光纤通信-端机ppt课件

光端机 第一节概述 一 光纤通信系统组成 信源 将用户原始信息转换为基带电信号 电发射机 将基带信号转换为适合信道传输的信号 包括数模转换 多路复用 光发射机 将电信号转换为适合光纤传输的光信号 300 3400Hz模拟基带电信号 已调光信号 PCM基群或高次群电信号 PCM基群或高次群电信号 300 3400Hz的基带信号 二 光端机在光纤通信系统中的作用 发射端机 将来自电端机的数字电信号经过码型变换 电光调制 以一定的耦合技术注入光纤中传输 接收端机 将从光纤中收到光信号进行光电转换 并经过放大再生还原为原来的电信号 第二节光发射端机 一 发射端机的组成及功能 输入接口 将电端机送来到HDB3码变换为普通二进制码 线路编码 将普通二进制码变换为适合在光纤链路上传输的码型 调制电路 为光源提供调制电流 控制电路 主要是APC电路 ATC电路 光源保护电路等 光源 一般为发光二极管或半导体激光器 实现光电转换 二 光发射机对光源的要求 1 发射波长应当与光纤的低损耗窗口相一致 且光谱宽度窄 2 电光效率高 线形好 方向性好 3 响应速度高 4 工作寿命长 稳定度高 体积小重量轻 三 调制和控制电路的要求 1 输出光脉冲的消光比足够大 2 输出的光脉冲宽度应当足够大 以克服电光延迟 3 应有足够的偏置电压 以抑制高速调制下的张弛现象 4 发光的应足够稳定 四 电光调制 1 调制方式 内调制 直接调制 直接用电信号去驱动光源 成熟的调治方式 设备简单 但有啁啾 不利于高速调制 LED调制 I P I P LD调制 直接光调制图 偏置电流 外调制 利用外调制器对激光器输出直流光信号进行调制 间接调制 光源 电信号 激光器 直流驱动电路 光信号 解决了啁啾现象 适于高速数字信号 SDH SONET 模拟CATV 军事雷达等 并且可进行幅度 相位 频率调制 但对光源和光调制器要求很高 二 影响调制的因素 内调制存在的问题 谐振现象 电光延迟 张弛振荡 自脉动 啁啾 1 电光延迟 激光器的输出光信号滞后于电信号的现象 原因 有源区的电子密度必须增加到一定的闸值才会有光出来 影响 出现码型效应 限制调制速度 2 张弛振荡 当电脉冲注入激光器后 输出光脉冲有一个幅度逐渐衰减的振荡 影响 当调制速度接近张弛振荡的频率时 容易产生误判 影响了调制的速度 原因 光子激发与电子注入的时间延迟 通过增加偏置电流可以改善电光延迟和张弛振荡 3 自脉动现象 有些激光器再脉冲调制下或直流驱动下 当注入电流足够大时 输出的光脉冲出现持续等幅的高频振荡 影响调制速度 第三节 光接收机 一 光接收机的组成及各部分功能 前端 线性通道 数据恢复 4 性能稳定 偏压控制 提供光电检测器的反向偏压 前置放大器 再低噪声情况下 将微弱的电信号预先放大 以防止后续电路中噪声淹没信号 一般为场效应管或双极性晶体管 主放大器 提供可变增益的放大 以进行信号的判决 AGC电路 控制主放大器的放大倍数 以输出恒定幅度的电信号 均衡器 对波形畸变的信号进行均衡 以利于判决再生 均衡前 t 均衡后 时钟提取和判决电路 通过时钟提取电路提取发送时钟 按时钟信号将均衡器中出来的畸变信号恢复为0 1信号 二 接收机的性能指标 1 灵敏度Pr 在保证通信质量的情况下 光接收机所需的最小平均功率 dBm 2 动态范围D 在满足误码率的条件下 光接收机能承受的最大光功率和能接收的最小光功率之比 dB Pr 10Lg Pmin 1mw D 10Lg Pmax Pmin 第四节 线路码型 一 重新编码的原因 电码的缺点 双极性码 不能进行光纤传输 简单二进制码的缺点 1 码流中的0 1个数随机变化 使得直流分量也发生随机的起伏 从而影响了判决电平 2 随机码流容易出现长串连0和连1 使得同步时钟的提取困难 3 没有冗余码 不利于误码检测 所以必须重新进行光线路编码 二 数字光纤通信系统对编码的要求 1 减少光信号中的高频和低频分量 低频 容易导致基线的漂移 产生误判 高频 使得系统带宽增加 加大电路设计的难度 2 定时信息丰富 避免长的连0和连1 使0 1交替分布 3 有适当的冗余码 一定的冗余码可以用于平衡码流 误码检测 公务通信 但过多的冗余信息会降低接收机的灵敏度 三 常用码型 一 扰码 发射机的调制器前加一个扰码器 将原有的二进制码序列改变 使其近似于随机序列 在接收机的判决其后加一个解扰器 恢复原有的序列 如 扰码前 110000000110000 扰码后 010101010100101 扰码器的实现 移位寄存器 ak 1 ak 2 ak 3 ak r 1 ak r 移位脉冲 输出脉冲 ak c1 c2 c3 Cr 1 Cr r 模二相加 Ci为反馈系数 等于0或1 二 mBnB码 将原始二进制码分组 m个为一组 变换后为n个一组 m n 编码原理 以3B4B码为例 输入 8种码字 输出 16种码字 怎么从16个码字中选出8个码字表示原始码 引出码字和 WDs 的概念 1表示0 1表示1 相加的和为码字和 表示码字的均匀性 nB选码原则 尽可能选取 WDs 的值小的码字 禁用 WDs 大的 为保证码流码字均衡 正负码组交替出现 mBnB码的优点 1 避免了长的连0和连1 定时信息丰富 2 总的0 1比例相等 基线漂移小 3 引入冗余码 便于误码检测 其他常用的mBnB码 1 1B2B码 光纤中采用CMI码 编号反转码 编码表 应用 三次群以下的系统 特点 编解码电路简单 但码速提高一倍 2 5B6B码 是码速提高 设备简单的折中 应用在我国的3次群和4次群系统 编码电路 国外 ASIC ApplicationSpecificIntegratedCircuit 国内 PROM ProgrammableRead OnlyMemory 3B4B码的编码原理图 3B4B码的译码原理图 并串 PROM 串并 输入4B码流 变换时针 输出3B码流 变换时针 三 插入码 1 编码原理 将信码中每m比特分为一组 每组的末尾插入一个比特码 按插入码的功能可以分为 1 mB1P码 在m个比特后插入一个比特作为奇偶校验使用 奇校验码 插入码和信息码之和为奇数 偶校验码 插入码和信息码之和为偶数 如 P为奇校验码时 mB码为 100000001110mB1P码为 1000000100101101 优点 接收端可以通过码字模二加和实现误码检测 2 mB1C码 把每个比特分为一组 然后在其未位之后再插入一个反码 C码 如 1001100011011001110100101010 优点 改善了0 1分布 并具有误码检测功能 3 mBiH码 将信号码中每m个比特分为一组 在未位周期性的插入一个混合码 称为H码 第一类 C码 作误码监测使用 第二类 L码 用以区间通信 第三类 G码 用以公务通话 同步 线路测试 告警作用 B L B G B L B C B L B H B 如 1B1H码帧结构 G L B L码 区间通信1 L码 区间通信2 C码 误码检测 同步 告警 公务 测试 同步 告警 公务 测试 编码框图 4B1H码 缓存器 D4D3D2D1 写入时序 四分频 读出时序 42960Kbps4B1H 34368KbpsNRZ 42960K