课程名称：光纤通信
实验名称：实验3 接收机灵敏度和动态范围测量实验
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实验时间：
指导教师：
得分：
一、实验目的
1、了解和掌握光收端机灵敏度的指标要求和测试方法。
2、掌握误码仪的使用方法。
二、实验器材
主控&信号源模块
25 号光收发模块
23 号光功率计&误码仪模块
三、实验原理
光接收机的性能指标主要包括灵敏度和动态范围。
（1）灵敏度
灵敏度是光端机的重要特性指标之一，它表示了光接收机接收微弱信号的能力，是系统设计的重要依据。
光接收机灵敏度的定义是：在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。
在测灵敏度时应注意 3 点：
1、在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。
对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。
例如，在短距离光纤数字通信系统中，要求误码率一般为，而在420km 数字段中，则要求每个中继器的误码率为。
对同一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。
要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。
因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。
测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。
2、要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。
因此，要特别注意“最小”的概念。
所谓“最小”，就是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。
应该指出，对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。
但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。
3、灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。
这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。
码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。
在光纤数字传输系统中常用的 2 种码型NRZ 码和RZ 码的占空比分别为
100%和50%。
当“1”和“0”码的概率相等时，前者的平均光功率比后者大3db。
因此，测试灵敏度时必须选用正确的码型。
灵敏度的单位一般用dBm 表示。
它表示以1mW 功率为基础的绝对功率电平。
设测得的最小平均光功率为Pmin，则灵敏度可以表示为
例如当PR=-60dBm 时，其最小平均光功率就是10-9W。
要特别说明的是：Pmin 越小，接收机的灵敏度就越高，该接收机在很小的接收光功率条件下，就可保证系统所要求的误码率。
（2）动态范围
在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。
一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。
为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。
在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。
在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。
应该指出，在数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别开来。
为保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化，光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，可表示为：
式中，Pmax 是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin 是光接收机的灵敏度，即最小可接收光功率。
一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。
实验电路框图
四、实验步骤
1、登录e-Labsim 仿真系统，创建仿真工作窗口，选择实验所需模块和示波
器。
2、按表格所示进行连线。
3、模块设置：
1）连接25 号光收发模块的光发输出端和光收接入端。
2）将光收发模块的功能选择开关S1 打到“光接收机”。
3）将25 号模块P4(光探测器输出)连至23 号模块P1（光探测器输入）。
4）将开关J1 拨为“10”，即无APC 控制状态。
5）开关S3 拨为“数字”，即数字光发。
6）将25 号光收发模块的电位器W4（光输出功率粗调）和W2（光输出功率微调）顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；
4、运行仿真，开启所有模块的电源开关。
6、理想的光传输系统调整：
1）使用示波器对比观测光收发模块的“数字输入”TH2和“数字输出”端口
TH3，调节光接收机的判决门限和灵敏度，使数字输入与数字输出的信号一致，没有误码。
思考1：类型1 数据是PN 码的一种，为了稳定且实时地显示观测到的数据，在不使用STOP 的条件下，我们应该对示波器进行怎样的设置？提示:理解触发电平和触发释抑。
思考2：类型1 的数据，怎样确定一个周期的长度及1 比特码元的宽度？
2）数字输入与数字输出的信号一致时，误码仪的“失锁”“误码”“无数据”三个指示应处于灯灭状态，即光发射机和接收机的传通通路无误码。
7、灵敏度计算：慢慢旋转W4（输出光发射功率大小的调节旋钮），当误码仪的
“误码”指示灯刚出现闪烁时，将25 号模块的功能选择键S1 拨至“光功率计”，在主控模块上设置并选择【主菜单】→【光纤通信】→【光功率计】功能，可以
通过选择和单击“选择/ 确认”多功能旋钮，切换功率计的测量波长；根据实际使用的光收发模块的波长类型，选择波长【1310nm】或【1550nm】。
测量并记录此时光功率Pmin。
该
Pmin 即为光接收机的灵敏度。
代入前面的公式，即可计算出PR。
8、动态范围计算：参考光发射机平均光功率测试实验的方法或重做上面的步骤6，测出光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率Pmax，从而计算出光接收机的动态范围。
Pr=-17.1dBm
D=2.6dB
五、心得与体会
通过本次实验，我更加扎实的掌握了有关光收端机灵敏度的指标要求和测试方法方面的知识，对试验工坊的各种操作更加熟练了.
在实验过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
