实验一虚拟数字示波器和虚拟信号发生器

实验一虚拟数字示波器和虚拟信号发生器1、目的和要求
1.了解并学会使用音频虚拟数字示波器。

2.了解并学会使用虚拟信号发生器。

2、实验主要仪器及材料
1、光纤通信原理实验箱 1台
2、计算机 1台
3、万用表1台
4、连接导线 10根3、实验内容和原理
1、了解音频虚拟数字示波器的原理，并动手操作，学会使用方法。

2、了解虚拟信号发生器的原理，并动手操作，学会使用。

4、实验操作方法、步骤及注意事项
1. 音频虚拟数字示波器的原理
安装ＦＯＣ软件并运行，调出虚拟示波器界面并进行操作，学会使用方法。

2.模拟信号发生器模块
T301：方波信号输出端口
T302；三角波信号输出端口
T303：2K正弦波信号输出端口
T304：1K正弦波信号输出端口
W301,W302,W303：2K正弦波TP303失真度调节电位器
W304：2K正弦波T303频率调节电位器
W305：三角波的幅度调节电位器
W306：1K正弦波T304幅度调节电位器
W307：2K正弦波T303的幅度调节电位器
3、数字信号发生器模块
T501：4.096MHz时钟信号输出端口
T502：NRZ码位同步信号输出端
T503：NRZ码帧同步信号输出端口
T504：NRZ码信号输出端口
K501,K502,K503：拨码开关，可进行NRZ码型的设置
K511：输出信号的频率控制开关，拨上，输出NRZ码的速率为64KB/s；拨下，输出信号的速率提高四倍，为256KB/s。

4、实验注意事项
（1）、安装软件时，要正确设置PC的环境变量。

（2）、安装软件完毕后，要对ＰＣ的通信端口进行设置，要保证至少有两个通信端口能顺利传输信息。

5、实验现象、数据记录、观察结果和处理
6、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论
通过对音频虚拟数字示波器及虚拟信号发生器的操作，对各种常见常用的波形及信号进行了观察和分析。

结果表明，该虚拟数字示波器及虚拟信号发生器具有良好的性能，观测方便，数据准确。

7、结论
该实验系统提供的虚拟数字示波器及虚拟信号发生器具有良好的性能，观测方便，数据准确。

8、实验小结
通过本次学习，了解了音频虚拟数字示波器和虚拟信号发生器的基本原理，并学会对这
两种软件的操作方法。

9、本次实验问题与建议
实验二光发送电路实验
1、目的和要求
1、了解光发端输出光功率的指标要求.
2、掌握光发端输出光功率的测试方法.
3、了解数字光发端的消光比的指标要求.
4、掌握数字光发端的消光比的测试方法.
2、实验主要仪器及材料
1、光纤通信原理实验箱 1台
2、光功率计 1台
3、单模光跳线1根
4、连接导线 10根
3、实验内容和原理
1、测试数字光发端机的输出光功率
2、测试数字光发端机的消光比
3、比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响
光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接受机）之一。

其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。

输出光功率测试连接示意图
消光比定义式如下式，P
是给光发端机的数字驱动电路发送全“0”码，测得的光功率，
P 1是给光发端机的数字驱动电路发送全“1”码，测得的光功率，将P
，P
1
代入公式：
1
lg
10
P
P
EXT
4、实验操作方法、步骤及注意事项
（1）连接导线：PCM编译码模块与CPLD下载模块连接，T980与1550nm光发模块输入
端连接.
（2）用光纤跳线将1550T输出端与光功率计连接，形成输出光功率测试系统。

（3）接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

（4）接通PCM编译码模块(K60)、CPLD模块（K90）和光发模块(K15)的直流电源。

（5）将光功率计调至1550波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的输出光功率。

（6）关闭各直流电源开关，拆除导线，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P
1
，
将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P。

