光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

2/22目錄HYＰEＲLINK＼l＂＿實(shí)驗(yàn)5_半導(dǎo)體光源P—I特性曲線測(cè)試”實(shí)驗(yàn)一:實(shí)驗(yàn)5＆ＨYPEＲＬIＮK\l”_實(shí)驗(yàn)9＿光線路碼實(shí)驗(yàn)"實(shí)驗(yàn)９HYPEＲＬIＮＫ\l＂_實(shí)驗(yàn)5_半導(dǎo)體光源P－I特性曲線測(cè)試＂………………2HYPEＲＬINK\l"_實(shí)驗(yàn)７_平均發(fā)送光功率的測(cè)試”實(shí)驗(yàn)二:實(shí)驗(yàn)７…………11HYPＥRLＩNK實(shí)驗(yàn)三:實(shí)驗(yàn)8&HYPＥRLIＮＫ\l＂_實(shí)驗(yàn)11_光接收機(jī)靈敏度測(cè)試”實(shí)驗(yàn)１1ＨYPＥRLINK\l”_實(shí)驗(yàn)8_消光比EXＴ測(cè)試”……………1３ＨYＰＥRLINK＼l＂_實(shí)驗(yàn)2５_模擬話音光傳輸實(shí)驗(yàn)＂實(shí)驗(yàn)四:實(shí)驗(yàn)25………19注：按住Ctｒl并單擊實(shí)驗(yàn)序號(hào)可快捷訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)一：HＹＰＥRLIＮK＼l"_目＿＿錄＂返回目錄實(shí)驗(yàn)5半導(dǎo)體光源P－I特性曲線測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1．了解光源和光發(fā)送機(jī)的電光轉(zhuǎn)換原理；２。了解半導(dǎo)體光源的發(fā)光特性;３．比較LＤ和ＬED的Ｐ-I特性的區(qū)別.二、實(shí)驗(yàn)原理：１.激光二極管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理:在半導(dǎo)體激光器重要形成激光，需要具備以下兩個(gè)基本條件,一是有源區(qū)里產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,二是存在光學(xué)諧振腔機(jī)制,并在有源區(qū)里建立起穩(wěn)定的震蕩.圖5.1示出的是雙異質(zhì)結(jié)（DＨ）激光器的條形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由三層不同類(lèi)型的半導(dǎo)體材料組成，不同材料發(fā)射不同的光波長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)中間有一層厚窄帶隙P型半導(dǎo)體，稱(chēng)為有源層；兩側(cè)分布為寬帶隙的P型和N型半導(dǎo)體，稱(chēng)為限制層。三層半導(dǎo)體置于基片（襯底）上,前后兩個(gè)晶體解理面作為反射鏡構(gòu)成法布里－珀羅（F—P）諧振腔。圖5。2所示為DH激光器的工作原理。由于限制層的帶隙比有源層寬,施加正向偏壓后,P層的空穴和N層的電子注入有源層。Ｐ層帶隙寬,導(dǎo)帶的能態(tài)比有源層高，對(duì)注入的電子形成了勢(shì)壘，注入到有源層的電子不可能擴(kuò)散到P層。同理，注入到有源層的空穴也不可能擴(kuò)散到Ｎ層。這樣,注入到有源層的電子和空穴被限制在厚的有源層內(nèi)形成粒子束反轉(zhuǎn)分布,這時(shí)只要很小的外加電流,就可以使電子和空穴濃度增加而提高效率。另一方面,有源層的折射率比限制層高，產(chǎn)生的激光被限制在有源區(qū)內(nèi)，因而光電轉(zhuǎn)換效率很高，輸出激光的閥值電流很低,很小的散熱體就可以在室溫連續(xù)工作。２．發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理：在光纖通信中使用的光源,除了半導(dǎo)體激光器（ＬＤ）以外,還有半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管(LＥD).LED與LD的工作原理不同，LD發(fā)射的是受激輻射光,LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光.ＬED的結(jié)構(gòu)和LＤ相似,大多是采用雙異質(zhì)結(jié)（DH)芯片，把有源層夾在P型和Ｎ型限制層中間,不同的是LED不需要光學(xué)諧振腔,沒(méi)有閥值。LED是由ＧaAｓＡl類(lèi)的P型材料和N型材料制成,在兩種材料的交界處形成了PN結(jié)。若在其兩端加上正偏置電壓，則N區(qū)中的電子與Ｐ區(qū)中的空穴會(huì)流向PN結(jié)區(qū)域并復(fù)合.