Волоконно-оптические системы передачи
Рабочая тетрадь
Часть 2
Для отчетов по лабораторным работам
для студентов специальности 210406 Сети связи и системы коммутации
Студент гр. ___________
_______________________
Преподаватель __________
| Рассмотрено и одобрено Цикловой комиссией специальных дисциплин СС и СК «____»____________ 2011г. Председатель ______________ Т.М. Гайдадина | Утверждаю Зам. директора по УМР «____»__________ 2011г. ____________ И.Г. Бозрова |
Рабочая тетрадь предназначена для студентов специальности 210406 Сети связи и системы коммутации для отчетов по лабораторным работам по дисциплине «Волоконно-оптические системы передачи». Рабочая тетрадь разработана зав. лабораторией «Направляющие системы электросвязи», преподавателем спецдисциплин КС-54 Сорокиной Т.А.
Лабораторная работа № 11
Передача данных по оптоволокну
1.Цель работы.
1.1.Исследовать работу передатчиков Emona FOTEx.
1.2. Исследовать работу модулей аналогового приемника Emona FOTEx.
1.3. Исследовать работу модулей цифрового приемника Emona FOTEx.
2. Основное оборудование.
2.1. Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением.
2.2. NI ELVIS II с USB-Кабелем и блоком питания.
2.3. Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов.
2.4. Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм).
2.5. Набор соединительных оптических проводников.
2.6. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).
3. Выполнение работы.
3.1. Модули передачи Emona FOTEx.
3.1.1. Схема измерений в режиме «DIGITAL»
|
Вопрос 1. Почему при передаче цифровых данных по оптоволокну важно, чтобы интенсивность света не изменялась (за исключением полного отключения)?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Таблица 1
| Пороговое напряжение для перехода в "1",В | Пороговое напряжение для перехода в "0",В |
Вопрос 2. Обратите внимание, что пороговые напряжения для изменения логического уровня на 0 и на 1 различаются. Это называется эффект гистерезиса, и сделано специально (когда передатчик работает в цифровом режиме). Почему это полезно?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.1.2. Схема измерений в режиме «ANALOG»
|
Вопрос 3. Сколько уровней интенсивности между минимумом и максимумом имеет светодиод?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 4. Почему на высоких частотах кажется, будто светодиод перестает вспыхивать?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 5. Что изменилось в поведении светодиода при увеличении амплитуды сигнала?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 6. Какое искажение эта проблема вызовет на стороне приемника?
_______________________________________________________________________
3.2.Использование приемника FOTEx для получения аналогового сигнала.
|
Вопрос 7. Как называется искажение, появляющееся на выходе приемника?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 8. Что вызывает искажение нижних пиков сигнала?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 9. Что вызывает искажение верхних пиков сигнала?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 10. Как вы считаете, будет ли приемник с зеленым светодиодом вести себя по-другому, чем приемник с красным светодиодом при выполнении тестов, описанных в части 3.2.? Поясните ваш ответ.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.3. Использование приемников FOTEx для получения цифровых сигналов.
|
Вопрос 11. По вашему мнению, что изменилось бы, если бы вы наблюдали сигнал на аналоговом выходе приемника, а не на цифровом?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод:
Лабораторная работа № 12
Реализация метода PCM-TDM "T1" передачи данных
1.Цель работы. Исследовать двухканальную ИКМ - систему связи по оптическому кабелю с использованием модулей передачи и приема FOTEx.
2. Основное оборудование.
2.1. Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением.
2.2. NI ELVIS II с USB-Кабелем и блоком питания.
2.3. Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов.
2.4. Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм).
2.5. Набор соединительных оптических проводников.
2.6. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).
3. Выполнение работы.
3.1. Настройка системы ИКМ - кодирования и декодирования.
3.2. Исследование двухканальной системы PCM-TDM.
3.2.1. Схема измерений на медном кабеле.
|
3.2.2. Схема измерений на медном кабеле.
|
2.2. Замена медного кабеля оптоволоконным.
