《光通信原理與系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.doc

光通信原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)了解光纖損耗的定義2)了解截?cái)喾?、插入法測(cè)量光纖的傳輸損耗 2、實(shí)驗(yàn)原理光纖在波長(zhǎng)處的衰減系數(shù)為()，其含義為單位長(zhǎng)度光纖引起的光功率衰減，單位是dB/km。 當(dāng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí)，10()()lg(/) (0)P LdBkmL P=?（公式1.1）ITU-T G. 650、G.651都規(guī)定截?cái)喾榛鶞?zhǔn)測(cè)量方法，背向散射法（OTDR法）和插入法為替代測(cè)量方法。 本實(shí)驗(yàn)采用插入法測(cè)量光纖的損耗。 （1）截?cái)喾ǎㄆ茐男詼y(cè)量方法）截?cái)喾ㄊ且粋€(gè)直接利用衰減系數(shù)定義的測(cè)量方法。 在不改變注入條件下，分別測(cè)出長(zhǎng)光纖的輸出功率2()P和剪斷后約2m長(zhǎng)度短光纖的輸出功率1()P，按定義計(jì)算出()。 該方法測(cè)試精度最高。 偏置電路注入系統(tǒng)光源濾模器包層模剝除器被測(cè)光纖檢測(cè)器放大器電平測(cè)量圖1.1截?cái)喾ǘúㄩL(zhǎng)衰減測(cè)試系統(tǒng)裝置 （2）插入法插入法原理上類似于截?cái)喾?，只不過用帶活接頭的連接軟線代替短纖進(jìn)行參考測(cè)量，計(jì)算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接受系統(tǒng)之間（參考條件）由于插入被測(cè)光纖引起的功率損耗。 顯然，功率1P、2P的測(cè)量沒有截?cái)喾ㄖ苯樱矣捎谶B接的損耗會(huì)給測(cè)量帶來誤差，精度比截?cái)喾ú钜恍?所以該方法不適用于光纖光纜制造長(zhǎng)度衰減的測(cè)量。 但由于它具有非破壞性不需剪斷和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，用該方法做成的便攜式儀表，非常適用于中繼段長(zhǎng)總衰減的測(cè)量。 圖1.2示出了兩種參考條件下的測(cè)試原理框圖。 2調(diào)制器光源注入系統(tǒng)MF檢測(cè)器測(cè)量系統(tǒng)MF濾模器濾模器1212參考條件包層模剝除器包層模剝除器（a）調(diào)制器光源注入系統(tǒng)檢測(cè)器測(cè)量系統(tǒng)MF參考系統(tǒng)（b）圖1.2典型的插入損耗法測(cè)試裝置圖1.2（a）情況下，首先將注入系統(tǒng)的光纖與接收系統(tǒng)的光纖相連，測(cè)出功率1P然后將待測(cè)光纖連到注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測(cè)出功率2P，則被測(cè)光纖段的總衰減A可由下式給出121210lg()/()()rA PP C CCdB=+?（公式1.2）式中rC、1C、2C分別是在參考條件、實(shí)驗(yàn)條件下光纖輸入端、輸出端連接器的標(biāo)稱平均損耗值（dB）。 圖1.2（b）情況下，首先將參考系統(tǒng)連在注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測(cè)出功率1P，然后如圖（a）一樣，測(cè)出功率2P，則被測(cè)光纖段的總衰減可由下式給出1210lg()/()()A PP dB=（公式1.3）情形（a）中，由于連接器的質(zhì)量可能會(huì)影響測(cè)試精度；情形（b）中，采用了光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行精密耦合，代替了連接器的耦合，可以得到精確的測(cè)量結(jié)果，當(dāng)只需要知道光纖的實(shí)際衰減時(shí)，它比較合適。 當(dāng)被測(cè)光纖段帶有半個(gè)連接器而且需要和其它元件串在一起時(shí)，情形（a）的測(cè)試結(jié)果更有意義。 試驗(yàn)平臺(tái)中我們采用了插入法測(cè)量光纖的損耗，試驗(yàn)框圖如1.3所示3數(shù)字光發(fā)數(shù)字光收RS方波信號(hào)輸入TP102光纖跳線（a）擾模器待測(cè)光纖（b）圖1.3插入損耗測(cè)試框圖 （3）光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）測(cè)試背向散射法是通過光纖中后向散射光信號(hào)來提取光纖衰減及其他信息的，諸如光纖光纜的光學(xué)連續(xù)性、物理缺陷、接頭損耗和光纖長(zhǎng)度等。 它是一種間接地測(cè)量均勻樣品衰減的方法。 