光纤通信-端机

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,ak1,ak2,ak3,akr+1,akr,+,+,+,+,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。（mn）,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（