復(fù)合時(shí)電子從高能級(jí)范圍的導(dǎo)帶躍遷到低能級(jí)范圍的價(jià)帶，并釋放出能量約等于禁帶寬變（導(dǎo)帶與價(jià)帶只差）的光子，即發(fā)出熒光。發(fā)光電二極管有兩種類(lèi)型,如圖５。４所示：一類(lèi)是正面發(fā)光型LＥD，另一類(lèi)是側(cè)面發(fā)光型LED.兩者相比較而言，側(cè)面發(fā)光型LED驅(qū)動(dòng)電流較大，輸出光功率較小，但由于光束輻射角較小，與光纖的耦合效率較高,因而入纖光功率比正面發(fā)光型ＬＥD大。LED的P－Ｉ特性曲線如圖５。5所示,在低注入電流范圍內(nèi)其線性程度比ＬＤ好,且不存在，所以LＥＤ適合用在光纖模擬通信系統(tǒng)中.LＥD光功率的溫度穩(wěn)定性也比LD好，其功率溫度系數(shù)約為(稱(chēng)為負(fù)溫度系數(shù)），即LED光功率隨溫度上升而緩慢減小。ＬEＤ的輸出光功率最大可達(dá)幾個(gè)mW。三、實(shí)驗(yàn)步驟：本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為：半導(dǎo)體光源(LD)的Ｐ－Ｉ特性曲線測(cè)試，其中P為平均發(fā)送光功率，I是注入電流,測(cè)試框圖如圖5。６所示,其中S、R為活動(dòng)連接器，RP10３為可變電阻，位于數(shù)字光發(fā)送電路的上方。本實(shí)驗(yàn)具體的實(shí)驗(yàn)步驟為:1.碼型發(fā)生器自A點(diǎn)(實(shí)驗(yàn)箱TＰ１02)給光發(fā)送機(jī)送方波信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)鍵盤(pán)選擇方波信號(hào)（平臺(tái)加電后,先按下“復(fù)位”鍵復(fù)位系統(tǒng)，待出現(xiàn)“請(qǐng)選擇”提示后,選擇“方波”并按下“確認(rèn)"),此時(shí),TＰ10２處應(yīng)該能夠測(cè)到方波信號(hào)。為了把數(shù)字信號(hào)發(fā)往線路，除了要用開(kāi)關(guān)ＫＰ101選擇數(shù)字信號(hào)輸入（開(kāi)關(guān)推向“數(shù)字”),還需要通過(guò)KP102選擇模擬光源和數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路，本實(shí)驗(yàn)中選擇數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路（開(kāi)關(guān)推向“數(shù)字”即可)。2.用光纖跳線連接光發(fā)送模塊A的光輸出與光功率計(jì),此時(shí)從光功率計(jì)讀出的功率就是光端機(jī)的平均發(fā)送光功率P。3。此時(shí)，測(cè)LＤ負(fù)載電阻(R=R１05+RP１0３）電壓的方法,將萬(wàn)用表電壓量程撥至2.5Ｖ檔,萬(wàn)用表黑表筆接測(cè)試點(diǎn)(A單元TP10３、B單元TP203)，紅表筆接ＶCC電源正極或（A單元N10１（D）８腳、Ｂ單元N20１（D）8腳）,模／數(shù)檢測(cè)切換可將（A單元ＫP102、B單元KP2０3）撥至對(duì)應(yīng)位置，V/Ｒ=I。R可用萬(wàn)用表檔直接測(cè)得，測(cè)得的電壓除以電阻值Ｒ＝Ｒ105+RP103(注:測(cè)電阻值時(shí)應(yīng)該將平臺(tái)供電切斷）,其中Ｒ105是51Ω的固定電阻,RP1０3阻值為T(mén)Ｐ1０３與VCＣ之間的阻值，這樣便可以得到注入電流Ｉ。改變RＰ1０3的阻值,得到一組數(shù)據(jù),我們便可以繪制Ｐ—I特性曲線。說(shuō)明：試驗(yàn)中為了防止燒壞光發(fā)送組件,電流的調(diào)節(jié)范圍是有限的(大概30mA左右），因此測(cè)得只是P—Ｉ曲線的一段，但并不妨礙整個(gè)P－I曲線的測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：畫(huà)出P－I曲線圖,并根據(jù)曲線特性分析光源是LED還是ＬＤ。如果是LD,其閾值電流是多少？五、思考題:１.為什么激光器的Ｐ－Ｉ曲線具有閾值特性？2.激光器的Ｐ-I曲線與ＬＥＤ有什么不同?實(shí)驗(yàn)９光線路碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?了解光纖傳輸系統(tǒng)為什么要進(jìn)行碼型變化；2．掌握CＭＩ編譯碼的原理；３.比較CMＩ碼、ＰCM碼和PＮ碼的特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理:1.CMＩ編碼原理:碼型變換的含義廣泛,本實(shí)驗(yàn)中介紹的碼型變換是指線路碼的編碼和譯碼，我國(guó)規(guī)定了幾個(gè)在公用網(wǎng)上的碼型：5B6Ｂ、CＭI、擾碼二進(jìn)制、1B1H等。實(shí)驗(yàn)中將具體介紹ＣMI的編解碼.