下面分析背向散射法的測(cè)量原理。 將光功率為0P，脈沖寬度為0T的窄帶光脈沖注入光纖，由于衰減，在傳輸距離Z之后，光功率()P Z為(/10)0()10ZP Z P?=（公式1.4）式中，是衰減系數(shù)。 由于瑞利散射的作用，在Z處的光功率總有一部分背向散射回光纖輸入端。 Z處的背向散射光功率為(/10)2(/10)()()()10 (0)()10Z ZbsP ZPZ ZPZ?=（公式1.5）式中，()Z是在Z處光纖的瑞利背向散射系數(shù)，定義Z為0()(/2)g RZV TS=（公式1.6）式中，R是瑞利散射系數(shù)；gV是光在光纖中的群速度；S代表背向散射功率與瑞利散射總功率之比，它與光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)（芯徑、相對(duì)折射率差）有關(guān)。 設(shè)0Z=處的背向散射光功率為0 (0) (0)bsP P=（公式1.7）由公式（1.6）和式（1.4），可得0Z之間的平均衰減系數(shù)為 (0)5 (0)lg lg()()bsbsPZ PZ Z=?（公式1.8）4如果光纖軸向不均勻，不是常數(shù)，則公式（1.7）表示的衰減系數(shù)包含了一項(xiàng)與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的待定項(xiàng)，這樣，直接從背向散射曲線上求得的并不能代表實(shí)際的衰減系數(shù)，這也就是該方法的缺點(diǎn)所在。 假定光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)沿軸向均勻時(shí)， (0)()Z=，則0Z間的平均衰減系數(shù)為 (0)5lg()bsbsPZ PZ=（公式1.9）這時(shí)就可以從背向散射曲線求得實(shí)際的平均衰減系數(shù)了。 圖1.4是一個(gè)典型的背向散射法測(cè)試系統(tǒng)框圖。 這里不再介紹各部分的作用和要求。 利用背向散射原理制成的儀表稱為光時(shí)域反射計(jì)，簡(jiǎn)稱OTDR。 圖1.5示出了在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的一條典型OTDR曲線，曲線上A-B間的衰減是1()()2A BA BAV V=?（公式1.10）式中，AV、BV是以對(duì)數(shù)刻度的背向散射功率電平，平均衰減系數(shù)為()2A BA BAV VLL?=（公式1.11）式中，L是待測(cè)光纖的長(zhǎng)度。 若光纖軸向不均勻時(shí)，取從兩端測(cè)量的平均值作為平均衰減系數(shù)，從而消除了公式（1.7）中的待定項(xiàng)。 背向散射法雖屬替代方法，可是它被廣泛的用在光纖光纜的研制、生產(chǎn)以及光通信工程的施工維護(hù)中。 光源光學(xué)系統(tǒng)耦合器件光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)光檢測(cè)器信號(hào)處理器放大器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)示波器圖1.4背向散射法測(cè)試曲線5BVAV圖1.5典型OTDR曲線 3、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)采用插入法測(cè)試光纖的傳輸損耗系數(shù)，如果配置了光時(shí)域反射儀OTDR，則可采用背向散射法。 1）如圖1.3(a)所示，選擇光發(fā)送模塊A，通過開關(guān)KP102選擇數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路，KP101選擇“數(shù)字”。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電并復(fù)位系統(tǒng)后（復(fù)位用來使系統(tǒng)從最初狀態(tài)開始運(yùn)行，復(fù)位鍵按下后，液晶屏上將出現(xiàn)提示“歡迎你”，“請(qǐng)選擇”等字樣，之后便可輸入操作者的選擇），從鍵盤輸入方波，按圖1.3(b)連接好待測(cè)光纖，此時(shí)用光功率計(jì)測(cè)試R點(diǎn)的輸出功率P1，此值定為光纖的入射功率。 2）將R點(diǎn)輸出的光信號(hào)輸入擾模器，經(jīng)過待測(cè)光纖后，測(cè)出光功率P2，光纖的總損耗A=P2-P1(dBm)，然后就可粗略的估算出每公里光纖的損耗值。 注此實(shí)驗(yàn)的開設(shè)必須具備擾模器和2公里以上的光纖（需另外配置）實(shí)驗(yàn)記錄功率大小實(shí)驗(yàn)次數(shù)1()P2()PA()123456實(shí)驗(yàn)二數(shù)字光發(fā)射機(jī)消光比測(cè)試 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈹?shù)字光發(fā)送端機(jī)的消光比的定義及其測(cè)試方法。 