光纤通信系统实验指导书

光纤通信系统实验指导书桂林电子科技大学信息科技学院二零零九年三月桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书1目录实验一数字光纤传输测试系统实验...........................................2实验二SDH点对点组网2M配置实验……………………......…9实验三SDH链型组网配置实验..................................................17实验四SDH环形组网配置实验...................................................27桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书2实验一数字光纤传输测试系统实验概述光纤通信是利用光波作为载波，以光纤作为传输媒质实现信息传输，是一种最新的通信技术。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。通信发展过程是以不断提高载频频率来扩大通信容量，光是一种频率极高的电磁波（3×1014HZ），因此用光作载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，是通信发展的必然方向。光纤通信有许多优点：首先它有极宽的频带。目前我国已完成了10Gbps的光纤通信系统，这意味着在125um的光纤中可以传输大约11万路电话。其次，光纤的传输损耗很小，传统的同轴电缆损耗约在5dB/Km以上，站间距离不足10Km；而工作在1.55um的光纤最低已达到0.2dB/Km的损耗，站间无中继传输可达100Km以上。另外，光纤通信还具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射等特点，它在地球上有取之不尽，用之不竭的光纤原材料—SiO2。光纤通信可用于市话中继线，长途干线通信，高质量彩色电视传输，交通监控指挥，光纤局域网，有线电视网和共用天线（CATV）系统。波分复用技术（WDM）的出现，使光纤传输技术向更高的领域发展，实现信息宽带、高速传输。光纤通信将会在光同步数字体系（SDH）、相干光通信、光纤宽带综合业务数字网（B—ISDN）、用户光纤网、ATM及全光通信有进一步发展。光纤通信系统主要由三部分组成：光发射机、传输光纤和光接收机。其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。实现过程如下：输入电信号既可以是模拟信号（如视频信号、电话语音信号、正弦波或三角波信号），也可以是数字信号（如计算机数据、PCM编码信号、数字信号源信号）；调制器将输入的电信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能；光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端；在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电信号处理过程，以弥补线路传输过程中带来的信号损伤（如损耗、波形畸变），最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传送过程。桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书3根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型和光接收方式的不同，光纤通信系统可分成：（1）按光波长划分可以分为短波长和长波长光纤通信系统类别特点短波长光纤通信系统工作波长：800nm～900nm；中继距离：10km长波长光纤通信系统工作波长：1000nm～1600nm；中继距离：100km超长波长光纤通信系统工作波长：2000nm；中继距离：1000km；采用非石英光纤（2）按光纤特点划分类别特点多模光纤通信系统传输容量：100Mbit/s；传输损耗：较高单模光纤通信系统传输容量：140Mbit/s；传输损耗：较低（3）按传输信号形式划分类别特点数字光纤通信系统传输信号：数字；抗干扰；可中继模拟光纤通信系统传输信号；模拟；短距离；成本低(4)按光调制的方式划分类别特点强度调制直接检测系统简单、经济、但通信容量受到限制外差光纤通信系统技术难度大，传输容量大光纤通信系统模型用户接口电发射端机输入接口光发端机用户接口电接收端机输出接口光收端机光缆光缆光中继器备用系统辅助系统桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书4（5）其它类别特点相干光纤通信系统光接收灵敏度高；光频率选择性好；设备复杂光波分复用通信系统一根光纤中传送多个单/双向波长；超大容量，经济效益好光时分复用通信系统可实现超高速传输；技术先进全光通信系统传送过程无光电变换；具有光交换功能；通信质量高副截波复用光纤通信系统数模混传；频带宽，成本低；对光源线性度要求高光孤子通信系统传输速率高，中继距离长；设计复杂量子光通信系统量子信息论在光通信中的应用一、实验目的1、理解利用光承载电信号的原理，设计数字光纤通信传输测试系统。2、了解线路码型在光纤传输系统中的作用3、掌握线路码型CMI码的编译码过程以及电路实现原理4、掌握光纤通信系统接收的灵敏度测量。二、实验内容1、验证符合光纤传输系统的线路码型2、观察线路码型的编译码过程3、测试数字光纤通信系统光接收机的灵敏度三、实验仪器及使用1、光调制解调模块和数字信源模块及帧同步/终端模块2、60MHz双踪模拟示波器3、FC-FC单模光跳线4、光衰减器5、光功率计光纤衰减器是完成对光信号的衰减控制，用它可实现对传输信道长度的模拟，具有dB功率衰减显示。光功率计是完成对光功率的测试，具有测试波长选择，采用dBm和mW、uW、nW功率读数显示。光接收电路完成经传输后光信号的接收和转换，使光信号恢复为电信号。四、实验原理线路码型变换电路主要是适应数字光纤通信传输的需要而设置的，因此，数桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书5字光纤通信传输过程的前后必须有线路码型变换与反变换电路。