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  1. 修德 博学 求实 创新 光纤通信实验 多媒体课件 进入课件 通信技术与网络实验中心

  2. 课件目录 多媒体课件按钮使用说明

  3. 实验平台各模块说明 点击各模块查看详细测试点说明

  4. 二.光纤通信系统框图

  5. 实验九 自动光功率控制实验 实验十 无光告警和寿命告警实验 实验十一 光发射机指标测试实验 实验十三 光接收机主要技术指标测量及眼图观测 三.光发射机与接收机实验

  6. 实验九、自动光功率控制 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验框图 六、实验步骤 七、实验结果

  7. 实验九、自动光功率控制 一、实验目的 1、掌握自动功率控制电路的工作原理。 二、实验内容 • 1、学习自动功率控制电路的工作原理; • 2、测量相关特征测试点的参数。

  8. 实验九、自动光功率控制 三、实验仪器 • 1、光纤通信实验系统 1台 • 2、光纤跳线 2根 • 3、光功率计 1部 • 4、万用表 1部

  9. 实验九、自动光功率控制 四、实验原理 1、模拟信号调制与数字信号调制 模拟信号调制是直接用连续的模拟信号对光源进行调制从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化,如图9-1所示 由于光源,尤其是激光器的非线性比较严重,所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方,要实现大容量的频分复用还比较困难,仅自一些小系统中使用。对一些容量较大、通信距离较长的系统,多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。 数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”,如图9-2所示 与LED相比,LD的调制问题要复杂得多。尤其在高速率调制系统中,驱动条件的选择、调制电路的形成和工艺、激光器的控制等,都对调制性能至关重要。

  10. 实验九、自动光功率控制 四、实验原理 2、光发射机模拟部分与数字部分的实现 1310nm和1550nm光发射机具有相同的结构。他们是由模拟光发和数字光发部分组成: 模拟光发电路的框图 数字光发电路的框图

  11. 实验九、自动光功率控制 四、实验原理 3、自动光功率控制原理 激光器输出光功率与温度和老化效应密切相关。保持激光器输出光功率稳定,可以用光反馈来自动调整偏置电流,电路图9-3所示 首先,PIN管监测背向光功率,经检出的光电流由A1放大,送入比较器A3的反向输入端,输入的数字信号和直流参考信号经A2比较放大,接到的A3同相输入端。A3和VT3组成恒流源,给激光器加上偏置电流IB的大小,其中信号参考电压是防止控制电路在无输入信号或长连“0”时,使偏流自动上升。这种电路在10℃~50℃温度范围内功率不稳定度ΔP/P可小于5%。

  12. 实验九、自动光功率控制 五、实验框图 数字信号源模块 输出NRZ码 电/光变换模块 光功率计

  13. 实验九、自动光功率控制 六、实验步骤 1、关闭系统电源。(点击 查看实验连线) 2、用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计; 3、将1310nm数字光发模块的拨码开关J100,两位都调到ON状态; 4、打开系统电源,将数字信源模块第一路的拨码开关U311全拨到OFF状态。这时输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”; 5、用万用表测量R124两端的电压即台阶插座TP101和TP100之间的电压U1。读出万用表的读数U1,代入公式I1= U1/ R124(R124=51Ω)可得此时自动光功率控制所补偿的电流。观察此时光功率计的读数P1。然后, 将1310nm的拨码开关的右边一位拨到OFF状态,记下光功率计的读数P2;

  14. 实验九、自动光功率控制 六、实验步骤 6、调整手调电位器RP100改变输入光功率的大小,再重复实验步骤5,将测得的实验数据填入下表; (点击 查看实验结果) 7、调整手调电位器RP103改变背光检测的灵敏度,再重复实验步骤5,将测得的实验数据填入下表; (点击 查看实验结果) 8、关闭系统电源,拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。

  15. 实验九、自动光功率控制 实验步骤6中参考结果如下: 先将手调电位器RP100、 RP101和RP102逆时针旋转到底,RP103顺时针旋转到底。再改变输入光功率的大小,即顺时针调节RP100,测得的实验数据填入下表;

  16. 实验九、自动光功率控制 实验步骤7中参考结果如下: 步骤6实验完成后,可将手调电位器RP100顺时针旋转到底。(此时 RP101和RP102逆时针旋转到底,RP103已顺时针旋转到底。)再改变自动光功率控制的强度大小,即逆时针调节RP103,测得的实验数据填入下表;

  17. 实验十、无光告警和寿命告警 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验框图 六、实验步骤