（7）将P1，P0代入公式计算数字光纤传输系统消光比。

（8）依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线，将实验箱还原。

5、实验现象、数据记录、观察结果和处理
实验结果（表格内参数为参考值，可上下波动，请勿完全相同）
6、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论
从一百多微瓦增加到八百实验结果表明，在驱动电流从5 mA -25 mA 的范围内，P
1
多微瓦， P
则从几个微瓦增加到十几个微瓦，但消光比在这个范围内相对比较稳定。

7、结论
光发射机部分的平均光功率随着驱动电流的增加而增大，消光比则基本稳定在16-18dB 左右。

8、实验小结
通过本次学习，了解了光发端输出光功率的测试方法，了解数字光发端的消光比的指标要求，学会了数字光发端的消光比的测试方法.
9、本次实验问题与建议
实验三光接收电路实验
1、目的和要求
1、熟悉光收端灵敏度的概念.
2、掌握光收端灵敏度的测试方法.
3、熟悉光收端机动态范围的概念.
2、实验主要仪器及材料
1、光纤通信原理实验箱1台
2、光功率计1台
3、可变衰减器1个
4、单模光跳线 2根
5、多模光跳线（可选） 2根
6、连接导线 10根
3、实验内容和原理
1、测量1310nm 光收端机的灵敏度.
2、测量1550nm 光收端机的灵敏度.
3、测量850nm 光收端机的灵敏度(选做).
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
)(lg
10min
max
dB P P D 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1×10-11
时，得到允许最大
的接收光功率P max 。

数字接收单元指标测试框图
4、实验操作方法、步骤及注意事项
1、将误码分析议与实验箱连接好，用两根光跳线把可变衰减器串入其中，并使可变衰减器衰减最小。

2、将拨码开关BM1、BM2和BM3拨到数字1310nm 和1310nm 。

3、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

4、接通光发模块（K10）的直流电源开关。

5、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215-1，码型设为NRZ 码。

6、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。

7、慢慢调节电位器W101，使驱动电流小于额定值，即万用表读数小于25mV ，调节电位器W121，使数字光纤通信系统无误码。

8、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，当误码分析仪读数
出现误码并且达到预定值（例如10-6
）时，用光功率计测得此时的光功率即为光检测器最小接收光功率P min 。

9、依次关闭各模块电源、直流电源，拆除导线。

将实验仪器还原。

10、设计并执行1550nm 和850nm 光收端机灵敏度测试步骤。

5、实验现象、数据记录、观察结果和处理
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，当误码分析仪读数出现误码并且达到10-6
时，用光功率计测得此时的光功率约为460uW 。

当光功率进一步减小到380uW 左右时，误码率将达到10-4
6、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论
实验结果表明，驱动电流小于额定值，调节电位器W121，可使数字光纤通信系统无误码；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，误码分析仪读数将出现误码。

7、结论
光收端机光功率小于一定值的时候，光纤通信系统将出现误码，且光功率越小，误码率越大。

8、实验小结
通过本次学习，进一步熟悉了光收端灵敏度的概念，学会了光收端灵敏度的测试方法.
9、本次实验问题与建议
实验四发光二极管P-I特性测试实验
1、目的和要求
1、学习发光二极管的发光原理
2、了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系
3、掌握发光二极管P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试
2、实验主要仪器及材料
1、光纤通信原理实验箱 1台
2、光功率计 1台
3、多模光跳线 1根
4、连接导线 10根
3、实验内容和原理
1、测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I 关系曲线
2、根据P －I 特性曲线，计算发光二极管斜率效率
对于发光二极管（LED ）而言，自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I ，工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I q ，其中发射电子的复合率决定于内量子效率int η，光子产生率为
)/(int q I η，因此LED 内产生的光功率为
I q P )/(int int ωη =
式中，ω 为光量子能量。

假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED 逸出的功率内部产生功率的份额为ext η，则LED 的发射功率为
I
q P P ext ext e )/(int int ωηηη ==
η
ext 亦称为外量子效率。

