光接收机的动态范围及眼图观测
眼图观测实验 光纤通信_实验5实验报告
课程名称：光纤通信实验名称：实验5 眼图观测实验姓名：班级：学号：实验时间：指导教师：得分：一、实验目的1、了解和掌握眼图的形成过程和意义。
2、掌握光纤通信系统中的眼图观测方法。
二、实验内容1、观测数字光纤传输系统中的眼图张开和闭合效果。
2、记录眼图波形参数，分析系统传输性能。
三、实验器材1.主控&信号源模块2.25号光收发模块3.示波器四、实验原理1、实验原理框图眼图测试实验系统框图2、实验框图说明本实验是以数字信号光纤传输为例，进行光纤通信测量中的眼图观测实验；为方便模拟真实环境中的系统传输衰减等干扰现象，我们加入了可调节的带限信道，用于观测眼图的张开和闭合等现象。
如眼图测试实验系统框图所示，系统主要由信号源、光发射机、光接收机以及带限信道组成；信号源提供的数字信号经过光发射机和接收机传输后，再送入用于模拟真实衰减环境的带限信道；通过示波器测试设备，以数字信号的同步位时钟为触发源，观测TP1测试点的波形，即眼图。
3、眼图基本概念及实验观察方法所谓眼图，它是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形。
眼图包含了丰富的信息，反映的是系统链路上传输的所有数字信号的整体特征。
利用眼图可以观察出码间串扰和噪声的影响，分析眼图是衡量数字通信系统传输特性的简单且有效的方法。
●被测系统的眼图观测方法通常观测眼图的方法是，如下图所示，以数字序列的同步时钟为触发源，用示波器YT模式测量系统输出端，调节示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，则屏幕中显示的即为眼图。
眼图测试方法框图●眼图的形成示意图一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每个状态组发送的此时要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在示波器屏幕上。
八种状态如下所示：八种状态示意图眼图合成示意图如下所示：眼图合成示意图一般在无串扰等影响情况下从示波器上观测到的眼图与理论分析得到的眼图大致接近。
●眼图参数及系统性能眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。
光接收参数
Rn 接收光波长范围：
— 最大接收波长 — 最小接收波长
nm
> 1565
nm
< 1310
光信噪比 OSNR
dB
>22（20）**
反射系数
dB
-27
注 1*： 待研究
注 2*： 8×22 dB 的光信噪比：22 dB；5×30 dB 与 3×33 dB 的光信噪比：
20 dB。
表 3.5.7 列出了以 10Gb/s 为基群、复用通道为 32 的 WDM 系统中 Sn 与 Rn 接
学表达式来表述，但知道了接收端的光信噪比 OSNR，通过一系列的繁琐计算就可以求 出 WDM 系统每个光通道的平均误码率 BER（详见本书附录 3）。
因此 OSNR 是 WDM 系统的一个非常重要技术指标。 对 OSNR 的具体要求与 WDM 系统的具体配置有关，如每个复用通道的基群速 率、收发之间的光再生段数目等。一般来讲，对于以 2.5Gb/s 为基群的 WDM 系统，每 个复用通道接收端 Rn 点的光信噪比 OSNR 应该优于 20（或 22） dB。对于以 10Gb/s 为基群的 WDM 系统，每个复用通道接收端 Rn 点的光信噪比 OSNR 应该优于 26（或 25） dB。具体可见表 3.5.6 与表 3.5.7。 此外，理论计算与实验表明，对于以 2.5Gb/s 为基群的 WDM 系统， [url=/]魔兽 sf[/url]只要光接收机的接收端 Rn 点的光信噪比达 到 OSNR > 15dB；对于以 10Gb/s 为基群的 WDM 系统，只要光信噪比达到 OSNR > 20dB，就能保证系统的误码率 BER 优于 1×10-15。之所以对以 2.5Gb/s 为基群的 WDM 系统提出 OSNR > 20（22）dB，对以 10Gb/s 为基群的 WDM 系统提出 OSNR > 25（26） dB 的指标，是考虑了 5 ~7 dB 的富余度。 表 3.5.6 列出了以 2.5Gb/s 为基群、复用通道为 32 的 WDM 系统中 Sn 与 Rn 接口参数规范以供参考，除光信噪比 OSNR 为初始值之外，其他皆为寿命终了值。
实验二十-光纤通信系统的眼图测试实验
光纤通信系统传输及性能测试实验实验二十光纤通信系统的眼图测试实验一、实验目的1、了解眼图的形成过程2、掌握光纤通信系统中眼图的测试方法二、实验内容1、测量数字光纤通信系统传输各种数字信号的眼图2、观察系统眼图，并通过眼图来分析系统的性能三、预备知识1、了解眼图的概念，其反映的是什么？四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3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、FC/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、ST/PC-ST/PC多模光跳线（可选） 1根7、连接导线 20根五、实验原理眼图是衡量数字光纤通信系统数据传输特性的简单而又有效的方法。