ＣMI（CｏｄeｄＭarkIｎversｉｏn）即編碼傳號(hào)反轉(zhuǎn)，表9。1給出了其編碼規(guī)則,傳號(hào)1由1１和00交替表示（若前一個(gè)1為11,則當(dāng)前１采用0０表示，如此類(lèi)推）,而空號(hào)0則固定地用01表示.表9．1CMＩ編碼規(guī)則輸入二元碼ＣMI碼型0011０0和11交替出現(xiàn)圖9．1給出了CMI編碼的波形示例，由于一個(gè)碼元變成了兩個(gè),因此它屬于二電平的1B２Ｂ碼。CＭI具有雙相碼的特點(diǎn),不怕信道相位的反轉(zhuǎn)（信息碼為“1”時(shí)兩個(gè)線路碼相同；信息碼為“０”時(shí)，兩個(gè)線路碼相反,信道相位反轉(zhuǎn)后,仍有此性質(zhì)），并且具有一定的糾錯(cuò)能力，易于實(shí)現(xiàn),易于提取定時(shí)時(shí)鐘,因此在低速系統(tǒng)中選為傳輸碼型。在ITＵ-T的Ｇ。７０３建議中,規(guī)定CＭＩ為四次群(１39．２6４Mbit/ｓ)的接口碼型。圖9．2給出了CＭI的編碼原理框圖，編碼電路接收來(lái)自信號(hào)源的單極性非歸零碼（ＮＲZ），并把這種碼型變換成為CMI碼送至光發(fā)送機(jī).輸入若是傳號(hào)，則翻轉(zhuǎn)輸出;若是空號(hào)，則打開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān),使時(shí)鐘反向輸出，電路原理如圖９。３所示。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用了可編程邏輯器件(PLＤ）來(lái)實(shí)現(xiàn)CＭI的編譯碼.CMI編碼的ＶHＤＬ源程序如下：librａryiｅe(cuò)e；useｉeeｅ。ｓｔd＿loｇic_１１６4.ａll;ｅｎtitydfisｐｏrt（inveｒt，clk：ｉnstd_loｇic;q：ｂuffｅｒstd_lｏgｉc）；ｅnddf;ａｒcｈiｔeｃｔureｄfofdfissiｇnald:ｓｔd_ｌoｇiｃ;ｂｅgｉｎd〈=qxorｉnveｒｔ；ｐroceｓｓｂeｇinwaitunｔilｃlk=’1’；q〈=d；eｎdproｃess；ｅnｄｄf;ｌiｂrａrｙiｅｅe(cuò)；ｕseieee。sｔd＿loｇic_116４.ａlｌ；entｉtyｃｍi＿ｃｏｄeｉsport(nrz，clk：inｓｔd_logiｃ；cmi：ouｔstd_lｏｇiｃ）;endcｍｉ＿cｏde；ａrchｉｔeｃturｅcmi_cｏｄｅofcmi＿ｃodeiscomｐｏnentｄfｐorｔ(ｉnveｒt，ｃｌｋ：ｉｎstｄ_lｏｇｉc；q:bufｆｅrstd_logic）；enｄcomｐｏnｅnt;ｓiｇnala，b:sｔd_logiｃ;bｅgincｍi〈=awｈennrz=’1'elｓeb；b<=noｔclｋ；u：dfｐoｒtmap（ｎrｚ,clｋ，a）；enｄcmｉ_(kāi)ｃｏｄe；２.CＭＩ譯碼原理：解碼的思路很簡(jiǎn)單,當(dāng)時(shí)鐘和信道碼對(duì)齊時(shí)，如果輸入的是“11”或“0０”,則輸出“1”;如果輸入的是“０1”，則輸出“0”.問(wèn)題的關(guān)鍵是怎樣將一系列的碼元正確地2個(gè)2個(gè)分組。經(jīng)過(guò)傳輸以后的CＭＩ碼首先要提取位同步時(shí)鐘，接著抽樣判決.此時(shí)CMI碼流和發(fā)送的碼流在波形上沒(méi)有區(qū)別(忽略誤碼情況），但是2個(gè)２個(gè)分組，卻有兩種不同的情況，一種是正確的,可以得到正確的結(jié)果,而另一種則會(huì)導(dǎo)致譯碼的錯(cuò)誤。結(jié)合CMI碼流的特點(diǎn)，有兩種可以正確分組的方法：ａ.如果在碼流中檢測(cè)到了０101的,那么可以講緊挨著的2個(gè)碼元分為一組;b．如果在碼元中檢測(cè)到1到0的跳變后，則可以將下降沿后的2個(gè)碼元分為一組.一般情況下，方法ｂ更可以盡快地實(shí)現(xiàn)正確分組,接下來(lái)就是根據(jù)編碼規(guī)則進(jìn)行譯碼了,這里介紹三種具體的解決方案：第一種方案:原理框圖如圖9.４所示：從位同步時(shí)鐘分離出兩路時(shí)鐘,他們和位同步時(shí)鐘同頻,但是占空比不同，兩路時(shí)鐘的占空比都是2５％,但是兩者之間相差半個(gè)周期，這樣就可以將每組中兩個(gè)碼元分開(kāi)，從而形成第一路和第二路信號(hào)，在兩路時(shí)鐘信號(hào)的正確作用下比較兩路信號(hào)，便可以將CＭＩ編譯出來(lái)。第二種方案:原理框圖如圖９.５所示：可以看到,方案二本質(zhì)上與一是一致的，差別在于找到正確分組的方法，它利用二分頻以后的上升沿和下降沿來(lái)讀取兩路信號(hào)，即碼流檢測(cè)的方法b。第三種方案:原理框圖如圖9。