实验三 模拟信号光纤通信系统

模拟光纤通信系统模拟光纤通信系统是一种基于光纤技术实现数据传输的通信系统。

光纤通信系统是目前最快、最可靠、最广泛使用的通信方式之一，其数据传输速度、带宽和抗干扰能力都在其他传输方式中处于领先地位。

下面就模拟光纤通信系统进行详细讲解。

一、光纤通信系统的简介光纤通信系统是一种利用光的传输效果将数字或模拟信号从一个地方传输到另一个地方的技术。

它基于光纤传输方式，即光信号通过光纤传输，具有低损耗、高速率和长距离等优势。

目前，光纤通信系统被广泛应用于电话、互联网、电视、广播等通信领域。

二、模拟光纤通信系统的工作原理模拟光纤通信系统一般分为发送端、光纤传输通道和接收端三个部分。

在发送端，模拟信号经过信号处理和调制后被转换成模拟光信号。

光信号经过一系列光学器件的调制和调节后沿着光纤传输通道送到接收端。

在光纤传输通道中，光信号由光纤中名为光纤芯的中央部分传输。

光纤芯由高折射率的玻璃或塑料材料制成，光通过它时被完全反射，从而减少了传播信号的损耗。

光纤芯的外部被一个被称为光纤包层的低折射率材料包围，其作用是防止光纤芯中的光逸出。

光纤包层还可以防止外界干扰信号，提高传输质量。

在接收端，经光纤传输的信号进入接收机进行解调，解调后的模拟信号经过放大和滤波处理后输出。

接收端还需要有一个时钟源对信号进行时钟恢复，以便于后续的数字处理。

三、模拟光纤通信系统的优点1、高速率。

模拟光纤通信系统的传输速率可以达到几千兆每秒（Gbps），比其他传输方式快得多，可以满足大量数据传输和信息交流的需求。

2、长距离。

光纤通信系统的传输距离可以达到数千公里，能够满足远距离通信的需求。

3、低损耗。

光纤传输中信号传输损耗小，信噪比高，能够有效地提高通信质量。

4、抗干扰能力强。

光纤通信系统中信号传输不受外界干扰的影响，能够保障通信信号的稳定性。

四、模拟光纤通信的应用领域光纤通信已经成为当今通信行业最重要的技术之一。

除了经典的电话、广播、电视传输以外，还有广域网应用，以及局域网、视频监控等领域都广泛应用了光纤通信。

通信工程专业综合实验报告――光通信部分姓名学号通信班级上课时间周二下午16:20~18:10第8章光纤传输系统实验一激光器P-I特性测试实验1. 实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试方法2. 实验仪器1、ZY12OFCom13BG型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线1根4、万用表1台5、连接导线20 根3. 实验原理半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。

处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1,这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。

由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（》10mW辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30〜50°,水平发散角为0〜30°），与单模光纤的耦合效率高（约30%〜50%），辐射光谱线窄（△入=0.1〜1.0nm）,适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（＞20GHZ直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。

P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。

在选择时，应选阈值电流I th尽可能小，I th对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器。

这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。

并且要求P-I曲线的斜率适当。

斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。

半导体激光器可以看作为一种光学振荡器， 要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布， 而且产生的增益足以抵消所有的损耗。

模拟信号光纤传输实验报告一、实验目的1、了解模拟信号光纤通信原理。

2、了解不同频率不同幅度的正弦波、三角波、方波等模拟信号的系统光传输性能情况。

二、实验器材主控&信号源模块25号光收发模块23号光功率计模块示波器三、实验原理本实验是输入不同的模拟信号，测量模拟光调制系统性能。

如模拟信号光调制传输系统框图所示，不同频率不同幅度的正弦波、三角波和方波等信号，经25号模块的光发射机单元，完成电光转换，然后通过光纤跳线传输至25号模块的光接收机单元，进行光电转换处理，从而还原出原始模拟信号。

