《光通信原理》实验讲义.pdf
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数字信号处理模块实验 光通信原理实验 第一部分 实验 1 基础型实验 固定速率时分复用实验 一、 实验目的 1、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 2、掌握固定速率时分复用的同步复接原理。 二、 实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统。 三、 实验要求 1. 连接相应的实验导线，组成实验电路。 2. 用示波器观察被复用信号、集群信号、位同步信号及帧同步信号，了解 它们的对应关系。 3. 阅读实验指导，学习简单时复用的同步复接原理。 四、 基本原理 （一）数字复接的基本组成： 在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复 接分接器(缩写为 Muldex)。在这里我们首先讨论数字复接器。 数字复接器的基本组成如图 1-1 所示。 数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单 一的合路数字信号。数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。定时单元的作用是为设 备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。调整单元的作用是 对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字 信号。复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。 ７ 数字信号处理模块实验 图 1-1 数字复接器的基本组成 复接方式： 将低次群复接成高次群的方法有三种；逐比特复接；按码字复接：按帧复接。在本实 验中，由于速率固定，信息流量不大，所以我们所应用的方式为按码字复接，下面我们把 这种复接方式作简单介绍，对于其他两种方式将在以后的实验中进行介绍。 按码字复接：对本实验来说，速率固定，信息结构固定，每 8 位码代表一“码字” 。 这种复接方式是按顺序每次复接 1 个信号的 8 位码，输入信息的码字轮流被复接。复接过 程是这样的：首先取第一路信息的第一组“码字” ，接着取第二路信息的第一组“码字” ， 再取第三信息的第一组“码字” ，轮流将 3 个支路的第一组“码字”取值一次后再进行第 二组“码字”取值，方法仍然是：首先取第一路信息的第二组码，接着取第二路信息的第 二组码，再取第三路信息的第二组码，轮流将 3 个支路的第二组码取值一次后再进行第三 组码取值，依此类推，一直循环下去，这样得到复接后的二次群序列（d） 。这种方式由于 是按码字复接，循环周期较长，所需缓冲存储器的容量较大，目前应用的很少。 图 1-2 按码字复接示意图 （a）第一路信息； （b）第二路信息； （c）第三路信息； （d）复接后 ８ 数字信号处理模块实验 （二）所用实验模块的结构原理： 本实验使用固定速率信号源及固定速率时分复用复接端接口两个模块。 本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端， 其原理方框图如图 1-3 所示。 这些模块产生三路信号时分复用后的 FY_OUT 信号，信号码速率约为 128KB，帧结构如图 1-4 所示。 帧长为 24 位， 其中首位无定义， 第 2 位到第 8 位是帧同步码 （7 位巴克码 1110010） ， 另外 16 位为 2 路数据信号，每路 8 位。此 FY_OUT 信号为集中插入帧同步码时分复用信号。 同时通过发光二极管来指示码型状态：发光二极管亮状态表示 1 码，熄状态表示 0 码。本 实验中用到的电路，除并行码产生器和 8 选一电路是由分立器件组成的外，其他电路全都 在两片大规模集成电路 XC95XL144TQ100-5（以下简称 CPLD）内部。 本实验用到以下测试点及输入输出点： • D1，D2，D3 8 位串行信号输出/测试点 • D_IN1，D_IN2，D_IN3 8 位串行信号输入/测试点 • BS 位同步信号输出点/测试点 • FS 帧同步信号输出点/测试点 • FY-OUT 复用信号输出点/测试点 下面对时钟信号源、分频器、八选一、调整器及复接器等单元作进一步说明。 （1）时钟信号源 时钟是由晶振 X1（20.48MHz）提供，它也是整个系统的时钟信号源。20.48MHz 时钟 经 CPLD 分频得到本实验所需的时钟信号 CLK1，F CLK1 =4.096KHz。 （2）分频器 分频器一首先进行 16 分频，输出信号频率为 256kHz。然后采用另一分频器二完成÷2、 ÷4、÷8、÷16 运算，输出 BS、S1、S2、S3 等 4 个信号。BS 为位同步信号，频率为 128kHz。 