6所示：這里的譯碼思想稍有變化,CＭI碼流經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后,在二分頻的位同步時(shí)鐘的作用下讀出，進(jìn)行比較譯碼。三、實(shí)驗(yàn)步驟:了解了CMＩ的編譯碼原理以后，下面就可以開(kāi)始動(dòng)手驗(yàn)證了，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)ＣMＩ編譯碼的框圖如圖9。７所示:具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下:１。首先將鍵盤(pán)功能鍵選擇為“ＣMＩ”并按確認(rèn)鍵確認(rèn);２.光發(fā)送單元A的功能開(kāi)關(guān)KＰ10１、ＫP102撥向數(shù)字端,光收單元A的KP１０3撥向數(shù)字端、KP１04撥向PNOUＴ端、ＴＰ１０７的直流電壓應(yīng)調(diào)整在1.5Ｖ左右（聯(lián)合調(diào)節(jié)ＲP1０7、RP1０４、ＲP1０8的阻值）,ＸP105的兩個(gè)短路帽分別插入“CMI”和“PNＯUＴ”功能腳位置；3。此時(shí)將示波器“ＣH１”檢測(cè)棒接地端接光發(fā)送單元A的接地端，檢測(cè)端接TP1０2監(jiān)測(cè)點(diǎn)，“CH2”檢測(cè)棒接地端接“誤碼檢測(cè)單元”的接地端,檢測(cè)端接TP601時(shí)應(yīng)用65kHz的同步時(shí)鐘信號(hào)輸出，接TＰ6０2時(shí)應(yīng)用清晰的編碼反轉(zhuǎn)信號(hào)（ＣMＩ碼)；4.在光接收模塊Ａ測(cè)試點(diǎn)TP104和TP１05可以測(cè)試到經(jīng)光纖跳線傳輸以后的CMI碼波形，同時(shí)在TP10７可以測(cè)到放大以后的ＣＭＩ波形；在TP６０２可以探測(cè)到譯碼以后的CMI碼；在測(cè)試點(diǎn)TP601可以探測(cè)到用來(lái)譯碼的64ｋHz的同步時(shí)鐘；測(cè)試點(diǎn)ＴP５0１輸出的是CMI碼,系統(tǒng)正是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行CMI編碼的，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以比較TP602和ＴP501的波形，觀測(cè)兩個(gè)信號(hào)是否產(chǎn)生延遲。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求:１。記錄實(shí)驗(yàn)中各測(cè)試點(diǎn)的波形.2．比較分析觀測(cè)波形與理論波形是否一致，分析不一致的原因。六、思考題：為什么要對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行碼型變換?光通信中一般采用哪些碼型變換？實(shí)驗(yàn)二：HＹPERLIＮK\l＂＿目_＿錄"返回目錄實(shí)驗(yàn)7平均發(fā)送光功率的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1。了解數(shù)字光發(fā)送端機(jī)平均發(fā)送光功率的指標(biāo)要求,平均發(fā)送光功率與注入電流的關(guān)系；２.掌握平均發(fā)送光功率的測(cè)試：3。觀察不同編碼下的平均光功率值（結(jié)合線路碼型實(shí)驗(yàn)).二、實(shí)驗(yàn)原理:光端機(jī)的平均發(fā)送光功率指的是在正常工作條件下光端機(jī)輸出的平均光功率，即光源尾纖輸出的平均光功率.平均發(fā)送光功率指標(biāo)與實(shí)際的光纖線路有關(guān)，在長(zhǎng)距離的數(shù)字通信系統(tǒng)中，要求有較大的平均發(fā)送光功率;在短距離的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中,要求較小的平均發(fā)送光功率,因此，設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際情況確定合適的數(shù)字，而不是越大越好。測(cè)試時(shí)，應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題：１.測(cè)試信號(hào)的問(wèn)題。根據(jù)ITU—Ｔ的建議,不同碼速的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)要求送入不同的PCM測(cè)試信號(hào)，例如２。0４8Mｂiｔ/s的數(shù)字系統(tǒng)要求送入的偽隨機(jī)碼;139．264Ｍbit/ｓ的數(shù)字系統(tǒng)要求送入的偽隨機(jī)碼;2.連接器的問(wèn)題。