光纖通信實驗箱模擬光發(fā)送調制度m測試實驗怎么做
2020-11-25 19:52
模擬光發(fā)送調制度m測試
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實驗目的
- 了解模擬光發(fā)送機的光源調制度概念
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了解模擬信號調制和數(shù)字信號調制的區(qū)別（結合線路碼型實驗）
2、實驗原理
光纖通信中，首先要解決的就是如何將光信號加載到光源的發(fā)射光束上，即需要進行光調制。調制后的光波經(jīng)過光纖信道送至接收端，由光接收機鑒別出它的變化，再現(xiàn)出原來的信息，這樣過程稱為光解調。調制和解調是光纖通信系統(tǒng)的重要內容。
對光源進行調制的方式有若干種，從光源和調制器之間關系來看，可分為以下兩種。
(1) 光源的直接調制
直接調制是把要傳送的信息轉變?yōu)殡娏餍盘栕⑷?/span>LD或LED，從而獲得相應的光信號，采用的是電源調制方法，內調制方法僅適用于半導體光源（LD和LED）。內調制后的光波電場振幅的平方比例于調制信號，是一種光強度調制(IM)的方法。
(2) 光源的間接調制
間接調制是利用晶體的電光效應、磁光效應、聲光效應等性質來實現(xiàn)對激光輻射的調制，這種調制方法適合于半導體激光器，也適應于其他類型的激光器。
從調制信號的形式來看，光調制又分為模擬信號調制和數(shù)字信號調制。
(1) 模擬信號的直接調制
模擬信號調制是直接用連續(xù)的模擬信號（如話音、電視等信號）對光源進行調制，圖6.1(a)就是對發(fā)光電二極管進行模擬調制原理圖，圖中連續(xù)的模擬信號電流疊加在直流偏置電流上，適當?shù)剡x擇直流偏置電流的大小，可以減小光信號的非線性失真。
圖6.1(b)所示的是一個簡單的模擬信號直接調制電路。當信號從A點輸入后，晶體管放大器集電極電流就跟隨模擬量而變，亦即發(fā)光電二極管LED的注入電流跟隨模擬信號變化，于是LED的輸出光功率就跟隨模擬量變化，這樣實現(xiàn)了對光源的直接調制。從放大器工作原理上看，這個晶體管應該工作在甲類，在B點可進行監(jiān)測。
(a) LED模擬信號調制原理圖 (b) 簡單的LED模擬信號調制電路
圖6.1模擬信號調制
(2) 數(shù)字信號的直接調制
在光纖通信中，數(shù)字調制主要是指PCM編碼調制。脈碼調制是先將連續(xù)的模擬信號通過取樣、量化和編碼，轉換成一組二進制脈沖代碼，用矩形脈沖的有（“1”碼）、無（“0”碼）來表示信號。
一種簡單的LED數(shù)字信號調制電路如圖6.2所示，它是只有一級共發(fā)射極的晶體管調制電路，晶體管用作飽和開關，晶體管的集電極電流就是LED的注入電流。信號由A點接入。“0”碼時晶體三極管不導通；“1”碼時晶體三極管導通，于是注入電流注入到LED管，使得LED管發(fā)光，從而實現(xiàn)了數(shù)字信號調制。
(a)LED數(shù)字調制原理 (b)LED數(shù)字信號直接調制電路
圖6.2 LED數(shù)字信號調制
圖6.3所示為LD數(shù)字調制原理圖以及LD的射極耦合驅動電路。V1、V2組成一個電流開關，數(shù)字電信號Vin從V1的基極輸入，Vb是直流參考電壓施加在V2的基極上。當信號為“0”碼時，V1的基極電位高于V2的基極電位，電流源全部電流流過V1的集電極，LD接在V2上不發(fā)光，故LD不發(fā)光，相當于發(fā)“0”碼。反之，當信號為“1”碼時，V2基極電位高于V1基極電位時，則反過來V2導通，全部電流源電流流過V2的集電極支路，對應于發(fā)一個“1”碼。
(a) LD數(shù)字調制原理 (b) LD數(shù)字信號調制電路