3.3.1. Схема измерений.
|
3.3.2. Схема измерений.
|
2.3. Восстановление сигнала битовой синхронизации.
3.4.1. Схема измерений на выходе ФНЧ-3 кГц.
|
3.4.2. Схема измерений на выходе ФНЧ-1 кГц.
|
Вопрос 1. Что вызывает искажение восстановленного сигнала по сравнению с исходным?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод:
Лабораторная работа № 13
Фильтрация, разделение и объединение оптических сигналов
1.Цель работы.
1.1. Исследование WDM-фильтров Emona FOTEx для фильтрации оптических сигналов.
1.2. Исследование разветвителя FOTEx для разделения и объединения оптических сигналов.
2. Основное оборудование.
2.1. Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением.
2.2. NI ELVIS II с USB-Кабелем и блоком питания.
2.3. Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов.
2.4. Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм).
2.5. Набор соединительных оптических проводников.
2.6. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).
3.Выполненные работы.
3.1. Исследование работы WDM-фильтров Emona FOTEx для фильтрации оптических сигналов.
3.1.1. Схема подключения оптического передатчика красного света.
Рисунок 1
3.1.2. Схема подключения оптического фильтра красного света.
Рисунок 2
3.1.3. Схема подключения оптического фильтра зеленного света.
Рисунок 3
Вопрос 1. Объясните, почему красный свет все равно виден через зеленый фильтр?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.1.4. Схема подключения оптического приемника красного света.
Рисунок 4
3.1.5. Схема подключения оптического приемника зеленного света.
Рисунок 5
Вопрос 2. Почему кажется, будто на выходе приемника больше нет копии сообщения?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 3. Как получается, что приемник все равно восстанавливает сообщение, хотя используется зеленый фильтр?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.2. Исследование разветвителя FOTEx для разделения сигналов.
3.2.1. Схема измерения на выходе портов C и D.
Рисунок 6
3.2.2. Схема измерения на выходе порта В.
Рисунок 7
Вопрос 4. Почему на выходе порта В появился сигнал, хотя этот порт находится на той же стороне, что и порт А?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.2.3.Схема исследования разветвителя на выходе порта С.
Рисунок 8
3.2.3.Схема исследования разветвителя на выходе порта D.
Рисунок 9
3.2.4. Результаты измерений.
Таблица 2
| Копия сигнала с порта С | Копия сигнала с порта D |
Вопрос 5. Почему копия сообщения с порта С меньше, чем копия с порта D?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 6.Какое простое изменение необходимо совершить в схеме, чтобы значения сигналов с портов С и D поменять местами?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.2. Использование разветвителей Emona FOTEx для объединения оптических сигналов.
3.4.1. Схема измерений на выходе порта С.
Рисунок 10
Вопрос. 7. Объясните, почему объединенный сигнал выглядит таким образом.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Вопрос.8. Какое из двух сообщений идет по слабому пути к порту С?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________
3.4.1. Схема измерений на выходе порта D.
Рисунок 11
Вопрос. 9. Объясните, почему объединенный сигнал на выходе одного приемника несколько отличается от объединенного сигнала, получаемого на выходе другого приемника?
Вывод:
Лабораторная работа № 14
Двусторонняя оптоволоконная связь
1.Цель работы.
1.1. Исследование однонаправленной оптоволоконной системы связи.
1.2. Исследование двунаправленной оптоволоконной системы связи.
2. Основное оборудование.
2.1. Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением.
2.2. NI ELVIS II с USB-Кабелем и блоком питания.
2.3. Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов.
2.4. Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм).
2.5. Набор соединительных оптических проводников.
2.6. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).
3. Задание.
3.1. Изучите краткие теоретические сведения.
3.2. Исследовать работу WDM-фильтров Emona FOTEx для фильтрации оптических сигналов.
3.3. Исследование разветвителя FOTEx для разделения оптических сигналов.
3.4. Исследование разветвителя FOTEx для объединения оптических сигналов.
2. Выполненные работы.