眼图可以在时域中测量，并且可以用示波器直观的显示出来。
图20-1是测量眼图的系统框图。
测量时，将“伪随机码发生器”输出的伪随机码加在被测数字光纤通信系统的输入端，该被测系统的输出端接至示波器的垂直输入，用位定时信号（由伪随机码发生器提供）作外同步，在示波器水平输入用数据频率进行触发扫描。
这样，在示波器的屏幕上就可以显示出被测系统的眼图。
图20-1 眼图测试系统框图伪随机脉冲序列是由n比特长，2n种不同组合所构成的序列。
例如，由n=2比特长的4种不同有组合、n=3比特长的8种不同的组合、n=4比特长16种不同的组合组成，直到伪随机码发生器所规定的极限值为止，在产生这个极限值以后，数据序列就开始重复，但它用作为测试的数据信号，则具有随机性。
如图20-2所示的眼图，是由3比特长8种组合码叠加而成，示波器上显示的眼图就是这种叠加的结果。
分析眼图图形，可以知道被测系统的性能，下面用图20-3所示的形状规则的眼图进行分析：1、当眼开度VV V ∆-为最大时刻，则是对接收到的信号进行判决的最佳时刻，无码间干扰、信号无畸变时的眼开度为100％。
2、由于码间干扰，信号畸变使眼开度减小，眼皮厚度V V ∆增加，无畸变眼图的眼皮厚度应该等于零。
眼图观测实验报告
眼图观测实验报告一、实验目的1、了解和掌握眼图的形成过程和意义。
2、掌握光纤通信系统中的眼图观测方法。
二、实验器材主控&信号源模块25号光收发模块示波器三、实验原理1、实验原理框图2、实验框图说明本实验是以数字信号光纤传输为例，进行光纤通信测量中的眼图观测实验；为方便模拟真实环境中的系统传输衰减等干扰现象，我们加入了可调节的带限信道，用于观测眼图的张开和闭合等现象。
如眼图测试实验系统框图所示，系统主要由信号源、光发射机、光接收机以及带限信道组成；信号源提供的数字信号经过光发射机和接收机传输后，再送入用于模拟真实衰减环境的带限信道；通过示波器测试设备，以数字信号的同步位时钟为触发源，观测TP1测试点的波形，即眼图。
3、眼图基本概念及实验观察方法所谓眼图，它是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形。
眼图包含了丰富的信息，反映的是系统链路上传输的所有数字信号的整体特征。
利用眼图可以观察出码间串扰和噪声的影响，分析眼图是衡量数字通信系统传输特性的简单且有效的方法。
被测系统的眼图观测方法：通常观测眼图的方法是，如下图所示，以数字序列的同步时钟为触发源，用示波器YT模式测量系统输出端，调节示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，则屏幕中显示的即为眼图。
眼图的形成示意图一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每个状态组发送的此时要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在示波器屏幕上。
八种状态如下所示：眼图参数及系统性能眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。
眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响，因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。
其中，垂直张开度水平张开度从眼图中我们可以得到以下信息：（1）最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻。
（2）眼图斜边的斜率表示了定时误差灵敏度。
斜率越大，对位定时误差越敏感。
【精选】光发射机、接收机指标测试
实验一 光发射机指标测试一、实验内容：1.测试数字光发端机的平均光功率2.测试数字光发端机的消光比3.绘制数字光发端机的P-I 特性曲线二、实验目的：1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法3.了解数字光发端机的消光比的指标要求4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法三、实验仪器：LTE-GX-02E 型光纤通信实验系统、示波器、光功率计、万用表、FC-FC 光跳线。
四、实验原理：光发射机的指标包括：半导体光源的P-I 特性曲线、消光比（EXT ）和平均光功率。
1.半导激光器的P-I 特性曲线测试半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如下图所示，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Ith 表示。
