2015年光纤实验

1前言光纤实验系统组成介绍RZ8645型光纤实验系统是为了配合《光纤通信系统》的理论教学而设计的实验系统。它一方面结合了当今光纤通信原理课程的教学与改革，另一方面结合了当今光纤通信发展方向和工程实际应用状况。这套系统采用功能模块化设计，各模块对外开放。除了配合完成理论教学外，还可以训练增强学生的实际应用能力，完成模块的二次开发。RZ8645型光纤实验系统框图如图1所示：图1：RZ8645系统框图一、结构简介本实验系统可分为电端机模块、光通信模块、管理控制模块、电源供给模块等四大功能模块，每个功能模块又是由许多子模块组成：（一）电端机模块1.电话用户接口模块本模块分为用户A，B两个模块，位于实验系统左侧部分，分别注明为：A和B,系统程序设置两路电话的默认电话号码为48.49。此模块为电话输入、输出接口，由电话专用接口芯片PBL38710实现。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出等功能。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。键盘液晶显示数据发送单元数字信号发生器线路编码器数据复接数据接收单元时钟提取、再生线路译码器数据解复接中央处理器功能扩展口模拟信号源LD光端机工作波长1550nmLD激光/探测器工作波长1310nm电源模块发送端数据测试区接收端数据测试区电话用户APCM编译码记发器DTMF检测电话用户BPCM编译码网络接口USB接口2电话用户接口模块测试点说明：1VT:电话A路二四线变换后的模拟输出。1VR:电话A路PCM译码输出的模拟信号。PCM1-DX:电话A路PCM编码数据输出。PCM1-DR:电话A路PCM译码数据输入。2VT:电话B路二四线变换后的模拟输出。2VR:电话B路PCM译码输出的模拟信号。PCM2-DX:电话B路PCM编码数据输出。PCM2-DR:电话B路PCM译码数据输入。2.PCM编译码模块两路电话接口区分别有一块PCM编译码芯片，此模块采用专用芯片TP3057来实现PCM编译码功能，可完成用户A、B两路话音信号的编译码功能。3.DTMF双音多频检测模块此模块由专用芯片MT8870来完成DTMF分组滤波和DTMF译码功能，输出相应16种DTMF频率组合的4位并行二进制码。实际应用中，一片MT8870可以最多接入检测16路用户电路的DTMF信号。4.记发器模块此模块主要完成局内、局间电话用户拨叫号码的识别、交换控制功能。5.计算机通信接口模块此模块由网络接口和USB接口两种通信接口组成，完成计算机与本实验系统的数据交换传输功能。也为学生开发上层通信软件提供了良好的硬件平台。计算机通信接口模块测试点说明：TX:网络接口数据或者是USB接口数据经过中央处理器接收后转换成的串行输出。RX:送到中央处理器的串行数据。经过中央处理器转换后返回给网络接口或者是USB接口6.数据发送单元模块和发送端数据测试区此模块主要完成各种测试信号产生、各种线路编码、数据复接及一些辅助性功能。产生的数字信号有：各种频率的时钟、方波、M序列、矩形窄脉冲等、线路编码功能有：AMI码、HDB3码、CMI码、5B6B码、5B1C码、扰码等。数据的复接：多种类型数据进行时分复接输出。发送端数据测试区说明：P101：基带数据输出。各种线路编码的基带数据从该铆孔输出，输出的数据可以是系统产生的PN码，也可以是拨码开关SW101设置的8BIT数据。P102：对应P101输出数据的时钟信号。例如，实验中我们选择32K的PN码输出，P101输出PN码，P102则输出对应的32K时钟信号。P103：线路编码输出。对应于各种线路编码，例如选择CMI编码，则P103输出的是CMI编码数据。如果选择扰码，则P103输出的是扰码后的数据。输出的编3码数据是根据不同的实验而定。P104：对应P103输出的编码数据时钟。P105：电话A的PCM编码数据输出时隙。