西安交大光纤通信实验课件

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1、西安交大光纤通信实验实验三实验三 数字光接收性能测量和分路器性能测量数字光接收性能测量和分路器性能测量1. 了解光分路器，掌握光分路器分路比、插入损耗的测量方法；了解光分路器，掌握光分路器分路比、插入损耗的测量方法；2. 熟悉数字光接收机灵敏度和动态范围的概念，熟悉数字光接收机灵敏度和动态范围的概念， 掌握数字光接收机灵敏度的测试方法。掌握数字光接收机灵敏度的测试方法。1、实验目的和内容、实验目的和内容西安交大光纤通信实验2、实验仪器及器件、实验仪器及器件1、光纤通信实验箱、光纤通信实验箱2、20M数字双踪示波器数字双踪示波器3、光功率计、光功率计4、光纤分路器、光纤分路器5、可调衰减器、可调

2、衰减器西安交大光纤通信实验3、实验原理、实验原理（1）分路器的性能参数）分路器的性能参数分路器分路比：分路比：22212121PPPd22212222PPPd插入损耗插入损耗22211lg10PPPL1P21P22P西安交大光纤通信实验 光接收机的灵敏度光接收机的灵敏度是指在保证一定的误码率前提下，是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所允许接收的最小光功率。光接收机所允许接收的最小光功率。 灵敏度的单位为分贝毫瓦灵敏度的单位为分贝毫瓦（dBm）。）。 光接收机灵敏度主要决定于光接收机内部噪声（光检测噪光接收机灵敏度主要决定于光接收机内部噪声（光检测噪声和前置放大器噪声）。声和前置放大器噪声）

3、。 光接收机内部噪声是伴随光信号的接收检测与放大过程产光接收机内部噪声是伴随光信号的接收检测与放大过程产生的，它使接收机最小可接收平均光功率受到限制，即它决定了生的，它使接收机最小可接收平均光功率受到限制，即它决定了光接收机的灵敏度。光接收机的灵敏度。 (2) 光接收机的灵敏度光接收机的灵敏度西安交大光纤通信实验 minmax10PPLgD （3）光接收机的动态范围 光收端机的动态范围是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所光收端机的动态范围是指在保证一定的误码率前提下，光接收机所允许接收的最大和最小光功率之比的分贝数。允许接收的最大和最小光功率之比的分贝数。接收动态范围表示了光接收机对输入信

4、号变化时的适应能力。接收动态范围表示了光接收机对输入信号变化时的适应能力。 （dB） 西安交大光纤通信实验在测试光接收机的动态范围时，其测量方法是：在测试光接收机的动态范围时，其测量方法是：并且使得系统测试得到的误码率为并且使得系统测试得到的误码率为 10-9，测得此时的光功率即为光收，测得此时的光功率即为光收端机的最大光功率，这也就是光收端机的动态范围的上限端机的最大光功率，这也就是光收端机的动态范围的上限Pmax。光。光收端机的动态范围的下限收端机的动态范围的下限Pmin，测试与灵敏度完全相同。，测试与灵敏度完全相同。首先用误码测试仪向光发射机的数字驱动电路发送的伪随机序列作首先用误码测试

5、仪向光发射机的数字驱动电路发送的伪随机序列作为测试信号为测试信号调整光衰减器使其衰减值逐渐减小，从而使输入光收端机的平均光调整光衰减器使其衰减值逐渐减小，从而使输入光收端机的平均光功率逐步增大，使系统处于误码状态功率逐步增大，使系统处于误码状态本实验系统提供的一体化数字光端机在出厂时，已对光发端机功率上本实验系统提供的一体化数字光端机在出厂时，已对光发端机功率上限做了限制，以保证理想信道下光接收机的正常工作。所以，在本实限做了限制，以保证理想信道下光接收机的正常工作。所以，在本实验中可以将测得的光发端机最大功率视为动态范围上限。验中可以将测得的光发端机最大功率视为动态范围上限。 西安交大光纤通