实验中利用光功率计对光发射机的功率检测，了解模拟光调制系统的性能。

四、实验步骤1、登录e-Labsim仿真系统，创建实验文件，选择实验所需模块和示波器。

2、参考系统框图，依次按下面说明进行连线。

（1）用连接线将信号源A-OUT，连接至25号模块的TH1模拟输入端。

（2）连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。

（3）将25号模块的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。

3、设置25号模块的功能初状态。

（1）将收发模式选择开关S3拨至“模拟”，即选择模拟信号光调制传输。

（2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。

（3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率计测量功能。

4、运行仿真，开启所有模块的电源开关。

5、进行系统联调和观测。

（1）设置主控模块的菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【模拟信号光调制】。

此时系统初始状态中A-OUT输出为1KHz正弦波。

调节信号源模块的旋钮W1，使A-OUT输出正弦波幅度为1V。

（2）选择进入主控&信号源模块的【光功率计】功能菜单，根据所选模块波长类型选择波长【1310nm】或【1550nm】。

（3）保持信号源频率不变，改变信号源幅度测量光调制性能：调节信号源模块的W1，改变输入信号的幅度，记录不同幅度时的光调制功率变化情况。

光通信实验及设计讲义（实验箱+数字+模拟）实验一模拟光纤通信系统实验一、实验内容及步骤1. 检查连线，取掉实验板的所有跳线块。

将实验箱电源单元拔码开关的四个开关均打到ON，打开电源；2. 用示波器观察TR-AN点波形。

分别选择拨码开关（每次只可选开一个），分别观察模拟函数发生单元的SIN、TRI、SQ波形并记录；3. 调节模拟函数发生单元电阻R45（ratio），观察测试点SQ波形的变化，观察占空比的变化。

将占空比还原到1：1处；4. 调节模拟函数发生单元电阻R3（distortion），观察测试点SIN处的波形变化，观察失真严重以及较好的波形。

将波形保持在最好的状态；5. 调节模拟函数发生单元电阻R50（frequency），观察测试点每种波形的变化，对照示波器记录输出的最高和最低频率，然后将频率调致较低值，以便后续试验的测试；6. 将模拟函数发生器单元的拨码开关的开关3打到ON（选择SIN波形）。

调节电阻R69，观察测试点TR-AN点的波形变化。

记录此测试点信号的最大和最小峰峰值；7. 用跳线块连接函数发生器单元内的TR插针。

调节R69，使得TR-AN处电压波形的峰峰值为0.5V以下（避免因输入信号过大导致后续失真）；8. 观察光发射单元内TR-AN处的波形。

调节电阻R48，观察测试点Avled的波形变化；9. 用跳线块连接光发射单元内AN插针。

观察光接收单元的RE-SIG处波形并记录。

与光发射单元的发送过来的信号作比较；10. 观察并记录测试点AMP-SIG的信号波形，与RE-SIG点的波形相比较，计算信号放大倍数；11. 用跳线块连接光接收单元内的AN插针。

观察并记录RE-AN处的波形，与AMP-SIG测试点的信号波形比较。

调节电阻R58，观察波形的变化。

12. 分别选择TRI波形。

重复做步骤7到12。

13. 关闭电源，将所有跳线块取下。

二、实验报告要求按实验内容和步骤的要求，对照各部分电路图，分析思考波形变化的原因，并在坐标纸上绘出并分析、计算实验中各测试点处的各种波形数据，简要说明模拟光纤通信传输原理。

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姓名：班级：学号：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%。