P106：在PCM传输实验和系统实验时是电话B的PCM编码数据输出时隙；在扰码实验时，是用于扰码的PN码。P107：0时隙脉冲。P108：在做接收灵敏度实验的时候输出PN码；在做系统实验的时候输出的是8路复接的数据。P109：PCM1-DX。电话A路PCM数据送入数据发送单元输入口。例如系统实验，8路数据复接，电话A路PCM数据通过该口送入数据发送单元进行复接。P110：PCM2-DX。电话B路PCM数据送入数据发送单元输入口。例如系统实验，8路数据复接，电话B路PCM数据通过该口送入数据发送单元进行复接。HDB3+：HDB3或者AMI编码正极性编码。该测试点标注为HDB3+,但实验时当HDB3编码时输出的是HDB3+,当AMI编码输出的是AMI编码的正极性，是复用的输出。下面的HDB3-和HDB3和HDB3+一样，都是复用的输出。HDB3-：HDB3或者AMI编码负极性编码。HDB3：HDB3或者AMI编码。GND：GND为实验系统的地线接口，实验系统上的每个GND是相通的，在用示波器测试的时候，示波器的地线夹子要和实验系统的GND相连。数据发送单元的SW101拨码开关用来设置8BIT的开关码数据，往上拨输出“1”，往下拨输出“0”。7.数据接收单元模块此模块主要完成接收数据的时钟提取再生、各种线路编码的译码、复用数据的分解及一些辅助性功能。接收端数据测试区说明：P111：接收数据端。各种线路编码的数据通过该铆孔送入数据接收单元进行译码。P112：眼图观测数据输入端。PN码通过该铆孔送入眼图电路。P113：解复用输出电话A的PCM编码数据。P114：解复用输出电话B的PCM编码数据。P115：各种线路译码的数据输出TP104：系统同频脉冲，周期125US。TP105：误码脉冲。TP106：眼图观测点。W901：接收滤波器性能调节电位器数据接收单元有8个发光二级管，这8个发光二极管在系统实验中分别对应数据发送单元拨码开关SW101设置的8BIT数据，当拨码开关往上拨为“1”时，对应的发光二级管就会点亮。拨码开关往下拨为“0”时，对应的发光二极管就会灭掉。只有在系统实验时，发光二极管才有效。其他实验中发光二极管可能随机亮灭。8.眼图观测模块4此模块主要完成调节接收电路均衡特性、接收数字序列的眼图观测等功能。9.误码测试仪模块此功能由多个模块组成，完成通信线路的误码测试功能，各测试参数可设。10.模拟信号源模块此模块产生输出频率、幅度可调的正弦波、三角波、方波信号。模拟信号源模块测试点说明：SIGNAL:模拟信号输出口。W1:模拟信号幅度调节电位器。（二）光通信模块1．光信道一一体化数字光端机，包括光发射端机和光接收端机。半导体激光二极管LD、工作波长1550nm，频带为DC到5MHZ，方便配套低端测量仪器使用。光端机的光输入、输出接口都由单模尾纤引出至固定于底板的法兰，方便连接其它光器件。其中TX1550表示光发送端，RX1550表示光接收端。1550nm光信道测试点说明：P203：电信号输入口。电信号只能为数字信号。电信号从该口输入，送到光端机去进行电光转换。TX1550：经过隔离电路输出的电信号，和P203信号一致。为了防止光端机电光转换电路对输入电信号影响，P203输入的信号并没有直接连接到光端机的电光转换电路，而是经过隔离电路后再送到光端机的电光转换电路。P204：光电转换后电信号输出。2．光信道二及LD性能测试模块由激光管、光探测器及外围电路构成的光发射端机和光接收端机，关键电气参数都可调节。可传输模拟和数字信号，测试LD的P-I曲线，具有无光告警、自动功率控制APC等功能。激光管工作波长为1310nm，频带为DC到3MHz。激光管的输出和光探测器的输入连接至固定于底板上的法兰，方便连接其它光器件。其中TX1310表示光发送端，RX1310表示光接收端。1310nm光信道测试点说明：P201：电信号输入口。电信号可以为数学信号也可以是模拟信号。