【正文】 例，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。從各種實(shí)用的光線路碼型來(lái)看，考慮了光源器件的特點(diǎn)、光調(diào)制的方便及接收端的簡(jiǎn)易性，幾乎無(wú)例外地采用了單極性碼或者說(shuō)兩電平碼，而極少采用三電平、四電平碼。光通信發(fā)展的初期，著重考慮簡(jiǎn)單易行地監(jiān)測(cè)誤碼方面，因此采用插入奇偶校驗(yàn)位碼型的相對(duì)較多。因?yàn)橐鏉M足上述對(duì)線路碼型的要求是不可能的。但是原ITUT 卻一直沒(méi)有對(duì)光線路碼型制定統(tǒng)一的規(guī)范，而且不打算制定這種規(guī)范。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，直接將四次群復(fù)用設(shè)備送來(lái)的CMI 碼調(diào)制到光器件上，接收端再生還原的CMI 碼直接送給四次群復(fù)用設(shè)備，這樣做無(wú)需電接口和線路碼型的變換/反變換，設(shè)備簡(jiǎn)單。變換后碼率提高了一倍。誤碼監(jiān)測(cè)可以靠檢查C 是否與前面對(duì)應(yīng)碼元互補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)。3．mBICi 碼mBICi 碼是另一類脈沖插入碼，在原始的mB 碼字后，插入1 比特C 碼，它是前面m 比特碼元中第i 位的補(bǔ)碼(i 值從C 碼往前數(shù))。在偶數(shù)時(shí)，若mB 中傳號(hào)個(gè)數(shù)為偶數(shù)，取P 碼為“0”；若mB 傳號(hào)個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則取P 碼為“1”。它的線路碼速只比原始碼速增加20%，而變換、反變換電路也不太復(fù)雜。常見(jiàn)的有1B2B 碼、3B4B 碼、4B6B 碼、5B6B 碼、5B7B 碼和6B8B 碼等等，由于nm 2n 個(gè)nB 碼字中僅有2n 個(gè)與mB 碼字對(duì)應(yīng)，其余不用的nB 碼字稱為禁字。3．觀察CMI 編譯碼的波形。4．掌握CMI 編碼/譯碼原理。2．比較模擬信號(hào)兩種傳輸方式，分析哪種傳輸方法的傳輸效果更好。注意信號(hào)的幅度和頻率。PCM 編譯碼單元 A_TXD 與光發(fā)送數(shù)字信號(hào)輸入端 L_DIN 相連。 2) 把開(kāi)關(guān) S71 撥到右邊(傳輸模擬信號(hào))?，F(xiàn)在使用最多的一種方式是 PCM 編譯碼，對(duì)于 PCM 編譯碼的詳細(xì)資料請(qǐng)參考教材。 三、實(shí)驗(yàn)儀器示波器一臺(tái)、THKEGC2 型實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)、FC/PC 光纖跳線兩根。 2．了解完整的模擬信號(hào)光纖系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1．記錄數(shù)字信號(hào) CMI 編碼后的波形并與原始波形作比較。將 L_CMI_OUT 連接到光發(fā)入端口 L_DIN，并將光接收模塊的輸出端 L_DOUT 用導(dǎo)線連接到 L_CMI_IN進(jìn)行譯碼成原始信號(hào)。 3) 打開(kāi)系統(tǒng)電源，用示波器在光接收模塊的數(shù)字信號(hào)輸出端口 L_DOUT 觀察輸出信號(hào)。用光跳線分別連接 1310nm 的 TX 和 RX 端。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 示波器一臺(tái)、THKEGC2 型實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)、FC/PC 光纖跳線兩根。 2．掌握各種數(shù)字信號(hào)的傳輸特性。 ④ 調(diào)節(jié)光發(fā)送模塊的可調(diào)電位器 W71(輸入信號(hào)衰減調(diào)節(jié))、W73(激光器驅(qū)動(dòng)電流調(diào)節(jié))，觀察光接收端輸出波形的變化。 ④ 調(diào)節(jié)光接收模塊的可調(diào)電位器 W81(放大器增益調(diào)節(jié))或電位器 W82(判決電平調(diào)節(jié))，觀察光接收端輸出波形和占空比的變化。③ 將光跳線的 A 端與光發(fā)送端口的連接器對(duì)接，即：將光跳線小心地插入連接器，在插入在同時(shí)保證光跳線的凸起部分與連接器凹槽完全吻合，然后擰緊固定帽即可； ④ 將光跳線的 B 端與光接收端口的連接器對(duì)接，方法同上。箝位電路的作用是將信號(hào)的底部箝位在由電位器 W82 調(diào)定的電位 E 上，以消除輸入信號(hào)基線漂移。 A3 為前置放大器二，由線性集成放大器 MAX4113 組成，對(duì)應(yīng)于電原理圖中的 U81。一般輸入光功率(即接收光功率)是指整個(gè)碼流平均的光功率，前置放大器提供優(yōu)良的信噪比，將來(lái)自光電檢測(cè)器的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大。