  18. 实验十、无光告警和寿命告警 一、实验目的 • 1、掌握光器件寿命检测及元光检测报警电路的工作原理; • 2、学习光发送模块的电路原理。 二、实验内容 • 1、学习光器件寿命检测及元光检测报警电路的工作原理; • 2、测量相关特征测试点的参数。

  19. 实验十、无光告警和寿命告警 三、实验仪器 • 1、光纤通信实验系统 1台 • 2、示波器 1台 • 3、光功率计 1台 • 4、万用表 1个

  20. 实验十、无光告警和寿命告警 四、实验原理 1、无光告警电路 无光告警电路是利用光电探测器输出的电压与参考电压相比较,然后由运算放大器输出端驱动三极管Q103,最后由无光告警指示灯来指示有无光(灯亮表示无光告警,灯熄表示有光)。 在这里无光告警并不一定指没有光才告警,还可以通过调整RP102改变无光告警的门限电压使在探测到的电压达不到门限电压的情况下报警(指示灯亮)。通过调节RP103可以改变光电探测器的灵敏度。 光告警电路如图所示

  21. 实验十、无光告警和寿命告警 四、实验原理 2、寿命告警电路 寿命告警电路是利用自动光功率控制电路输出的补偿电流和寿命警告电路的门限电压进行比较,然后由运算放大器输出端驱动三极管Q104,最后由无光告警指示灯来指示激光器已经老化到要替换的程度(灯亮表示寿命告警)。 我们可以通过调节RP101改变寿命告警的门限电压,设定补偿电流达到什么程度说明激光器已经老化到要替换的程度。 寿命告警电路如图所示

  22. 实验十、无光告警和寿命告警 五、实验框图 数字信号源模块 输出NRZ码 电/光变换模块

  23. 实验十、无光告警和寿命告警 六、实验步骤 1、无光告警实验 ①关闭实验系统电源。 ②按以下方式用信号连接导线将线连好。点击 查看连线 ③将1310nm光发模块的J100,两位都调到ON状态 ④将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。 ⑤调节1310nm光发模块的RP100、RP102、RP103。分别观察各电阻的电阻值的变化对无光告警指示灯的状态影响。 ⑥关闭系统电源,拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。

  24. 实验十、无光告警和寿命告警 六、实验步骤 2、寿命告警实验 ①关闭电源,按以下方式用信号连接导线将线连好。点击 查看连线 ②将1310nm光发模块的J100,两位都调到ON状态 ③将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。 ④打开系统电源,将数字信源模块第一路的拨码开关U311全拨到OFF状态。这时输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。 ⑤将1310nm光发模块的电位器RP100逆时针旋到最大,RP101(发射端寿命警告门限电压的调节调节旋钮),RP103(自动光功率控制灵敏度的调节旋钮)。分别观察各电阻的电阻值的变化对寿命告警指示灯的状态影响。

  25. 实验十一、光发射机指标测试 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验框图 六、实验步骤

  26. 实验十一、光发射机指标测试 一、实验目的 • 1、了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求; • 2、掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法; • 3、了解数字光发端机的消光比的指标要求; • 4、掌握数字光发端机的消光比的测试方法。 二、实验内容 • 1、测试数字光发端机的平均光功率; • 2、测试数字光发端机的消光比; • 3、绘制数字光发端机的P-I特性曲线。

  27. 实验十一、光发射机指标测试 三、实验仪器 • 1、光纤通信实验系统 1台 • 2、示波器 1台 • 3、光功率计 1部 • 4、万用表 1部 • 5、光纤跳线 1根

  28. 实验十一、光发射机指标测试 四、实验原理 • 1、半导体光源的P-I特性曲线测试 • 半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图所示 ,该特性有一个转折点,相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流),用Ith表示。P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时,应选阈值电流Ith尽可能小,Ith对应P值小,而且没有扭折点的半导体激光器,这样的激光器工作电流小,工作稳定性高,消光比大,而且不易产生光信号失真。且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小,则要求驱动信号太大,给驱动电路带米麻烦:斜率太大,则会山现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。一般用注入电流值来标定阈值条件,也即阈值电流Ith,当输入电流小于Ith时,其输出光为非相干的荧光,类似于LED发出光,当电流大于Ith时 ,则输出光为激光,且输入电流和输出光功率成线性关系,该实验就是对该线性关系进行测量,以验证P-I的线性关系。