4.1. Исследование однонаправленной оптоволоконной системы связи.
Рисунок 1
8.2. Исследование двунаправленной оптоволоконной системы связи.
8.1. Схема измерения цифрового сигнала.
Рисунок 2
Вопрос 1. В каком направлении передается аналоговый сигнал?
- От станции 1 к станции 2
- От станции 2 к станции 1
Вопрос 2.В каком направлении передается цифровой сигнал?
- От станции 1 к станции 2
- От станции 2 к станции 1
Вопрос 3. Сколько оптических проводников используются для моделирования канала?
______________________________________________________________________
4.2. Схема измерения аналогового сигнала.
Рисунок 3
Вопрос 4.Какое явление происходит причастичном наложении цифрового сигнала на аналоговый?
______________________________________________________________________
Вопрос 5. Какой из разветвителей вызывает эту проблему и почему?
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Вопрос 6. Как можно очистить аналоговое сообщение?
______________________________________________________________________
Вопрос 7. При каких условиях это решение будет непригодно для собранной схемы?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 8. Почему при восстановлении цифрового сигнала (на выходе станции 1) не возникало такой проблемы?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 9. Какой или какие оптические проводники теперь передают информацию в обоих направлениях?
Рисунок 4
Вопрос.10. Объясните, как ваши наблюдения подтверждают ваш ответ на вопрос
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод.
Лабораторная работа № 15
Спектральное уплотнение
1.Цель работы.
1.1. Исследование принципа спектрального уплотнения.
1.2. Исследование двухканальной системы со спектральным уплотнением.
1.3. Исследование схемы трехканальной ТDМ-WDM системы связи.
2. Основное оборудование.
2.1. Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением.
2.2. NI ELVIS II с USB-Кабелем и блоком питания.
2.3. Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов.
2.4. Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм).
2.5. Набор соединительных оптических проводников.
2.6. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).
3.Выполнение работы.
3.1. Исследование принципов спектрального уплотнения.
3.1.1. Схема измерения аналогового сигнала.
Рисунок 1
3.1.2. Схема измерения цифрового сигнала.
|
Вопрос 1. Опишите увиденный вами сигнал.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 2. Каким образом разветвители вызвали искажение сигнала?
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 3. Почему приемник не может просто выбрать один из двух сигналов и подавить другой?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 4. Какой модуль нужно использовать, чтобы приемник преобразовывал в электрический только один световой сигнал, а не оба сразу?
____________________________________________________________________________________________________________________________________
|
 |
3.1.3. Схема измерений с оптическим фильтром.
3.2. Исследование двухканальной системы со спектральным уплотнением.
|
 |
3.2.1. Схема измерений оптического сигнала на выходе фильтра зеленного света.
3.2.2. Схема измерений оптического сигнала на выходе фильтра красного света.
Вопрос 5. Почему присутствует этот сигнал?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 6. Какую потенциальную проблему может вызвать присутствие Сообщения 2 на выходе приемника Сообщения 1?
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 7. Хотя на выходе приемника Сообщения 2 также появляется ослабленная копия Сообщения, это вряд ли вызовет ту же проблему для цифрового сигнала. Почему?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.3. Исследование трехканальной TDM-WDM системы связи.
3.3.1.Схема измерения двух аналоговых и одного цифрового сигнала.
|
3.3.2. Схема измерения на выходе ФНЧ 1 кГц.
 |
3.2.3. Схема измерений на выходе ФНЧ-3кГц.
|
 |
|
 |
3.3.4. Схема измерения объединенного оптического канала.
Вывод:
Лабораторная работа № 16
Оптические потери
1.Цель работы.
1.1. Измерить оптические потери на разъемных соединителях при разной их ориентации.
1.2. Измерить оптические потери WDM-фильтра.
1.3. Измерить оптические потери разветвителя.
2. Основное оборудование.
2.1. Персональный компьютер с соответствующим установленным программным обеспечением.
2.2. NI ELVIS II с USB-Кабелем и блоком питания.
2.3. Модуль расширения Emona FOTEx для выполнения экспериментов.
