光纤通信-端机

1、光光 端端 机机第一节第一节 概概 述述一、 光纤通信系统组成信源电发射机光发射机光接收机电接收机信宿 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。话音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的基带信号话音二、 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码型变换，电光调制电光调制，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光电转换，并经过放大再

2、生放大再生还原 为原来的电信号。第二节第二节 光发射端机光发射端机一、发射端机的组成及功能：输入接口线路编码调制电路光源控制电路输入接口：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

3、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、电光调制内调制外调制光强度调制：以信号去改变光的功率大小。接收端直接检波IM-DD（immediacy modulate-direct detection）方式在发射端采用光的幅度、频率、相位调制，在接收端采用相干检测的光调制解调的方式叫相干光通信。（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IPIPLD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

4、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。td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。

5、 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偏压控制光检测器光信号前置放大器主放大器均衡器AGC电路判决器时钟提取输出再生码流前端线性通道数据恢复偏压控制光检测器光信号前置放大器主放大器均衡器AGC电路判决器时钟提取输出再生码流光检测器：将线路中的光信号转换为电信号。（1）响应波长与光纤的工作窗口相匹配。 （2）响应度高 。（3）噪声尽可能小。 （4）性能稳定。 偏压控制：提供光电检测器的

6、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。 偏压控制光检测器光信号前置放大器主放大器均衡器AGC电路判决器时钟提取输出再生码流主放大器： 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：偏压控制光检测器光信号前置放大器主放大器均衡器AGC电路判决器时钟提取输出再生码流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。010101 1 10 0

7、10发端信号均衡前均衡后时钟提取再生信号二、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

8、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。 扰码器简单二进制码扰码解扰器原码如：扰码前：1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0. 扰码

9、后：0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1扰码器的实现：移位寄存器 ak1ak2ak3akr+1akr+移位脉冲输出脉冲akc1c2c3C r-1C rak =ciak-i i=1r(模二相加)Ci为反馈系数，等于0或1优点：改善了0、1分布，使连0连1的情况改善。 缺点：*不能完全控制连0连1的情况。 *无冗余码来监控误码情况 。 *直流分量没有改善，不能解决基线的漂移。 （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） 3B 4B 000 0000 1000 0010001 1001 0100010 1010 01

10、10011 1011 1000100 1100 1010101 1101 1100110 1110 1110111 1111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。WDs=+2WDs=011010101例： 3B 4B WDs 4B WDs 000 0000 4 1000 2 0010001 2 1001 0 0100010 2 1010 0 0110011 0 1011 +2 1000100 2 1100 0 1010101 0 1101 +2 1100110 0

11、 1110 +2 1110111 +2 1111 +4nB选码原则：尽可能选取WDs的值小的码字，禁用WDs大的。 3B 4B WDs 4B WDs 000 0000 4（禁码）1000 2 0010001 2 1001 0 0100010 2 1010 0 0110011 0 1011 +2 1000100 2 1100 0 1010101 0 1101 +2 1100110 0 1110 +2 1110111 +2 1111 +4(禁码)3B4B码码表（3）：+2 1101 2 0010 111 7 0 1100 0 1100 110 6 0 1010 0 1010 101 5 0 100

12、1 0 1001 100 4 0 0110 0 0110 011 3 0 0101 0 0101 010 2 0 0011 0 0011 001 1+2 1011 2 0100 000 0WDs 码字WDs 码字信 源 码（3B）信道码（4B）模式1(负模式)模式2（正模式）为保证码流码字均衡，正负码组交替出现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：二元码CMI（正码组）CMI（负码组） 0

13、 01 01 1 00 10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（Application Specific Integrated Circuit） 国内PROM（Programmable Read-Only Memory） 并 串PROM串 并组别变换输出4B码流组别交换变前时针输入3B码变换时针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

14、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：100 000 001 110 mB1P码为：1000 0001 0010 1101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：100 110 001 101 1001 1101 0010 1010 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。BLBGBLBCBLB