  29. 实验十一、光发射机指标测试 四、实验原理 2、消光比(EXT)的测试 消光比定义为: 式中P00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。从P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念,当输入信号为“0”时,光源的输出光功率为P00,它将由直流偏置电流Ib来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声,将降低光接收机的灵敏度。因此,从接收机角度考虑,希望消光比越小越好。但是当Ib减小时,光源的输出功率将降低,同时,还会对光源的其他特性产生不良影响,因此一般取Ib=(0.7~0.9)Ith。在此范围内,能比较好地处理消光比与其他指标之间的矛盾。考虑各种因素的影响,一般要求发送机的消光比不超过0.1。消光比对光接收机灵敏度的影响如图 。

  30. 实验十一、光发射机指标测试 四、实验原理 • 3、平均光功率 • 光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时,发送端输出的光功率值。ITU-U在规范标准光接口时,为使成本最佳,同时适应运行条件变化,并考虑了活动连接器的磨损、制造和测量容差以及老化因素的影响后,给出了一个允许的范围。其中比较重要的激光器劣化机理是有源层的劣化和横向漏电流的增加所导致的激励电流增加以及光谱特性随时间的变化。通常,光发送机的发送功率需要有1~1.5dB的富余度。

  31. 实验十一、光发射机指标测试 五、实验框图 1、光发射机P-I特性曲线的测量 2、消光比(EXT)的测量 数字信号源模块 输出NRZ码 电/光变换模块 光功率计 3、平均光功率的测试 电/光变换模块 NRZ码(PN序列) 光功率计

  32. 实验十一、光发射机指标测试 六、实验步骤(1) 1、光发射机P-I特性曲线的测量 ①关闭系统电源。点击 查看实验连线; • ②用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计; • ③将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态,第二位拨到OFF状态; • ④将1310nm光发模块的J101设置为“数字” • ⑤ 打开系统电源。将数字信号源输第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态,即输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”; • ⑥用万用表测量R101两端的电压(测量方法:先将万用表打到电压档,然后将红表笔插入TP101,黑表笔插入TP100)。读出万用表读数U,代入公式I=U/R,其中R=51Ω, 读出光功率记读数P; • ⑦调节RP100,重复步骤5,将测得的参数整理绘制P-I特性曲线。

  33. 实验十一、光发射机指标测试 六、实验步骤(2) • 2、消光比的测量 • ①关闭系统电源。点击 查看实验连线; • ②用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计; • ③将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态,第二位拨到OFF状态,将J101设置为“数字”,将RP100逆时针旋到最大; • ④打开系统电源。将数字信号源输第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态,使输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”测得此时光发端机输出的光功率为P11; • ⑤将拨码开关U311全部拨向ON端(发光二极管全灭),使输入到1310nm数字发光模块的信号始终为“0”,测得此时光发端机输出的光功率为P00。代入公式 ,即得光发端机消光比。

  34. 实验十一、光发射机指标测试 六、实验步骤(3) • 3、平均光功率的测试 • ①关闭系统电源。点击 查看实验连线; • ②光用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计; • ③将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态,第二位拨到OFF状态,将RP100向逆时针旋到最大,J101设置为“数字”; • ④打开系统电源。此时光功率计的读数,即为光发端机的平均光功率; • ⑤做完实验后关掉系统电源,拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。

  35. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验框图 六、实验步骤 七、实验结果

  36. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 一、实验目的 • 1、了解光收端机灵敏度的指标要求; • 2、掌握光收端机灵敏度的测试方法。 二、实验内容 • 1、测试光收端机的灵敏度; • 2、用示波器观察眼图。

  37. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 三、实验仪器 • 1、光纤通信实验系统 1台 • 2、示波器 1台 • 3、光功率计 1台 • 4、万用表 1部 • 5、光纤跳线 1根 • 6、误码仪 1台

  38. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 四、实验原理 • 1、光接收机原理 • 光接收机是把光纤送来的光信号变换为电信号,经过均衡放大,箝位,电位调整,整形后,送出相应的模拟或数字信号,如框图 。 • 光电检测器的功能是把光信号转换为电信号,以实现电的放大。光接收机的主要质量指标就是接收机的灵敏度。所谓接收机灵敏度就是在保证特定的误码率(如 )条件下所需的最小输入光功率。一般输入光功率(即接收光功率)是指整个码流平均的光功率。如图 D104是光电探测器,光电检测器的功能是把光信号转换为电信号,以实现电的放大。 • 预放大由Q107完成,预放大电路是光接收机的关键器件之一,它直接影响接收机的灵敏度。预放大电路着重保持优良的信噪比,将来自光电检测器的微弱电信号进行放大。主放大器是由Q111完成的。判决电路是由U104完成的,U104是采用的比较器LM319。其中判决门限是由电位器RP107调整的。如图 所示。

