.1CMI码光纤通信基本组成结构下面对数字信号5B6B码编码译码进行分析和讨论：5B6B线路码型是国际电报电话咨询委员会（CCITT）推荐的一种国际通用光纤通信系统中采用的线路码型，也是光纤数字传输系统中最常用的线路码型。5B6B线路码型有很多优点：码率提高的不多，便于在不中断业务情况下进行误码监测，码型变换电路简单，它是我国及世界各国四次群光纤数字传输系统中最常采用一种码型。5B6B线路码型编码是将二进制数据流每5bit划分为一个字组，然后在相同时间段内按一个确定的规律编码为6bit码组代替原来5bit码组输出。原5bit二进制码组有光电电光光纤1310nmLD+单模5B6B线路编码光发射光接收TP201P202自编数据判决再生2^5共32种不同组合，而6bit二进制码组有2^6共64种不同组合。若将编译码组一一对应，则有32个冗余码组未被利用。可用这些码组改善编码性能。一般情况下把nB码字中“1”、“0”个数悬殊的码字作为禁字，而把选用的“1”、“0”个数不均字分为两种模式，并使“1”多的模式与“0”多的模式交替出现。这样就消除了线路码的直流电平浮动。具体选择如下：选择六位码组的原则是，使线路码型的误码扩展及数字和变差尽可能小，编码和译码器以及判决电路简单且造价低廉，定时信息最丰富，功率谱密度中无直流分量。6bit码组的64种组合中码组数字和d值（1、0个数差）分布情况是：d=0的码组有20个d=±2的码组有30个d=±4的码组有12个d=±6的码组有2个根据这些原则选择6bit码组的方法为：d=±4，d=±6的6bit码组舍去（共14种），作为禁止码组（或称“禁字”）处理。d=0,d=±2的六位码组都可能有取舍，并且取两种编码模式：一种模式是d=0、+2,称模式I；另一种模式是d=0、d=-2,称模式II。当用模式I编码时，遇到d=+2的码组后，后面编码就自动转换到模式II，在模式II编码中遇到d=-2的码组时编码又自动转到模式I。mB码字到nB码字的变换及逆变换是按预定的码表进行的，不同的码表产生不同的线路码性能。mBnB码中，5B6B码被认为是在编码复杂性和比特冗余度之间最合理的折中。它的线路码速只比原始码速增加20%，而变换、逆变换电路也不复杂。图6.3.25B6B码变换规则示例01001111000本实验中5B数据信息是5位的自编数据（本是8位拨码器，最后5位有效），其自编数据和编码数据输出波形在示波器窗口显示为：高位在左，低位在右。采用编码对照表为5B6B-1。表格5B6B编码表输入模式Ⅰ模式Ⅱ00000110010110010000011100111000010001011011010001000011100011100011001001101011001000010110010110010100110100110100110001111001110001110100010101110100001001101001101001010101010101010100101100101100101101100101100101100011011011010001010111010111000011001111001110001110100001100011100011000111100101000110010111010010010100110100110100111010011010011010010101