现代电视接收技术曹华民PPT学习教案

1、会计学1现代电视接收技术曹华民现代电视接收技术曹华民5.1电视信号的微波传输电视信号的微波传输5.1.1概述概述在有线电视网中，多路电视信号通常以标准残留边带调幅在有线电视网中，多路电视信号通常以标准残留边带调幅第1页/共191页5.1.2调幅微波链路系统调幅微波链路系统(AML)1.调幅微波链路系统的组成调幅微波链路系统的组成调幅微波链路系统调幅微波链路系统(AML)的的传输方式是点到点的定向传输，传输方式是点到点的定向传输，其典型组成如图其典型组成如图5-1所示。所示。第2页/共191页第3页/共191页AML系统的工作频率范围是系统的工作频率范围是12.713.25GHz，工作方式是，工

2、作方式是VSB/AM调制上变频，带宽调制上变频，带宽550MHz，可传输，可传输PAL/D制式电制式电视信号视信号59套。传输距离视发射功套。传输距离视发射功率而定。其基本工作流程如下所率而定。其基本工作流程如下所述。在主前端将各路电视信号述。在主前端将各路电视信号（如（如45550MHz）混合后送到）混合后送到AML发射机。发射机。AML发射机将该发射机将该16个分前端）。个分前端）。第4页/共191页2.调幅微波链路系统的设备调幅微波链路系统的设备AML系统设备主要有发射机、系统设备主要有发射机、接收机和天线。一些主要微波元接收机和天线。一些主要微波元器件，如环行器、功率合成器、器件，如环

3、行器、功率合成器、功率分配器等都在发射机内。天功率分配器等都在发射机内。天第5页/共191页第6页/共191页由图由图5-3可知，从可知，从CATV前端来的射频信号经发射机射频输入前端来的射频信号经发射机射频输入端口进入微波发射机。射频信号经电平调节和斜率控制处理后，端口进入微波发射机。射频信号经电平调节和斜率控制处理后，与发射机内部产生的微波载频在低失真的上变频器中进行混频。与发射机内部产生的微波载频在低失真的上变频器中进行混频。第7页/共191页第8页/共191页第9页/共191页2)AML接收机接收机AML接收机原理框图如图接收机原理框图如图5-4所示。所示。输入的微波信号经过低噪声输入

4、的微波信号经过低噪声放大器放大后，经群下变频到放大器放大后，经群下变频到第10页/共191页第11页/共191页第12页/共191页3)中继传输中继传输中继传输又称为微波接力传中继传输又称为微波接力传输。微波传输距离一般为视距传输。微波传输距离一般为视距传输。由于隔挡物或地球曲率的影输。由于隔挡物或地球曲率的影第13页/共191页第14页/共191页第15页/共191页3.AML系统设计与计算系统设计与计算1)AML系统设计应考虑的问系统设计应考虑的问题题频道数量。频道数量的多频道数量。频道数量的多少应根据实际需要和未来的可能少应根据实际需要和未来的可能发展而定。该数值确定之后，才发展而定。该

5、数值确定之后，才能确定能确定CTB、C/N以及接收机输以及接收机输第16页/共191页2)设计计算设计计算Lf=20lgf+20lgd+92.5(dB) 式中d是收、发之间的距离，单位为km；f为工作信号频率，单位是GHz。以最远接收点B为例（d=30km，f=12.9GHz）：Lf=20lg12.9+20lg30+92.5=144.26dB 第17页/共191页C/N=PI-Nf-N0 式中PI为接收机的输入信号功率电平(dBmW)；Nf为接收机的噪声系数(dB)；N0为背景噪声(dBmW)。N0由下式求得： )1000lg(100KTBN 其中，K1.3810-23称为波尔兹曼常数；T=2

6、93K为常温(20)时的绝对温度；B为视频带宽，这里B=5.75106Hz。 第18页/共191页N0=-106.34dBmW 设系统总体设计中，对AML系统链路的总载噪比的要求是55dB，发射机的载噪比为66dB，则接收机部分所分配的载噪比为 (C/N)R=10lg(10-55/10-10-66/10)=55.4dB 第19页/共191页PI=(C/N)R+Nf+N0=55.4+6+(-106.34)=-44.94dBmW 接收机与发射机之间的总损耗：Lrt=Lf+Lw-Gt-Gr+Ld+F 式中Lf为收发之间的自由空间损耗；Lw为传输波导损耗(本例取40m,损耗3dB)；Gt为发射天线增益