2、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I b略小于閾值電流I th。 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（瑩光）。 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。 I0PIPtII1P0P1tI mI b圖2.1LD的P-I特性曲線和調(diào)制波形在這里我們采用了一種簡(jiǎn)便的說法。 實(shí)際上更嚴(yán)格的說法是電信號(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)試原理是分別測(cè)出電信號(hào)全“1”碼輸入時(shí)光發(fā)送機(jī)的發(fā)光功率11P與電信號(hào)全“0”碼輸入時(shí)光發(fā)送機(jī)的發(fā)光功率00P，消光比計(jì)算公式為0011PPEXT（公式2.1）此外，消光比還有以下的表示公式0011PPEXT lgdB10（）（公式2.2）在本實(shí)驗(yàn)中，11P可這樣測(cè)出，在鍵盤上選擇RS232輸入（RS232接口不接信號(hào)），即對(duì)應(yīng)輸入數(shù)字信號(hào)全部為1的時(shí)候的光功率；然后選擇信號(hào)源輸入方波信號(hào)（占空比50%），與測(cè)試平均發(fā)送光功率時(shí)相同，由于“0”碼和“1”碼概率相等，因此此時(shí)測(cè)出的功率10P(11P+00P)/2，從測(cè)得的11P和10P可推算出00P，即可計(jì)算消光比。 73、實(shí)驗(yàn)步驟消光比的測(cè)試框圖如圖2.2所示,具體的測(cè)試步驟如下圖2.2數(shù)字光發(fā)送機(jī)消光比測(cè)試框圖1）選擇光發(fā)模塊A，KP101和KP102選擇數(shù)字檔。 2）鍵盤選擇輸入RS232信號(hào)且RS232接口不施加信號(hào)，此時(shí)將光功率計(jì)和光收模塊A之間通過光纖跳線連接起來，測(cè)得的光功率即為11P。 3）復(fù)位系統(tǒng)，鍵盤選擇輸入方波信號(hào)，測(cè)得的光功率即為10P(11P+00P)/2。 4）從測(cè)得的11P和10P可推算出00P。 5）按照計(jì)算公式(2.1)計(jì)算消光比。 8實(shí)驗(yàn)三光接收機(jī)靈敏度測(cè)試 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）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。 2、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)接受微弱信號(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。 一般來講，接收機(jī)要求的誤碼率越小，則靈敏度越低，即要求接受的光功率越大，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)所能接受的最小光功率。 靈敏度指的時(shí)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來表示，它表示以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min P，則靈敏度可以表示為RP10lgmWP1min(dBm)(公式3.1)例如，當(dāng)RP-60bBm時(shí)，其最小平均光功率就是109?W，min P越小，接收機(jī)的靈敏度就越高。 圖3.1數(shù)字光收接口指標(biāo)測(cè)試框圖9光接收機(jī)靈敏度測(cè)試框圖如3.1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（21N?）。 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min P，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ebmPf t=(公式3.2)公式（11.2）中m是誤碼個(gè)數(shù)，bf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，即式中沒m=1時(shí)所需要的測(cè)試時(shí)間，它可以表示為1b etfP=(公式3.3)由公式11.3可見，最小測(cè)試時(shí)間與碼速和誤碼率均有關(guān)，各類系統(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3.1靈敏度測(cè)試的最小時(shí)間碼速誤碼率2M8M34M140M910?8min2min29.1sec7.14sec1010?5min1.2min1110?50min1min應(yīng)該指出，t是要求某一誤碼率時(shí)。 