用光纖跳線分別插入光發(fā)送端連接器與光功率計(jì)連接器，此時(shí)從光功率計(jì)讀出的就是光端機(jī)進(jìn)入光纖線路的平均發(fā)送光功率,注意的是光端機(jī)的平均發(fā)送光功率應(yīng)該考慮發(fā)端連接器的損耗，即測(cè)得的光功率P是考慮了發(fā)端連接器的損耗的;3。光功率計(jì)的問(wèn)題.有的光功率計(jì)可以直接讀dBm，若只能讀mW或μW，應(yīng)該換算成dＢｍ，具體計(jì)算公式為:(公式7．1）同時(shí)需要說(shuō)明的是，平均光功率與ＰCM信號(hào)的碼型有關(guān),NRZ碼比RZ碼(占空比５０％）要高3dB（想想為什么),此外，平均輸出光功率與注入電流有關(guān),測(cè)試應(yīng)該在正常的注入電流條件下進(jìn)行。三、實(shí)驗(yàn)步驟：平均光功率測(cè)試的框圖如圖5．6所示。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用2Ｍ的偽隨機(jī)碼來(lái)測(cè)試平均光功率（為了簡(jiǎn)化設(shè)備，系統(tǒng)中的ＰＮ序列長(zhǎng)度只有15位),具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下:1．將設(shè)備復(fù)位,選擇“PＮ”按下“確認(rèn)"鍵確認(rèn),示波器頻率檔選在,電壓量程檔選在２Ｖ檔；2．將開(kāi)關(guān)ＫＰ50１撥向“ＰＮ2M輸出"，選擇系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的2Ｍ偽隨機(jī)碼序列,將光發(fā)送單元A的功能開(kāi)關(guān)ＫＰ101和KP１0２撥向“數(shù)字”;3.示波器接地端接光發(fā)送單元A的GND,測(cè)試端接ＴＰ１02此時(shí)可看見(jiàn)清晰的PN偽隨機(jī)碼波形；4。用光纖跳線分別插入發(fā)送端連接器與光功率計(jì)的輸入連接器插頭,連接光發(fā)送端的光輸出與光功率計(jì)；5。從光功率計(jì)上顯示平均光功率值。同樣，也可以選擇從鍵盤(pán)輸入“方波”或“CMＩ碼”，可以觀測(cè)光功率的變化。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1.分別用dＢm和ｍW表示所測(cè)得的２MＰN碼發(fā)送機(jī)平均功率。2。分別用ｄBm和mW表示所測(cè)得的２ＭCＭＩ碼發(fā)送機(jī)平均功率。五、思考題：為什么不同的線路碼型具有不同的平均光功率?實(shí)驗(yàn)三:HYＰERLIＮK\ｌ"_目＿_(dá)錄"返回目錄實(shí)驗(yàn)8消光比ＥＸT測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解數(shù)字光發(fā)送端機(jī)的消光比的定義及其測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：從理想狀態(tài)講,當(dāng)數(shù)字電信號(hào)為“０”時(shí)，光發(fā)送機(jī)應(yīng)該不發(fā)光,只有當(dāng)數(shù)字電信號(hào)為“１”時(shí)光發(fā)送機(jī)才發(fā)出一個(gè)傳號(hào)光脈沖。但實(shí)際上這是不可能的。以LD為例，由于要對(duì)它進(jìn)行予偏置，且使其偏置電流Ib略小于閥值電流Ｉｔh。因此即使在數(shù)字電信號(hào)為“0”的情況下，ＬD也會(huì)發(fā)出極微弱的光（熒光）。當(dāng)然這種發(fā)光越小越好,于是就引出了消光比的概念。消光比的定義是:“1”碼光脈沖功率與“0”碼光脈沖功率之比.在這里我們采用一種簡(jiǎn)便的說(shuō)法。實(shí)際上更嚴(yán)格的說(shuō)法是：電信號(hào)“１”碼輸入時(shí)光發(fā)送機(jī)的發(fā)光功率與電信號(hào)“0"碼輸入時(shí)光發(fā)送機(jī)的發(fā)光功率之比。消光比的測(cè)試原理是:首先將光端機(jī)的輸入信號(hào)斷掉,測(cè)出的光功率即為P00,即對(duì)應(yīng)輸入數(shù)字信號(hào)全部為０的時(shí)候的光功率；然后選擇信號(hào)源輸入PN序列，與測(cè)試平均發(fā)送光功率時(shí)相同，由于偽隨機(jī)碼的“０”碼和“１”碼概率相等,因此全“１"碼的光功率應(yīng)該是偽隨機(jī)碼時(shí)平均光功率的2倍，即P11＝2Ｐ，消光比計(jì)算公式為：（公式８.1）此外，消光比還有以下的表達(dá)式：（公式８.２）三、實(shí)驗(yàn)步驟：消光比的測(cè)試框圖如圖５.６所示具體的測(cè)試步驟如下：1．將開(kāi)關(guān)KP50１撥向“PN2Ｍ輸出”，選擇系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的2M偽隨機(jī)碼序列；２.