7、(本例中1.8m，Gt=45.1dB)；Gr为接收天线增益(本例中2.4m，Gr=47.6dB)；Ld为发射机的分配网络损耗(本例取6dB)；F为设计余量(本例取3dB)。第20页/共191页PO=PI+Lt=-44.94+63.56=18.62dBmW CTB和CSO指标。CTB和CSO指标的计算与前面的类似。一般来说，AML系统的非线性失真指数有较大的余量，对整个系统总体指标影响不大。第21页/共191页4.AML系统的特点系统的特点AML系统的特点如下所述：系统的特点如下所述：(1)服务面广。由于服务面广。由于AML系统系统是宽频带传输，可以将全部所需是宽频带传输，可以将全部所需频道的节

8、目源从一个独立前端同频道的节目源从一个独立前端同第22页/共191页(2)信号传输质量高。信号传输质量高。AML传输方式的信号传输质量可以达传输方式的信号传输质量可以达到光缆传输质量，故完全可以作为主干线传输。到光缆传输质量，故完全可以作为主干线传输。(3)输出信号的频率范围宽。输出信号的频率范围宽。AML系统的传输信号频率范围系统的传输信号频率范围第23页/共191页5.1.3多频道微波分配系统多频道微波分配系统(MMDS)1.多频道微波分配系统结构多频道微波分配系统结构多频道微波分配系统多频道微波分配系统(MMDSMultichannelMicrowaveDistributionSyste

9、m)是一种独立的是一种独立的第24页/共191页第25页/共191页MMDS传输系统采用传输系统采用2.52.7GHz的微波频率。它具有传输的微波频率。它具有传输信号信噪比高、工程收效好、施信号信噪比高、工程收效好、施第26页/共191页2.发射设备发射设备发射设备如图发射设备如图5-7所示。在发所示。在发射设备中，所发射的信号可以是射设备中，所发射的信号可以是第27页/共191页第28页/共191页MMDS发射设备有两种类型。发射设备有两种类型。1)先合成后放大式发射机先合成后放大式发射机先合成后放大式发射机的原先合成后放大式发射机的原理如图理如图5-8所示。所示。由图由图5-8可见，各种节

10、目源送来的可见，各种节目源送来的信号，首先调制到射频，然后将信号，首先调制到射频，然后将第29页/共191页第30页/共191页2)先放大后合成式发射机先放大后合成式发射机先放大后合成式发射机原理先放大后合成式发射机原理如图如图5-9所示。每个频道单独使用所示。每个频道单独使用变频器和功率放大器。每个频道变频器和功率放大器。每个频道的输出功率都较大，系统的交调的输出功率都较大，系统的交调第31页/共191页第32页/共191页3.接收设备接收设备接收设备原理图如图接收设备原理图如图5-10所所示。由于示。由于MMDS所用频率不在电所用频率不在电视接收机的调谐范围之内，所以视接收机的调谐范围之内

11、，所以接收端除天线之外，还应包括下接收端除天线之外，还应包括下变频器。下变频器的主要作用是变频器。下变频器的主要作用是第33页/共191页第34页/共191页4.中继站中继站第35页/共191页第36页/共191页C/N=Pt-Lft+Gt-Lf+Gr-Lfr-Nf-N0 式中，Pt为发射机的发射功率（dBW)。发射功率通常为5W、10W、20W、50W和100W等。Lft为发射部分的功率损耗，它由三部分组成。 Lft=LC+LI+Lr 第37页/共191页其中，其中，LC是组合器的损耗是组合器的损耗(隔频组合器隔频组合器LC=0.75dB,邻频组合邻频组合器器LC=1.5dB)。LI是各连接