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。 3、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)首先將設(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1uS，電壓量程檔選在2V檔。 2）將光發(fā)單元A的功能開關(guān)KP101和KP102撥向數(shù)字端，將光收單元A的功能開關(guān)KP103置數(shù)字端、KP104置PN AGC端，功能選擇插座XP105上的兩個(gè)10短路插銷分別插入PN OUT與PN AGC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)單元A的接地端GND，測(cè)試端接TP102此時(shí)可看見清晰的PN序列信號(hào)波形，示波器CH2檢測(cè)棒接地端接光收單元A的接地端GND測(cè)試端接TP107,重點(diǎn)調(diào)整RP 107、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1.5V0.5V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(3.1)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P R。 6）如果實(shí)驗(yàn)室沒有配備光衰減器，可以通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的電路衰減器來模擬光路衰減。 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，但可以通過液晶屏幕顯示的誤碼個(gè)數(shù)定義誤碼率，比如說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的標(biāo)準(zhǔn)，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。 11實(shí)驗(yàn)四模擬話音光傳輸實(shí)驗(yàn) 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)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。 2、實(shí)驗(yàn)原理語音電話光纖傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖見圖4.1所示。 光纖圖4.1模擬電話光纖傳輸示意圖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)，它沒有經(jīng)過任何調(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。 一般來說，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)來說，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是一種有閾值的發(fā)光器件，閾值隨環(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)境的模擬電話發(fā)送電路發(fā)信號(hào)處理單元光發(fā)端機(jī)光收端機(jī)收信號(hào)處理單元模擬電話接收電路CPU中央處理單元12變化較遲鈍，一般都不需要加ATC和APC電路來恒定光功率，電路簡(jiǎn)單、成本低。 因此，從電子線路的復(fù)雜性來說采用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，可以略去不記。 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)來說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LED光源比LD光源要好。 模擬光接收機(jī)的要求 （1）信噪比要高 （2）頻帶要寬 （3）幅度特性要好。 光通信中常用的檢測(cè)器件有PIN管和APD兩種。 PIN管需較低的偏壓（10-20V）就可正常工作，因而不需要復(fù)雜的偏壓控制電路，電路簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)是PIN管沒有內(nèi)增益。 APD需要較高的偏壓（幾十V到200V）才能正常工作，它的增益特性隨環(huán)境變化較嚴(yán)重，一般都要采用偏壓控制電路以維持增益不變。 