  39. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 四、实验原理 • 2、灵敏度 • 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: • ⑴、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。因此,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。 • ⑵、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。 • ⑶、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。

  40. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 四、实验原理 • 3、眼图原理 • 眼图是在同步状态下,各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的动态波形图,其形状类似一个眼睛故名眼图,它是用于观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。 • 实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反应。眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力,水平张开度反映过门限失真量的大小。眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响,当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响,因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。 • 如图 所示,其中,垂直张开度 ,水平张开度 • 眼图观测的波形如图 所示。

  41. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 五、实验框图 1、光接收机灵敏测量。 光/电变换 模块 电/光变换 模块 收数据 发数据 误码仪 收时钟 发时钟

  42. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 五、实验框图 2、眼图观测。 光/电变换模块 眼图观测模块 电/光变换模块 NRZ码(PN序列) 示波器

  43. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 六、实验步骤 • 1、光接收机灵敏测量 • ①关闭系统电源。点击 查看实验连线。将误码仪的“发数据”端和1310nm光发模块数字发送端P101用信号连接线连接; • ②将误码仪的“发时钟”端和“收时钟”端用信号连接线连接。用光纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块; • ③将误码仪的“收数据”端和1310nm光收模块数字信号输出端P107用信号连接线连接; • ④将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态,第二位拨到OFF状态。将开关J101的短路塞调整到数字传输端,将RP100逆时针旋到最大。将1310nm光收模块的电位器RP108逆时针旋到最大,RP106顺时针旋到最大;

  44. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 六、实验步骤 • ⑤打开误码分析仪的电源开关,将误码分析仪的“速率”设为2048K,“图案”设为 -1,“接口”设为“TTL”,“显示”设为“误码率”; • ⑥调节1310nm光收端电位器RP107,使得误码仪的“失步”、“错码”、“无时钟”、“无数据”这四个指示灯全部不亮; • ⑦慢慢顺时针旋转RP100,当刚出现误码仪的“错码”指示灯闪烁时,关闭系统电源。 • ⑧将1310nm光收模块的光纤跳线改接为1310nm光发模块和光功率计。打开系统电源,测量并记录光功率Pmin,Pmin即为1310nm光接收机的灵敏度。

  45. 实验十三、接收机指标测量及眼图观测 六、实验步骤 • 2、眼图观测 • ①关闭系统电源。点击 查看实验连线; • ②用光纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块; • ③将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON,第二位拨到OFF,RP100逆时针旋到最大,J101设置为“数字”; • ④将1310nm光收模块的RP106顺时针旋到最大,RP108逆时针旋到最大。 • ⑤打开系统电源,用示波器观察1310nm光发模块的TP103和1310nm光收模块的TP109。调节1310nm光收端的RP107得到最佳数字信号; • ⑥用示波器观测TP404和TP719并且用TP719触发。调节示波器的触发电平和触发释抑得到眼图,调整眼图观测模块的手调电位器RP401观察眼图张开、闭合的现象。 • ⑦记录眼图的波形,测出V1、V2、t1和t2,计算出眼图的垂直张开度和水平张开度。点击 查看实验结果

  46. 实验十四 模拟信号光纤传输系统 实验十五 电话语音光纤传输系统 实验十六 图像光纤传输系统 四.模拟信号光纤传输系统

  47. 实验十四、模拟信号光纤传输 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、实验框图 六、实验步骤 七、实验结果

  48. 实验十四、模拟信号光纤传输 一、实验目的 • 1、了解模拟信号光纤系统的通信原理; • 2、了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构; • 3、掌握各种模拟信号的传输机理。 二、实验内容 通过不同频率的正弦信号、方波信号、三角波进行光传输实验。

  49. 实验十四、模拟信号光纤传输 三、实验仪器 • 1、光纤通信实验系统 1台 • 2、示波器 1台 • 3、光纤跳线 1根

  50. 实验十四、模拟信号光纤传输 四、实验原理 1、信号源产生原理 本实验中将模拟信号源输出的正弦波、三角波、方波信号通过光纤进行传输。点击 查看模拟信号源的电路图: 图中P400是输入的方波信号,输入的方波信号有两种频率可选1k、2k。P401是三角波的输出端,P410是正弦波的输出端。 模拟信号也可以通过PCM编码后变成数字信号。然后,再送入光发射模块数字信号端进行传输。接收到信号后再送入PCM译码模块,得到模拟信号。这种传输方法将在后面的实验中进行。