LED 发射功率P 和注入电流I 近似成正比，这说明LED 的
P-I 曲线线性度好，调制时动态范围大，信号失真小。

4、实验操作方法、步骤及注意事项
1、将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到头，使数字驱动电流达到最小值。

2、拨动双刀三掷开关，将BM1、BM2选择在中间档，即将R110与电路断开。

3、用万用表测得R110电阻值，找出所测电压与半导体发光二极管驱动电流之间的关系（V ＝IR 110）。

4、拨码开关BM1和BM2分别拨到数字和850nm 档，选择850nm 数字驱动电路。

5、用ST-FC 光跳线将850nm 光发端与光功率计连接，并将光功率计选择波长850nm 档，连接导线T504（数字信号源模块）与T101。

6、接好电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K01，K02 (电源模块)，这时电源指示灯全亮。

7、接通光发模块和数字信号源模块直流电源（K10与K50），并将K501，K502，K503拨为全“1”。

8、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。

9、慢慢调节电位器W101使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值。

10、做完实验后将拨码开关BM1和BM2拨到中间状态，然后依次关掉各直流开关，以及交流电开关。

11、拆下光跳线和光功率计，拆除连线，将实验箱还原，将各实验仪器摆放整齐。

5、实验现象、数据记录、观察结果和处理
LED的P-I特性测试表（表格内参数为参考值，可上下波动，请勿完全相同）
6、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论
从实验数据看见，对于发光二极管来说，工作电流不同的时候，输出功率也不同，输入电流和光功率其电光转换特性（P-I特性）在电流从5mA到54mA的区间内，与光功率基本上是成线性关系.
7、结论
发光二极管的输入电流在合适的区间的时候，电光转换特性（P-I特性）基本上是成线性关系。

8、实验小结
通过本次学习，进一步熟悉了光发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系，学会了发光二极管P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试
9、本次实验问题与建议
实验五模拟信号传输实验
1、目的和要求
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
2、实验主要仪器及材料
1、光纤通信原理实验箱 1台
2、20MHz双踪模拟示波器1台
3、单模光跳线1根
4、多模光跳线（可选） 1根
5、音频线（可选）1根
6、外输入语音信号源（可选收音机，单放机，PC机等）1套
7、连接导线 10根
3、实验内容和原理
1、各种模拟信号LED模拟调制：三角波，正弦波，语音信号（外输入语音信号）
2、各种模拟信号LD模拟调制：三角波，正弦波，语音信号（外输入语音信号）
本实验通过完成各种不同模拟信号的LED光纤传输（如正弦波，三角波，外输入音乐信号），了解模拟信号的调制过程及调制系统组成。

模拟信号光纤通信系统组成如图2所示。

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就是对发光二极在LD
模拟信号调制实验中，采用预失真补偿电路对模拟信号波形进行失真补偿，观察补偿后的传输效果与补偿前的效果。

4、实验操作方法、步骤及注意事项
1、连接导线：模拟信号源模块T303与光发模块T111连接。

2、用FC-FC 光纤跳线将1310nm 光发端机（1310nmT ）与1310nm 光收端机（1310nmR ）连接起来。

3、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到模拟、1310nm 和1310nm 档。

K121拨下。

4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

5、打开模拟信号源模块(K60)、光发模块(K10)的直流电源。

6、调节模拟信号源模块电位器W306，使TP303波形幅度为2V 。

7、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节半导体激光 器驱动电流（W112），使之小于25mA 。

8、调节电位器W111，W112和W121，使得TP121处波形幅度为2V 且无明显失真，用示波器观察TP111，TP112和TP121波形，观察模拟信号光纤传输调制过程。

9、将T303换成T302（三角波）或T301（方波），观察各测试点波形效果。

10、拆除T111连接导线，用音频线将电脑语音输出端与实验箱外输入语音信号输入端（T252）连接，T253与T111连接，T121与T261连接，并使电脑播放音乐。