但APD具有10-200的雪崩增益，可使信噪比得到改善。 在模擬基帶直接強(qiáng)度調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)中，為使電路簡(jiǎn)單，檢測(cè)器一般采用PIN管。 前置放大器的作用是把光檢測(cè)器的微弱信號(hào)放大，前置輸入的信號(hào)是全系統(tǒng)中最低的，所以前放決定全系統(tǒng)的信噪比，同時(shí)前放也決定系統(tǒng)的靈敏度。 主放的功能是把前放輸出的信號(hào)進(jìn)行高倍的放大，放大到系統(tǒng)需要的適合電平。 由于主放是一個(gè)寬頻放大器，很容易產(chǎn)生自激，必須設(shè)計(jì)良好的電源去耦合電路以防主放自激。 模擬系統(tǒng)要求信號(hào)的信噪比高，信號(hào)非線性失真小，這可以在輸入測(cè)試點(diǎn)TP101和輸出測(cè)試點(diǎn)TP106做測(cè)試，將TP404和輸出測(cè)試點(diǎn)TP705送入雙蹤示波器的2個(gè)通道(CHA、CHB)、可以先測(cè)方波信號(hào)，然后送入三角波，再送入正弦波信號(hào)，最后送入模擬話音信號(hào)，并通過雙方的通話來判斷模擬系統(tǒng)的性能，若要精確測(cè)試可以用話路特性測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。 3、實(shí)驗(yàn)儀器光纖通信實(shí)驗(yàn)箱、雙蹤示波器、光功率計(jì)、萬用表 4、實(shí)驗(yàn)步驟（按照“系統(tǒng)調(diào)試基礎(chǔ)”將通道調(diào)好）1）將鍵盤功能鍵選擇為“模擬電話”并確定。 2）光發(fā)單元A的功能開關(guān)KP102撥向模擬端，光發(fā)單元B的功能開關(guān)KP 201、KP203撥向模擬端，P202的短路帽插入“模擬電話”功能位，光收單元A的KP103撥向模擬電話端，XP105的短路帽插入模擬電話功能位，光收單元B的KP204撥向“模/數(shù)”端，KP205撥向模擬端，XP206的短路帽插入模擬電話功能。 3）電話接口電路單元A、B的功能開關(guān)KP 901、KP902均撥向“模擬”端,電話插口XS 901、XS902分別插入話機(jī)提起話筒按撥號(hào)鍵雙方都應(yīng)聽見清晰的撥號(hào)音和通話聲。 （前提是在發(fā)送接收的兩通道都調(diào)試一致）4）用示波器在線路中TP101處觀察模擬語音的波形變化，比較講話聲音大或小時(shí)所測(cè)得的波形的變化。 5)如果是正弦波或三角波或鋸齒波等模擬波形，觀察模擬信號(hào)經(jīng)過傳輸后的波形變化，測(cè)量TP101。 13實(shí)驗(yàn)五計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)光纖傳輸實(shí)驗(yàn) 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信基本知識(shí)2)掌握計(jì)算機(jī)串口通信光纖傳輸系統(tǒng)組成3)進(jìn)一步理解CMI碼型在光纖通信系統(tǒng)中的作用 2、實(shí)驗(yàn)原理隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量已經(jīng)接近于傳統(tǒng)的語音與圖像傳輸。 計(jì)算機(jī)是該網(wǎng)絡(luò)中一種重要的信息終端，每臺(tái)主機(jī)都通過各種接口與外界進(jìn)行信息的交流。 計(jì)算機(jī)對(duì)外的接口中按照傳輸方式來分，不外乎串行通信接口和并行通信接口兩種。 串行通信是在單根導(dǎo)線上將二進(jìn)制數(shù)一位一位地順序傳送。 它與并行信息相比，雖然速度低，但對(duì)遠(yuǎn)距離傳送來說，可節(jié)省大量的線路成本。 如串口（RS232）、網(wǎng)絡(luò)接口（RJ45）和通用串行總線（USB）等都是采用串行通信方式的接口。 串行通信適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，如果能將接口信號(hào)引上光路，那么可以進(jìn)一步增大傳輸?shù)木嚯x。 集成串行發(fā)送器/接受器的輸出信號(hào)（如MCS51的TXD線）通常為TTL電平（典型值為3伏左右），它不適合遠(yuǎn)距離傳輸。 在早期人們?yōu)榻柚娫捑W(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計(jì)制造了調(diào)制解調(diào)器（MODEM），為此就需要有關(guān)數(shù)據(jù)終端（如計(jì)算機(jī)）與MODEM之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，EIA RS232C標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)時(shí)就是為此目的而產(chǎn)生的。 