選擇光發(fā)送模塊A，開(kāi)關(guān)KＰ1０2選擇傳輸模擬信號(hào)，不輸入信號(hào)，此時(shí)將光功率計(jì)和光發(fā)送模塊A之間通過(guò)光纖跳線連接起來(lái)，測(cè)得的光功率即為P００；3.選擇光發(fā)送模塊A,KP1０1選擇“數(shù)字"，KP10２選擇“數(shù)字”,平臺(tái)加電后,復(fù)位系統(tǒng)，通過(guò)鍵盤(pán)選擇產(chǎn)生2M的ＰN數(shù)字序列，并將光功率計(jì)和光發(fā)送模塊A之間用光纖跳線連接起來(lái)，測(cè)得的光功率即為Ｐ１１的一半；4。按照計(jì)算公式8．1計(jì)算消光比EＸＴ。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求:記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程，計(jì)算光發(fā)送機(jī)甲的消光比,并給予評(píng)價(jià)。五、思考題：為什么全零碼時(shí)，光發(fā)送機(jī)的平均光功率不等于零？這對(duì)系統(tǒng)性能有什么影響？實(shí)驗(yàn)1１光接收機(jī)靈敏度測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?熟悉光接收機(jī)靈敏度的概念；２。掌握光接收機(jī)靈敏度的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理:靈敏度是光接收機(jī)的重要指標(biāo)之一，它表示接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。光靈敏度的定義是：在給定誤碼率或信噪比的條件下，光接收機(jī)所能接收的最小平均光功率。在測(cè)量接收機(jī)靈敏度時(shí),首先要確定系統(tǒng)所要求的誤碼率指標(biāo),對(duì)于不同的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)，其誤碼率指標(biāo)是不一樣的。一般來(lái)講,接收機(jī)要求的誤碼率越小,則靈敏度越低，即要求接收的光功率越大，因此靈敏度并非是一個(gè)固定不變的值,它與誤碼率的要求有關(guān)，測(cè)量時(shí)先確定系統(tǒng)的要求的誤碼率，再測(cè)在該誤碼率條件下的靈敏度的數(shù)值.光接收機(jī)的靈敏度定義為最小平均光功率,而不是指達(dá)到系統(tǒng)所要求的誤碼率所對(duì)應(yīng)的光功率。對(duì)某一接收機(jī)來(lái)講，光功率只要在它的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化，都能確保系統(tǒng)要求的誤碼率，但靈敏度只有一個(gè)，即接收機(jī)所能接收的最小光功率。靈敏度指的是平均光功率，而非峰值功率，因此光接收機(jī)的靈敏度就與傳輸信號(hào)的碼型有關(guān).碼型不同,占空比不同,平均光功率也就不同，靈敏度也就不同。對(duì)于ＮRZ和RZ兩種碼型來(lái)講，對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)“1"碼和“０”碼概率相等時(shí)，ＮRZ的平均光功率要比RZ大3dＢ,因此測(cè)試靈敏度需要選擇合適的碼型。靈敏度的單位一般用ｄBm來(lái)表示,它表示已1ｍW功率為基礎(chǔ)的絕對(duì)功率電平，設(shè)測(cè)得的最小平均光功率為,則靈敏度可以表示為：(公式11．1)例如,當(dāng)時(shí)，其最小平均光功率就是,越小，接收機(jī)的靈敏度就越高。光接收機(jī)靈敏度測(cè)試框圖如圖11.1所示,將誤碼測(cè)試儀和光可變衰減器與光線數(shù)字通信系統(tǒng)相連接.誤碼分析儀向光端機(jī)送入測(cè)試信號(hào)，ＰCM測(cè)試信號(hào)為偽隨機(jī)碼，長(zhǎng)度為。調(diào)整衰減器,逐步增加光衰減，使輸入光接收機(jī)的光功率逐步減少,使系統(tǒng)處于誤碼狀態(tài)。然后，逐步減少光衰減器的衰減，逐漸增加光接收機(jī)的輸入光功率，使誤碼逐漸減少，當(dāng)在一定的觀察時(shí)間內(nèi)，使誤碼的個(gè)數(shù)少于某一要求時(shí),即達(dá)到系統(tǒng)所要求的誤碼率。在穩(wěn)定工作一段時(shí)間后,從R點(diǎn)斷開(kāi)光端機(jī)的連接器，用光纖測(cè)試儀連接R點(diǎn)與光功率計(jì)，測(cè)試測(cè)得的光功率為,即為光接收機(jī)的最小可接收功率。