光電檢測(cè)前置放大級(jí)： 光電檢測(cè)器的功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 四、基本原理光接收機(jī)是把光纖送來(lái)的光信號(hào)變換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)均衡放大，箝位，電位調(diào)整，整形后，送出相應(yīng)的模擬或數(shù)字信號(hào)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1．了解光接收端機(jī)的功能。4）將J72 短路帽拿掉，串接一個(gè)直流電流表測(cè)量電流Ib。② 取一根FCST 的光跳線，取下其兩端的保護(hù)套。五、實(shí)驗(yàn)步驟以1310nm 光發(fā)端機(jī)(1550nm 光發(fā)端機(jī)與其相同)為例，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。Uin 的低電平，UIb 增大；/Uin 的高電平，使U71A 的輸出為低電平，使U71B 同相端的電位下降，并使U3 下降，Ib 減小，結(jié)果保持Ib 不增大。引入數(shù)字參考信號(hào)的作用是防止控制電路在無(wú)信號(hào)輸入或輸入長(zhǎng)連“0”時(shí)，偏流自動(dòng)增大并使激光器工作，毫無(wú)意義的消耗光能量并造成誤碼，甚至因發(fā)出過(guò)高的直流光而燒毀LD。U71A 的同相輸入端引入直流參考電壓。從而構(gòu)成反饋控制回路。 圖34 LD 閥值和PI 特性隨溫度 圖35 LD PI 特性使用時(shí)間變化的典型曲線 變化的典型曲線自動(dòng)功率控制電路原理圖如圖36 所示。如圖35 所示是一典型的LD 損壞試驗(yàn)的PI曲線，每隔100~200h 測(cè)一條曲線，當(dāng)使用時(shí)間達(dá)1700h 時(shí)，LD 不能連續(xù)使用。R725 用于限制Ib 的最大值，C77 為濾波電容，用來(lái)進(jìn)一步濾除交流分量。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到Ith 時(shí)，輸出功率急增，這時(shí)LD 發(fā)射的是激光。3) 偏置電路因?yàn)長(zhǎng)D 是閥值元件，閥值為Ith，如圖32 所示。激光器LD 的正極接地，負(fù)極經(jīng)電阻R723 接到Q75 的集電極。將U72 輸出的ECL 向負(fù)方向移動(dòng)，以保證驅(qū)動(dòng)電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。圖31 LD 數(shù)字光發(fā)電路原理框圖2．電路原理(見(jiàn)圖36)1) 接口及電平移動(dòng)電路由相應(yīng)電路送來(lái)的NRZ 信碼由數(shù)字信號(hào)輸入端口加入本模塊。B5 為自動(dòng)功率控制電路(APC)，設(shè)置APC 的目的是為了得到穩(wěn)定的光功率輸出。B1是接口及電平移動(dòng)電路，由集成電路U72 等組成。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．學(xué)習(xí)自動(dòng)功率控制電路的工作原理。分別畫(huà)出1310nm 激光器和1550 激光器的PI 曲線，找出規(guī)律并比較其異同點(diǎn)。5）參照上述步驟，測(cè)量1550nm 光端機(jī)的PI 曲線。2）光路部分的連接：用一段短光纖(光跳線)將光功率計(jì)的輸入端連接到“1310nmTX”端，同時(shí)打開(kāi)光功率計(jì)電源開(kāi)關(guān)。圖23半導(dǎo)體激光器PI 曲線示意圖五、實(shí)驗(yàn)步驟以1310nm 光發(fā)端機(jī)(1550nm 光發(fā)端機(jī)與其相同)為例，即實(shí)驗(yàn)箱左邊的模塊。半導(dǎo)體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點(diǎn)，微小的電流變化會(huì)導(dǎo)致光功率輸出變化，是光纖通信中重要的一種光源，激光二極管可以看作為一種光學(xué)振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放入機(jī)制，也即激活介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。PI 特性是選擇半導(dǎo)體激光器的重要依據(jù)。對(duì)于線性度良好的半導(dǎo)體激光器，輸出功率可以表示為：其中這里的量子效率ηint(表征驅(qū)動(dòng)電子通過(guò)受激輻射轉(zhuǎn)化為光子的比例)。半導(dǎo)體激光二極管(LD)或簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體激光器與發(fā)光二極管LED 不同，它通過(guò)受激輻射發(fā)光，是一種閥值器件。電流密度Jth 按下式可決定門限電流。圖21 激光器的功率特性 圖22 激光器的伏安特性閾值條件就是光諧振腔中維持光振蕩的條件。四、基本原理1．半導(dǎo)體激光器的功率特性及伏安特性。