《光纤通信》实验指导书

《光纤通信》实验指导书王玮中南大学信息科学与工程学院电子与通信工程系二〇一四年五月2目录实验操作注意事项.............................................................................................................................3实验基本操作规范.............................................................................................................................4主控&信号源模块说明......................................................................................................................5光源的P-I特性测试................................................................................................................11光发射机消光比测试...............................................................................................................13模拟信号光纤传输系统...........................................................................................................15PN序列光纤传输系统.............................................................................................................17CMI码编译码及其光纤传输系统...........................................................................................19《光纤通信》实验报告...................................................................................................................223实验操作注意事项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，除此之外，还应注意对人体的伤害。为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：⒈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，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。⒉不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。⒊光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须向老师报告。⒋实验过程中切不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。⒌实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。⒍若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。4实验基本操作规范为做好本实验，这里为实验者提出了一定的操作参考方法，请按本说明做好实验前期模块准备、参数设置、波形观测等一系列基本操作：⒈实验前先检查所需模块是否固定好，供电是否良好。在未连线的情况下打开实验箱总电源开关及各模块电源开关，模块右边电源指示灯应全亮；若不亮，请关电后拧紧模块四角的螺丝再检查。⒉准备工作做完后，请在断电情况下根据实验指导书步骤进行连线。⒊打开电源开关后需要先进行菜单设置再进行实验。通电后，首先弹出的是公司LOGO界面，然后自动进入到主菜单界面，旋转控制旋钮选择所需实验课程，按下旋钮进入实验课程，再在实验课程中选择所需实验。选择所需实验时会弹出响应的实验信息提示，按下确定键，提示框即消失，进入所选实验界面。⒋实验观测前，需要调节信号源输出信号相关参数。用示波器探头夹夹住导线的金属头，将导线另一头连接待测信号源输出端口，再调节相应旋钮和按键开关。⒌观测实验波形时，有三种基本测试方法。⑴对于测试勾，可直接用示波器探头夹夹住测试勾后并确定夹紧即可；⑵或将示波器探头夹取下来，直接用探头夹接触测试点，观察波形时需要注意固定好示波器探头；⑶对于台阶插座，可用导线连接台阶座与示波器探头夹子，连接方法与上面第⒋点中的叙述相同。⒍本实验指导书中实验步骤基本分为四点：⑴连线；⑵实验初始状态设置，此设置中包含菜单设置，实验前模块拨码开关设置以及信号源输出设置等；⑶实验初始状态说明，统一说明了实验中各信号源初始状态及实验环境；⑷观测，针对各实验项目要求，用示波器等辅助仪器观测并记录实验结果。5主控&信号源模块说明一、按键及接口说明信号源功能1功能2主菜单POWERUSBCLKPN15FST1T2数字信号源W1W2W3128KHzA-OUTMUSIC256KHz选择/确认返回电源指示主控&信号源模块模拟信号源时钟输出PN序列输出帧同步信号输出待扩展接口幅度调节旋钮模拟信号输出128KHz/256KHz正弦载波输出MP3音乐输出控制旋钮逆时针控制向下选取，顺时针旋转向上选取，按下为确认选取项。