电信号从该口输入，送到光端机去进行电光转换。TP201：经过电平调节的电信号。P201输入的电信号，实际是通过电平调节电路后将电信号送给光端机的激光器。TP201就是经过电平调节后的电信号测试点。P202：经过光电转换后的数字信号输出。P205：经过光电转换后的模拟信号输出。1310nm光信道传输信号时，输入的电信号为同一个端口P201，但是输出端口分为数字信号输出和模拟信号输出。通过跳线K05选择输出是数字信号还是模拟信号，如果我们传输的信号是数字信号，则KO5跳在右侧，选择数字信号输出。如果我们传输的是信号是模拟信号，则K05跳在左侧，选择模拟信号输出。这点需要注意，如果选择不对，则输出端口检测不到信号。W201：输入电平调节电位器。5W202：激光器电流调节电位器。W203：输出信号幅度调节电位器。如果输出的信号幅度过大或者过小，通过该电位器可以进行调节。V201：视频输入,如果实验系统选配了摄像头，则摄像头的视频输出和该口相连接，就可以通过光纤传输视频信号。V202：视频输出，经过光纤传输后的视频信号从该口输出，如果实验系统配置了监视器，可以看到摄像头拍摄到的视频信号。GX201：激光器，为光发射器，其波长为1310nm。内有光探测器，可用手搭建APC电路实现自动光功率控制。GX202：光探测器，为光接收器，可接收发端发出的1310nm波长的光。D201：无光告警（发光二极管），当激光器无光或光比较微弱时，该发光二极管点亮。TP202.TP203：为激光器电流测量点，在测量激光器电流时，须将K02短路器拔掉，不测电流时必须插上。K01：APC检测开关，用于检测自动光功率控制（APC）时，改变激光器的电流，K01短路器拔掉时激光器电流减小，K01短路器插上时激光器电流增大。K03为自动光功率控制开关，短路器插入左侧时，实现自动光功率控制（APC），插入右侧时，不能进行自动光功率控制。K05为模、数控制开关，短路器插入右侧时，选择数字信号输出，插入左侧时，选择模拟信号输出。3．LED+多模光纤传输扩展模块由发光二极管、光检测器及外围电路构成的光发射端机和光接收端机，关键电气参数都可调节。可传输模拟和数字信号，测试LED的P-I曲线，具有视频图像传输等功能。发光二极管发光波长为850nm，频带为DC到1GHZ。本模块为选配。（三）管理控制模块1.中央处理器模块此模块主要由STM32编程实现。完成整个实验系统的控制协调功能，如测量信号的输入、输出控制、功能选择、工作状态检测等。2.液晶显示模块此模块是具有触屏功能的液晶显示模块，主要完成实验类型的显示和选择，信号源种类的选择和频率调节，误码测试仪的配置和显示等功能。3.键盘模块此模块主要配合液晶显示模块工作，和触摸屏上功能按钮对应，选择相应的实验类型。（四）电源供给模块由开关电源给本实验箱提供+12V、+5V（VCC)、-12V、-48V直流电源。-5V、-24V、+3.3V电源则由相应的稳压片转换得到。电源供给模块部分3个LED指示灯分别对应+12V、+5V、-12V三组电源的指示，同时系统提供+5V(VCC)电源输出。6二、配套仪器最低配置仪器：20M通用双踪示波器或虚拟仪器，单模尾纤建议配置器件：计算机；光功率计、多种接口标准的光纤线（法兰）、波分复用/解复用器一对、光可调衰减器、光固定衰减器、光分路器、光隔离器等，根据学校情况选配（会影响一些光器件的测试实验）；可选配仪器：①外置误码测试仪②光缆施工工具箱、光纤熔接机、稳定光源、光时时域反射仪等。三、系统特点1．采用模块化设计信号接口开放。各模块功能既可单独做实验又可组合完成系统实验。2.自带数字信号源、模拟信号源，可外加信号，配有网络接口、USB接口。适应各种实验需求。3．采用液晶键盘显示管理实验参数，取代原有的接插件，实验方便直观。4．电端机部分功能强大，电话交换系统，多种线路编码，完善的数字时分复接系统，功能可定制升级。5．电信号、光信号均由实验者连接。光输入、输出接口设计朝外，方便连