6、信实验光传输系统误码率由误码测试仪测量。光传输系统误码率由误码测试仪测量。光发送机光接收机光衰减器误码分析仪P 误码测试仪数据输出接光发送机数据输入端，误码测试仪数据输入误码测试仪数据输出接光发送机数据输入端，误码测试仪数据输入端光接收机数据输出端。端光接收机数据输出端。 误码测试仪向光发射机发送作为测试信号伪随机序列，经电光转误码测试仪向光发射机发送作为测试信号伪随机序列，经电光转换后通过光纤传输到光接收机，光电转换后送给误码测试仪和发送的换后通过光纤传输到光接收机，光电转换后送给误码测试仪和发送的测试信号比较，检测误码，计算出误码率。测试信号比较，检测误码，计算出误码率。西安交大光纤通信实

7、验灵敏度测量LD及其驱动电路PIN及其放大电路P201P202TX1310RX1310W201TX1310单模光纤系统内误码测试子系统P108P111LD及其驱动电路PIN及其放大电路P201P202TX1310RX1310W201TX1310单模光纤误码测试仪光可变衰减器光可变衰减器内时钟发数据收数据发数据收数据光功率计光功率计西安交大光纤通信实验LD及其驱动电路PIN及其放大电路P201P202TX1310RX1310W201TX1310单模光纤系统内误码测试子系统P108P111光可变衰减器发数据收数据光功率计 本实验系统中包含有简单的误码检测功能。本实验系统中包含有简单的误码检测功能。

8、 误码检测模块输出误码检测模块输出 215-1 伪随机码，对输入的数据进行误码检测，伪随机码，对输入的数据进行误码检测，当检测到当前误码率达到或大于当检测到当前误码率达到或大于 1 10-6 时，误码状态显示时，误码状态显示“误码误码”，即由即由“正常正常”切换为切换为“误码误码”；反之，显示为；反之，显示为 “正常正常”，可以很方便，可以很方便的用于灵敏度测试实验。的用于灵敏度测试实验。西安交大光纤通信实验LD及其驱动电路P201W201TX1310单模光纤光功率计分路器1、测插入损耗、分路比aPbPcP实验步骤实验步骤1、按图接线；、按图接线；2、打开电源，菜单选、打开电源，菜单选CMI设

9、置，数据选；设置，数据选；3、用光功率计分别测、用光功率计分别测Pa、Pb、Pc；4、关电源。、关电源。计算计算分路比：分路比：cbbbPPPdcbccPPPd插入损耗插入损耗cbaPPPLlg10西安交大光纤通信实验2、灵敏度测量、灵敏度测量LD及其驱动电路PIN及其放大电路P201P202TX1310RX1310W201TX1310单模光纤系统内误码测试子系统P108P111光可变衰减器发数据收数据光功率计(2)液晶菜单选择液晶菜单选择“光纤测量实验光纤测量实验接收灵敏度接收灵敏度”，确认，确认 （正常）（正常）（1）连线（108-111）（3）连线201-108，202-111（4）调整

10、光衰减器使刚好无误码（5） 测量输入光功率。西安交大光纤通信实验3 测动态范围测动态范围西安交大光纤通信实验西安交大光纤通信实验1.光纤连接光发送机和接收机。光纤连接光发送机和接收机。2.信号连接线连接信号连接线连接P108、P111两铆孔。两铆孔。3.打开系统电源，液晶菜单选择打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验光纤测量实验接收灵敏度接收灵敏度”，确认。，确认。即将误码测试的伪随机码（即将误码测试的伪随机码（P108）直接通过信号连接线送入误码检测单）直接通过信号连接线送入误码检测单元（元（P111），内部处理单元将对比收发的伪随机码序列得到误码个数，），内部处理单元将对比收发的伪随机码

11、序列得到误码个数，再与接收的码元总数相除，即得出误码率。由信号连接线构成的信道可再与接收的码元总数相除，即得出误码率。由信号连接线构成的信道可以认为是理想的，所以不会出现误码，此时误码状态显示为以认为是理想的，所以不会出现误码，此时误码状态显示为“正常正常”；若断开信号连接线，此时误码状态将显示为若断开信号连接线，此时误码状态将显示为“误码误码”，说明此时的误码，说明此时的误码率已超过了门限。率已超过了门限。4. 关闭系统电源关闭系统电源.信号连接线分别连接信号连接线分别连接P108、P201(203)和和P202(204)、P111铆孔。铆孔。实验步骤实验步骤西安交大光纤通信实验1.光纤连接