S1、S2、S3 为 3 个选通信号，作为八选一的选通信号，频率分别为 BS 信号频率的 1/2、 1/4 和 1/8。 分频器三是一个二一十进制加计数器，对 BS 信号进行 24 分频，分别输出选通信号 S4、 S5，这两个信号的频率相等、等于 BS 信号频率的 1/24。其中 S5 作为帧同步时钟 FS。 ９ 数字信号处理模块实验 图 1-3 复用器原理方框图 无定义位 帧同步码 数据 1 数据 2 × 1 1 1 0 0 1 0 ×××××××××××××××× 图 1-4 帧结构 分频器输出的 S1、S2、S3、S4、S5 等 5 个信号的波形如图 1-4（a）和 1-4（b）所示。 （3）八选一 采用 8 路数据选择器 74LS151，它内含了 8 路传输数据开关、地址译码器和三态驱动 器，其真值表如表 1-1 所示。U100、U101 和 U102 的地址信号输入端 A、B、C 并连在一起 并分别接 S1、S2、S3 信号，它们的 8 个数据信号输入端 x0 ~ x7 分别与 K100、K101、K102 输出的 8 个并行信号连接。由表 1-1 可以分析出 U100、U101、U102 输出信号都是码速率 为 128KB、以 8 位为周期的串行信号。 （4）调整器 调整器的作用是将输入的 3 路串行信号进行速率及时隙调整，以达到复接的时序要 求。 １０ 数字信号处理模块实验 S1 S2 S3 (a) S3 S4 S5 (b) 图 1-4 分频器输出信号波形 表 1-1 74151 真值表 C B A INH DIS Z 0 0 0 0 0 x0 0 0 1 0 0 x1 0 1 0 0 0 x2 0 1 1 0 0 x3 1 0 0 0 0 x4 1 0 1 0 0 x5 1 1 0 0 0 x6 1 1 1 0 0 x7 Φ Φ Φ 1 0 0 Φ Φ Φ Φ 1 高阻 （5）复接器 如图 1-2 中所示，三路串行信号 a,b,c 经复接口后的复接输出信号 FY_OUT 见波形 d。 复接器主要有两种复接电路：一种为同步复接电路，一种为异步复接电路，在固定速 率时分复用时，由于被复接的三个支路是同步的信号，所以本实验采用的是同步复接电路， 而异步复接电路将在变速率时分复用实验中进行细述。 同步复接电路： 在本实验中，送入复接器的三路信号为同频同相的信号，且帧长一样，我们所使用的 复接方式为按码字复接，即一次复接 8 位码，示意图如图 1-5 所示。其中：F1、F2、F3 分 别为复接时钟，D1、D2、D3 为调整后的三路数据，FY_OUT 为复接后的信号。 １１ 数字信号处理模块实验 D1 D2 D3 F1 F2 F3 FY_OUT 图 1-5 复接波形示意图 FS 信号可用作示波器的外同步信号，以便观察 FY_OUT 的帧结构。 FS 信号、FY_OUT 信号之间的相位关系如图 1-5 所示，图中 FY_OUT 的无定义位为 0， 帧同步码为 1110010，数据 1 为 11110000，数据 2 为 00001111。FS 信号的低电平、高电 平分别为 4 位和 8 位数字信号时间， 其上升沿比 NRZ-OUT 码第一位起始时间超前一个码元。 图 1-5 FS、FY-OUT 波形 五、 实验步骤 （以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与 其相同） 1. 关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块)的输出端 D1、D2、 D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端)接口 D_IN1、D_IN2、D_IN3。 2. 打开电源，将示波器的 A 通道探头接 FS，B 通道探头接 BS，分别记录示波器双通 道的波形，分析它们的对应关系。 3. 将示波器的 A 通道探头分别接 FS、BS，B 通道探头分别接 D_IN1、D_IN2、D_IN3， 分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。 4. 将示波器的 A 通道探头接 FY-OUT，B 通道探头分别接 FS、BS，分别记录示波器双 通道的波形，分析它们的对应关系。 5. 将示波器的 A 通道探头接 FY-OUT，B 通道探头分别接 D_IN1、D_IN2、D_IN3，分 别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。 六、 实验报告 １２ 数字信号处理模块实验 用示波器观察波形是否和理论相一致。 1. 接上示波器观察 D1、D2、D3 的波形，记录下来。 2. 接上示波器观察 FY_OUT 的波形 3. 接上示波器观察 FS 的波形 4. 对比复用和单个波形的关系。 