整理光电信息技术实验指导书.docx
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整理光电信息技术实验指导书
光电信息技术实验指导书
光通信系
2014年8月
实验一光纤活动连接器插入损耗及回波损耗测试实验
一、实验目的
1、认知光纤活动连接器（法兰盘）。
2、了解光纤活动连接器在光纤通信系统中的作用。
二、实验内容
1、认识和了解光纤活动连接器及其作用。
2、测量光纤活动连接器的插入损耗。
三、实验器材
1、主控&信号源、25号模块各1块
2、23号模块（光功率计）1块
3、连接线若干
4、光纤跳线2根
5、光纤活动连接器（法兰盘）1个
6、Y型分路器1个
四、实验原理
光纤活动连接器即光纤适配器，又叫法兰盘，是光纤传输系统中光通路的基础部件，是光纤系统中必不可少的光无源器件。
它能实现系统中设备之间、设备与仪表之间，设备与光纤之间以及光纤与光纤之间的活动连接，以便于系统接续、测试、维护。
它用于光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件。
它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。
目前，光纤通信对活动连接器的基本要求是：
插入损耗小，受周围环境变化的影响小；易于连接和拆卸；重复性、互换性好；可靠性高，价格低廉。
光连接器的指标有：
插入损耗、回波损耗、重复性和温度范围等。
I、插入损耗测试
光纤活动连接器插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的分贝数，计算公式为：
IL＝10lg（P0/P1）
其中P0为输入端的光功率，P1为输出端的光功率，功率单位W。
设备自带的功率计组成架构图
插入损耗实验测试框图a
插入损耗实验测试框图b
光纤活动连接器的插入损耗越小越好。
光纤活动连接器插入损耗测试方法为：
如上述实验测试框图所示，（图B）向光发端机的数字驱动电路送入一伪随机信号，保持注入电流恒定。
将活动连接器连接在光发机与光功率计之间，记下此时的光功率P1；（图A）取下活动连接器，再测此时的光功率，记为P0，将P0、P1代入公式即可计算出其插入损耗。
II、回波损耗测试
活动连接器的回波损耗：
向光发端机的数字驱动电路送入一伪随机信号，保持注入电流恒定。
按下图所示组成的回波损耗测试系统，按图A测得此时的光功率为P1。
将活动连接器按图B接入。
测得此时的光功率为P2，将P1、P2代入公式
即可计算出其回波损耗。
回波损耗测试框图A
回波损耗测试框图B
五、注意事项
1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2、不要带电插拔信号连接导线。
六、实验步骤
注：
建议实验前先了解和学习系统中光功率计的搭建和使用方法。
A、光纤活动连接器插入损耗测量
1、系统关电，依次按下面说明进行连线。
（1）用连接线将主控信号源模块的PN，连接至25号模块的TH2数字输入端。
（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。
注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口。
（3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。
此时是用于光功率计单元测量未加入光纤活动连接器时的光发射机输出光功率。
2、设置25号模块的功能初状态。
（1）将收发模式选择开关S3拨至“数字”，即选择数字信号光调制传输。
（2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。
（3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率计测量功能。
3、进行系统联调和观测。
（1）打开系统和23号、25号模块的电源开关。
（2）设置主控&信号源模块的【主菜单】，选择【光功率计】；可以通过选择和单击“选择/确认”多功能旋钮，切换功率计的测量波长；根据实际使用的光收发模块的波长类型，选择波长【1310nm】或【1550nm】。
（3）适当调节25号模块的W4输出光功率大小旋钮，记录当前输出功率值P1。
（4）关电，在25号模块的光发端口和光收端口之间加入光纤活动连接器。
具体操作方法为：
先拆除光纤跳线与光接收端口的连接，然后将此光纤跳线与待测光纤活动连接器的一端连接，最后用另一根光纤跳线将待测光纤活动连接器的另一端与25号模块的光收端口连接即可。
（5）再开电，选择菜单功能以及功率计波长，记录此时功率值P2。
（6）计算光纤活动连接器的插入损耗。
B、光纤活动连接器回波损耗测量
（1）按照回波损耗测量框图的图A所示，连接好光收发模块、Y型分路器以及光功率模块。
开电，选择主控模块菜单的【功率计】功能，根据实际使用的光收发模块选择合适的测量波长，观测功率值，记为P1。
（2）按照回波损耗测量框图的图B所示，连接好光纤活动连接器、光收发模块、Y型分路器以及光功率模块。
开电，选择主控模块菜单的【功率计】功能，根据实际使用的光收发模块选择合适的测量波长，观测功率值，记为P2。
（3）计算活动连接器的回波损耗。
七、实验报告
1、总结对光纤活动连接器的了解内容。
2、记录光纤活动连接器的插入损耗和回波损耗。
3、试分析Y型分路器可能对回波损耗测试带来的影响。
实验二数字信号光纤传输系统实验
一、实验目的
1、了解和掌握CMI编译码原理。
2、了解CMI码在光纤传输系统中的用途。
二、实验内容
1、观测CMI编码和译码波形。
2、搭建并联调CMI编译码光纤传输系统。
三、实验器材
1、主控&信号源模块、8号、13号、25号模块各一块
2、双踪示波器一台
3、光纤跳线1根
4、连接线若干
四、实验原理
1、实验电路框图
CMI编译码光纤传输系统框图
2、实验框图说明
本实验观测CMI编译码波形从而了解CM码的原理和用途，同时掌握数字信号光纤传输系统的原理和构成。
和数字电缆通信一样，通常在数字光纤通信的传输通道中，一般不直接传输终端机输出的数字信号，而是经过码型变换电路，使之变换成为更适合传输通道的线路码型。
在数字电缆通信中,电缆中传输的线路码型通常为三电平的“三阶高密度双极性码”，即HDB3码，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。
在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平码。
但简单的二电平码的直流基线会随着信息流中“0”“1”的不同的组合情况而随机起伏，而直流基线的起伏对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。
线路编码还有另外两个作用：
一是消除随机数字码流中的长连“0”和长连“1”码，以便于接收端时钟的提取。
二是按一定规则进行编码后，也便于在运行中进行误码监测，以及在中继器上进行误码遥测。
CMI（CodedMarkInversion）码是典型的字母型平衡码之一。
CMI在ITU-TG.703建议中被规定为139264kbit/s（PDH的四次群）和155520kbit/s（SDH的STM-1）的物理/电气界面的码型。
CMI由于结构均匀，传输性能好，可以用游动数字和的方法监测误码，因此误码监测性能好。
由于它是一种电接口码型，因此有不少139264kbit/s的光纤数字传输系统采用CMI码作为光线路码型。
除了上述优点外，它不需要重新变换，就可以直接用四次群复接设备送来的CMI码的电信号去调制光源器件，在接收端把再生还原的CMI码的电信号直接送给四次群复用设备，而无须电接口和线路码型变换/反变换电路。
其缺点是码速提高太大，并且传送辅助信息的性能较差。
本实验CMI编码中，码字“0”由“01”表示，码字“1”由“00”、“11”交替表示。
其变换规则如表所示：
输入码字
CMI码
模式1
模式2
0
01
01
1
00
11
五、注意事项
1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2、不要带电插拔信号连接导线。
六、实验步骤
1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明进行连线。
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
PN
模块8：
TH3（数据）
提供编码输入数据
信号源：
CLK
模块8：
TH4（时钟）
提供编码输入时钟
模块8：
TH6（编码输出）
模块25：
TH2（数字输入）
送入光发射机
用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。
注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口。
源端口
目的端口
连线说明
模块25：
TH3（数字输出）
模块8：
TH10（译码输入）
送入译码单元
模块25：
TH3（数字输出）
模块13：
TH7（数字锁相环输入）
送入位同步提取单元
模块13：
TH5（BS2）
模块8：
TH9（译码时钟输入）
提供译码输入时钟
2、设置25号模块的功能初状态。
（1）将收发模式选择开关S3拨至“数字”，即选择数字信号光调制传输。
（2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。
（3）将功能选择开关S1拨至“光接收机”，即选择光信号解调接收功能。
3、进行系统联调和观测。
（1）打开系统和各实验模块电源开关。
设置主控信号源模块的菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【PN序列光纤传输系统】。
信号源PN码速率与数字锁相环部分的分频设置开关S3的对应关系
2048K
1024K
512K
256K
128K
64K
32K
16K
8K
4K
二、建设项目环境影响评价2K
1K
0000
（二）环境保护法律法规体系0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
（3）评价单元划分应考虑安全预评价的特点，以自然条件、基本工艺条件、危险、有害因素分布及状况便于实施评价为原则进行。
1000
（4）预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的合理性和有效性；1001
专项规划工业、农业、畜牧业、林业、能源、水利、交通、城市建设、旅游、自然资源开发有关的专项规划。
环境影响报告书1010
1011
（2）调节25号模块中光发射机的W4输出光功率旋钮，改变输出光功率强度；调节光接收机的W5接收灵敏度旋钮和W6判决门限旋钮，改变光接收效果。
用示波器对比观测信号源PN序列和8号模块的TH13译码数据输出端，直至二者码型一致。
2.环境影响评价工程师职业资格制度（3）用示波器观测信号源PN序列和8号模块的TH6（编码输出），对比编码前后的波形，验证CMI编码规则。
三、规划环境影响评价注：
有兴趣的同学可以将信号源替换成2号模块，设置好码型和码速，通过光条观测信号经CMI编译码光纤传输系统的情况。
安全评价可针对一个特定的对象，也可针对一定的区域范围。
七、实验报告
1、简述CMI编译码原理。
2、记录并分析CMI编译码实验波形结果。
实验三光接收机灵敏度指标测试实验
一、实验目的
1、了解和掌握光收端机灵敏度的指标要求和测试方法。
（一）建设项目环境影响评价的分类管理2、掌握误码仪的使用方法。
二、实验器材
1、
2、（4）列出辨识与分析危险、有害因素的依据，阐述辨识与分析危险、有害因素的过程。
主控&信号源模块、25号模块各一块
3、23号模块（光功率计&误码仪）一块
4、FC/PC型光纤跳线、连接线若干
三、实验原理
光接收机的性能指标主要包括灵敏度和动态范围。
（1）灵敏度
灵敏度是光端机的重要特性指标之一，它表示了光接收机接收微弱信号的能力，是系统设计的重要依据。
光接收机灵敏度的定义是：
在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。
在测灵敏度时应注意3点：
1、在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。
对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。
例如，在短距离光纤数字通信系统中，要求误码率一般为
，而在420km数字段中，则要求每个中继器的误码率为
。
对同一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。
要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。
因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。
测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。
2、要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。
因此，要特别注意“最小”的概念。
所谓“最小”，就是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。
应该指出，对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。
但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。
3、灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。
这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。
码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。
在光纤数字传输系统中常用的2种码型NRZ码和RZ码的占空比分别为100%和50%。
当“1”和“0”码的概率相等时，前者的平均光功率比后者大3db。
因此，测试灵敏度时必须选用正确的码型。
灵敏度的单位一般用dBm表示。
它表示以1mW功率为基础的绝对功率电平。
设测得的最小平均光功率为Pmin，则灵敏度可以表示为
例如当PR=-60dBm时，其最小平均光功率就是10-9W。
要特别说明的是：
Pmin越小，接收机的灵敏度就越高，该接收机在很小的接收光功率条件下，就可保证系统所要求的误码率。
（2）动态范围
在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。
一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。
为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。
在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。
在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。
应该指出，在数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别开来。
为保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化，光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，可表示为：
式中，Pmax是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin是光接收机的灵敏度，即最小可接收光功率。
一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。
四、实验步骤
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口
目的端口
连线说明
模块23：
TH1（数据输出）
模块25：
TH2（数字输入）
误码仪源数据送入光发端
模块25：
TH3（数字输出）
模块23：
TH3（数据输入）
光收端输出数据送回误码仪
模块23：
TH2（时钟输出）
模块23：
TH4（时钟输入）
同步时钟直连
2、用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。
3、用同轴电缆线将25号模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。
4、将开关J1拨为“10”，即无APC控制状态。
开关S3拨为“数字”，即数字光发。
5、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；
6、开电，设置主控模块菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【误码仪】功能。
可将误码仪的输出信号码速设置为2M。
调节光接收机各旋钮，使误码仪的“失锁”“误码”“无数据”三个指示灯灭，即光发射机和接收机的传通通路无误码。
7、慢慢旋转W4（输出光发射功率大小的调节旋钮），当误码仪的“误码”指示灯刚出现闪烁时，将25号模块的功能选择键S1拨至“光功率计”，在主控模块上设置并选择【主菜单】→【光纤通信】→【光功率计】功能，可以通过选择和单击“选择/确认”多功能旋钮，切换功率计的测量波长；根据实际使用的光收发模块的波长类型，选择波长【1310nm】或【1550nm】。
测量并记录此时光功率Pmin。
该Pmin即为光接收机的灵敏度。
8、再根据光发射机平均光功率测试实验，测出光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率Pmax，从而计算出光接收机的动态范围。
五、实验报告
1、记录实验数据，分析实验数据。
实验四数字光纤通信系统性能测试实验
一、实验目的
1、了解数字光纤通信系统基本组成。
2、掌握数字通信系统的主要性能参数以及测试方法。
二、实验仪器
1、主控&信号源模块、25号模块各一块
2、23号模块（光功率计&误码仪）一块
3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干
三、实验原理
在光纤传输系统的建设、维护和管理中，中断业务的误码监测是不可或缺的。
例如在测试开通、系统故障检查、系统修复后的测试等，均采用中断业务的误码监测方法。
利用实验箱中的各模块，采用中断业务误码监测的方法来对光纤实验箱中的光纤通信系统误码率进行测试。
误码监测方法主要有两种方法，即中断业务（OutofService）监测和不中断业务（InService）监测，这两种方法在光纤数字传输系统中都必须采用。
前一种方法与所选用的线路码型无关，后一种方法依赖于所选用的线路码型，各种不同线路码型所采用的不中断业务的误码监测方法有很大差别。
数字光纤通信系统的误码率，对设定系统传输的中继距离，系统性能评判等都有非常重要的作用。
在实验条件下，系统误码率可以调节为0，实验中可以通过调节小可变衰减器光的衰减量、光发端机工作电流和光收端机放大倍数等参数来观察系统误码率的变化情况。
误码仪测试自环连接框图
四、实验步骤
1、连接误码仪模块和待测系统。
（1）按照连接框图所示，将23号模块中误码仪的“数据输出”连至25号模块的TH2（数字输入），25号模块的TH3（数字输出）连接至23号模块的误码仪的“数据输入”。
同时将23号误码仪的“时钟输出”连至“时钟输入”。
并将25号模块的光收发端口用光纤跳线进行连接。
2、开启系统电源，通过调节主控&信号源模块“选择/确认”多功能旋钮，选择并进入【主菜单】中的【误码仪】功能。
误码仪设置界面
本系统自带的误码仪具有设置发送信号速率、设置信号码型、计时显示、误码计数、误码率测试以及单个插入误码和测试状态指示等功能。
（1）设置信号速率：
调节主控模块的“选择/确认”旋钮，使光标在【信号速率】栏；再单击“选择/确认”旋钮，进行信号速率的选择切换，可选速率有64KHz、128KHz、256KHz、2MHz。
（2）设置信号码型：
调节主控模块的“选择/确认”旋钮，使光标在【信号码型】栏；再单击“选择/确认”旋钮，进行信号码型的选择切换，可选码型有类型1、类型2、类型3、类型4。
（3）启动误码检测功能：
调节主控模块的“选择/确认”旋钮，使光标在【计时】栏；再单击“选择/确认”旋钮，可启动或停止误码检测。
启动误码计数后，不能更改码速和码型。
（4）单个插入误码：
启动误码检测功能后，通过单击23号模块的按键S1，可以单个插入误码。
3、根据上述说明，将【误码仪】界面中的信号速率为2MHz，信号类型为类型1,。
然后开启计时，开始启动误码检测功能。
4、观察此时光纤传输系统的误码数变化情况以及误码率。
5、适当调节25号光收发模块中的输出光功率旋钮、接收灵敏度旋钮以及判决门限旋钮，再观测误码数及误码率变化情况。
五、实验报告
1、记录实验数据及结果。
2、试分析各电位器对数字光纤通信系统性能的影响。
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