12、电缆损耗。通常是各连接电缆损耗。通常第38页/共191页Lf=20lgf+20lgd+92.5 其中，f为工作频率，单位是GHz。d为传输距离，单位是km。Gr为接收天线增益，单位是dB。Lfr为接收馈线损耗，单位是dB。Nf为下变频器的噪声系数，单位是dB。N0为背景噪声，单位是dBW。N0=10lg(KTB)K为波尔兹曼常数，K=1.3810-23B为视频带宽，B=5.75MHz=5.75106Hz(PAL-D)；T为环境绝对温度，T=293K。No=-136.34dBW 第39页/共191页需注意的是：在邻频传输的需注意的是：在邻频传输的MMDS系统中，接收天线的选择系统中，接收天线的选

13、择要慎重，若接收天线的增益选择要慎重，若接收天线的增益选择的太低，则输入到下变频器的信的太低，则输入到下变频器的信号强度无法保证，使系统信噪比号强度无法保证，使系统信噪比第40页/共191页第41页/共191页PI=Pt-Lft+Gt-Lf+Gr-Lfr 若取Nf=4.5dB，N0=-136.34dBW，则PI=C/N-132.73dBW 。 第42页/共191页5.2电视信号的光缆传输电视信号的光缆传输5.2.1光缆传输系统光缆传输系统第43页/共191页第44页/共191页将全电视信号调制到光载波将全电视信号调制到光载波上，使载波光强度正比于电视信上，使载波光强度正比于电视信号的幅度变化。

14、图号的幅度变化。图5-13给出了发给出了发光二极管光二极管LED和激光二极管和激光二极管LD的光电特性曲线。由该曲线可以的光电特性曲线。由该曲线可以第45页/共191页第46页/共191页2.副载波调制电视信号光纤传输系统副载波调制电视信号光纤传输系统在在CATV系统中，用多个残留边带的调幅（系统中，用多个残留边带的调幅（AM-VSB）电视信）电视信号对大功率、超线性分布反馈式半导体激光二极管号对大功率、超线性分布反馈式半导体激光二极管DFBLD进行进行第47页/共191页第48页/共191页3.电视信号数字基带调制光电视信号数字基带调制光纤传输系统纤传输系统电视信号数字基带调制光纤电视信号数

15、字基带调制光纤传输系统首先对基带电视信号进传输系统首先对基带电视信号进行取样、量化、编码而形成数字行取样、量化、编码而形成数字电视信号，然后用数字电视信号电视信号，然后用数字电视信号对光进行直接调制。其工作原理对光进行直接调制。其工作原理第49页/共191页第50页/共191页4.压缩编码数字电视副载波压缩编码数字电视副载波调制光纤传输系统调制光纤传输系统由于未压缩编码的数字电视由于未压缩编码的数字电视信号占用的频带太宽，频带利用信号占用的频带太宽，频带利用率太低，因而使其应用受到了限率太低，因而使其应用受到了限制。采用制。采用MPEG压缩算法的数字压缩算法的数字第51页/共191页第52页/

16、共191页5.2.2光纤光缆光纤光缆1.光纤的特点光纤的特点(1)损耗低。光纤传输信号的损耗低。光纤传输信号的传输损耗很小。如激光波长为传输损耗很小。如激光波长为1.55m时，使用的时，使用的1.55m单模光单模光纤的传输损耗是纤的传输损耗是0.2dB/km左右；左右；当激光波长为当激光波长为1.3m时使用的时使用的第53页/共191页(2)工作频带宽。单模光纤的工作频带宽。单模光纤的工作带宽大于工作带宽大于10GHz，若传输数，若传输数字信号，传输速率可达字信号，传输速率可达1.6Gb/s。而电缆的工作带宽小于而电缆的工作带宽小于1GHz，传输速率小于传输速率小于400Mb/s。(3)尺寸小

17、、重量轻。光纤外尺寸小、重量轻。光纤外第54页/共191页2.光纤结构光纤结构光纤由纤芯包层，一次涂覆光纤由纤芯包层，一次涂覆和二次被覆组成。纤芯和包层由和二次被覆组成。纤芯和包层由超纯的二氧化硅组成。它们的尺超纯的二氧化硅组成。它们的尺寸规格（单模光纤的纤芯直径寸规格（单模光纤的纤芯直径包层直径（包层直径（m）如下：）如下：非色散位移光纤：非色散位移光纤：(8.510)/125。第55页/共191页为了增加机械性能强度需进为了增加机械性能强度需进行二次被覆。二次被覆有两种方行二次被覆。二次被覆有两种方式：一种是紧包式，外径为式：一种是紧包式，外径为900m；另一种是松套式，将套；另一种是松套