当输入电流小于Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于Ith 时 ，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I 的线性关系．图 1 半导体激光器P-I 曲线示意图2．消光比（EXT ）的测试光比定义为： ，式中00P是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。
是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。
当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为00P ,它将由直流偏置电流b I 来确定。
无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。
因此，从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。
但是，应该指出，当b I 减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其他特性产生不良影响，因此，必须全面考虑b I 的影响，一般取b I =(0.7～0.9)Ith (Ith 为激光器的阈值电流)。
001110lgP EXT P 11P bI3．平均光功率光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出的光功率值。
光接收机特性指标——动态范围(精)
2.动态范围作用
光接收机的输入信号不是固定不变的，为了系统能正常工作，光接收机必须具备有适应输入信号在一定范围内变化的能力。中继距离的长短不一，经过的耦合器、分路器数量的不同，都会影响到光接收机的接收光功率。各个通信系统也对光接收机的动态范围要求不一样。
3.动态范围示图
光接收机能检测到的最小光功率为灵敏度，低于这个值，接收机的误码率会提高。
这个值与光接收机能接收的最大光功率，这个范围为动态范围，超过最大光功率则是放大器饱和区。我们应该根据应用场合的需要，选择合适参数的光接收机。
小结：
课堂总结
教学章节
光接收机特性指标——动态范围
教ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环境
多媒体机房
教学
内容
1.动态范围定义
2.动态范围作用
3.动态范围示图
教学
目标
1．掌握光接收机动态范围的定义
2．了解接收机动态范围的作用
3．了解灵敏度、动态范围和误码率的关系
重点
难点
1、光接收机动态范围定义
教学
方法
讲授、讨论、总结
教学
过程
讲授：
1.动态范围定义
光纤通信实验
实验地点：信息楼10314在实验过程中注意以下几点：1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2、光电器件是静电敏感器件，请不要用于触摸。
3、做完实验后请将光纤用相应的防尘帽罩住。
4、在使用信号连接导线时应捏住插头的头部进行插拔，切勿直接拽线。
5、不能带电进行信号连接导线的插拔！6、光纤器件属易损件，应轻拿轻放，插光纤的时候要先对准，用力要轻，切忌倾斜、用力过大或弯折。
7、实验完成后整理好设备、接线。
实验光接收机的动态范围及眼图观测一、实验目的1.了解光收端机动态范围的指标要求。
2.掌握光收端机眼图的观测方法。
二、实验内容1.了解光收端机眼图的观测方法。
2.用示波器观察眼图。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.光纤跳线1根。
四、实验原理（一）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。
为了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，它可以表 示为：D = 10lg —max（dB ）min 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。
光接收机实验
光接收机实验班级：电科09-1姓名：谢荣冰学号：200920906061光接收机实验一、码型实验1.实验图2.实验现象改变系统比特率，观察频谱。
10000000bit100000bit3.结论由实验现象可知，当系统的比特率减小时，系统频率变化变慢，频谱变窄。
二、PIN噪声1.实验图2.实验现象改变光源功率，观察眼图3.结论由实验的4幅图片分析可知：只要有光信号输入就有量子噪声，改变光源功率时，噪声依旧存在三、APD噪声1.实验图2.实验现象改变光源功率，观察眼图绘制APD 增益Q G -曲线（6<G<20）APD增益 曲线010203040500510152025增益GQ 值系列13. 结论由图分析知，ADP 的暗电流和附加噪声比较大，雪崩倍增效应对噪声电流同样起放大作用。
四、 误码率 1. 实验图2. 实验现象绘制Attenuation Q -图，绘制Attenuation BER -图，Attenuation-Q图01234567893536373839404142AttenuationQ 值系列13. 结论从Attenuation-Q 图，我们可以得出Attenuation 值增大Q 值减小。
