【正文】 例，即實驗箱左邊的模塊。從各種實用的光線路碼型來看，考慮了光源器件的特點、光調制的方便及接收端的簡易性，幾乎無例外地采用了單極性碼或者說兩電平碼，而極少采用三電平、四電平碼。光通信發(fā)展的初期，著重考慮簡單易行地監(jiān)測誤碼方面，因此采用插入奇偶校驗位碼型的相對較多。因為要全面滿足上述對線路碼型的要求是不可能的。但是原ITUT 卻一直沒有對光線路碼型制定統(tǒng)一的規(guī)范，而且不打算制定這種規(guī)范。除了上述優(yōu)點外，直接將四次群復用設備送來的CMI 碼調制到光器件上，接收端再生還原的CMI 碼直接送給四次群復用設備，這樣做無需電接口和線路碼型的變換/反變換，設備簡單。變換后碼率提高了一倍。誤碼監(jiān)測可以靠檢查C 是否與前面對應碼元互補來實現(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 位的補碼(i 值從C 碼往前數(shù))。在偶數(shù)時，若mB 中傳號個數(shù)為偶數(shù)，取P 碼為“0”；若mB 傳號個數(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雜。常見的有1B2B 碼、3B4B 碼、4B6B 碼、5B6B 碼、5B7B 碼和6B8B 碼等等，由于nm 2n 個nB 碼字中僅有2n 個與mB 碼字對應，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。注意信號的幅度和頻率。PCM 編譯碼單元 A_TXD 與光發(fā)送數(shù)字信號輸入端 L_DIN 相連。 2) 把開關 S71 撥到右邊(傳輸模擬信號)?，F(xiàn)在使用最多的一種方式是 PCM 編譯碼，對于 PCM 編譯碼的詳細資料請參考教材。 三、實驗儀器示波器一臺、THKEGC2 型實驗箱一臺、FC/PC 光纖跳線兩根。 2．了解完整的模擬信號光纖系統(tǒng)的基本結構。 六、實驗報告要求 1．記錄數(shù)字信號 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 用導線連接到 L_CMI_IN進行譯碼成原始信號。 3) 打開系統(tǒng)電源，用示波器在光接收模塊的數(shù)字信號輸出端口 L_DOUT 觀察輸出信號。用光跳線分別連接 1310nm 的 TX 和 RX 端。 三、實驗儀器 示波器一臺、THKEGC2 型實驗箱一臺、FC/PC 光纖跳線兩根。 2．掌握各種數(shù)字信號的傳輸特性。 ④ 調節(jié)光發(fā)送模塊的可調電位器 W71(輸入信號衰減調節(jié))、W73(激光器驅動電流調節(jié))，觀察光接收端輸出波形的變化。 ④ 調節(jié)光接收模塊的可調電位器 W81(放大器增益調節(jié))或電位器 W82(判決電平調節(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)送端口的連接器對接，即：將光跳線小心地插入連接器，在插入在同時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接，方法同上。箝位電路的作用是將信號的底部箝位在由電位器 W82 調定的電位 E 上，以消除輸入信號基線漂移。 A3 為前置放大器二，由線性集成放大器 MAX4113 組成，對應于電原理圖中的 U81。一般輸入光功率(即接收光功率)是指整個碼流平均的光功率，前置放大器提供優(yōu)良的信噪比，將來自光電檢測器的微弱電信號進行放大。光電檢測前置放大級： 光電檢測器的功能是把光信號轉換為電信號。 四、基本原理光接收機是把光纖送來的光信號變換為電信號，經過均衡放大，箝位，電位調整，整形后，送出相應的模擬或數(shù)字信號。一、實驗目的 1．了解光接收端機的功能。4）將J72 短路帽拿掉，串接一個直流電流表測量電流Ib。② 取一根FCST 的光跳線，取下其兩端的保護套。五、實驗步驟以1310nm 光發(fā)端機(1550nm 光發(fā)端機與其相同)為例，即實驗箱左邊的模塊。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，結果保持Ib 不增大。引入數(shù)字參考信號的作用是防止控制電路在無信號輸入或輸入長連“0”時，偏流自動增大并使激光器工作，毫無意義的消耗光能量并造成誤碼，甚至因發(fā)出過高的直流光而燒毀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 特性使用時間變化的典型曲線 變化的典型曲線自動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 損壞試驗的PI曲線，每隔100~200h 測一條曲線，當使用時間達1700h 時，LD 不能連續(xù)使用。R725 用于限制Ib 的最大值，C77 為濾波電容，用來進一步濾除交流分量。當驅動電流達到Ith 時，輸出功率急增，這時LD 發(fā)射的是激光。3) 偏置電路因為LD 是閥值元件，閥值為Ith，如圖32 所示。激光器LD 的正極接地，負極經電阻R723 接到Q75 的集電極。將U72 輸出的ECL 向負方向移動，以保證驅動電路工作在開關狀態(tài)。圖31 LD 數(shù)字光發(fā)電路原理框圖2．電路原理(見圖36)1) 接口及電平移動電路由相應電路送來的NRZ 信碼由數(shù)字信號輸入端口加入本模塊。B5 為自動功率控制電路(APC)，設置APC 的目的是為了得到穩(wěn)定的光功率輸出。B1是接口及電平移動電路，由集成電路U72 等組成。二、實驗內容1．學習自動功率控制電路的工作原理。分別畫出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。5）參照上述步驟，測量1550nm 光端機的PI 曲線。2）光路部分的連接：用一段短光纖(光跳線)將光功率計的輸入端連接到“1310nmTX”端，同時打開光功率計電源開關。圖23半導體激光器PI 曲線示意圖五、實驗步驟以1310nm 光發(fā)端機(1550nm 光發(fā)端機與其相同)為例，即實驗箱左邊的模塊。半導體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點，微小的電流變化會導致光功率輸出變化，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振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放入機制，也即激活介質處于粒子數(shù)反轉分布，而且產生的增益足以抵消所有的損耗。PI 特性是選擇半導體激光器的重要依據。對于線性度良好的半導體激光器，輸出功率可以表示為：其中這里的量子效率ηint(表征驅動電子通過受激輻射轉化為光子的比例)。半導體激光二極管(LD)或簡稱半導體激光器與發(fā)光二極管LED 不同，它通過受激輻射發(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．半導體激光器的功率特性及伏安特性。2．了解半導體激光器平均輸出光功率與驅動電流的關系。通過拔動開關改變數(shù)字信號源的碼型，觀察波形。分別調節(jié)電位器 W71(輸入模擬信號衰減)和 WA 1 (增益調節(jié))使示波器上看到不失真的波形。 ⑥ 取一只連接器，取下其兩端的保護套；取下兩只波分復用器單光纖端的保護套，分別將它們與連接器連接好。② 取一只波分復用器，取下其雙光纖端的兩根光纖的橡膠保護套。 六、演示實驗步驟 1．了解雙光纖通信傳輸實驗箱的結構 對照圖 11 了解雙光纖通信傳輸實驗箱的結構及各功能模塊所在區(qū)域。）接入 1310nm 光端機部分的模擬信號輸入端口，通過光發(fā)送器件轉換為光信號發(fā)送，經光纖和波分復用器傳輸后，由 1550nm 光端機部分光接收器件轉換為電信號，經模擬信號輸出端口輸出，由示波器（監(jiān)視器）顯示。 3．雙光纖通信的波分復用傳輸以模擬信號、數(shù)字信號雙向通信的波分復用傳輸為例，介紹雙光纖通信傳輸實驗箱的特點。 4．包含雙三路固定速率時分復用模塊。主要是波長不一樣。 9）1310nm 波長光接收模塊 主要完成光電信號的轉換，小信號的檢測與信號的恢復放大等功能。 若再與兩種波長的光纖收發(fā)模塊結合可完成二∽八臺計算機之間的全雙工數(shù)據通信實驗。頻率(~10KHz)可調。 4）電話接口模塊 此模塊為獨立的電話輸入、輸出接口，通過專用電話接口芯片實現(xiàn)。 接口參數(shù)：四路輸入數(shù)據的速率：0~64Kbps 接口類型：RS23NRZ 等。 2） 變速率時分復用/解復用模塊 復接模塊：四路串行數(shù)據輸入接口，一路串行數(shù)據輸出接口。① 固定速率數(shù)據信號源模塊 此模塊產生三路速率為 64K 的單極性不歸零碼(NRZ)，數(shù)據信號幀長為 8 位，其中兩路可作為數(shù)據信息，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)據打包成一路串行數(shù)據，結合解復用模塊及光纖收發(fā)模塊即可完成三路串行數(shù)據的單光纖傳輸。3．了解雙光纖通信的波分復用傳輸方法。 2．了解各模塊的功能和作用。一、實驗目的 1．了解雙光纖通信傳輸實驗箱的結構。 2．熟悉雙光纖通信傳輸實驗箱的使用與操作。光纖通信傳輸實驗系統(tǒng)采用模塊化結構設計，分為左右兩大模塊(兩套光纖發(fā)送接收系統(tǒng))，每一個模塊中又由許多子模塊組成： 圖 11 雙光纖通信傳輸實驗箱模塊結構圖1．1310nm 光發(fā)送接收系統(tǒng) 1）固定速率時分復用/解復用模塊 復接模塊：三路串行數(shù)據輸入接口，一路串行數(shù)據輸出接口。接口參數(shù)：三路輸出數(shù)據的速率：64Kbps 接口類型：NRZ。 ③ 固定速率時分復用分接模塊 此模塊將固定速率時分復用復接模塊產生的信號分接，還原成與固定速率數(shù)據信號源模塊拔動開關相對應的并行數(shù)據信息，并通過發(fā)光二極管指示。完成將一路串行數(shù)據還原成四路串行數(shù)據，配合復接模塊及光纖收發(fā)模塊即可完成四路串行數(shù)據的單光纖傳輸。由CPLD(EPM3256)完成。 6）可調信號源模塊 此模塊能輸出三種模擬信號：方波、正弦波、三角波。與變速率時分復用/解復用模塊及光纖收發(fā)模塊結合，可實現(xiàn)自發(fā)自收通信實驗、兩臺計算機、四臺計算機之間的全雙工數(shù)據光纖通信實驗。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．每個光端機自帶數(shù)字信號源和終端顯示模塊，無示波器也可觀測實驗現(xiàn)象與結果。 7．系統(tǒng)自帶兩片 CPLD 芯片，并有下載接口和下載線，可進行二次開發(fā)。圖 12 模擬信號、數(shù)字信號的波分復用傳輸模擬信號源（可以是實驗箱自帶的信號源；也可以采用模擬攝像頭，對應的示波器改為監(jiān)視器。 2．光器件連接時，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套。⑤ 用同樣的方法將另一只波分復用器的 1550nm 端與 1550nm 光發(fā)送端口(1550nm TX)的連接器對接；同樣將波分復用器的 1310nm 端與 1550nm 光接收端口(1550nm RX)的連接器對接。調節(jié)電位器 W73 順時針旋轉到底，使偏置電流最大。調節(jié)電位器W81(增益調節(jié))，使輸出波形與信碼一致。 實驗二 激光器P—I特性曲線測量一、實驗目的1．了解半導體激光器的發(fā)光原理。三、實驗儀器示波器一臺、THKEGC2 型實驗箱一臺、光功率計一只、萬用表一只、FCST 光跳線一根。激光器的電流與電壓的關系相似于正向二極管特性，如圖22 所示，由于包含兩個PN 結。 為平均增益因子，其值取決于激光器的材料與結構。激光器功率特性的線性程度對模擬光纖傳輸系數(shù)的非線性失真指標影響很大。)，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，載流子復合壽命短，能進行高速(20GHz)直接調制，非常適合于作高速遠距離光纖通信系統(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，則要求驅動信號小，給驅動電路帶來麻煩：斜率太大，則會出現(xiàn)光反向噪聲和自動光功率控制環(huán)路調整困難。在實驗中所用到的半導體激光器輸出波長分別為1310nm、1550nm，F(xiàn)C 接口。③ 將短路帽J71 撥出，使其處于斷開狀態(tài)，在測量點TP71 和TP72 之間串接一外置的直流電流表。并將測得的數(shù)據填入下表。六、實驗報告要求整理實驗數(shù)據。3．掌握自動功率控制電路的工作原理。它由BBBBBBB7 組成。B4 為監(jiān)測電路，采用PIN 二極管對激光器的工作情況進行監(jiān)測。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 的負載電阻，又起電平的移動作用。2) LD 驅動電路LD 驅動電路由晶體管Q7Q75 組成的耦合電流開關電路構成。反之，當輸入Vin 為低電平“0”時，VSC 為