18、式，将套第56页/共191页=10lg（PI/PO）/L（dB/km） 造成光纤传输损耗的原因主要有两种：光纤组成材料造成的损耗和与制造技术有关的损耗。第57页/共191页2)色散和带宽色散和带宽色散的定义是：色散的定义是：1nm波长范围内的光波通过波长范围内的光波通过1km光纤所出现的光纤所出现的时延差异，单位是时延差异，单位是ps/nmkm。通常我们总希望光纤的色散小一些。通常我们总希望光纤的色散小一些。第58页/共191页对于一定长度的光纤而言，对于一定长度的光纤而言，所传信号的频率不是可以任意增所传信号的频率不是可以任意增加的。当频率升高到一定程度时，加的。当频率升高到一定程度时，光纤

19、损耗就会大大增加。以传输光纤损耗就会大大增加。以传输连续不变的光强为基准，当频率连续不变的光强为基准，当频率升高到使信号电平下降一半时的升高到使信号电平下降一半时的频率值叫光纤的频带宽度。频率值叫光纤的频带宽度。光纤的色散和带宽特性，其光纤的色散和带宽特性，其1324nm。第59页/共191页3)模场直径模场直径为了使两根光纤的接头损耗为了使两根光纤的接头损耗尽量小尽量小,除了使两根光纤精密对准除了使两根光纤精密对准外，还要求两根光纤的导光区域外，还要求两根光纤的导光区域第60页/共191页4)截止波长截止波长这是单模光纤的参数。对于这是单模光纤的参数。对于第61页/共191页4.光缆光缆光缆

20、与电缆相类似，一般是光缆与电缆相类似，一般是由两根或多根光纤与强度构件组由两根或多根光纤与强度构件组成的光传输媒介。与电缆相比，成的光传输媒介。与电缆相比，光纤的机械强度较差，所以在成光纤的机械强度较差，所以在成第62页/共191页1)光缆的分类光缆的分类光缆的结构类型很多，从应光缆的结构类型很多，从应用场合可以分为架空光缆、埋地用场合可以分为架空光缆、埋地光缆、海底光缆等。从具体的结光缆、海底光缆等。从具体的结构形式则可分为紧结构光缆、松构形式则可分为紧结构光缆、松第63页/共191页第64页/共191页(2)松结构光缆。其结构如图松结构光缆。其结构如图5-18所示。该结构的光纤间距较所示。

21、该结构的光纤间距较第65页/共191页第66页/共191页第67页/共191页(3)带状结构光缆。这是一种带状结构光缆。这是一种较为特殊而又很重要的光缆，其较为特殊而又很重要的光缆，其第68页/共191页2）光缆的主要性能）光缆的主要性能（1）温度特性。光缆的温度特性指光纤损耗与温度的关系，通常要）温度特性。光缆的温度特性指光纤损耗与温度的关系，通常要求光缆在温度变化时所引起的损耗变化可以忽略不计，以保证传输性能求光缆在温度变化时所引起的损耗变化可以忽略不计，以保证传输性能的稳定性。光缆的温度特性，除光纤本身外，还必须从光缆的结构设计、的稳定性。光缆的温度特性，除光纤本身外，还必须从光缆的结构

22、设计、第69页/共191页第70页/共191页（2）机械特性。光缆的机）机械特性。光缆的机械特性应根据敷设、维护维修以械特性应根据敷设、维护维修以及使用情况而定。如管道敷设中，及使用情况而定。如管道敷设中，光缆所承受的张力光缆所承受的张力T=kW，其中，其中，k是摩擦系数，是摩擦系数，w是光缆重量。而是光缆重量。而对海底光缆，敷设中受到的张力对海底光缆，敷设中受到的张力T=hW。这里。这里h是水深，是水深，W是海水是海水第71页/共191页5.2.3光传输的器件光传输的器件在有线电视光缆传输系统中，在有线电视光缆传输系统中，可使用的光器件和部件有很多种，可使用的光器件和部件有很多种，如受光器、