圖6.3 LD數(shù)字信號調制
下面討論模擬光發(fā)送機的光源調制度概念。如果提供一種方法補償器件的非線性，但是高輻射強度的LED和半導體激光器式最合適的模擬應用的光源。在模擬系統(tǒng)中，時變模擬信號s(t)直接調制光源（直流偏置點為
）。設無信號輸入時，輸出光功率為
，則當輸入信號為s(t)時，輸出信號P(t)為：
（公式6.1）其中，m就是調制指數(shù)，它定義為：
（公式6.2） 公式6.2中，對于LED，有
’=
;對于半導體激光器，
’＝ 
－
。參數(shù)∆
是電流相對于偏置點的變化。為了防止輸出信號失真，調制操作必須限制在P-I特性曲線的線性部分。在模擬通信中，m典型值在0.25~0.5之間。3、實驗步驟
對于模擬光發(fā)送機，除了要測量其平均光發(fā)送功率、P-I曲線之外，還需要測量光源的調制度m，其測量基礎是依據(jù)P-I曲線的測量。
測試框圖如圖6.4所示：
圖6.4 模擬光發(fā)送調制度測試框圖
具體測量步驟如下：（按照系統(tǒng)調試基礎，將A通道調好）
- 選擇光發(fā)送模塊A，KP102推向“模擬”，此時即選擇模擬光發(fā)送機。平臺加電后，通過鍵盤選擇“正弦”信號輸出，此時在TP101處應該可以測到正弦波信號。
- 調試模擬光發(fā)送機，調電阻RP401，使得TP101的信號幅度達到最大又不失真，然后通過測試點TP103觀測晶體管的輸出波形（若失真調RP101）。
-
同時觀察光接收模塊A處的測試點TP104(即經(jīng)過接收端光電轉換后的波形，此處用電的波形代替光輸出波形)，直至波形發(fā)生失真為止。
注意：調節(jié)可變電阻RP102和RP103，可以觀察到信號波形的失真與線性，有時可以發(fā)現(xiàn)TP103信號的波形無失真，而接受端光電轉換后卻出現(xiàn)了略微的失真，其原因在于LED光源自身的線性和直流工作點。此外，調節(jié)這些電阻時，一定要保證三極管均工作在線性放大狀態(tài)。模擬光發(fā)送機調試相對復雜，需要大家耐心調試。
DB-SD19 光纖通信實驗箱
DB-SD19光纖通信實驗箱是我公司根據(jù)光纖通信原理、光纖光學、光通信器件與系統(tǒng)的相關課程新開發(fā)的教學實驗儀器，是學生了解光纖通信原理、系統(tǒng)、器件、測試方法的理想實驗儀器。該儀器緊密結合現(xiàn)代光纖通信的實際，充分體現(xiàn)光纖通信的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，是學生理論結合實際的最佳選擇。
光纖通信實驗箱可用于通信專業(yè)、光電子專業(yè)、光學專業(yè)、電子專業(yè)、物理專業(yè)以及其它相關專業(yè)等的實驗教學，讓學生了解光通信原理，奠定今后繼續(xù)學習與工作的基礎。
一、系統(tǒng)特點
1、一套真正體現(xiàn)光纖通信原理的實驗箱
2、提供一個完整的光纖通信系統(tǒng)原理示范性教學與實驗平臺
3、涉及光纖通信系統(tǒng)基本工作原理、器件特性測試
4、以實驗者為主體的設計理念，高的性價比，豐富的實驗內容
5、提供豐富的光學接口與擴展功能
6、著重于學生動手能力的培養(yǎng)
7、緊密聯(lián)系當前光纖通信發(fā)展趨勢，學用結合。
二、系統(tǒng)詳細組成
1、采用高性能單片機89C52作為系統(tǒng)控制器，4×4鍵盤矩陣實現(xiàn)工作狀態(tài)設置，以LCD192×64實現(xiàn)工作狀態(tài)和參數(shù)的顯示。
2、設計1310nm和1550nm光發(fā)送單元各1個，均有模擬和數(shù)字切換開關2個，可以發(fā)送模擬和數(shù)字信號。