在靈敏度測(cè)試時(shí)，一定要注意測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短，誤碼率是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均的參數(shù)，為了確定時(shí)間，使用以下的公式:(公式1１。2)公式（11。2）中m是誤碼個(gè)數(shù)，是系統(tǒng)碼速，t是測(cè)試時(shí)間。由上式可知,在碼速確定的情況下，只要在某一定的時(shí)間內(nèi)所記錄的誤碼個(gè)數(shù)少于某一數(shù)值,就可以表示出要求的誤碼率,其最小測(cè)試時(shí)間是應(yīng)能檢測(cè)到誤碼個(gè)數(shù)為1的時(shí)間，即式中設(shè)m=1時(shí)所需要的測(cè)試時(shí)間,它可以表示為：（公式11.３)由公式(11.3）可見(jiàn),最小測(cè)試時(shí)間與碼速和誤碼率均有關(guān),各類(lèi)系統(tǒng)誤碼率不同時(shí)，光接收機(jī)的靈敏度測(cè)試時(shí)間ｔ如下表所示：表11.1靈敏度測(cè)試的最小時(shí)間速速碼碼誤率２M8M３4M1４0M８ｍin2miｎ２９。１seｃ7。１４ｓｅc５ｍin1．2mｉｎ50mｉn１miｎ應(yīng)該指出，t是要求某一誤碼率是,光接收機(jī)靈敏度測(cè)試的最小時(shí)間，實(shí)際上測(cè)試時(shí)間應(yīng)大于此時(shí)間，才能使測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。三、實(shí)驗(yàn)步驟(按照系統(tǒng)調(diào)試基礎(chǔ)將A通道調(diào)試好）：光接收機(jī)Ａ靈敏度測(cè)試步驟如下：1。首先按設(shè)備的復(fù)位鍵復(fù)位，選擇PN，按下確認(rèn)鍵確認(rèn)，示波器檢測(cè)頻率檔選在1μｓ,電壓量程檔選在2V檔；2.將光發(fā)送單元A的功能開(kāi)關(guān)ＫP10１和KP１0２撥向數(shù)字端，將光接收單元A的功能開(kāi)關(guān)ＫＰ１03置數(shù)字端、ＫP10４置ＰＮAＧC端,功能選擇插座ＸＰ１05上的兩個(gè)短路帽分別插入PNOUT和ＰNAGＣ的功能腳位內(nèi)使之連接選通,將數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生電路中的開(kāi)關(guān)KＰ５01選擇PN2Ｍ輸出端，選擇傳輸?shù)氖窍到y(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的２M偽隨機(jī)序列，Ｎ的取值為４；3。示波器CＨ１檢測(cè)棒接地端接光發(fā)送單元Ａ的接地端GNＤ,測(cè)試端接TＰ１0２，此時(shí)可看見(jiàn)清晰的PN序列信號(hào)波形，示波器CH2測(cè)試棒接地端接光接收單元A的接地端ＧＮD,測(cè)試端接ＴP１０７,重點(diǎn)調(diào)整RＰ1０7和RＰ10８將不失真信號(hào)調(diào)至最大，同時(shí)調(diào)整RP10８將測(cè)試端TP1０８上的直流電位調(diào)至１．5V±０。５V左右;4。當(dāng)電路工作于“PＮ偽隨機(jī)”狀態(tài)時(shí)，首先調(diào)可調(diào)電容C７１3，重點(diǎn)調(diào)整C721，同時(shí)輔助調(diào)整可調(diào)電阻RP７０２使PN信號(hào)逐步同步，同步鎖定指示燈LED６0１逐步熄滅，ＬＣD顯示的誤碼數(shù)逐步減小，反復(fù)調(diào)整光接收單元A和鎖相環(huán)電路的相關(guān)調(diào)整點(diǎn)使PＮ信號(hào)最終走向同步鎖定；5．按圖11。1將光衰減器接入光發(fā)送模塊A和光接收模塊Ａ間,調(diào)節(jié)可變光衰減器增大衰減使液晶屏誤碼顯示跳動(dòng)，記錄此時(shí)的光功率PR;6．如果實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有配備光衰減器，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的電路衰減器來(lái)模擬光路衰減。調(diào)節(jié)光接收模塊A的可調(diào)電阻RP107，降低ＭAX4３5的放大倍數(shù)來(lái)模擬線路上的衰減。當(dāng)衰減足夠大時(shí)，將超出AＤ6０3的自動(dòng)增益控制范圍，致使其輸出信號(hào)幅度銳減，誤碼計(jì)數(shù)漸增.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的誤碼測(cè)試功能雖然不像誤碼分析儀那樣齊全，但可以通過(guò)液晶屏幕顯示的誤碼個(gè)數(shù)來(lái)自定義誤碼率，比如說(shuō)1分鐘出現(xiàn)了10個(gè)誤碼，調(diào)節(jié)上述可變電阻,減小電路中衰減，直到誤碼符合剛自定義過(guò)得要求，可以測(cè)試ＭAX43５的輸出波動(dòng)很小，模擬了輸入光功率也很小.