23、发光器、光分路器、如受光器、发光器、光分路器、光放大器、光耦合器、光连接器光放大器、光耦合器、光连接器和光隔离器等。下面对这些光器和光隔离器等。下面对这些光器第72页/共191页1)光电二极管的工作原理光电二极管的工作原理光电二极管实质上就是一种半导体二极管，在光电二极管内光电二极管实质上就是一种半导体二极管，在光电二极管内部也存在部也存在N区，区，P区以及区以及P、N区之间夹的耗尽层。区之间夹的耗尽层。N区为电子区，区为电子区，第73页/共191页2)光电二极管的种类光电二极管的种类CATV系统中常用的光电二系统中常用的光电二极管有极管有PIN光电二极管和雪崩式光电二极管和雪崩式光电二极管光

24、电二极管(APD)两种。两种。PIN光电二极管在光电二极管在P、N层之层之间有一个本征层间有一个本征层(I层层)，P和和I层之层之间的结构静电电容极小，间的结构静电电容极小，PIN光光第74页/共191页3)光电二极管的主要技术指光电二极管的主要技术指标标暗电流。指无光输入时，在暗电流。指无光输入时，在第75页/共191页2.激光器激光器激光器是光发射机的光源，激光器是光发射机的光源，是发光器件。根据所用材料不同，是发光器件。根据所用材料不同，激光器分为固体激光器、半导体激光器分为固体激光器、半导体激光器和气体激光器等。光激光器和气体激光器等。光CATV系统中用得较多的光源是系统中用得较多的光

25、源是第76页/共191页适合于发光的材料是半导体适合于发光的材料是半导体化合物，如镓化合物，如镓(Ga)、铝、铝(Al)、砷、砷(As)的三元化合物铟的三元化合物铟(In)。用。用Ga、As和磷和磷(P)的四元半导体化合物，的四元半导体化合物，第77页/共191页第78页/共191页激光器二极管的结构与普通二极管的结构不一样。激光器中激光器二极管的结构与普通二极管的结构不一样。激光器中的二极管由三层组成，如图的二极管由三层组成，如图5-21所示。它有所示。它有P、N(P)、N三层性质三层性质第79页/共191页光纤输入端的形状是非常重光纤输入端的形状是非常重要的。要的。LD射出的光是从厚射出的

26、光是从厚1m以以下，宽为几个下，宽为几个m的光耦合透镜发的光耦合透镜发面相对于光纤轴方向偏离一定角面相对于光纤轴方向偏离一定角度。当反射光沿着与入射光不同度。当反射光沿着与入射光不同方向返回时，将不会射入激光器。方向返回时，将不会射入激光器。第80页/共191页第81页/共191页分布反馈式半导体激光器与分布反馈式半导体激光器与LD激光器的主要区别是：带状激光器的主要区别是：带状活性层与另外两层不是平面接触，活性层与另外两层不是平面接触，而是做成特殊形状而是做成特殊形状波纹结构波纹结构（衍射光栅）。当光在谐振腔两（衍射光栅）。当光在谐振腔两端来回反射时，遇到衍射光栅时，端来回反射时，遇到衍射光

27、栅时，由于光栅的衍射效应，谐振波长由于光栅的衍射效应，谐振波长将更加单纯。另一方面，在波长将更加单纯。另一方面，在波长激光模块。激光模块。第82页/共191页激光模块的优点是激光模块的优点是:多个激多个激光模块共用一个电源；微处理光模块共用一个电源；微处理器控制和处理部分可以共用；器控制和处理部分可以共用；光输出功率分档，以适应用户在光输出功率分档，以适应用户在多种场合下的应用。多种场合下的应用。为了保证正常工作温度，激为了保证正常工作温度，激光器安装在导热性能良好的散热光器安装在导热性能良好的散热第83页/共191页3)YAG固体激光器固体激光器晶体或玻璃制成的激光器叫晶体或玻璃制成的激光器

28、叫固体激光器。在这类器件中，晶固体激光器。在这类器件中，晶体或玻璃都必须掺有少量的稀土体或玻璃都必须掺有少量的稀土第84页/共191页4)发光二极管发光二极管和激光器相比较，发光二极和激光器相比较，发光二极管管(LED)的原理、构造比较简单，的原理、构造比较简单，它是非相干光源，对应于光的自它是非相干光源，对应于光的自发辐射过程，没有谐振腔也不需发辐射过程，没有谐振腔也不需实现粒子数反转。当注入正向电实现粒子数反转。当注入正向电第85页/共191页5)激光器的技术指标激光器的技术指标第86页/共191页RIN=P2/P20 式中，P2为幅度起伏的均方值；P0为平均光强度。RIN随着激光器偏置电