实验 2 固定速率时分复用解复用实验 一、 实验目的 3、 熟悉集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 4、 掌握固定速率时分复用的数字分接原理。 5、 掌握帧同步码的识别原理。 二、 实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统。 三、 实验要求 1. 用使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接 端接口三个模块连成一个理想信道时分复用数字通信系统，使系统正常工作。 2. 用示波器观察集群信号（FY_OUT） 、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS） ，熟悉 它们的对应关系。 3. 阅读实验指导，学习简单时分复用的数字分接原理。 4. 观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，观察直接时分复用与解复用的 实验效果。 四、 实验基本原理 （一）数字分接的基本组成： 在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复 接分接器(缩写为 Muldex)。在这里我们继续讨论数字分接器。 数字分接器的基本组成如图 2-1 所示。 数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。数字分接器由 同步、定时、分接和恢复单元所组成。定时单元的作用是为分接和恢复单元提供基准时间 信号，它只能由接收的时钟来推动。同步单元的作用是为定时单元提供控制信号，使分接 器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系，即保持同步。分接单元与复 接单元相对应，分接单元的作用是把输入的合路数字信号(高次群)实施时间分离。分接器 的恢复单元与复接器的调整单元相对应，恢复单元的作用是把分离后的信号恢复成为原来 １３ 数字信号处理模块实验 的支路数字信号。 图 2-1 数字分接器的基本组成 （二）所用实验模块的结构原理： 本实验使用固定速率信号源、固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接 端接口三个模块。 本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端和分接端，复接端的原理及产 生复接信号 FY_OUT 的过程请参照实验一，这里只对分接端的原理进行说明。 分接端原理方框图如图 2-2 所示。它输入单极性非归零信号（帧结构如图 2-3 所示）， 由位同步信号提取电路和帧同步信号产生器产生位同步时钟信号（BS）和帧同步信号（FS） ， 通过 BS、FS 这把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，两个 8 位的并行数据信号， 两个并行信号驱动 16 个发光二极管，左边 8 个发光二极管显示第一路数据，右边 8 个发 光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1” ，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信 号码速率为数字源输出信号码速率的 1/3。 本实验用到的电路中，除了显示电路是由分立器件组成的外，其他电路全都在两片大 规模集成电路 XC95XL144TQ100-5（以下简称 CPLD）内部。 位同步 提取器 FY-IN BS 延迟 1 串/并变换 BD SD 延迟 2 帧同步码 识 别 器 帧同步信 号产生器 显示 /BD 整形 串/并变换 FD 延迟 3 FD-7 FD-15 １４ 显示 数字信号处理模块实验 图 2-2 分接端原理方框图 帧同步码 无定义位 数据 1 数据 2 × 1 1 1 0 0 1 0 ×××××××××××××××× 图 2-3 FY_OUT 信号帧结构 本实验用到以下测试点及输入输出点： • D1，D2，D3 8 位串行信号输出/测试点 • D_IN1，D_IN2，D_IN3 8 位串行信号输入/测试点 • BS 位同步信号输出点/测试点 • FS 帧同步信号输出点/测试点 • FY-OUT 复用信号输出点/测试点 • FY-IN 复用信号输入点/测试点 各组成模块功能说明： 1） 位同步提取器（全数字锁相环） ： 位同步提取器的作用是：从输入的 FY_IN 信号中提取位同步信息，通过数 接收码元 微分 调整 时钟 单稳 4 A 延迟 1 非门 整形 延迟 3 位同步脉冲 脉冲形成 扣除门 延迟 B 2 附加门 或门 N 次分频 图 2-3 位同步器方框图 １５ 数字信号处理模块实验 字锁相环产生本地的位同步时钟信号 BS，该位同步信号（BS）为整个解复用电 路的主要时钟信号。 数字锁相的原理方框图如图 2-3 所示，它由稳定度振荡器、分频器、相位比 较器和控制器组成。