目前RS232C已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（如微機(jī)）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（如MODEM）的接口標(biāo)準(zhǔn)，不僅在遠(yuǎn)距離通信中要經(jīng)常用到它，就是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間的近距離串行連接也普遍采用RS232C接口。 EIA RS232C規(guī)定了一個(gè)25腳針狀的連接器，實(shí)際只用了21個(gè)引腳，這些引腳信號(hào)見表5.1。 表5.1RS-232-C引腳信號(hào)引腳號(hào)電路方向說明1AA保護(hù)地2BA終端到MODEM發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）3BB MODEM到終端接受數(shù)據(jù)（RXD）4CA終端到MODEM請(qǐng)求發(fā)送（RTS）5CB MODEM到終端清除發(fā)送（CTS）6CC MODEM到終端數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備號(hào)（DSR）7AB信號(hào)地（GND）8CF MODEM到終端載波檢測(cè)（DCD）9為測(cè)試保留10為測(cè)試保留11未指定12SCF MODEM到終端輔助接收線路信號(hào)檢測(cè)13SCB終端到MODEM輔助信道清除發(fā)送14SBA終端到MODEM輔助信道發(fā)送數(shù)據(jù)15DA MODEM到終端終端發(fā)送器時(shí)鐘16SBB MODEM到終端輔助信道接收數(shù)據(jù)1417DD MODEM到終端調(diào)制解調(diào)器接收時(shí)鐘18未定義19SCA終端到MODEM輔助信道請(qǐng)求發(fā)送20CD終端到MODEM數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（DTR）21C MODEM到終端信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)22CE終端到MODEM呼叫指示（RI）23CH CI終端到MODEM或MODEM到終端數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇24DA終端到MODEM終端發(fā)送器時(shí)鐘25未定義盡管表中的信號(hào)很多，但在機(jī)算計(jì)和調(diào)制解調(diào)器的連接中通常僅用9個(gè)信號(hào)，如圖5.1所示。 TXDRTSRXDDSRCTSDCDRIGNDDTR2345678456782322202022終端計(jì)算機(jī)MODEM圖5.1RS232接口的典型連接圖下面對(duì)它們做一些簡(jiǎn)單介紹TXD，RXD分別為發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)線。 TXD即是計(jì)算機(jī)終端的輸出，又是調(diào)制解調(diào)器MODEM的輸入；對(duì)RXD而言，則正好相反。 RTS，CTS其中RTS為請(qǐng)求發(fā)送，而CTS為清除發(fā)送，它們涉及半雙工通信。 當(dāng)有字符發(fā)送時(shí)，終端用RTS信號(hào)通知MODEM，當(dāng)MODEM可以接收DTE的數(shù)據(jù)而向傳輸線發(fā)送時(shí)就用CTS信號(hào)應(yīng)答終端，此時(shí)發(fā)送才可開始。 當(dāng)進(jìn)行全雙工通信時(shí)，RTS和CTS線應(yīng)保持恒定的接通電平。 DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好。 通常當(dāng)終端/計(jì)算機(jī)一加電，該信號(hào)就有效，表明終端/計(jì)算機(jī)可用。 DSR數(shù)據(jù)（通信）裝置準(zhǔn)備好。 通常表示調(diào)制解調(diào)器MODEM已連到通信線路上，而且不是處于測(cè)試方式或斷開狀態(tài)。 DCD載波檢測(cè)。 當(dāng)遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器接受到正確的載波信號(hào)時(shí)，調(diào)制解調(diào)器向DTE發(fā)信號(hào)。 DTE和MODEM在傳送數(shù)據(jù)之前需要先收到DCD信號(hào)，在傳輸過程中DCD信號(hào)也應(yīng)保持接通不變。 