2.4. Два проводника с разъёмами BNC - "банан" (2 мм).
2.5. Набор соединительных оптических проводников.
2.6. Набор соединительных проводников с разъёмами типа "банан" (2 мм).
3. Выполнение работы.
3.1. Измерить оптические потери на разъемах при разной их ориентации.
3.1.1. Схема измерений.
3.1.2. Результаты измерений
Таблица 1
| Измерение 1 | Измерение 2 | Измерение 3 | Измерение 4 |
| Измерение 5 | Измерение 6 | Измерение 7 | Разница между Vmax и Vmin (дБ) |
Разность = 20Log (Vmax / Vmin)
Вопрос 1. Перечислите физические факторы, влияющие на оптические соединения, которые вызывают наблюдаемые отклонения потерь.
_________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 2. Какой эффект, связанный с потерями, вносимыми разъемами, наблюдается по изменениям напряжения в таблице 1?
__________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 3. Является ли существенным различие между минимальным и максимальным значениями напряжения в таблице 1? Объясните ваш ответ.
__________________________________________________________________________________________________________________________________
3.2. Выбор двух оптических проводников для дальнейших измерений оптических потерь с самой худшей разницей между наибольшим и наименьшим значением напряжения ниже 3 дБ.
3.3. Измерение потерь WDM-фильтра.
3.3.1.Схема измерения при подключении красного передатчика и красного фильтра.
|
3.3.2. Схема измерения при подключении зеленого фильтра.
|
3.3.3. Схема измерения с передатчиком зеленого света.
|
.
3.3.4. Схема измерения с передатчиком и приемником зеленого света.
|
3.3.5. Сема измерений с зеленным передатчиком и красным фильтром
|
 |
3.3.6. Результаты измерений.
Таблица 2
| Опорное напряжение красного передатчика | Опорное напряжение красного передатчика |
Таблица 3
| Красный WDM – фильтр | |||
| Напряжение | Вносимые потери | Напряжение | Ослабление |
| Зеленый WDM – фильтр | |||
| Напряжение | Вносимые потери | Напряжение | Ослабление |
Вопрос 4. Сравните потери, вносимые красным и зеленым WDM-Фильтрами с паспортными значениями, приведенными в руководстве пользователя Emona FOTEx. Что могло вызвать наблюдаемую разницу между ними?
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 5. Рассчитайте, какая часть потерь, вносимых красным WDM-фильтром, возникает исключительно из-за фильтра (не считая потери, связанные с разъемами).
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 6. Рассчитайте разницу между ослаблением зеленого света в полосе задержания красного WDM-фильтра и вносимым фильтром потерями.
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 7. Используя ваш ответ на вопрос 6 и приведенное выше уравнение, рассчитайте отношение яркости зеленого света к яркости красного света на выходе красного WDM-фильтра.
____________________________________________________________________________________________________________________________________
3.4. Измерение оптических потерь разветвителя.
3.4.1. Схема измерения.
|
3.4.2. Схема измерения на выходе D разветвителя
|
3.4.3. Схема измерения на выходе C разветвителя.
|
3.4.4. Схема измерения на выходе B разветвителя.
|
3.4.5.Результаты измерений.
Таблица 4
| Напряжение | Потери на сильном пути |
| Напряжение | Потери на слабом пути |
| Напряжение | Обратное отражение |
Вопрос 8. Рассчитайте разницу между потерями разветвителя на сильном и слабом пути.
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 9. Используя ваш ответ на вопрос 8., рассчитайте, во сколько раз ниже интенсивность света на выходе слабого пути, чем сильного.
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 10. Рассчитайте разницу между потерями на сильном пути и обратным отражением разветвителя.
___________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 11. Используя ваш ответ на вопрос 9.10., рассчитайте, во сколько раз интенсивность отраженного света ниже интенсивности света на выходе сильного пути?
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вопрос 12. На каком еще порту в этой схеме на рисунке 18 появляется отраженный свет?
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Вывод: