【正文】 RZ8644型 光 纖 實 驗 系 統(tǒng) 南京潤眾科技有限公司 前 言 ? RZ8644型光纖實驗系統(tǒng)是為了配合 《 光纖通信系統(tǒng) 》 的理論教學(xué)而設(shè)計的實驗系統(tǒng)。它一方面結(jié)合了當(dāng)今光纖通信原理課程的教學(xué)與改革，另一方面結(jié)合了當(dāng)今光纖通信發(fā)展方向和工程實際應(yīng)用狀況。這套系統(tǒng)采用功能模塊化設(shè)計，各模塊對外開放。除了配合完成理論教學(xué)外，還可以訓(xùn)練增強學(xué)生的實際應(yīng)用能力，完成模塊的二次性開發(fā)。 ? 一、結(jié)構(gòu)簡介 ? 本實驗系統(tǒng)可分為電端機模塊、光通信模塊、管理控制模塊、電源供給模塊等四大功能模塊，每個功能模塊又是由許多子模塊組成： ? （一）電端機模塊 ? ? 此模塊為電話輸入、輸出接口，由電話專用接口芯片 PBL38710實現(xiàn)。它包含向用戶話機恒流饋電、向被叫用戶話機饋送鈴流、用戶摘機后自行截除鈴流，摘掛機的檢測及音頻或脈沖信號的識別，用戶線是否有話機的識別，語音信號的 2/4線混合轉(zhuǎn)換，外接振鈴繼電器驅(qū)動輸出等功能。其各項性能指標(biāo)符合郵電部制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 ? 本模塊分為用戶 A， B兩個模塊，默認(rèn)號碼為 4 49。 ? ? 此模塊采用專用芯片 TP3057來實現(xiàn) PCM編譯碼功能，可完成用戶A、 B兩路話音信號的編譯碼功能。 ? ? 此模塊由專用芯片 MT8870來完成 DTMF分組濾波和 DTMF譯碼功能，輸出相應(yīng) 16種 DTMF頻率組合的 4位并行二進(jìn)制碼。實際應(yīng)用中，一片 MT8870可以最多接入檢測 16路用戶電路的 DTMF信號。 ? ? 此模塊主要完成局內(nèi)、局間電話用戶撥叫號碼的識別、交換控制功能。 ? ? 此模塊由 USB和 RS232串口兩通信接口組成，完成計算機與本實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換傳輸功能。也為學(xué)生開發(fā)上層通信軟件提供了良好的硬件平臺。 ? ? 此模塊主要完成各種測試信號產(chǎn)生、各種線路編碼、數(shù)據(jù)復(fù)接及一些輔助性功能。 ? 產(chǎn)生的數(shù)字信號有：各種頻率的時鐘、方波、 M序列、矩形窄脈沖等、 ? 線路編碼功能有： AMI碼、 HDB3碼、 CMI碼、 5B6B碼、 5B1P碼、擾碼等。 ? 數(shù)據(jù)的復(fù)接：多種類型數(shù)據(jù)進(jìn)行時分復(fù)接輸出。 ? ? 此模塊主要完成接收數(shù)據(jù)的時鐘提取再生、各種線路編碼的譯碼、復(fù)用數(shù)據(jù)的分解及一些輔助性功能。 ? ? 此模塊主要完成調(diào)節(jié)接收電路均衡特性、接收數(shù)字序列的眼圖觀測等功能。 ? ? 此功能由多個模塊組成，完成通信線路的誤碼測試功能，各測試參數(shù)可設(shè)。 ? ? 此模塊產(chǎn)生輸出頻率、幅度可調(diào)的正弦波、三角波、方波信號。 ? （二） 光通信模塊 ? 1．光信道一 ? 一體化數(shù)字光端機，包括光發(fā)射端機和光接收端機。半導(dǎo)體激光二極管LD、工作波長 1550nm，頻帶為 DC到 5MHZ，方便配套低端測量儀器使用。 ? 光端機的光輸入、輸出接口都由單模尾纖引出至固定于底板的法蘭，方便連接其它光器件。一般情況下，一體化數(shù)字光端機的輸入電平調(diào)節(jié)電位器，都右旋到底。 ? 2．光信道二及 LD性能測試模塊 ? 由激光管、光探測器及外圍電路構(gòu)成的光發(fā)射端機和光接收端機，關(guān)鍵電氣參數(shù)都可調(diào)節(jié)?？蓚鬏斈M和數(shù)字信號，測試 LD的 PI曲線，具有無光告警、自動功率控制 APC等功能。激光管工作波長為 1310nm，頻帶為 DC到 3MHz。激光管的輸出和光探測器的輸入連接至固定于地板上的法蘭，方便連接其它光器件。 ? 3． LED+多模光纖傳輸擴展模塊 ? 由發(fā)光二極管、光檢測器及外圍電路構(gòu)成的光發(fā)射端機和光接收端機，關(guān)鍵電氣參數(shù)都可調(diào)節(jié)?？蓚鬏斈M和數(shù)字信號，測試 LED的 PI曲線，具有視頻圖像傳輸?shù)裙δ?。發(fā)光二極管發(fā)光波長為 850nm，頻帶為 DC到 1GHZ。本模塊為 選配 。 ? （三） 管理控制模塊 ? ? 此模塊主要由單片機 89C51/52編程實現(xiàn)。完成整個實驗系統(tǒng)的控制協(xié)調(diào)功能，如測量信號的輸入、輸出控制、功能選擇、工作狀態(tài)檢測等。 ? ? 此模塊主要完成工作狀態(tài)的顯示，誤碼測試數(shù)據(jù)的顯示等功能，屬字符型液晶。 ? ? 此模塊主要配合液晶顯示模塊工作，通過上、下、確認(rèn)等鍵選擇相應(yīng)的實驗參數(shù)。 ? （四） 電源供給模塊 ? 提供 +12V、 +5V、 +、 5V、 12V、 24V 48V等直流電源。 ? 二、配套儀器 ? 最低配置儀器 ： 20M通用雙蹤示波器或虛擬儀器，單模尾纖 ? 建議配置器件 ：計算機；光功率計、多種接口標(biāo)準(zhǔn)的光跳線（法蘭）、波分復(fù)用 /解復(fù)用器一對、光可調(diào)衰減器、光固定衰減器、光分路器、光隔離器等，根據(jù)學(xué)校情況選配（會影響一些光器件的測試實驗）； ? 可選配儀器 ： ? ①外置誤碼測試儀 ? ②光纜施工工具箱、光纖熔接機、穩(wěn)定光源、光時域反射儀等。 ? 三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 電話用戶 A PCM編譯碼 記發(fā)器 DTMF檢測 電話用戶 B PCM編譯碼 數(shù)據(jù)發(fā)送單元 數(shù)字信號發(fā)生器 線路編碼器 數(shù)據(jù)復(fù)接 數(shù)據(jù)接收單元 時鐘提取、再生 線路譯碼器 數(shù)據(jù)解復(fù)接 USB接口 RS232串口 中央處理器 功能擴展口 模擬信號源 LD光端機 工作波長 1550nm LD激光 /探測器 工作波長 1310nm 鍵 盤 液晶顯示 電源 模塊 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 ? 四、系統(tǒng)特點 ? 1．采用模塊化設(shè)計信號接口開放。各模塊功能既可單獨做實驗又可組合完成系統(tǒng)實驗。 ? 2．自帶數(shù)字信號源、模擬信號源，可外加信號，配有計算機串口、 USB接口。適應(yīng)各種實驗需求。 ? 3．采用液晶鍵盤顯示管理實驗參數(shù)，取代原有的接插件，實驗方便直觀。 ? 4．電端機部分功能強大，電話交換系統(tǒng)，多種線路編碼，完善的數(shù)字時分復(fù)接系統(tǒng)，功能可定制升級。 ? 5．電信號、光信號均由實驗者連接。光輸入、輸出接口設(shè)計朝外，方便連接其它光器件。 ? 6．整板采用有機玻璃覆蓋保護(hù)，便于實驗室管理。 ? 五、液晶顯示菜單 ? 本實驗系統(tǒng)中，實驗數(shù)據(jù)設(shè)置的菜單顯示如下。 ? 按 “ ”、“ ” 鍵即可選擇不同的菜單；按“確認(rèn)”鍵，即進(jìn)入箭頭指向的下一級菜單；按“返回”鍵，即返回上一級菜單，如此類推。 ? 詳細(xì)菜單顯示如下： ? “復(fù)位”鍵： ? 歡迎使用 ? 光纖通信系統(tǒng)平臺 ? 解放軍理工大學(xué) ? 南京潤眾科技公司 ? “開始”鍵： ? 1：碼型變換實驗 ? 2：光纖傳輸實驗 ? 3：光纖測量實驗 ? 4：光纖系統(tǒng)實驗 ? 子菜單： ? 1：碼型變換實驗 ? 01 CMI碼 PN（固定碼型、速率的 m序列，下同） ? 02 CMI碼設(shè)置（由 SW101撥碼器設(shè)置的 8比特數(shù)據(jù)，下同） ? 03 5B1P碼設(shè)置 ? 04 5B6B碼設(shè)置 ? 05 擾碼 PN ? 06 擾碼設(shè)置 ? 07 HDB3碼 PN ? 08 HDB3碼設(shè)置 ? 09 AMI碼 PN ? 0A AMI碼設(shè)置 ? 2：光纖傳輸實驗 ? 01 窄脈沖（頻率 256K，脈寬： 15ns） ? 02 USB數(shù)據(jù) ? 03 串口數(shù)據(jù) ? 04 PCM數(shù)據(jù)（ A/D轉(zhuǎn)換） ? 05 E1數(shù)據(jù)傳輸（標(biāo)準(zhǔn)的 ） ? 3：光纖測量實驗 ? 01 平均發(fā)光功率 ? 02 接收靈敏度 ? 正常 /誤碼 ? 03誤碼 0/10000（誤碼測試） ? 收數(shù)據(jù)： ? 誤碼數(shù)： ? 04誤碼 1/10000（誤碼測試） ? 收數(shù)據(jù)： ? 誤碼數(shù)： ? 4：光纖系統(tǒng)實驗（數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)） 時隙 1 時隙 2 時隙 3 時隙 4 時隙 5 時隙 6 時隙 7 時隙 8 幀頭 PCM1 PCM2 空 空 設(shè)置 信令 數(shù)據(jù) ? 六、使用注意點 ? 1. 進(jìn)行鉚孔連接時，務(wù)必注意鉚孔標(biāo)注的箭頭方向：指向鉚孔，說明此鉚孔為信號輸入孔；背離鉚孔，說明此鉚孔為信號輸出孔。請勿將兩輸出鉚孔短接。 ? 2. 進(jìn)行鉚孔連接時，連接線接頭插入鉚孔后，輕輕旋轉(zhuǎn)一個小角度，接頭將和鉚孔鎖死；拔出時，回轉(zhuǎn)一個小角度即可輕松拔出，切勿使用莽力，以免插頭針斷在鉚孔中。使用方法可參考光盤中的影象片段。 ? 3. 光器件連接：在摘掉光接口保護(hù)套前，請確保實驗臺板面清潔，注意收集好接口保護(hù)套；光接頭連接時，請預(yù)先了解接頭的結(jié)構(gòu)，手持接頭金屬部分，按接口的軸線方向輕插輕拔，防止損壞纖芯； ? 4. 使用光纖時，注意不要過度彎曲（直徑不得小于 4cm）、扭曲、擠壓或拉扯光纖。因為纖芯玻璃細(xì)纖維，非常的脆弱，使用時請務(wù)必注意。纖芯斷開或出現(xiàn)傷痕，光信號的功率將嚴(yán)重衰耗，出現(xiàn)斷路或增加誤碼等情況。 ? 5. 數(shù)據(jù)發(fā)送單元的 SW101紅色撥碼器，有 8位獨立的開關(guān)組合。若不作特殊說明，白色開關(guān)往上，對應(yīng)的輸出序列為 1；白色開關(guān)往下，對應(yīng)的輸出序列為0。設(shè)置時需輕輕撥動。 ? 6. 若不作特殊說明，本實驗平臺輸出的串行數(shù)字序列，低位在前，高位在后。在示波器上觀測到的波形即低位在窗口的左端，高位在窗口的右端。 ?第一章 光纖通信認(rèn)知實驗 實驗 1 光纖、光纜的識別實驗 ? 一、實驗?zāi)康? ? ； ? 、多模光纖的識別方法； ? 。 ? 二、實驗儀器 ? ? ? ? 三、基本原理 ? （一）光纖的概念 ? 光纖是光學(xué)纖維的簡稱，它是一種橫截面很小的可繞透明長絲，在長距離內(nèi)具有束縛和傳輸光的作用。圖 。從圖中可以看出，一般的光纖都是由纖芯、包層和外套涂敷層三部分組成。纖心由高度透明的材料制成；包層的折射率略小于纖心，從而造成一種光波導(dǎo)效應(yīng)，使大部分的光波被束縛在纖心中傳輸；涂敷層作為光纖的保護(hù)層，用于抵制外界水氣的侵蝕和機械的擦傷，同時加強光纖的機械強度。在涂層外，往往加有塑料外套。 外套涂敷層包層區(qū)纖芯區(qū) ? 圖 光纖結(jié)構(gòu)示意圖 外套涂敷層 包層區(qū) 纖芯區(qū) ? 為了便于工程上的安裝和敷設(shè)，常常將若干根光纖組合成光纜。光纜的結(jié)構(gòu)繁多，我國較為普遍采用層絞式和骨架式兩種結(jié)構(gòu)。光纜中的鋼質(zhì)加強心，一方面是為了提高其抵抗張力的能力；另一方面由于鋼質(zhì)心的熱膨脹系數(shù)小于塑料，所以它能抵制塑料的伸縮從而使光纜的溫度特性有所改善。見圖。外護(hù)套 ? 圖 層絞式光纜結(jié)構(gòu) 外護(hù)套 包帶 光纖 加強心 ? （二）光纖的分類 ? 光纖有很多種分類方法。按其傳輸光波的模式的數(shù)量來分，有單模光纖與多模光纖兩大類。它們的結(jié)構(gòu)不同，因而各具不同的特性與用途。在一定工作波長下，多模光纖是能夠傳輸許多模式的介質(zhì)波導(dǎo)，而單模光纖只傳輸基模。 ? ? 用來傳輸多種模式光波的光纖稱為多模光纖，模式的數(shù)目取決于芯徑、數(shù)值孔徑（接收角）、折射率分布特性和波長。將單模光纖的纖芯增大，光纖將成為多模光纖。多模光纖的纖芯直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單模光纖，一般為 50200μ m。在臨界角內(nèi)，各個模式的入射光波分別以不同角度，在光纖內(nèi)的纖芯與包層的的界面處發(fā)生全反射而沿光纖傳輸。 ? 突變型多模光纖的纖芯部分折射率保持不變，而在纖芯與包層的界面折射率發(fā)生突變。這種光纖模間群時延時差大，一般傳輸帶寬為 100MHz?Km。常做成大芯徑（例如 100μ m）、大數(shù)值孔徑（例如 NA大于 ）光纖，提高光源與光纖的耦合效率，適用于短距離、小容量的系統(tǒng)。這種光纖的使用相當(dāng)廣泛。 ? ? 用來傳輸單一基模光波的光纖稱為單模光纖，它要求入射光的波長大于光纖的截止波長，單模光纖的纖芯直徑很小，一般為 510μ m。單模光纖對于光的傳輸損耗將是最小的，因為光場只在光纖的中心傳導(dǎo)。但是由于纖芯直徑很小，對于光纖與光源的耦合及光纖之間的接續(xù)將帶來明顯困難。 ? 單模光纖可徹底消除模間色散，在波長為 m時，材料色散趨近于零，或者可以使得材料色散與波導(dǎo)色散相抵消。因此，長距離大容量的長途通信干線及跨洋海底