线路码型是指信道码的码型，它是将二进制的数字串变换为适合于特定传输媒介的形式。因此，对于不同的传输媒介，有不同类型的线路码型。对于光纤数字传输系统，不仅要考虑其传输媒介光纤的特性，还需考虑光电转换器件即光源器件和光检测器件的特性，例如光纤线路的带宽（色散）特性影响着对线路码型速率变化的选择，光源器件的非线性影响着对线路码型是单极性还是多极性的选择，一般说来，对光纤传输线路码型的选择主要考虑如下要求：（1）比特序列独立性（2）能提供足够的定时信息（3）减小功率谱密度中的高低频分量（4）误码倍增小（5）便于实现不中断业务的误码监测（6）易于在传送主信息（业务信息）的同时，传送监控、公务、数据等维护管理信息，以及区间通信等辅助信号。（7）易于实现在介绍常用线路码型之前，先介绍一下线路码型的分类，如果从泛指的线路码型来讲，可以从不同角度来分，现简述如下。以应用场合来分，有用于金属缆线的线路码型（又可细分为同轴电缆用的、对称电缆用的码型等等），无线系统用的线路码型，用于光缆传输系统的码型等。本实验介绍的CMI线路码型是光线路码型。以传输信道（或者说调制方式）来分，有基带信道的线路码型和承载（载波）信道的线路码型。目前光纤传输系统大多采用基带直接调制光信号，对线路码型而言，仍输入基带码型。以线路码型的电平数来分，有两电平码、三电平码、四电平码以及多电平码。在光纤传输系统的线路码型一般选用两电平码。光线路码型应该是两电平、基带、连续运行、固定长度组码。由于CMI码有很多优点，它既为我国数字通信标准制式所规定的两种接口码型之一，又是数字光纤通信系统中所采用的线路码型，它既属于伪双极性码又属于mBnB码（1B2B码）。所以，本实验中的线路码型就采用CMI码。CMI码为信号反转码（CodeMarkInversion），是一种二电平不归零码，是PCM四次群的线路传输码型，也就是四次群数字光纤通信设备与四次群PCM设备之间的接口码型。1、CMI码的特点A、CMI码编译电路简单，便于设计与调试。桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书6B、CMI码的最大连“0”和连“1”都是3个C、具有误码监测能力，当其编码规则被破坏，就表示有误码产生，便于线路传输中的误码监测。D、CMI码功率谱中的直流分量恒定，低频分量小，fr（变换前的码速率）频率处有限谱，频带较宽，便于定时提取。E、CMI码的速率是编码前信号速率的两倍。2、CMI码的编码规则A、对于二进制“0”被编码成为前后得A1和A2（A1为“0”电平，A2为“1”电平）两种幅值的电平，每种幅值占单位时间间隔的一半（T/2），即在CMI码中为“01”码。B、对于二进制“1”用幅值电平A1和A2来编码。A1或A2都占满了一个单位时间间隔（T），即在CMI码流中为“00”或“11”码；对于相继的二进制“1”，这两个电平相互交替。这也就是前一个二进制“1”编为A1，（即“00”）则后一个二进制“1”就编A2，反之，前一个二进制“1”编为A2，（即“11”）则后一个二进制“1”就编A1，即在CMI码流中以“00”和“11”信号相互交替。3、CMI码编码电路的方式CMI编码电路比较简单，CMI码的编码规则是将二值码NRZ序列中的“1”和“0”状态进行分离，然后按各自的编码规则进行编码，最后由这两种状态的编码合成输出就成为CMI码。4、CMI译码电路CMI译码不采用CMI编码逆变换，而是采用延时CMI码T/2（即半比特时间）然后相加，时钟读出的方法。电平码CMIDMIDMI模式1模式2模式1模式2001010110（连“0”模式不变）100110011表4-1二电平码变为CMI和DMI码的规则实验中线路编码将数字基带信号NRZ码变换为适合数字光纤通信系统传输的线路码型CMI码，CMI码经光纤传输后，再经线路译码变换为基带信号NRZ码。实验方框图如图27-1所示。观察各点波形以理解CMI编译码规则。数字基带信号CMI编码光发送光接收CMI译码光纤桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书7图4-2CMI编译码实验框图以下是原理图分析：图4-3CMI编码电路根据CMI的编码规则，“1”交替编为“00”“11”；“0”编为“01”。将所有的“0”求反，再与BS相乘，则将所有的“0”编为了“01”。然后，根据JK触发器的特点，其碰到“1”则翻转；碰到“0”则保持的特点，将所有的“1”交替编为“00”和“11”。最后，合成输出。图4-4CMI译码电路对于译码电路，首先要进行位同步提取。这一步，在CPLD模块内实现。得到与输入的CMI码同步的BS之后，进行如上图所示的电路变换。将CMI码的前半位与后半位取同或，相同则译为“1”，不同则译为“0”。六、实验步骤1．熟悉数字信源模块及帧同步/终端模块和CMI码编译码原理。2．调整直流电源输出分别为＋１２Ｖ，－１２Ｖ。3．用导线连接各模块并用示波器观察各模块上的各种波形。（1）电支路连线连接电终端模块（信源模块）和光调制解调模块的T14（1024K时钟）--T1(CLKIN);T20(单极性非归零码)--T2(DATAIN)。桂林电子科技大学信息科技学院光纤通信系统实验指导书8连接电终端模块（帧同步/终端模块）和光调制解调模块的T1(时钟输入)--T6（CLKOUT）;T2(码元输入--T7(DATAOUT)。连接电终端模块（帧同步/终端模块）的T3(时钟输出)—T6（时钟输入）;T4(码元输出)--T9（码元输入）;T5(帧同步输出)--T7（帧同步输入）;（2）光支路连线旋开光发发射端和接收端的光纤输出输入端口（1310nmT）防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光接收端（1310nmR）连接起来。（连接光纤跳线时请注意看老师正确操作，小心连接）。（3）观察并记录以下各测试点波形将数字信源模块的码元值拨为“01110010”“11110000”“10101010”“11001100”，记录信源模块T20(单极性非归零码)，光调制解调模块T4(CMI-code)和T5（CMI-CLK）波形,以及解调输出T7(DAT