2．了解半導(dǎo)體激光器平均輸出光功率與驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系。通過(guò)拔動(dòng)開(kāi)關(guān)改變數(shù)字信號(hào)源的碼型，觀察波形。分別調(diào)節(jié)電位器 W71(輸入模擬信號(hào)衰減)和 WA 1 (增益調(diào)節(jié))使示波器上看到不失真的波形。 ⑥ 取一只連接器，取下其兩端的保護(hù)套；取下兩只波分復(fù)用器單光纖端的保護(hù)套，分別將它們與連接器連接好。② 取一只波分復(fù)用器，取下其雙光纖端的兩根光纖的橡膠保護(hù)套。 六、演示實(shí)驗(yàn)步驟 1．了解雙光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu) 對(duì)照?qǐng)D 11 了解雙光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)及各功能模塊所在區(qū)域。）接入 1310nm 光端機(jī)部分的模擬信號(hào)輸入端口，通過(guò)光發(fā)送器件轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)送，經(jīng)光纖和波分復(fù)用器傳輸后，由 1550nm 光端機(jī)部分光接收器件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)模擬信號(hào)輸出端口輸出，由示波器（監(jiān)視器）顯示。 3．雙光纖通信的波分復(fù)用傳輸以模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)雙向通信的波分復(fù)用傳輸為例，介紹雙光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)箱的特點(diǎn)。 4．包含雙三路固定速率時(shí)分復(fù)用模塊。主要是波長(zhǎng)不一樣。 9）1310nm 波長(zhǎng)光接收模塊 主要完成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，小信號(hào)的檢測(cè)與信號(hào)的恢復(fù)放大等功能。 若再與兩種波長(zhǎng)的光纖收發(fā)模塊結(jié)合可完成二∽八臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的全雙工數(shù)據(jù)通信實(shí)驗(yàn)。頻率(~10KHz)可調(diào)。 4）電話接口模塊 此模塊為獨(dú)立的電話輸入、輸出接口，通過(guò)專用電話接口芯片實(shí)現(xiàn)。 接口參數(shù)：四路輸入數(shù)據(jù)的速率：0~64Kbps 接口類型：RS23NRZ 等。 2） 變速率時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用模塊 復(fù)接模塊：四路串行數(shù)據(jù)輸入接口，一路串行數(shù)據(jù)輸出接口。① 固定速率數(shù)據(jù)信號(hào)源模塊 此模塊產(chǎn)生三路速率為 64K 的單極性不歸零碼(NRZ)，數(shù)據(jù)信號(hào)幀長(zhǎng)為 8 位，其中兩路可作為數(shù)據(jù)信息，每路 8 位，另外 8 位中的 7 位可作為集中插入幀同步碼。完成將三路串行數(shù)據(jù)打包成一路串行數(shù)據(jù)，結(jié)合解復(fù)用模塊及光纖收發(fā)模塊即可完成三路串行數(shù)據(jù)的單光纖傳輸。3．了解雙光纖通信的波分復(fù)用傳輸方法。 2．了解各模塊的功能和作用。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1．了解雙光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)。 2．熟悉雙光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)箱的使用與操作。光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分為左右兩大模塊(兩套光纖發(fā)送接收系統(tǒng))，每一個(gè)模塊中又由許多子模塊組成： 圖 11 雙光纖通信傳輸實(shí)驗(yàn)箱模塊結(jié)構(gòu)圖1．1310nm 光發(fā)送接收系統(tǒng) 1）固定速率時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用模塊 復(fù)接模塊：三路串行數(shù)據(jù)輸入接口，一路串行數(shù)據(jù)輸出接口。接口參數(shù)：三路輸出數(shù)據(jù)的速率：64Kbps 接口類型：NRZ。 ③ 固定速率時(shí)分復(fù)用分接模塊 此模塊將固定速率時(shí)分復(fù)用復(fù)接模塊產(chǎn)生的信號(hào)分接，還原成與固定速率數(shù)據(jù)信號(hào)源模塊拔動(dòng)開(kāi)關(guān)相對(duì)應(yīng)的并行數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)發(fā)光二極管指示。