实验教学指导书军事通信系统.docx
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实验教学指导书军事通信系统
实验单元一卫星转发器仿真设计
一、实验目的
通过实验巩固变频、功率放大,AM/AM及AM/PM非线性等转发过程中的关键知识,锻炼学生实际设计与分析能力。
二、实验内容
(一)实现上下变频
完成下变频(射频到中频)和上变频(中频到射频)的工作,给出仿真结果,分析其正确性。
(二)非线性特性仿真
根据非线性放大器特性,建立放大器模型,给出放大器的幅度、相位特性。
(三)完成卫星转发器的设计
将
(一)
(二)部分结合,完成整个卫星转发器的设计,给出结果分析
三、实验原理、方法和手段
(一)转发器原理
转发器是卫星上的通信系统,其任务是把接收的信号放大,并利用变频器变换成下行频率后再发射出去,它实质上是一部宽频带收、发信机,对它的要求是工作稳定可靠,附加噪声小。
转发器的电路结构随性能要求而有所不同,为使收、发信号能有效地隔离,上、下行的频率应有所不同,故在转发器中要进行频率变换。
使用的方法有两种,即单变频和双变频方式。
前一种适用于载波数量多,通信容量大的卫星通信系统。
如果上、下行的频率很高,所需频带又较窄,则可采用后一种。
有时还需求转发器对信号有处理功能。
此时,输入信号要先解调,经信号处理后再将基带信号调制到输出的载波上,这种转发器叫处理转发器。
(二)非线性放大器
非线性放大器测量特性模型:
幅度:
相位:
输出信号:
模型的系数
、
、
、
是使用数据曲线拟合法,由数据得到数据。
(三)实验方法和手段
该实验进行过程中,学员自行设计、并进行计算机仿真,进一步提高自己的设计能力,促进知识点的掌握。
四、实验条件
(一)计算机
(二)网络资源
五、实验步骤
该实验为设计性实验,步骤如下:
(一)分析实验题目,给出设计思路,详细阐述实现流程;
(二)分析仿真结果,给出仿真图表;
(三)总结设计中存在问题。
六、思考题
(一)思考卫星转发器的各种模型?
(二)处理转发器与透明转发器之间比较,须增加哪些模块?
七、注意事项及有关说明
(一)通过查询资料,自行设计,完成该实验;
(二)实验报告包括:
设计思想,设计流程和结果分析。
实验二光纤通信系统传输实验
一、实验目的
(一)了解光纤的分类与各种光纤的特点
(二)掌握数字光发射机的指标要求和测试方法
(三)掌握光接收机的指标要求和测试方法
二、实验内容
(一)光发射机的指标测试
(1)P-I曲线图的测试:
用万用表测量TP100和TP101的电压,记录结果;并计算此时自动光功率控制所补偿的电流(R=51Ω)。
用光功率计测量此时的光功率,记录结果。
然后改变光功率的大小,重复以上实验,将测的实验数据填表中,并绘制P-I特性曲线图(注意:
该实验要测六组数据,其中包括最大和最小功率时的值)。
(2)消光比的测试:
用功率计测量光发射机在无信号输入时和输入全为“1”时的输出平均光功率,根据定义式
,计算出消光比。
(3)平均光功率的测试:
在发送端送伪随机序列,测量发送端输出的光功率,记录结果。
(二)光接收机的指标测试
(1)灵敏度的测量:
在特定误码率条件下,用光功率计测量,记录光功率结果。
(2)眼图的观测:
用示波器观测眼图观测模块的“TP404”和光模FPGA模块的“TP719”并且用“TP719”作触发,观察眼图的波形。
三、实验原理、方法和手段
(一)光发射机的指标
光发射机的指标测试包括:
半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比(EXT)测试和平均光功率的测试。
1.半导体光源的P-I特性曲线测试
2.消光比(EXT)的测试
消光比定义为:
,式中P00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。
P11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。
图1-1消光比(EXT)的测试实验原理框图
3、平均光功率的测试
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。
图1-2平均光功率的测试实验原理框图
光发实验中,各测试点定义如下:
P300:
数字信号源P100:
1310nm光发模块数字信号输入端
P718:
PN序列二TP109:
1310nm光发模块数字信号输出端
(二)光接射机的指标
光接收机的性能指标包括动态范围和灵敏度。
1、灵敏度
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。
图1-3灵敏度测量实验原理框图
2、眼图观测
图1-4眼图观测实验框图
在接收机指标的测试实验中,各测试点的定义如下:
P718:
PN序列二输出P100:
1310nm光发端数字输入端口
U311:
八位拨码开关TP109:
310nm光发端数字输出端口
P300:
数字信号源
四、实验条件
主要实验仪器:
(一)光纤通信实验系统1台
(二)光纤跳线1根
(三)光功率计1部
(四)万用表1部
(五)示波器1台
(六)误码仪1台
五、实验步骤
(一)光发机指标测试实验
1、测量光发射机P-I特性曲线
(1)准备工作:
由于P-I特性曲线实验采用的是数字信号,因此在光发模块要从数字输入端口接入;将1310nm数字光发模块的拨码开关(J100)第一位拨到ON状态,第二位拨到OFF状态;将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。
(2)P-I特性曲线实验电压、功率的测量:
使输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”,用万用表测量台阶插座的电压(TP101和TP100之间)U1(其中R124=51Ω),计算此时自动光功率控制所补偿的电流。
观察并记录此时光功率计的读数P1。
改变激光器注入的电流,观察电压及功率的变化,记录数据并填入表格,画出P-I特性曲线图。
(该实验要做六个不同点的测试)
表1-1P-I特性曲线图
P(uw)
u(v)
B.消光比的测量
(1)准备工作:
消光比实验采用的是数字信号,因此在光发模块要从数字输入端口接入;将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态,第二位拨到ON状态;将1310nm光发体模块的RP100逆时针旋转到最大。
.
(2)消光比的测量:
使输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”,观察并记录此时光发端机输出的光功率;使输入到1310nm数字发光模块的信号始终为“0”,观察并记录此时光发端机输出的光功率。
(3)消光比的计算:
根据上面测量的结果运用公式计算出光发端机消光比。
C.平均光功率测量
(1)平均光功率测量实验采用的是PN序列二,因此在光发模块要从数字输入端口接入;将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态,第二位拨到ON状态;将1310nm光发体模块的RP100逆时针旋转到最大。
.
(2)平均光功率的测量:
用光功率计测量发送端输出的光功率值
(二)、光接收机的指标测试实验
A.光接收机灵敏测量
(1)准备工作:
将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态,第二位拨到OFF状态;将开关J101的短路塞调整到数字传输端,将RP100逆时针旋到最大;将1310nm光收模块的电位器RP108逆时针旋到最大。
(2)误码仪的连接:
将误码仪的“发数据”端和1310nm光发模块数字发送端(P101)连接;将误码仪的“收数据”端和1310nm光收模块数字信号输出端(P107)连接;将误码仪的“发时钟”端和“收时钟”端用信号连接线连接。
(3)误码仪的设置:
将误码仪的“速率”设为2048K,“码图案”设为任意输入八位码“接口”设为TTL(或NRZ),“显示”设为“误码率”。
调节1310nm光收端电位器RP106、RP107,使误码仪的“失步”、“错码”、“无时钟”、“无数据”这四个指示灯灭。
(4)灵敏度的测量:
慢慢调大1310nm光发端电位器(RP100)的电阻值(向右旋转),使光收端机光功率慢慢减小,误码率慢慢增大,当误码率增大到10-5,用光功率机测得此时的光收端的光功率即为最小光功率Pmin;
B.眼图观测
(1)准备工作:
眼图观测实验采用的是PN序列一,因此在光发模块要从数字输入端接入;将1310nm光发模块的J100第1位拨为ON,第2位拨到OFF。
将1310nm光发模块的RP100逆时针旋转到最大。
J101设置为“数字”;将1310nm光收模块的RP106顺时针旋到最大,RP108逆时针旋到最大。
(2)PN序列输入和输出的测量:
用示波器观测1310nm光发模块的输入信号和1310nm光收模块输出信号波形。
调节1310nm光收模块的RP107使示波器上的信号相同。
(3)眼图观测实验:
用示波器观测眼图观测模块的输出和光模FPGA模块的PN时钟序列一,并且用PN时钟序列作触发(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,调节眼图观测模块输出,可观测到眼图张开、闭合的现象;记录眼图的波形,并按图1-5所示测量出
、
、
、
。
图1-5模型化眼图
六、思考题
1.光接收机的灵敏度是多少?
2.画出眼图,并根据
、
、
和
计算出眼图的垂直张开度和水平张开度。
七、注意事项及有关说明
(一)请按照步骤认真实验,完成实验报告;
(二)请爱护仪器设备。
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