12、光发送机和接收机。光纤连接光发送机和接收机。2.信号连接线连接信号连接线连接P108、P111两铆孔。两铆孔。3.打开系统电源，液晶菜单选择打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验光纤测量实验接收灵敏度接收灵敏度”，确认。，确认。即将误码测试的伪随机码（即将误码测试的伪随机码（P108）直接通过信号连接线送入误码检测单）直接通过信号连接线送入误码检测单元（元（P111），内部处理单元将对比收发的伪随机码序列得到误码个数，），内部处理单元将对比收发的伪随机码序列得到误码个数，再与接收的码元总数相除，即得出误码率。由信号连接线构成的信道可再与接收的码元总数相除，即得出误码率。由信号连接线构成的信道

13、可以认为是理想的，所以不会出现误码，此时误码状态显示为以认为是理想的，所以不会出现误码，此时误码状态显示为“正常正常”；若断开信号连接线，此时误码状态将显示为若断开信号连接线，此时误码状态将显示为“误码误码”，说明此时的误码，说明此时的误码率已超过了门限。率已超过了门限。4. 关闭系统电源关闭系统电源.信号连接线分别连接信号连接线分别连接P108、P201(203)和和P202(204)、P111铆孔。铆孔。实验步骤实验步骤西安交大光纤通信实验6.打开系统电源，液晶菜单选择打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验光纤测量实验接收灵敏度接收灵敏度”，确认。，确认。调节调节W201即改变送入光发端

14、机信号（即改变送入光发端机信号（TX1310）幅度最大（不超过）幅度最大（不超过5V）。）。慢慢调节可调衰减器（减少衰减量），直至在一定调节范围内，误码状慢慢调节可调衰减器（减少衰减量），直至在一定调节范围内，误码状态一直显示为态一直显示为“正常正常”。保持此时可调衰减器状态。保持此时可调衰减器状态。7. 按按“返回返回”键，选择键，选择“光纤测量实验光纤测量实验接收灵敏度接收灵敏度”，确认。刷新误，确认。刷新误码仪，此时误码状态应该一直显示为码仪，此时误码状态应该一直显示为“正常正常”。慢慢调节可调衰减器，。慢慢调节可调衰减器，增加衰减量，即使进入光收端机的光功率逐渐减小，出现误码率或者误增

15、加衰减量，即使进入光收端机的光功率逐渐减小，出现误码率或者误码率逐渐增大。当误码率达到时，误码状态显示即由码率逐渐增大。当误码率达到时，误码状态显示即由“正常正常”切换为切换为“误码误码”。此时可以反调衰减器减少其衰减量，在误码状态切换点停止。此时可以反调衰减器减少其衰减量，在误码状态切换点停止调节，保持此时可调衰减器状态。调节，保持此时可调衰减器状态。8. 断开光接收端机，测量可调衰减器的输出光功率断开光接收端机，测量可调衰减器的输出光功率Pmin（dBm），即），即为此光收端机的灵敏度。注意操作过程中，不可改变可调衰减器状态。为此光收端机的灵敏度。注意操作过程中，不可改变可调衰减器状态。9

16、重测量结构连接，重复步骤重测量结构连接，重复步骤6、7，刷新误码仪。慢慢调节可调衰减，刷新误码仪。慢慢调节可调衰减器，减小衰减量，使进入光收端机的光功率逐渐增大，出现误码率或者器，减小衰减量，使进入光收端机的光功率逐渐增大，出现误码率或者误码率逐渐增大。当误码率达到时，误码状态显示即由误码率逐渐增大。当误码率达到时，误码状态显示即由“正常正常”切换为切换为“误码误码”。此时可以反调衰减器增大其衰减量，在误码状态切换点停止。此时可以反调衰减器增大其衰减量，在误码状态切换点停止调节，保持此时可调衰减器状态。调节，保持此时可调衰减器状态。断开光接收端机，测量可调衰减器的输出光功率断开光接收端机，测量

17、可调衰减器的输出光功率Pmax（mW）。）。10. 算出此光收端机的动态范围算出此光收端机的动态范围D；11. 关闭系统电源。关闭系统电源。西安交大光纤通信实验3、眼图观测、眼图观测在通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善传输系统性能。在通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善传输系统性能。 在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定在实际的通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度要产生畸变，也会引入噪声和干扰，也就是说，总是在不同程度上存在码间串扰。为了便于评价实际系统的性能，常用观察眼图上存在码间串扰。为了便于评价实际系统

