光纤通讯实验讲义

光纤通信

一、讲课形式

教师讲解（30-40分钟）。学生动手组建实验电路，测量实验数据，完成实验报告。（3小时）

二、教学要求

1、通过实验，加深对光纤通讯基本原理的理解；

2、掌握固定速率时分复用、变速率时分复用、波分复用的原理； 3、观察数字信号和模拟信号在光纤中的传输效果； 4、语音信号光传输的双工通讯实验；

5、搭建固定速率时分复用数字通讯系统，观察直接时分复用与解复用的实验效果。

三、实验原理

光纤通信系统的基本工作原理

输入－>电压电流转换－>光源(注入式激光二极管ILD)－>光纤－>光检波器(光电二极管（PIN）雪崩光电二极管APO)—>电流电压转换－>输出 1、PCM编码

数字传输优于模拟初速的主要特点是抑制了噪声，因此在电话传输系统中语音信号一般都先转换成数字信号，再进行传输。目前在美国，公用交换电话网的主要数字编码方式是PCM编码，又称脉冲编码调制：模拟信号经过采样，转换成固定长度的串行二进制数传输。第一位数据为符号位1为正。二进制数据根据模拟信号的幅度改变。

图1 PCM编码光线通讯框图

2、信号复用

多路复用是提高通讯容量的重要方式。三种最主要的信号复用方式是时分复用TDM、频分复用FDM和波分复用WDM。

时分复用是指多个信号源在时域内进行交叠，可在同一设备上的不同时间内传输多个信源信息。如电话系统。

频分复用是指初始占用相同频谱大小的多个信源转换为不同频带宽度且在一个传输媒介上同时传输。这是一种模拟的频域复用方案。例如AM商用广播频段，占用535KHz～1605KHz，每个台只承载一带宽从0Hz～5KHz的信息信号。

波分复用同频分复用类似，不同之处在于，它是通过调制不同的光波波长来完成的，对模拟和数字信号都能进行复用。在光纤通讯中应用广泛。

在时分复用中，将低次群复接成高次群的方式有：逐比特复接、按码字复接、按帧复接。

图2 逐比特复接

图3 按码字复接

时分复用又可分为固定速率时分复用和变速率时分复用。固定速率时分复用要求被复用的各信源的时钟频率相同，而变速率时分复用并没有此要求，因此其应用比较灵活。其结构也因此相对复杂，在复接前，首先要对各信源进行码速调整。

四、操作步骤与注意事项

1、熟悉RC-GT-Ⅱ型光纤通讯实验系统中各模块的功能。

2、观察模拟信号在光纤中的传输效果

（1） 关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。

（2） 将模拟信号源模块的正弦波或方波、三角波中任一信号连接到光发送模块的

模拟信号输入端口（P203）。

（3） 把开关S202拨到模拟传输端，短接跳线J200

（4） 打开系统电源，用示波器在光接收模块的数字信号输出端口观察输出信号。 （5） 通过调节电位器R257（判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳的模拟

信号。

3、观察数字信号在光纤中的传输效果

（1） 关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。

（2） 将固定速率数字信号源模块的D1、D2、D3、FS、BS中任一信号连接到光发送

模块的数字信号输入端口（P202）。 （3） 把开关S202拨到数字传输端。

（4） 打开系统电源，用示波器在光接收模块的数字信号输出端口观察输出信号。 （5） 通过调节电位器R257（判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳的数字

信号。

4、语音信号光传输的双工通讯实验

（1） 检测数字传输通道。同实验步骤3（观察数字信号在光纤中的传输效果）。 （2） 检测PCM编译码模块。

接线如下：

模拟信号源模块的正弦波——PCM编码输入A IN PCM编码输出A TXD——PCM译码输入B－RXD PCM译码输出B_OUT——示波器

（3） 按照以下接线方式连接双工通讯实验线路。

左电话接口模块TX——PCM编码输入A IN

PCM编码输出A TXD——1310nm光发送模块的数字信号输入端口P202 1310nm光接收模块的数字信号输出端口IC202——PCM译码输入B－RXD PCM译码输出B_OUT——右电话接口模块RX 右电话接口模块TX——PCM编码输入B IN

PCM编码输出B TXD——1550nm光发送模块的数字信号输入端口 1550nm光接收模块的数字信号输出端口——PCM译码输入A－RXD PCM译码输出A－OUT——左电话接口模块RX 左右电话接口模块都接上电话。

（3）开系统电源，左右电话摘机，双方进行通话。

5、固定速率时分复用实验

（1） 关闭系统电源，取短实验导线将固定速率数字信号源的输出端D1、D2、D3分

别对应接到固定速率时分复用复接端接口D_IN1、D_IN2、D_IN3。 （2） 将D_IN3连线至BS。

（3） 用一根短导线将固定速率时分复用复接端接口FY_OUT接到固定速率时分复用

分接端接口FY_IN。

（4） 用示波器观察D1、D2、FY_OUT的波形，记录并分析结果是否正确。

（5） 观察固定速率时分复用分接模块的LED灯的显示结果是否与固定速率数字信

号源的LED灯结果一致。

（6） 将FY_OUT和FY_IN之间的连线改为光纤数字传输。比较传输效果。 （7） 记录D1、D2、FY_OUT的波形。作详细标注。

五、数据处理及要求

1、实验仪器的搭建是否正确；

2、语音信号光传输的双工通讯实验是否成功；

3、固定速率时分复用实验中，D1、D2、D3、FY_OUT的波形对应关系是否正确， 实验数据误差应在5％以内。固定速率时分复用分接模块的LED灯的显示结果是否与固定速率数字信号源的LED灯结果一致。

六、思考创意拓展

是否能够用两台实验仪完成全双工可视电话的功能。