其中，控制器包括图中的扣除门、附加门和“或门”。高稳 定度振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频 器，输出位同步脉冲序列。若接收码元的速率为 F（波特） ，则要求位同步脉冲 的重复速率也为 F（赫） 。这里晶振的振荡频率设计在 nF（赫） ，由晶振输出经整 形得到重复频率为 nF（赫）的窄脉冲（图 2-4 中的 b(b’)） 。如果接收端晶振输 出经 n 次分频后，不能准确地和收到的码元信号同频同相，这时就要根据相位比 器输出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。从经微分、调整后的码元信 息中就可以获得接收码元所有过零点的信息，其工作波形如图 2-4 所示。得到接 收码元的相位后，再将它加于相位比较器去比较。首先，先不管图中的迟延 3， 设接收信号为不归零脉冲（波形 a），我们将每个码元的宽度分两个区，前半码 元称为“滞后区” ，即若位同步脉冲波形 b 落入此区，表示位同步脉冲的相位滞 后于接收码元的相位；同样，后半码元称为“超前区”。接收码元经微分调整， 并经迟延 4 电路后，输出如波形 e 所示的脉冲。当位同步脉冲波形 b（它是由 n 次分频器 d 端的输出，取其上升沿而形成的脉冲）位于超前区时，波形 e 和分频 器 d 端的输出波形 d 使与门 A 有输出，该输出再经过迟延 1 就产生一超前脉冲 （波 形 f）。若位同步脉冲波形 b’（图中的虚线表示）落于滞后区，分频器 c 端的输 出波形（c 端波形和 d 端波形为反相关系）如波形 c’所示，则与门 B 有输出，再 经过迟延 2 产生一滞后脉冲（波形 g） 。这样，无论位同步脉冲超前或滞后，都 会分别送出超前或滞后脉冲对加于分频器的脉冲进行扣除或附加，因而达到相位 调整的目的。 现在讨论图中的迟延 3 的作用。同波形图看到，位同步脉冲帅分频器 d 端输 出波形（波形 d）的正沿而形成的，所以相位调整的最后结果应该合波形 d 的正 沿对齐窄脉冲 e（即 d 的正沿位于窄脉冲之内）。若 d 端产输出波形最后调整到 如波形图 d'所示的位置，则 A、B 两个与门都有输出；先是通过与门 B 输出一个 滞后脉冲，后是通过与门 A 输出一超前脉冲。这样调整的结果使位同步信号的相 位稳定在这一位置，这是我们所需要的。然而，如果 d 端的输出波形调整到波形 图 d’’的位置，这时，A、B 两个与门出都有输出，只是这时是先通过 A 门输出一 超前脉冲，而后通过 B 门输出一滞后脉冲。如果不采取措施，位同步信号的相位 也可以稳定在这一位置，则输出的位同步脉冲（波形 b）就会与接收码元的相位 相差 180°。克服这种不正确锁定的办法，是利用在这种情况下 A 门先有输出的 这一特点。 １６ 数字信号处理模块实验 图 2-4 波形图 当 A 门先有输出时，这个输出一方面产和超前脉冲对锁相环进行调整；另一方面， 这个输出经迟延 3 产生一脉冲将与门 B 封闭，不会再产生滞后脉冲。这样通过 A 六不断输出超前脉冲，就可以高速分频器的输出的相位，直到波形 d 的正沿对齐 窄脉冲（波形 e）为止。 2） 帧同步码识别器，帧同步信号产生器（合称帧同步电路） ： BS FY_IN 分频器 脉冲生 成器 帧同步码 识别器 同步保 护器 FS 图 2-5 帧同步电路组成框图 由图 2-5 可知，整个帧同步电路主要由分频器、帧同步码识别器、脉冲生成 器和同步保护器四大部分组成。各组成电路的作用分别如下： 分频器：主要是将位同步信号进行 24 分频得到与信源的帧同步信号同频的 准帧同步信号，然后送入脉冲生成器进行相位调整。 帧同步码识别器：从串行信号（FY_IN）识别出同步码（在我们系统中的同 步码为：X1110010） ，当识别器识别到一组帧同步码时，它就输出一个脉冲，送 入同步保护器；若输入的信号中没有同步码，则其始终输出低电平。 同步保护器：当没有帧识别脉冲输入时，始终输出一低电平，使脉冲生成器 １７ 数字信号处理模块实验 停止工作，这样就没有 FS 信号输出；当有连续的识别脉冲输入时，保护器输出 满足时序要求的控制脉冲给脉冲生成器。 脉冲生成器：当分频器和同步保护器都输出满足要求的时钟信号时，脉冲生 成器才输出正确的帧同步脉冲；当分频器和同步保护器输出的信号不满足时序要 求时，则将输出错误的 FS 信号。 3） 延迟器 1、2、3，整形器： 通过整形器，则可以将送来的 FS 信号进行脉冲调整，使其脉冲宽度刚好为 8 个码元宽度。 延迟器主要是由移位寄存器组成，主要是对整形器送来的帧同步信号进行相 位调整，以满足时序的需要。波形图如图 2-6 所示。 4） 串/并变换： 在 FD 及 FD_7 的作用下，串并转换器对输入的数据信号进行选通转换：当 FD 为“1”时，转换器 1 工作，将第一路数据复原为并行数据并输出到发光二极 管进行显示；当 FD_7 为“1”时，转换器 2 工作，将第二路数据复原为并行数 据并输出到发光二极管进行显示。 