Attenuation BER -图中Attenuation值增大BER 值增大但幅度很小，当Attenuation 值增大到25时BER 值大幅度增大，当BER 值达到1时，即使再增大Attenuation 值，BER 也保持1不变。
五、 灵敏度1.图实验2.实验现象改变Attenuation，使9P=，6BER-10Q，记录=r3.结论随衰减的变化，BER值改变很大，经过多次测试后，终于在衰减等于45和41左右，使BERP=-41.41和-37.55和Q稳定在要求值附近，得出的数据r六、消光比1.实验图2. 实验现象改变调制器的消光比，观察眼图，绘制消光比ER Q 曲线消光比ER-Q曲线9.699.6959.79.7059.719.71501020304050ERQ系列13. 结论Q 值随消光比ER 的变大而变大，在ER<35时，Q 值的变化比较大，在35之后变化趋势逐渐变缓，而后消光比继续变大而Q 值几乎不变。
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光接收机的动态范围及眼图观测
一、实验目的
1.了解光收端机动态范围的指标要求。
2.掌握光收端机眼图的观测方法。
二、实验内容
1.了解光收端机眼图的观测方法。
2.用示波器观察眼图。
三、实验仪器
1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.光纤跳线1根。
四、实验原理
（一） 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。
为了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，它可以表示为：
max min
10lg ()P D dB P （式 18-1） 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。
如何才能保证光接收机的动态范围呢？从光接收机内部来说，就是通过它的自动增益控制（AGC ）来实现的。
光接收机的AGC 与电接收机的AGC 有相同之处，也有不同之处。
相同之处都是要控制放大器的放大倍数。
不同之处是在APD 光接收机中，还可以通过对APD 倍增因子的控制来扩大接收机的动态范围。
（二） 眼图原理
眼图方法虽然简单，却是评估数字传输系统数据处理能力的一种极为有效的测量方法。
这种方法已经大量用于评估无线系统的性能，也可用于光纤数据链路。
眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形重迭在一起所构成的动态波形图，其形状类似一个眼睛故名眼图，它是用于观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。
实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中迭加在一起的综合反应。
眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。
眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响，因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。
如图18-1所示，其中，垂直张开度2
10V V E = （式18-2）
水平张开度2
11t t E = （式18-3）
图18-1 模型化眼图
眼图观测的波形如图18-2所示： P104: TP101:
图18-2 眼图观测波形图
五、实验注意事项
1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
六、实验步骤：
1.关闭系统电源。
2.按如下方式用信号连接导线连接。
4.将1310nm 光发模块的J1第1位拨为ON （数字光调制的通状态），第2位拨到OFF （自动光功率控制补偿电流的断状态）。
将1310nm 光发模块的RP300（数字光调制的光发射功率大小的调节旋钮，顺时针旋转为光功率增大），顺时针旋转到最大。
K1设置为“数字”。
5.将1310nm 光收模块的RP1（接收灵敏度的调节旋钮，逆时针旋转时输出信号减小），顺时针旋到最大。
6.打开系统电源，用示波器观测1310nm 光发模块的P261和1310nm 光收模块的P243。
调节1310nm 光收模块的RP4（电平判决电路的判决电平调节旋钮），使示波器上的信号相同。
7.用示波器观测眼图观测模块的“观测点”和光模FPGA 模块的“P282”并且用“P282”作触发（注意：示波器不能设置为交替触发。
调节示波器的触发电平和触发释抑得到眼图，调节眼图观测模块的RP5可观测到眼图张开、闭合的现象。
8.记录眼图的波形，并按图18-1所示测量出1V 、2V 、1t 、2t 。
七、实验报告
1.画出眼图，并根据1V 、2V 、1t 和2t 计算出眼图的垂直张开度和水平张开度。