四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求:根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況,自定義一個(gè)合適的誤碼標(biāo)準(zhǔn),并記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程，分析系統(tǒng)靈敏度。五、思考題：接收到的光功率增大時(shí),誤碼率會(huì)減小嗎？如果接收到的光功率一直增加下去,會(huì)有什么現(xiàn)象?實(shí)驗(yàn)四:ＨYPEＲLIＮK\ｌ＂_目__錄＂返回目錄實(shí)驗(yàn)2５模擬話音光傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?１.熟悉光纖通信模擬電話原理；2.了解系統(tǒng)的性能與測(cè)試;3。熟悉每一測(cè)試點(diǎn)的波形。二、實(shí)驗(yàn)原理：話音電話光纖傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖25.1所示:我們的模擬通信采用的是光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)。這是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)制方式。模擬信號(hào)是一種基帶信號(hào)，它沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何調(diào)制而去直接調(diào)制光源。模擬基帶直接強(qiáng)度調(diào)制光通信系統(tǒng)是所有光通信系統(tǒng)中設(shè)備最簡(jiǎn)單和成本最低的一種光纖通信系統(tǒng)。適用于小容量短距離光纖通信,特別適用于頻帶較寬的電視信號(hào)傳輸。由于直接強(qiáng)度調(diào)制方式光功率的時(shí)間響應(yīng)直接與電信號(hào)功率的時(shí)間響應(yīng)成正比,為此，要使信號(hào)進(jìn)行不失真的傳輸，就要求直接光強(qiáng)調(diào)制光纖通信系統(tǒng)中的光／電和電/光轉(zhuǎn)換具有良好的線性。一般來(lái)說(shuō),作為電/光轉(zhuǎn)換的光源，由于處在大信號(hào)下工作，它的線性較差.而作為光／電變換器的光檢測(cè)器,由于在小信號(hào)條件下工作，它的線性好，因而它對(duì)非線性失真影響較小。但是由于光檢測(cè)器的輸入信號(hào)功率為全系統(tǒng)中最低，因而對(duì)全系統(tǒng)的信噪比的影響較大。模擬基帶直接強(qiáng)度調(diào)制的光纖傳輸系統(tǒng)對(duì)光發(fā)端機(jī)的要求是：1．輸出功率要大，這樣，在接收靈敏度一定時(shí)，發(fā)送光功率越大，允許系統(tǒng)傳輸損耗越大，系統(tǒng)的傳輸距離越長(zhǎng).光纖通信中光源常用半導(dǎo)體LEＤ和ＬD兩種.LD輸出光功率大于LED輸出光功率，因此,從輸出光功率這點(diǎn)來(lái)說(shuō),光源采用LＤ比LED要好；2。輸出光功率溫度穩(wěn)定性要好，這樣才能保證各種溫度時(shí)的傳輸距離。LD是一種有閥值的發(fā)光器件，閥值隨環(huán)境溫度影響較大，因而在相同的驅(qū)動(dòng)電流下,輸出光功率隨環(huán)境溫度變化較大。為使LＤ能在各種環(huán)境溫度時(shí)保持恒定的光功率輸出，光發(fā)送機(jī)需要采用自動(dòng)溫控控制（ATC）和自動(dòng)光功率控制（ＡＰC）電路,從而大大增加了電子線路復(fù)雜性和增加成本。LＥD輸出光功率隨環(huán)境的變化較遲鈍，一般都不需要加ATC和ＡＰC電路來(lái)恒定光功率，電路簡(jiǎn)單，成本低.因此,從電子線路的復(fù)雜性來(lái)說(shuō)采用LED比LD好；3．調(diào)制度m要大。m大接收機(jī)的信噪比就高.也就是說(shuō)接收機(jī)的靈敏度就高。但m不能太高，它要受到光源的P-I特性曲線兩端彎曲部分非線性制約；4.非線性失真要小。系統(tǒng)的非線性主要取決于光源.因系統(tǒng)中電子線路的非線性,一般都遠(yuǎn)小于光源的非線性,可以略去不計(jì)。所以,要求系統(tǒng)非線性小,就是要求光源非線性要小。光源非線性小,就可使m大和ＤG、ＤP小.LED光源的線性要比LD光源的線性好得多。因此,從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō),LED比LＤ好。從以上對(duì)模擬光發(fā)端機(jī)的要求看，模擬基帶直接強(qiáng)度調(diào)制選用LE