图 2-6 变换后的信号波形 五、 实验任务 （以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与 其相同） a) 关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块)的输出端 D1、D2、 D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端)接口 D_IN1、D_IN2、D_IN3。 b) 用一根短实验导线将(固定速率时分复用复接端)接口 FY_OUT 接到(固定速率时分 复用分接端)接口 FY_IN。 c) 将(固定速率数字信号源模块)的 D3 端口所对应的八位拨码开关拨成帧同步码（7 位巴克码 1110010） 。 d) 打开电源，观察实验结果。 １８ 数字信号处理模块实验 六、 实验报告 a) 观察固定速率时分复用分接模块的 LED 灯显示的结果是否与固定速率数字信号源 模块的 LED 灯结果一致。 b) 用示波器观察实验结果。 实验 3 数字光接收接口指标测试实验 一、 实验目的 a) b) c) d) 熟悉光收端机灵敏度的概念 掌握光收端机灵敏度的测试方法 熟悉光收端机动态范围的概念 掌握光收端机动态范围的测试方法 二、 实验仪器 a) b) c) d) e) f) RC-GT-II 型光纤通信原理实验箱 光功率计 万用表 小可变衰减器 误码分析仪 FC-FC 光跳线两根 三、 实验要求 a) 测量光收端机的灵敏度 b) 测量光收端机的动态范围 四、基本原理 15 首先用误码分析仪向光发端机的数字驱动电路发送 2 -1 的伪随机序列作为测试信号， 调整光衰减器使其衰减值增大，从而使输入光收端机的平均光功率逐步减小，使系统处于 -11 误码状态，并且使得系统测试得到的误码率为 1X10 ，测得此时的光功率即为光收端机的 最小光功率，这也就是光收端机的灵敏度。 光收端机动态范围的定义是在保证一定的误码率下所允许的最大和最小输入光功率 之比的分贝数，即由下式计算得到 式 13-1 它表示了光收端机对输入信号变化时的适应能力。在测试光收端机的灵敏度时，减小 １９ 数字信号处理模块实验 -11 光衰减器的衰耗，即加大光收端机的输入光功率，使其误码率达到 1X10 时，得到允许最 大的接收光功率 P MAX ，测试框图如图 5-1 所示，测试方法与测量灵敏度的方法基本相同， 只是最后增加测量最大输入光功率一项，其方法是逐渐减小光衰减器的衰减量，直至误码 -11 仪指示误码降为 1X10 ，此时的接收光功率即为最大输入光功率。作为实验演示，我们仅 -9 要求这里的误码率达到 1X10 时作为我们测量最大和最小光功率的指标要求。 五、 实验步骤 （以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与 其相同） A、光收端机的灵敏度测量 a) 按图 13-1 将误码分析议与实验箱连接好。 b) 光路部分的连接 a) 取下光发/光收端口上的红色橡胶保护套； b) 取一根 FC-FC 的光跳线，取下其两端的保护套； c) 将光跳线的 A 端与光发送端口的法兰盘对接，即：将光跳线小心地插入 法兰盘，在插入的同时保证光跳线的凸起部分与法兰盘凹槽完全吻合， 然后拧紧固定帽即可； d) 将小可变衰减器的衰减调节至最小，取下小可变衰减器一端的保护帽， 将光跳线的 B 端与小可变衰减器对接，方法同上。 e) 取另一根 FC-FC 的光跳线，将其 A、B 两端分别与小可变衰减器另一端及 光接收端相连接，其连接方法同上。 c) 将单刀双掷开关 S200 拨向数字传输端，使光发送模块传输数字信号。 图 13-1 数字接收单元指标测试框图 d) 接上交流电源线，打开交流电源开关，使系统正常工作。 e) 打开误码分析仪的电源开关，将误码分析仪的速率设为 2．048MB／s，图案设为 15 2 -1，码型设为 NRZ 码。 f) 调节光接收模块的可调电阻 R257 和 R242，用示波器观察 P201 的波形使数字信号 处于最佳状态。 ２０ 数字信号处理模块实验 g) 慢慢调节小可变衰减器的衰减量，使光收端机光功率慢慢减小，误码率慢慢增大， -9 当误码率增大到 10 ，用光功率计测得此时的光功率即为最小光功率 P min 。 h) P min 就是光收端机的灵敏度。 B、光收端机的动态范围 1. 测量光收端机的灵敏度同 A 中的实验步骤。 2. 慢慢调节小可变衰减器的衰减量，使光收端机光功率慢慢增大，误码率慢慢减小， -9 当误码率为 10 ，用光功率计测得此时的光功率即为最大光功率 P max 。 3. 根据测试结果，代入公式 13-1，求出光收端机的动态范围。 4. 做完实验后关闭交流电开关，小心拆下光器件及各实验连接线。 5. 将各实验仪器还原并摆放整齐。 六、 实验报告 1. 记录光收端机灵敏度。 2. 根据实验结果算出光收端机动态范围。 