3、設計光接收單元2個，各有模擬和數(shù)字切換開關1個，同時有功能切換開關和跳線器等可以接收模擬和數(shù)字信號。
4、設計2個電話接口，有模擬和數(shù)字切換開關，實現(xiàn)語音電話光纖傳輸。
5、有2路RS232電平轉換電路和RS232標準接口，實現(xiàn)計算機和MODEM間的數(shù)據(jù)傳輸。
6、設計一個1×2單模光分路器，可以實現(xiàn)光信號的1輸入2輸出。
7、采用CPLD器件EPM7128和串行數(shù)模轉換器TLC5620，以及模擬開關設計多種模擬信號產(chǎn)生電路，有三角波、正弦波和鋸齒波。
8、以24.576MHZ有源時鐘用CPLD器件EPM7064實現(xiàn)時鐘分頻，產(chǎn)生多路數(shù)字信號，有方波、CMI、2M偽隨機碼系列。
9、采用CPLD器件EPM7128設計誤碼檢測電路，實現(xiàn)誤碼檢測和產(chǎn)生HDB3碼。
10、有鎖相環(huán)電路單元，用來實現(xiàn)與其它信號相位同步。
11、設計有2M輸入/輸出接口電路。
12、系統(tǒng)板電源模塊:輸入交流220V/50HZ，輸出±12V/1A、±5V/1A。
13、機箱：堅固型鋁合金框架，厚實的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×120mm。
三、實驗內容
1、光纖跳線的識別實驗（多模，單模）
2、光纖的幾何光學特性：纖芯、包層、涂覆層結構的觀察
3、光纖損耗測試
4、模式濾除實驗
5、光源的P-I特性曲線測試
6、模擬光發(fā)送機的調制度
7、數(shù)字光發(fā)送機的平均光功率
8、數(shù)字光發(fā)送機的消光比
9、光線路碼實驗
10、數(shù)字光接收機的時鐘
11、光接收機靈敏度測試
12、動態(tài)范圍測試
13、模擬光接收機的非線性失真實驗
14、接收機的暗電流測試
15、光纖連接器的型號識別和使用注意事項
16、光纖適配器型號識別和使用注意事項
17、光纖連接器的活動連接實驗
18、光纖連接器的插損測試、回損測試
19、光源與光纖耦合方法實驗
20、光纖分束器件特性與參數(shù)測試實驗
21、光耦合器實驗
22、WDM器件的串擾、隔離度、中心波長、帶寬實驗；
23、WDM器件的合波分波實驗
24、光衰減器衰減特性
25、模擬話音光傳輸實驗
26、模擬話音PCM光纖傳輸
27、計算機數(shù)據(jù)光纖傳輸
28、2M數(shù)字光傳輸實驗
29、圖像光纖傳輸實驗
30、點到多點的光纖通信實驗
31、波分復用光纖傳輸
四、實驗箱配置
| 序號 | 設備名稱 | 型 號 | 備 注 |
| 1 | 光纖通信實驗箱 | DB-SD19 | 每組一臺 |
|
出廠 附件 |
DB-SD19實驗指導書 | 1本 | |
| 電源線1.5m | 1根 | ||
| 2號實驗導線 | 10根 | ||
| 保修卡、合格證 | 1套 | ||
| 以下是外配部件（價格另行計算） | |||
| 1 | 20MHz雙蹤示波器 | 1臺 | |
| 2 | 攝像頭 | 1個 | |
| 3 | 5寸監(jiān)視器 | 1臺 | |
| 4 | 波分復用器 | 1個 | |
| 5 | SC/SC適配器 | 1只 | |
| 6 | ST/ST適配器 | 1只 | |
| 7 | FC/PC-SC/PC跳線 | 1根 | |
| 8 | FC/PC-ST/PC跳線 | 1根 | |
| 9 | FC/PC-ST/PC跳線 | 1只 | |
| 10 | 1310/1550光開關 | 1只 | |
| 11 | 可調光衰減器 | 1只 | |
| 12 | ET2000誤碼儀 | 1臺 | |
| 13 | GNS-OPM/A光功率計 | 1臺 | |
| 14 | 電話機 | 2部 | |