29、流的不同而不同，在阈值附近，RIN最大；随偏置电流的上升，RIN下降。 第87页/共191页(3)带内平坦度带内平坦度在在550MHz内正负内正负0.5dB，普，普通封装的通封装的DFB激光器，由于引线激光器，由于引线电感分布参数的影响，频率响应电感分布参数的影响，频率响应不理想，因此要用计算机对影响不理想，因此要用计算机对影响频响平坦度的寄生参数进行精密频响平坦度的寄生参数进行精密设计。设计。第88页/共191页第89页/共191页(5)LED和和DFB-LD的频谱特的频谱特性性第90页/共191页第91页/共191页(6)半导体激光器的温度特性半导体激光器的温度特性激光器的光输出功率除与射

30、激光器的光输出功率除与射频驱动电流有关外，还与环境温频驱动电流有关外，还与环境温第92页/共191页第93页/共191页3.光耦合器和光分路器光耦合器和光分路器和同轴电缆传输系统一样，和同轴电缆传输系统一样，光信号也需要耦合、分支和分配。光信号也需要耦合、分支和分配。光耦合器有光纤熔接型和光波导光耦合器有光纤熔接型和光波导型两种。光纤熔接型将两根或多型两种。光纤熔接型将两根或多根光纤进行侧面融接而成，而光根光纤进行侧面融接而成，而光第94页/共191页1)简单制作过程简单制作过程光波导型属于微光学元件型产品。微光学元件制造工艺复杂，光波导型属于微光学元件型产品。微光学元件制造工艺复杂，第95页

31、/共191页2)光耦合器的分类光耦合器的分类光耦合器按结构可分为星型耦合器和树型耦合器两种。光耦合器按结构可分为星型耦合器和树型耦合器两种。(1)星型耦合器。这种耦合器如图星型耦合器。这种耦合器如图5-25所示，它采用熔融拉所示，它采用熔融拉第96页/共191页第97页/共191页第98页/共191页(2)树型耦合器（光分路器）。树型耦合器（光分路器）。第99页/共191页3)光分路器的电气参数光分路器的电气参数(1)分光比和理论分光损耗。分光比和理论分光损耗。光分路器是在已知光缆长度并计光分路器是在已知光缆长度并计算好分光比的情况下向厂家定制算好分光比的情况下向厂家定制的。光分路器的分光比的

32、变化范的。光分路器的分光比的变化范围是围是01，如光二分路器的分光，如光二分路器的分光-10lgK=10lgPnO-10lgPnL 第100页/共191页表5-5 各种光分路器的附加损耗第101页/共191页(3)插入损耗。插入损耗包括插入损耗。插入损耗包括分光损耗和附加损耗两部分，即分光损耗和附加损耗两部分，即插入损耗插入损耗(dB)=-10lgK+附加损耗附加损耗(dB)第102页/共191页4.光纤连接器光纤连接器光纤连接器也叫光纤活动连光纤连接器也叫光纤活动连接器或活接头，它广泛使用在光接器或活接头，它广泛使用在光传输系统和光仪器仪表中，常用传输系统和光仪器仪表中，常用在光源到光纤、光

33、纤到光纤及光在光源到光纤、光纤到光纤及光纤与测量仪器之间的光耦合，是纤与测量仪器之间的光耦合，是一种能拆卸重复使用，而且用量一种能拆卸重复使用，而且用量很大的一种光学无源器件。对光很大的一种光学无源器件。对光第103页/共191页1)光纤跳线光纤跳线光纤跳线的两端是活动接头，光纤跳线的两端是活动接头，中间是光纤。跳线两端的活动接中间是光纤。跳线两端的活动接头的型号可以相同，也可以不相头的型号可以相同，也可以不相第104页/共191页2)尾纤尾纤将跳线一分为二就得到两根将跳线一分为二就得到两根尾纤，即一端与光缆进行固定连尾纤，即一端与光缆进行固定连接，另一端带有光接头。使用尾接，另一端带有光接头