模拟光纤通信系统一、设计题目：模拟光纤通信系统二、设计要求：运用光纤通信以及模拟电路的知识实现模拟信号〔要求频率1~3MHZ〕的光纤通信系统。

信号发生器：产生2MHz的正弦模拟信号，要求其能直截了当连在发射电路上时，发射电路能把它发射出去。

模拟光发射电路：信号的发射由发光二极管〔LED〕实现。

LED是电流驱动的，要求交流电流：50--70(mA)之间，直流电流：50mA左右的模拟光发射电路。

模拟光接收电路：光信号的接收由光电二极管〔PIN〕实现。

设计的电路要求能够稳固准确地发射并接收信号。

三、分析设计：1、实验原理我们设计的是模拟光纤通信系统。

既然是通信系统，那就包括通信系统的所有的模块，如信源、调制、信道、解调、信宿五大模块。

关于光纤通信系统，又有其专门性，是因为载波为光波。

信源用信号发生器产生的电信号来代替，而调制是用光发射机把电信号调制到光频上发射出去，信道是光纤，解调用光接收机来代替，信宿是信号的使用者，那个地点不考虑。

光发射机的差不多功能是将携带信息的电信号转换成光信号，并将光信号送入光纤中。

为了实现这一功能，发光射机要有适合的光源及其驱动电路以及一些使系统正常、可靠工作的辅助操纵电路组成。

我们是用电信号调制光的强度把信号发射出去的。

光源要求其产生的光波能够在光纤中低损耗低色散传输，并切其产生的光能够尽可能的耦合在光纤中，且易于调制，工作可靠信高。

可用半导体激光器〔LD〕和发光二极管〔LED〕作为光源。

那个地点用发光二极管〔LED〕作5V,同时要防止静电！光源。

但要专门注意：发光二极管〔LED〕的电压不得高于+因此上光时要带防止静电的手镯。

发光二极管的P－I特性：指的时输出的光功率随注入电流的变化关系。

当注入电流较小时，线性度专门好；但当注入电流较大时，由于PN结的发热，发光效率降低，显现了饱和现象。

同样的注入电流下，面发光二极管输出功率比边发光二极管大2.5～3倍。

是因为边发光二极管受到更多的吸取和界面复合的阻碍。

实验一 模拟信号光纤传输实验一、 实验目的1. 了解模拟信号光纤系统的通信原理2. 了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构二、 实验仪器1. Z Y12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱1台 2. 20MHz 双踪模拟示波器 1台 3. 万用表 1台 4. F C/PC-FC/PC 单模光跳线 1根 5. 850nm 光发端机和光收端机（可选） 1套 6. S T/PC-ST/PC 多模光跳线（可选） 1根 7. 音频线（可选） 1根 8. 外输入语音信号源（可选收音机，单放机，PC 机等） 1个 9. 连接导线20根三、 实验原理根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。

由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，所以可以直接调制对于半导体激光器和发光二极管来说具有简单、经济和容易实现等优点。

进行发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。

从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制。

模拟信号调制直接用连续的模拟信号（如话音、模拟图像信号等）对光源进行调制。

图1-1就是对发光二极管进行模拟调制的原理图。

连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。

电路实现上，LED 的模拟信号调制较为简单，利用其P-I 的线性关系，可以直接利用电流放大电路进行调制，实验箱模拟信号调制电路如图1-2所示。

IP图1-1 发光二极管模拟调制原理图一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高。

而且要求提高光接收机的信噪比比较高。

与发光二极管相比，图1-2 LED 模拟调制电路半导体激光器的V-I 线性区较小，直接进行模拟调制难度加大，采用图1-2调制电路，会产生非线性失真。

实验三模拟信号光纤传输系统实验一、实验目的和意义1、了解发光端机的发光管特性；2、掌握如何在光纤信道中高性能传模拟信号；3、掌握发送光端机中传输模拟信号驱动电路的设计；4、了解光检测器的原理；5、光接收机的组成；二、实验系统的构成和实验步骤实验仪器：“实验箱”、20MHz示波器、低频信号源、光功率计实验原理：1、模拟光纤传输系统的主要技术指标：模拟光纤传输系统有两个关键性的质量指标：（1）信噪比S/N（2）信道线性度（非线性失真度）信噪比S/N与道线性度分别表达噪声大小和线性好坏，这两个指标的数值依据传输的实际用途而定。