完成將一路串行數(shù)據(jù)還原成四路串行數(shù)據(jù)，配合復(fù)接模塊及光纖收發(fā)模塊即可完成四路串行數(shù)據(jù)的單光纖傳輸。由CPLD(EPM3256)完成。 6）可調(diào)信號(hào)源模塊 此模塊能輸出三種模擬信號(hào)：方波、正弦波、三角波。與變速率時(shí)分復(fù)用/解復(fù)用模塊及光纖收發(fā)模塊結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)自發(fā)自收通信實(shí)驗(yàn)、兩臺(tái)計(jì)算機(jī)、四臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的全雙工數(shù)據(jù)光纖通信實(shí)驗(yàn)。配有視頻專用接口。 2．1550nm 光發(fā)送接收系統(tǒng) 1550nm 光發(fā)送接收系統(tǒng)中的模塊與 1310nm 光發(fā)送接收系統(tǒng)的功能一樣。 3．每個(gè)光端機(jī)自帶數(shù)字信號(hào)源和終端顯示模塊，無(wú)示波器也可觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果。 7．系統(tǒng)自帶兩片 CPLD 芯片，并有下載接口和下載線，可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。圖 12 模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的波分復(fù)用傳輸模擬信號(hào)源（可以是實(shí)驗(yàn)箱自帶的信號(hào)源；也可以采用模擬攝像頭，對(duì)應(yīng)的示波器改為監(jiān)視器。 2．光器件連接時(shí)，注意要用力均勻。 2) 光路部分的連接： ① 取下 1310nm 光發(fā)/光收端口上的紅色橡膠保護(hù)套。⑤ 用同樣的方法將另一只波分復(fù)用器的 1550nm 端與 1550nm 光發(fā)送端口(1550nm TX)的連接器對(duì)接；同樣將波分復(fù)用器的 1310nm 端與 1550nm 光接收端口(1550nm RX)的連接器對(duì)接。調(diào)節(jié)電位器 W73 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，使偏置電流最大。調(diào)節(jié)電位器W81(增益調(diào)節(jié))，使輸出波形與信碼一致。 實(shí)驗(yàn)二 激光器P—I特性曲線測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解半導(dǎo)體激光器的發(fā)光原理。三、實(shí)驗(yàn)儀器示波器一臺(tái)、THKEGC2 型實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)、光功率計(jì)一只、萬(wàn)用表一只、FCST 光跳線一根。激光器的電流與電壓的關(guān)系相似于正向二極管特性，如圖22 所示，由于包含兩個(gè)PN 結(jié)。 為平均增益因子，其值取決于激光器的材料與結(jié)構(gòu)。激光器功率特性的線性程度對(duì)模擬光纖傳輸系數(shù)的非線性失真指標(biāo)影響很大。)，與單模光纖的耦合效率高(約30%~50%)，輻射光譜線窄(A 入=~)，適用于高比特工作，載流子復(fù)合壽命短，能進(jìn)行高速(20GHz)直接調(diào)制，非常適合于作高速遠(yuǎn)距離光纖通信系統(tǒng)的光源。其增大的速率即PI 曲線的斜率，稱為斜率效率。斜率太小，則要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)小，給驅(qū)動(dòng)電路帶來(lái)麻煩：斜率太大，則會(huì)出現(xiàn)光反向噪聲和自動(dòng)光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。在實(shí)驗(yàn)中所用到的半導(dǎo)體激光器輸出波長(zhǎng)分別為1310nm、1550nm，F(xiàn)C 接口。③ 將短路帽J71 撥出，使其處于斷開(kāi)狀態(tài)，在測(cè)量點(diǎn)TP71 和TP72 之間串接一外置的直流電流表。并將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3．掌握自動(dòng)功率控制電路的工作原理。它由BBBBBBB7 組成。B4 為監(jiān)測(cè)電路，采用PIN 二極管對(duì)激光器的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。損壞告警電路由U7Q77 和紅色發(fā)光二極管組成。電阻R77 和R7R75和R79 既是U72 的負(fù)載電阻，又起電平的移動(dòng)作用。2) LD 驅(qū)動(dòng)電路LD 驅(qū)動(dòng)電路由晶體管Q7Q75 組成的耦合電流開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成。反之，當(dāng)輸入Vin 為低電平“0”時(shí)，VSC 為