【正文】 速(20GHz)直接調(diào)制，非常適合于作高速遠距離光纖通信系統(tǒng)的光源。在高于閥值區(qū)域，大多數(shù)半導(dǎo)體激光器的ηint 近于1。其增大的速率即PI 曲線的斜率，稱為斜率效率。在選擇時，應(yīng)選閥值電流Ith 盡可能小，Ith 對應(yīng)P 值小，而且沒有扭折點的半導(dǎo)體激光器，這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比大，而且不易產(chǎn)生光信號失真。斜率太小，則要求驅(qū)動信號小，給驅(qū)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(diào)整困難。將開始出現(xiàn)凈增益的條件稱為閥值條件。在實驗中所用到的半導(dǎo)體激光器輸出波長分別為1310nm、1550nm，F(xiàn)C 接口。1）電氣實驗導(dǎo)線的連接：① 關(guān)閉系統(tǒng)電源，將光發(fā)送模塊中的可調(diào)電位器W73 逆時針旋轉(zhuǎn)到底，將輸入模擬信號幅度調(diào)節(jié)電位器W71 逆時針旋轉(zhuǎn)到底，使模擬驅(qū)動電流和輸入信號幅度達到最小值。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。3）打開實驗箱電源。并將測得的數(shù)據(jù)填入下表。6）實驗完畢，關(guān)閉實驗箱電源。六、實驗報告要求整理實驗數(shù)據(jù)。實驗三 自動功率控制(APC)原理一、實驗?zāi)康?．了解光發(fā)送的電路原理。3．掌握自動功率控制電路的工作原理。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。它由BBBBBBB7 組成。B2 是驅(qū)動電路，由三極管Q7Q75 等組成。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。APC 由U71 中的三只運算放大器及相關(guān)電路組成。損壞告警電路由U7Q77 和紅色發(fā)光二極管組成。接口及電平移動電路由U72等組成。電阻R77 和R7R75和R79 既是U72 的負載電阻，又起電平的移動作用。設(shè)置TTL/ECL 電平轉(zhuǎn)換電路是由于LD 的正極接外殼(接地)，所以驅(qū)動電路必須采用負電源，而輸入信碼是TTL 電平，不適宜直接驅(qū)動，必須轉(zhuǎn)換成ECL 電平， 為邏輯“1”， 為邏輯“0”的電平，再經(jīng)過電阻R77 和R7R75 和R79 進行電平移動，將“1”，將“0”，作為Q7Q75 基極電平。2) LD 驅(qū)動電路LD 驅(qū)動電路由晶體管Q7Q75 組成的耦合電流開關(guān)電路構(gòu)成。R72R725 為LD 提供偏流。反之，當(dāng)輸入Vin 為低電平“0”時，VSC 為高電平“1”；而VSC 為低電平“0”，這樣Q75 基極電位高于Q74 的基極電位，Q75 導(dǎo)通，Q74截止，Q75 集電極輸出的數(shù)字脈沖電流驅(qū)動LD，直接驅(qū)動LD 發(fā)出激光。通常設(shè)置預(yù)偏置電流Ib(Ib 略小于Ith)。當(dāng)驅(qū)動電流較低時，只有自發(fā)幅射存在，這時半導(dǎo)體激光器發(fā)射的是熒光，相當(dāng)于發(fā)光二極管的情況。圖32 LD 的調(diào)制示意圖由于這些理由，就在LD 上加一個預(yù)偏置電流Ib，再疊加上Id。由R72C7Q7Q7R743 組成。Q76 用來構(gòu)成APC 電路，Q76 的基極受APC電路控制。設(shè)置自動功率控制APC 的因素有兩個：一是因為LD 的閥值電流隨溫度的影響變化很大，如圖34 所示，由圖看出，當(dāng)溫度由20℃升高到50℃時，由于Ith 增大得過多，LD 根本不能工作，此時無激光發(fā)出；二是因為PI 曲線的斜率隨使用時間的增長而減小，即電光轉(zhuǎn)換效率降低。為了穩(wěn)定輸出光功率必須設(shè)置APC 電路。因為背向輸出光功率與前向輸出光功率是跟蹤變化的，所以通過閉環(huán)控制系統(tǒng)，就可自動調(diào)節(jié)激光器的電流，達到穩(wěn)定輸出光功率的目的。由運算放大器U71 和Q76 等組成控制環(huán)路。U3 經(jīng)二極管D73 和電阻R712 加于Q76的基極，以控制基極電流，進而控制預(yù)置電流Ib?？刂七^程如下：當(dāng)某種原因使LD 輸出光功率降低時，背向光減弱，PIN 輸出電流減小，U1 是運算放大器U71C 的輸入電壓，由于運算放大器U71C 的輸出電壓U2 與輸入電壓U1 成比例，所以運算放大器輸出電壓U2 也減小。U71A 用來引入?yún)⒖夹盘枴Ｖ绷鲄⒖茧妷河?V電源經(jīng)R727 和W75 取得。在U71A 的反相輸入端引入數(shù)字信號作參考。由圖中看出，加于驅(qū)動電路Q74 基極的是來自U72 同相端的Uin，加于Q75 基極的信號是來自U72 反相端的/Uin，加于U71A 反相端的數(shù)字參考信號來自U72 的反相端/Uin。當(dāng)引入數(shù)字參考信號后，因Uin 為低電平，使得/Um 為高電平。R73C79 是Ib 慢啟動電路，開機后，Ib 緩慢增大，以避免LD 受到大電流的沖擊而損壞， Q78 為偏流的限流保護。Q78 與R72R725 均起到對Ib 的限流作用。1）電氣實驗導(dǎo)線的連接：① 關(guān)閉系統(tǒng)電源，將L_FY_OUT(L_FY_OUT 碼型為10101010101010101010)數(shù)字信號作為光發(fā)送端的數(shù)字輸入信號。2）光路部分的連接：① 取下光發(fā)端口上的紅色橡膠保護套。③ 將光跳線的A 端1310nm 光發(fā)送端口(1310nm TX)的連接器對接。3）調(diào)節(jié)電位器W75 (APC 控制器人工偏流調(diào)節(jié))。5）改變輸入信號的碼型（改變碼元中1 的個數(shù)），依次減少一個“1”碼即增大光功率，根據(jù)下表分別記錄光功率和電流Ib。六、實驗報告要求將實驗過程中記錄的各種數(shù)據(jù)結(jié)合原理進行分析，加深理解自動功率控制的原理實驗四 光接收機電路原理 光接收電路是光纖通信結(jié)構(gòu)中重要的一部分內(nèi)容，它的作用是把光信號轉(zhuǎn)換電信號，還原出有用的信號。 2．掌握光接收端機的電路結(jié)構(gòu)原理。 三、實驗儀器THKEGC2 型實驗箱一臺、示波器一臺、FC/PC 光纖跳線兩根。 圖 41 光接收電路原理方框圖光接收機的電路組成如圖41 所示。光接收電路的功能是把來自光纖的光脈沖信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，并給予足夠的放大，輸出一個適合定時判決的脈沖信號到判決電路。前置放大器是光接收機的關(guān)鍵器件之一，它直接影響接收機的靈敏度。所謂接收靈敏度就是在保證特定的誤碼率條件下所需的最小輸入光功率。由 AAA3 組成。 A2 為前置放大器一，由三級管 Q82 及相關(guān)元件組成。 A4 為寬頻放大器一，由三級管 Q8Q81 及相關(guān)元件組成。箝位電路由電容 C81二極管 D8電位器 W8電阻 R811 和 Q85 等組成。 A6 為幅度判決電路：幅度判決電路的作用是識別信號是“1”還是“ 0”，并形成數(shù)字信號。 1）光路部分的連接 ① 取下光發(fā)/光收端口上的紅色橡膠保護套；② 取一根 FCFC 的光跳線，取下其兩端的保護套。 2）數(shù)字信號的接收① 關(guān)閉系統(tǒng)電源，用實驗導(dǎo)線將數(shù)字信號 L_D1(01100010)接入光發(fā)模塊的數(shù)字輸入端口L_DIN。③ 打開電源，將示波器 CH1 接在光發(fā)模塊的數(shù)字輸入端口 L_DIN，CH2 接在光收模塊的數(shù)字輸出端口 L_DOUT。 3）模擬信號的接收 ① 關(guān)閉系統(tǒng)電源，用實驗導(dǎo)線將模擬信號源模塊的正弦波輸出端口 L_SINE 接入發(fā)光模塊的模擬輸入端口 L_AIN。③ 打開電源，將示波器 CH1 接在光發(fā)模塊的模擬輸入端口 L_AIN，CH2 接在光收模塊的模擬輸出端口 L_AOUT。 ⑤ 調(diào)節(jié)光接收模塊的可調(diào)電位器 W81，觀察光接收端輸出波形的變化。 實驗五 數(shù)字信號電—光、光—電傳輸 一、實驗?zāi)康?1．了解數(shù)字光纖通信的基本原理。 3．初步了解完整光纖通信系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)。 2．使用實驗系統(tǒng)中提供的各種信號進行光傳輸實驗，有：NRZ、CMI、PCM 編碼。四、基本原理本實驗主要完成各種數(shù)據(jù)信號的光纖傳輸，其原理如圖51 所示，本次實驗所用到的數(shù)字號主要有：NRZ(DDD3)、FS、CMI 碼。 圖 51 數(shù)字信號光纖傳輸框圖圖 52 CMI 碼光纖傳輸框圖五、實驗步驟以 1310nm 光端機(1550nm 光端機與其相同)為例，即實驗箱左邊的模塊。 1．?dāng)?shù)字信號光纖傳輸實驗。 2) 把開關(guān) S71 撥到左邊(傳輸數(shù)字信號)。 4) 通過調(diào)節(jié)電位器 W8W82 得到最佳的數(shù)字信號。 2．CMI 碼光纖傳輸實驗 1) 關(guān)閉系統(tǒng)電源，選數(shù)字信號模塊中的 L_DL_DL_DL_FS、CPLD 模塊的 L_D_IN，進行 CMI 碼的編碼。 2) 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_DOU3) 通過電位器 W82 來調(diào)節(jié)判決直流電平得到最佳的數(shù)字信號。 5）通過拔動開關(guān)改變數(shù)字信號的碼型，觀察輸出端的波形變化。 2．分析數(shù)字信號光纖傳輸?shù)木幋a規(guī)則。 實驗六 模擬信號電—光、光—電傳輸 一、實驗?zāi)康?．了解模擬信號光纖傳輸?shù)幕驹怼?3．掌握各種模擬信號的傳輸特性。 2．正弦信號通過 PCM 編碼后進行光傳輸實驗。四、基本原理本實驗用示波器觀察光發(fā)送模塊和光接收模塊的模擬信號波形，并通過調(diào)節(jié)模擬信號源模塊的頻率進行比較。其實驗框圖如下： 圖 61模擬信號光纖傳輸方式之一 圖 62模擬信號光纖傳輸方式之二模擬信號的傳輸，可以有多種方式，一種是直接用模擬信號，經(jīng)過光纖直接進行傳輸；另一種方式是把模擬信號數(shù)字化后，進行編碼，然后將編碼好的數(shù)字信號再進行光纖傳輸，最后再經(jīng)過譯碼，把模擬信號還原。 五、實驗步驟以 1310nm 光端機(1550nm 光端機與其相同)為例，即實驗箱左邊的模塊。 1．模擬信號光纖傳輸方式之一 1) 將模擬信號源模塊的正弦波 L_SINE 連接到光發(fā)送模塊的模擬信號輸入端口 L_AIN。 3) 打開系統(tǒng)電源，用示波器在光接收模塊的模擬信號輸出端口 L_AOUT 觀察輸出信號。 2．模擬信號光纖傳輸方式之二 1) 實驗連線 左邊模擬信號源的輸出—正弦波 L_SINE 與 PCM 編譯碼單元的 A_IN 相連。 PCM 編譯碼單元 B_RXD 與光接收數(shù)字信號輸出端 L_DOUT 相連。 3) 打開系統(tǒng)電源，仔細調(diào)節(jié)電位器 W82(調(diào)節(jié)判決直流電平)、W81(增益調(diào)節(jié))得到最佳的模擬信號，用示波器觀察 PCM 編碼前(A_IN)和譯碼后(B_OUT)的波形，比較波形是否有信號失真。由于 PCM 碼流的速率比較高，因此在光纖傳輸過程中如果有時延產(chǎn)生，調(diào)節(jié) W8W82 就是為了消除時延的影響。 六、實驗報告要求 1．記錄并畫出實驗所觀測的波形，并進行比較。 實驗七 光纖通信線路碼一、實驗?zāi)康?．了解光纖通信編譯碼的方式。3．了解光纖線路碼的選碼原則。5．學(xué)習(xí)CMI 編譯碼模塊的使用。2．光纖線路碼的選碼原則。三、實驗儀器示波器一臺、THKEGC2 型實驗箱一臺。其特點是將輸入的原始二進制碼流按m 比特分組，形成m 比特的碼字，然后將每一碼字在同樣長的時隙內(nèi)變成n 比特的碼字輸出（取nm）。通常把nB 碼字中的“1”、“0”個數(shù)懸殊的碼字作禁字，而且把錄用的“1”、“0”個數(shù)不均字分成兩種模式，并使“1”多的正模式與“0”多的負模式交替出現(xiàn)，這樣就消除了線路碼的直流電平浮動。mBnB 碼中，5B6B 碼被認為是在編碼復(fù)雜性和比特冗余度之間最合理的折衷。2．mBIP 碼mBIP 碼是一種脈沖插入碼。奇偶校驗可以是奇數(shù)性的，也可以是偶數(shù)性的。奇數(shù)性可以解決長連“0”問題，使連“0”數(shù)≤2m，當(dāng)“1”為奇數(shù)時又使連“1”數(shù)≤2m。圖71 17B18B(17B1P)碼的例子應(yīng)當(dāng)指出，在某些外國產(chǎn)品資料中，線路碼的名稱不夠規(guī)范，易造成mB1P 碼與mBnB 的混淆，例如，7B8B 碼、17B18B 碼實際上是7B1P 碼和17BIP 碼(如圖71 所示)。圖72 是5B1C 碼的例子。改變i 值可以調(diào)節(jié)線路碼的功率譜形狀。放棄部分C 碼，而以交替插入的各種附加信息比特代替，在我國又叫mBIH碼，這種線路碼具有幀結(jié)構(gòu)。圖73是CMI 碼變換的實例。圖73 CMI 碼變換實例表71 CMI 與DMI 碼變換規(guī)則CMI 的連“0”最大數(shù)為3，DMI 的連“0”最大數(shù)為2，因此這兩種線路含有豐富的定時信息，便于定時提取。CMI 。(二) 光纖線路碼選擇線路碼型的選擇是復(fù)雜的問題，除了技術(shù)因素之外，還有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓樸、經(jīng)濟等諸方面的因素。在已付諸實用的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，采用了多達數(shù)十種的線路碼型。單從技術(shù)的角度來說，因為光傳輸系統(tǒng)的電氣輸入\ 建議的，易于互相連接，一般的數(shù)字信道連接或轉(zhuǎn)接都是通過這類接口實現(xiàn)的。當(dāng)然從管理的角度來說，在一個國家統(tǒng)一幾種碼型有一定的意義，但也有相當(dāng)?shù)碾y度。因為在這些要求中，有些相互就是矛盾的，很難選出一種在各種條件下均為最佳的碼型。這從碼型研究和選用歷史發(fā)展的過程也可以看出這一點。隨著對光線路碼型研究的深入，對碼型性能的分析漸漸完備，