18、的性能，常用观察眼图进行分析。眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，进行分析。眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响，是一种常用的测试手段。是一种常用的测试手段。 所谓所谓“眼图眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元同步时钟作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形。号，以码元同步时钟作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。U2UT眼皮厚度UU2眼开启度UUU2交叉点发散度 TT西安交大光纤通信实验 眼图是由各段码元波形

19、叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。在无码间串扰和噪样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，声的理想情况下，波形无失真，“眼眼”开启得最大。当有码间串扰时，开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，引起波形失真，引起“眼眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，条变得模糊，“眼眼”开启得小了，因此，开启得小了，因此，“眼眼”张开的大小表示了失真张开的大小表示了失真的程度。由此可知，眼图能

20、直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价的程度。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。 （1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。生的时间间隔。显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 （2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差

21、）的灵敏度，）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。 （3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位围，称为零点失真量，在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。置来提取的，对于这种设备零点失真量很重要。 （4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。 （5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是

22、最小噪声容限，噪）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；声瞬时值超过它就有可能发生错误判决； （6）横轴对应判决门限电平。）横轴对应判决门限电平。西安交大光纤通信实验眼图观察LD及其驱动电路PIN及其放大电路数据信号发生线路编码P101P103P201P202TX1310RX1310W201线路译码P111TX1310单模光纤均衡滤波P112W901TP106P102P115 西安交大光纤通信实验光纤信道眼图观察光纤信道眼图观察按照图接线。按照图接线。P103P201(203) , p202(204)P112打开系统电源，菜单选择打开系统电源，

23、菜单选择“码型变换实验码型变换实验-扰码扰码PN”的子菜单；的子菜单； 示波器观测示波器观测P101测试点基带数据序列。测试点基带数据序列。3. 示波器示波器A通道测试通道测试TX1310测试点，确认有相应的波形输出，调节测试点，确认有相应的波形输出，调节W201即改变送入即改变送入光发端机信号幅度最大（不超过光发端机信号幅度最大（不超过5V），记录信号电平值。），记录信号电平值。4.对照加扰规则，观测对照加扰规则，观测P103测试点的加扰后序列信号，是否符合其规则。看波形码型测试点的加扰后序列信号，是否符合其规则。看波形码型是可用其时钟进行同步。是可用其时钟进行同步。P102为数据对应的时钟

24、，为数据对应的时钟，P106为扰码数据。为扰码数据。5.示波器示波器B通道测试通道测试P202测试点，看是否有与测试点，看是否有与TX1310测试点一样或类似的信号波形。测试点一样或类似的信号波形。测试测试P115译码输出测试点，看是否跟发端设置的基带数据译码输出测试点，看是否跟发端设置的基带数据P101测试点一样或类似测试点一样或类似的信号波形。的信号波形。6. 示波器示波器A通道（触发通道（触发TRTIGGER档）测试档）测试P102测试点（与码元同步的时钟测试点（与码元同步的时钟T），示），示波器波器B通道测试通道测试TP106测试点（均衡滤波器输出波形）测试点（均衡滤波器输出波形）7.

25、调节调整示波器的扫描周期（调节调整示波器的扫描周期（=nT），使），使TP106的升余弦波波形的余辉反复重叠的升余弦波波形的余辉反复重叠（即与码元的周期同步），则可观察到（即与码元的周期同步），则可观察到n只并排的眼图波形。眼图上面的一根水平只并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连线由连1引起的持续正电平产生，下面的一根水平线由连引起的持续正电平产生，下面的一根水平线由连0码引起的持续的负电平码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由产生，中间部分过零点波形由1、0交替码产生。交替码产生。8. 调整调整W901直到直到TP106点波形出现过零点波形重合、线条细且清晰的眼图波形（即点波形出现过零点波形重合、线条细且清晰的眼图波形（即无码间串扰、无噪声时的眼图）。在调整无码间串扰、无噪声时的眼图）。在调整W901过程中，可发现眼图过零点波形重过程中，可发现眼图过零点波形重合时合时W901的位置不是唯一的，它正好验证了无码间串扰的传输特性不唯一。的位置不是唯一的，它正好验证了无码间串扰的传输特性不唯一。9.关闭系统电源。关闭系统电源。