RI振鈴指示。 在自動(dòng)應(yīng)答調(diào)制解調(diào)器中用它來指示MODEM正收到一個(gè)電話振鈴信號(hào)。 GND信號(hào)地。 它是其它信號(hào)的公共參考點(diǎn)。 RS232C除了規(guī)定連接信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)外，還規(guī)定了信號(hào)電平，即常說的RS23215電平。 對(duì)TXD和RXD線如下傳號(hào)MARK狀態(tài)電平為-15-5V；空號(hào)SPACE狀態(tài)電平為515V。 控制信號(hào)的接通電平規(guī)定為515V，而斷開電平是-15-5V。 需要說明，PC機(jī)種已用9芯針狀連接器取代25芯針狀連接器。 在我們的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)種，采用了圖5.2所示的方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)間的通信。 由于串口輸出信號(hào)為RS232電平，而進(jìn)入光發(fā)送模塊所需的電平為TTL，在方案種采用電平轉(zhuǎn)換器件MAX232CPE進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后的信號(hào)可以直接由光發(fā)送模塊送上光路。 串口中，TXD和RXD是分開的，即采用單工傳送方式，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中用兩對(duì)光收發(fā)模塊來實(shí)現(xiàn)主機(jī)與終端間串行數(shù)據(jù)的傳輸。 對(duì)于其它與建立連接有關(guān)的狀態(tài)信號(hào)，則采用本端環(huán)回的措施以“欺騙”主機(jī)與外設(shè)連接已建立。 TXDRTSRXDDCDCTSDSRGNDDTR234582045820327667終端計(jì)算機(jī)終端計(jì)算機(jī)RXDRTSTXDDCDCTSDSRDTR電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換光發(fā)模塊光發(fā)模塊光收模塊光收模塊圖5.2RS232和光纖的互連 3、實(shí)驗(yàn)步驟1)將鍵盤功能鍵選擇為“RS232”并確定。 2）收發(fā)單元的功能選擇開關(guān)均置數(shù)字端，KP104置PN OUT端，功能選擇插座均選RS232,XP105的兩個(gè)短路塊選插PN OUT和RS232端，串行接口電路單元的XS 801、XS802插座插入串口線并與計(jì)算機(jī)接通。 3）光收單元“A、B”的TP 107、TP208的直流電位為2V，分別調(diào)整RP 108、RP208。 信號(hào)傳輸電平的調(diào)整A單元可調(diào)RP107,B單元可調(diào)RP207。 打開兩臺(tái)相互通訊的計(jì)算機(jī)附件中通訊欄中的超級(jí)終端，設(shè)置好通訊串口連接端，便可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 4）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電后，復(fù)位系統(tǒng)并選擇RS232，打開主機(jī)中的串口調(diào)試程序，然后互相發(fā)送一個(gè)文本文件，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)主機(jī)能夠接收到對(duì)方發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。 傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生誤碼，此時(shí)需要調(diào)節(jié)光接收單元的放大器MAX435的輸入和輸出，最重要的是調(diào)節(jié)可變電阻RP108和RP208使得輸出信號(hào)直流電平高于“GND”的電平。 測(cè)試點(diǎn)TP802至TP805可以探測(cè)到正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的波形，我們可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)串口發(fā)送的數(shù)據(jù)不是連續(xù)的而是間或幾個(gè)脈沖。 