实验 4 数字信号电—光、光—电转换传输实验 一、 实验目的 a) 了解数字光纤通信的通信原理 b) 掌握各种数字信号的传输机理 c) 初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构 二、 实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统。 三、 实验要求 a) 用示波器观察各种传输信号的波形 b) 使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验，有：NRZ、CMI、PCM 编码。 四、 基本原理 本实验主要完成各种数据速率的光纤传输，其原理如图所示，本次实验所用 到的数字信号主要有：NRZ、FS、BS、CMI 码。各信号的详细介绍及各部分电路原理图请参 看前面的实验讲解。 ２１ 数字信号处理模块实验 固定速 率数字 信号源 模 块 信 号 处 理 光 发 送 模 块 光纤 光 接 收 模 块 信 号 处 理 测 试 端口 数字信号光纤传输框图 信（FS） 号 或 源（BS） CMI 编 码 信 号 处 理 光 发 送 模 块 光纤 光 接 收 模 块 信 号 处 理 测 CMI 译 码 CMI 码光纤传输示意图 五、 实验步骤 （以下实验步骤以 1310nm 光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与 其相同） a) 关闭系统电源，把光跳线分别连接到 1310 的 TX 和 RX 端。 b) 将固定速率数字信号源模块的 D1 或 D2、D3、FS、BS 连接到光发送模块的数字信 号输入端口（P202） 。 c) 把开关 S200 拨到数字传输端。 d) 打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。 e) 通过电位器 R257（调节判决直流电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的数 字信号。 f) 对于 CMI 的接线为：关闭系统电源，选数字信号模块的 D1、D2、D3、FS、BS 任 意一个，连接到 CPLD 模块的 DIN1（DIN2） ，进行 CMI 码的编码。将光收模块的输 出（P201）用导线连接到 CMI 译码输入（CMI IN1）进行译码，还原成原始信号。 g) 将 CMIOUT1 的输出端连接到光发送模块的数字信号输入端口。 h) 打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。 i) 通过电位器 R257 来调节判决直流电平得到最佳传输的数字信号。 j) 用示波器观测编码前后的两波形。 六、 实验报告 a) ２２ 观察数字信号被 CMI 编码后的波形与原始波形的关系。 试 端 口 数字信号处理模块实验 b) 熟悉光纤数字信号传输的编码原则和传输效果的关系 实验 5 P-I 特性曲线绘制实验 一、 实验目的 a) 学习半导体激光器发光原理 b) 了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系 c) 掌握半导体激光器 P-I 曲线的测试及绘制方法 二、 实验仪器 示波器，RC-GT-II 型光纤通信实验系统，光功率计，万用表。 三、 实验要求 测量半导体激光器功率和注入电流，并画出 P-I 关系曲线。 四、 基本原理 1、半导体激光器的功率特性及伏安特性 半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图 7-1 所示，该特性有一个转折点， 相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用 I th 表示。在门限电流以下，激光器工 作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于 100puW；在门限电流以上，激光器工作于受 激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关 系相似于正向二极管的特性，如图 7-2 所示，但由于双异质结包含两个 pn 结，所以在正 常工作电流下激光器两极间的电压约为 1．2V。 图 7-1 激光器的功率特性 图 7-2 激光器的伏安特性 阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。设受激发射所产生的光介质的平均增益 系 ２３ 数字信号处理模块实验 数(单位长度上的增益)为 g ，光介质的平均损耗系数为 a ，则光谐振腔产生和维持光振荡 的条件为光子在光谐振腔中来回反射一次所产生的光能增益大于或等于光能的损耗，用公 式表示为 (7-1) 式中上为光谐振腔的长度，r1，r2 分别为光谐振腔两端镜面的反射系数(O