返回上级按键待扩展按键数字信号源设置菜单模拟信号源设置菜单主菜单界面图1主控&信号源按键及接口说明二、功能说明该模块可以完成如下五种功能的设置，具体设置方法如下：1、模拟信号源功能模拟信号源菜单由“信号源”按键进入，该菜单下按“选择/确定”键可以依次设置：“输出波形”→“输出频率”→“调节步进”→“音乐输出”→“占空比”（只有在输出方波模式下才出现）。在设置状态下，选择“选择/确定”就可以设置参数了。菜单如下图所示：模拟信号源输出波形：正弦波输出频率：0001.00KHz调节步进：10Hz音乐输出：音乐1模拟信号源输出波形：方波输出频率：0001.00KHz调节步进：10Hz音乐输出：音乐1占空比：50%（a）输出正弦波时没有占空比选项（b）输出方波时有占空比选项图2模拟信号源菜单示意图注意：上述设置是有顺序的。例如，从“输出波形”设置切换到“音乐输出”需要按3次“选择/确定”键。下面对每一种设置进行详细说明：a.“输出波形”设置6一共有6种波形可以选择：正弦波：输出频率10Hz~2MHz方波：输出频率10Hz~200KHz三角波：输出频率10Hz~200KHzDSBFC（全载波双边带调幅）：由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号。输出全载波双边带调幅。DSBSC（抑制载波双边带调幅）：由正弦波作为载波，音乐信号作为调制信号。输出抑制载波双边带调幅。FM：载波固定为20KHz，音乐信号作为调制信号。b.“输出频率”设置“选择/确定”顺时针旋转可以增大频率，逆时针旋转减小频率。频率增大或减小的步进值根据“调节步进”参数来。在“输出波形”DSBFC和DSBSC时，设置的是调幅信号载波的频率；在“输出波形”FM时，设置频率对输出信号无影响。c.“调节步进”设置“选择/确定”顺时针旋转可以增大步进，逆时针旋转减小步进。步进分为：“10Hz”、“100Hz”、“1KHz”、“10KHz”、“100KHz”五档。d.“音乐输出”设置设置“MUSIC”端口输出信号的类型。有三种信号输出“音乐1”、“音乐2”、“3K+1K正弦波”三种。e.“占空比”设置“选择/确定”顺时针旋转可以增大占空比，逆时针旋转减小占空比。占空比调节范围10%~90%，以10%为步进调节。2、数字信号源功能数字信号源菜单由“功能1”按键进入，该菜单下按“选择/确定”键可以设置：“PN输出频率”和“FS输出”。菜单如下图所示：7数字信号源PN输出频率：4KFS输出：模式1图3数字信号源菜单a.“PN输出频率”设置设置“CLK”端口的频率及“PN15”端口的码速率。频率范围：1KHz~2048KHz。b.“PN输出码型”设置c.“FS输出”设置设置“FS”端口输出帧同步信号的模式：模式1：帧同步信号保持8KHz的周期不变，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。（要求“PN输出频率”不小于16K，主要用于PCM、ADPCM编译码帧同步及时分复用实验）模式2：帧同步的周期为8个CLK时钟周期，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。（主要用于汉明码编译码实验）模式3：帧同步的周期为15个CLK时钟周期，帧同步的脉宽为CLK的一个时钟周期。（主要用于BCH编译码实验）3、移动通信实验菜单功能按“主菜单”按键后的第一个选项“移动通信”，再确定进入各实验菜单。进入“移动通信”菜单后，逆时针旋转光标会向下走，顺时针旋转光标会向上走。按下“选择/确认”时，会设置光标所在实验的功能。有的实验有会跳转到下级菜单，有的则没有下级菜单，没有下级菜单的会在实验名称前标记“√”符号。在选中某个实验时，主控模块会向实验所涉及到的模块发命令。因此，需要这些模块电源开启，否则，设置会失败。实验具体需要哪些模块，在实验步骤中均由说明，详见具体实验。4、模块设置功能*（该功能只在自行设计实验时用到）按“主菜单”按键后的第二个选项“模块设置”，再确定进入模块设置菜单。在“模块设置”菜单中可以对各个模块的参数分别进行设置。如下图所示：8模块设置1号语音终端&用户接口2号数字终端&时分多址3号信源编译码7号时分复用&时分交换5ASK数字调制解调6FSK数字调制解调图4“模块设置”菜单a.1号语音终端&用户接口设置该模块两路PCM编译码模块的编译码规则是A律还是μ律。b.2号数字终端&时分多址设置该模块BSOUT的时钟频率。c.3号信源编译码可设置该模块FPGA工作于“PCM编译码”、“ADPCM编译码”、“LDM编译码”、“CVSD编译码”、“FIR滤波器”、“IIR滤波器”、“反SINC滤波器”等功能（测试功能是生产中使用的）。由于模块的端口会在不同功能下有不同用途，下面对每一种功能进行说明：i.PCM编译码FPGA完成PCM编译码功能，同时完成PCM编码A/μ律或μ/A律转换的功能。其子菜单还能够设置PCM编译码A/μ律及A/μ律转换的方式。端口功能如下：编码时钟：输入编码时钟。编码帧同步：输入编码帧同步。编码输入：输入编码的音频信号。编码输出：输出编码信号。译码时钟：输入译码时钟。译码帧同步：输入译码帧同步。译码输入：输入译码的PCM信号。译码输出：输出译码的音频信号。A/μ-In：A/μ律转换输入端口。A/μ-Out：A/μ律转换输出端口。ii.ADPCM编译码FPGA完成ADPCM编译码功能，端口功能和PCM编译码一样。9iii.LDM编译码FPGA完成简单增量调制编译码功能，端口除了“编码帧同步”和“译码帧同步”是没用到的（LDM编译码不需要帧同步），其他端口功能与PCM编译码一样。iv.CVSD编译码FPGA完成CVSD编译码功能，端口除了“编码帧同步”和“译码帧同步”是没用到的（CVSD编译码不需要帧同步），其他端口功能与PCM编译码一样。v.FIR滤波器FPGA完成FIR数字低通滤波器功能（采用100阶汉明窗设计，截止频率为3KHz）。该功能主要用于抽样信号的恢复。端口说明如下：编码输入：FIR滤波器输入口。译码输出：FIR滤波器输出口。vi.IIR滤波器FPGA完成IIR数字低通滤波器功能（采用8阶椭圆滤波器设计，截止频率为3KHz）。该功能主要用于抽样信号的恢复。端口与FIR滤波器相同。vii.反SINC滤波器FPGA完成反SINC数字低通滤波器。该功能主要用于消除抽样的孔径效应。端口与FIR滤波器相同。d.7号时分复用&时分交换功能