16附錄一各測(cè)試點(diǎn)信號(hào)名稱光發(fā)模塊(A)TP101模擬信號(hào)輸入端TP102數(shù)字信號(hào)輸入端TP103LD加載信號(hào)測(cè)量光收模塊(A)TP104輸入端信號(hào)1TP105輸入端信號(hào)2TP106模擬信號(hào)輸出TP107數(shù)字信號(hào)輸出光發(fā)模塊(B)TP201模擬/AV信號(hào)輸入端TP202數(shù)字信號(hào)輸入端TP203LD加載信號(hào)光收模塊(B)TP204輸入信號(hào)1TP205輸入信號(hào)2AV OUT視頻輸出TP207模擬信號(hào)輸出TP208數(shù)字信號(hào)輸出CPU中央處理器TP301CPU時(shí)鐘TP302CPU1/6時(shí)鐘信號(hào)模擬信號(hào)產(chǎn)生電路TP501通過PN和CMI功能鍵切換，可檢測(cè)到PN和CMI信號(hào)誤碼檢測(cè)電路TP60164K同步時(shí)鐘TP602CMI碼TP603NO(無)鎖相環(huán)電路TP7012M復(fù)合PN信號(hào)序列輸入TP702PN2M整行信號(hào)TP703PN2M整形信號(hào)輸入TP704鎖相環(huán)同步時(shí)鐘信號(hào)輸出TP705PN序列輸入TP706同步時(shí)鐘信號(hào)輸出串口電路TP801N801的R1IN TP802N80的T1OUT TP803RS232輸入TP804N802的R1IN TP805N802的T1OUT數(shù)字電話(A)TP901PCM碼輸出TP9028K時(shí)鐘信號(hào)TP9032M時(shí)鐘信號(hào)2M電路2MO1-2M IN2M02-2M OUT17附錄二實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物分布圖光接收電路單元（光接收電路單元（A）GNDGND TP208TP207TP205TP204光接收電路單元（光接收電路單元（B）Rs232數(shù)字電話輸出2M OUT模擬電話輸出XP206AV OUTXS202RP208RP207RP206RP205KP204KP205N202N203N204LED202LCDRP301N302N301CPU中央處理器電路單元CPU中央處理器電路單元TP302TP3011550nmRP103RP102RP101KP101KP102LED101TP103TP102TP01GNDN101光發(fā)送電路單元（A）光發(fā)送電路單元（A）SZZRs232數(shù)字電話輸出CMI2M OUTPN AGC模擬電話輸出PN OUTGND TP107TP106TP105TP104KP104RP104KP103N104N103N102RP108RP107RP106RP105PIN1JZ601N601KP601GND誤碼檢測(cè)電路誤碼檢測(cè)電路TP602TP603LED601JZ501N501KP501GND TP501CPLD數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生電路單元數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生電路單元XS1002XS1001KP1002KP1001N1001T1001N1002GND2M接口電路單元接口電路單元TP601AV OUTPIN2TP1103TP1102TP1101TP1104GNDxs1101V1101V1102K1101N1101LED1104LED1103LED1102LED1101電源輸入電路單元電源輸入電路單元1310nmLED201光發(fā)送電路單元（B）光發(fā)送電路單元（B）XS201AV INXP202RS232IN數(shù)字電話輸入2M IN模擬信號(hào)輸入RP201N201TP203TP202TP201GNDKP201KP203RP203RP202RP201TP901TP902TP901GNDN901KP901N902xs901電話接口電路單元（A）電話接口電路單元（A）N903KP902N904xs902電話接口電路單元（B）電話接口電路單元（B）TP801TP802TP803GND TP804TP805N801N802XS801XS802串行接口電路單元串行接口電路單元液晶顯示器液晶顯示器V701V702TP701TP702TP703GNDTP704TP705TP706N701N702RP701RP702鎖相環(huán)電路單元鎖相環(huán)電路單元C710C702C713C721鍵盤陣列電路單元鍵盤陣列電路單元V301圖2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物的分布圖GNDN404N405N402TP401模擬信號(hào)產(chǎn)生電路單元模擬信號(hào)產(chǎn)生電路單元N401+5V1X2單模光分路器1X2單模光分路器LD2LD12M IN模擬模擬電話數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字AV模擬模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬RP401方波PN CMIRS232PCM模擬電話確