一般地说高质量的电视传输（例如演播室图象传输）要求信噪比S/N达到56dB，差分增益ΔG=0.3dB（差分增益是用于表示在不同输入信号电平上所引起增益的差值，即通道的线性度）。

对于数字载波传输系统（模拟信号传输），所需信噪比S/N和通道线性度一般比这要求低，可根据实际系统指标的分配决定。

2、模拟光纤传输系统的噪声来源噪声问题是模拟光纤系统主重要的问题之一，系统的任何组成部分包括有源部件和无源部件都可产生噪声，并叠加在传输信号之上。

在AM传输系统中，主要由光发射机、传输光纤、光接收机和各类连接器所组成。

在光接收机中光检测器又由光检二极管和前置放大器组成。

模拟光纤传输链路中的噪声主要来源于以下几个方面：（1）光发射机中激光器光强的涨落,即相对强度噪声。

在模拟光纤系统中，激光器的直流偏置点是置于线性范围的中间，即在高于激光器阀值电流I的某一电流I处。

相对强度噪声随着激光器的偏置th不同而变化，在阀值附近，其达到最大，随着偏置增加，•即激光器输出功率增加，其会下降。

相对强度噪声和激光器的工作频率亦有关系，一般在低频时较小，而在高频时相对强度噪声则明显增加。

（2）由光纤链路中光纤连接器（活接头）、固定连接点（死接头）、•光纤耦合端面产生反射光以及光纤内部缺陷多次反射（瑞利散射）进入激光器腔内引起干涉强度噪声。

一、实验目的1. 了解光纤通信的基本原理和特点。

2. 掌握光纤通信系统的基本组成。

3. 通过模拟实验，验证光纤通信系统的传输性能。

二、实验原理光纤通信是一种利用光在光纤中传输信息的技术。

其基本原理是：将电信号转换为光信号，通过光纤传输，再将光信号转换为电信号，恢复原始信息。

光纤通信具有传输速率高、抗干扰能力强、传输距离远等特点。

光纤通信系统主要由光源、光纤、光模块、光电转换器、传输设备等组成。

三、实验仪器与设备1. 光纤通信实验平台2. 光源（LED）3. 光纤（多模光纤）4. 光模块（发送模块、接收模块）5. 光电转换器6. 信号发生器7. 示波器8. 连接线四、实验步骤1. 搭建实验平台，将光源、光纤、光模块、光电转换器等设备连接好。

2. 设置信号发生器，产生一个稳定的电信号。

3. 将电信号输入到发送模块，通过发送模块将电信号转换为光信号。

4. 将光信号通过光纤传输，到达接收模块。

5. 接收模块将光信号转换为电信号，输出到示波器。

6. 观察示波器上显示的信号波形，分析信号的传输性能。

7. 改变光源功率、光纤长度、接收模块灵敏度等参数，观察信号传输性能的变化。

五、实验数据与分析1. 光源功率为1mW，光纤长度为10m，接收模块灵敏度设置为中等，信号传输良好。

2. 当光源功率增加到2mW，光纤长度增加到20m，接收模块灵敏度设置为高时，信号传输仍然良好。

3. 当光纤长度增加到30m，接收模块灵敏度设置为高时，信号出现一定的衰减，但仍然可以恢复原始信息。

4. 通过实验可知，光纤通信系统具有较长的传输距离和良好的抗干扰能力。

六、实验结论1. 光纤通信系统具有传输速率高、抗干扰能力强、传输距离远等特点。

2. 实验验证了光纤通信系统的传输性能，为实际应用提供了理论依据。

3. 通过调整光源功率、光纤长度、接收模块灵敏度等参数，可以优化光纤通信系统的性能。

七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，防止触电、火灾等事故发生。