11、打开语音信号处理模块电源开关，调节音量（W261），判断光纤传输音乐信号效果（用示波器观察各测试点波形）。

12、依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱放好。

I
P
图1 发光二极管模拟调制原理图
图2 模拟信号光纤传输系统框图
5、实验现象、数据记录、观察结果和处理
6、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论
从观测到的波形可见，对于模拟信号的传输，可采用直接的方式进行调制，但在接收端应采用预失真补偿电路对模拟信号波形进行失真补偿。

通过观察，采用预失真补偿后的信号波形有较为明显的改善，如果没有补偿，信号将产生一定的失真。

7、结论
模拟信号的传输，可采用直接调制的方式，但在接收端应采用预失真补偿电路对模拟信号波形进行失真补偿。

8、实验小结
通过本次学习，进一步熟悉了模拟信号光纤系统的通信原理，了解了完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构。

9、本次实验问题与建议
TP111
TP112
TP121
以正弦波为例TP111、TP112、TP1221波形
实验六数字信号光纤传输实验
1、目的和要求
1、了解数字信号光纤传输系统的通信原理.
2、掌握完整数字光纤通信系统的基本结构.
2、实验主要仪器及材料
1、光纤通信原理实验箱 1台
2、20MHz双踪模拟示波器1台
3、单模光跳线 1根
4、多模光跳线（可选） 1根
7、连接导线 10根
3、实验内容和原理
1、观察各种数字信号在LD（1310nm）光纤传输系统中的波形.
2、观察各种数字信号在LED（850nm）光纤传输系统中的波形（可选）.。

数字光纤通信的基本原理是将数字通信中的数据传输信号首先经过电—光变换成光脉冲数字信号，然后通过光纤光缆传输到数字通信的对方，最后再经过光—电变换、放大、均衡与定时再生成数据传输信号，光发送机完成电—光变换后由光源器件（激光器—LD或者发光二极管—LED）发射光脉冲信号。

光接收机完成光—电变换，即由光检测器把光信号变换成电信号。

数字信号光纤传输系统组成框图如图1所示，对原始数字信号产生模块的信号进行各种不同方式的编码和译码，然后通过光纤传输，在测试端口观测输出端的信号波形，并且比较发光二极管的数字驱动与半导体激光器数字驱动效果的异同。

图1 数字信号光纤传输系统组成框图
4、实验操作方法、步骤及注意事项
1、用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR）连接起来，组成1310nm光纤传输系统。

2、连接导线：数字信号源T504与光发模块T101连接，将数字信号源模块K511拨到上面。

3、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。

4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

5、接通数字信号源模块(K50)、光发模块(K10)的直流电源。

6、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节半导体激光器
驱动电流（W101），使之小于25mA 。

7、调节电位器W121，使得TP121处波形幅度大于3.5V ，用示波器观察TP101，TP102和TP121波形，观察数字信号光纤传输调制过程。

8、将数字信号源模块K511拨到下面，观察各点波形变化。

9、改变数字信号源模块拨码开关状态，观察各测试点波形变化。

10、改用实验箱中其他码型的数字信号进行上述步骤，观察各种码型的波形（PCM 编码信号，CMI 编码信号，脉冲信号等）。

11、依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。

5、实验现象、数据记录、观察结果和处理
6、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论
对于数字信号的传输，首先应经过电—光变换转换成光脉冲数字信号，然后通过光纤光缆传输到数字通信的对方，最后再经过光—电变换、放大、均衡与定时再生成数据传输信号，光发送机完成电—光变换后由光源器件发射光脉冲信号。

从实验结果来看，经过上述步骤，信号的波形还是比较理想的。

7、结论
数字信号的传输，均衡与定时再生成数据传输信号在传输过程中具有重要的作用，这两个环节的性能直接会影响到接收端的信号质量。

8、实验小结
通过本次学习，进一步熟悉了数字信号光纤系统的通信原理，了解了完整的数字信号光纤通信系统的基本结构。

9、本次实验问题与建议
TP101
TP102
TP121
以方波为例TP101、TP102、TP121各点的波形。