34、。使用尾纤时，一般是将购进的跳线从中纤时，一般是将购进的跳线从中第105页/共191页4)FDDI连接器连接器FDDI连接器的两端都有活连接器的两端都有活动接头。一个用于接收信号，而动接头。一个用于接收信号，而另一个则用于发送信号，中间部另一个则用于发送信号，中间部分是光纤。分是光纤。第106页/共191页（2）按光纤活动接头端口）按光纤活动接头端口形状可分为：形状可分为：PC型，端口成球形，接触面型，端口成球形，接触面集中在光纤的中央部分；集中在光纤的中央部分；APC型，将连接器的端部加型，将连接器的端部加工成斜面，端面与光纤轴线夹角工成斜面，端面与光纤轴线夹角小于小于90时，可增加光纤的接

35、触时，可增加光纤的接触第107页/共191页6)光接头盒、光配线箱和光光接头盒、光配线箱和光终端盒终端盒由于每盘光纤的长度有限，由于每盘光纤的长度有限，在长距离传输时，需要对光纤进在长距离传输时，需要对光纤进行连接。为了保证连接强度及在行连接。为了保证连接强度及在各种环境下使用，在接头处需安各种环境下使用，在接头处需安第108页/共191页当大芯数的光缆进入室内且当大芯数的光缆进入室内且分配给不同的设备时，这时需安分配给不同的设备时，这时需安装光缆配线箱。光缆配线箱上有装光缆配线箱。光缆配线箱上有活动接头、法兰盘、光分路器等，活动接头、法兰盘、光分路器等，第109页/共191页5.光复用器、光

36、衰减器光复用器、光衰减器光复用器是光分波器和光合光复用器是光分波器和光合波器的统称。光复用器解决了光波器的统称。光复用器解决了光第110页/共191页5.2.4光传输设备光传输设备1.光接收机光接收机第111页/共191页第112页/共191页光接收机主要由光检测器，电信号放大器、电调衰减器、光接收机主要由光检测器，电信号放大器、电调衰减器、AGC电路和输出放大等组成。光检测器用于将光信号转换为电信电路和输出放大等组成。光检测器用于将光信号转换为电信号，它是光接收机的核心部件，对号，它是光接收机的核心部件，对1310nm和和1550nm窗口具有通用窗口具有通用第113页/共191页第114页/

37、共191页第115页/共191页光接收机的技术性能指标如光接收机的技术性能指标如下所列：下所列：输出频率范围：输出频率范围：47750MHz；波长：波长：12901580nm；带内平坦度：带内平坦度：1dB；第116页/共191页2.直调式激光发射机直调式激光发射机1）组成）组成直调式激光发射机的组成如图直调式激光发射机的组成如图5-30所示。光发射机的核心是所示。光发射机的核心是第117页/共191页第118页/共191页2）工作原理）工作原理光发射机的输入信号是电视光发射机的输入信号是电视射频信号，信号电平为射频信号，信号电平为7590dBV。电视射频信号从前端。电视射频信号从前端多路混合

38、器输出或经高质量放大多路混合器输出或经高质量放大器放大后进入光发射机，进行电器放大后进入光发射机，进行电控衰减，然后进行预失真补偿和控衰减，然后进行预失真补偿和自动功率电平控制，再去驱动激自动功率电平控制，再去驱动激第119页/共191页第120页/共191页3）非线性失真）非线性失真半导体激光器只所以产生非线性失真，一方面取决于自身的半导体激光器只所以产生非线性失真，一方面取决于自身的第121页/共191页非线性失真的补偿技术主要非线性失真的补偿技术主要有如下两种。有如下两种。一是预失真补偿（又叫前置一是预失真补偿（又叫前置补偿）。在补偿）。在RF信号驱动激光器之信号驱动激光器之前，先经过一

39、个非线性网络，该前，先经过一个非线性网络，该网络的输入输出特性正好与激光网络的输入输出特性正好与激光器的非线性失真特性相反，两者器的非线性失真特性相反，两者互相补偿以后，能对互相补偿以后，能对CSO、CTB第122页/共191页4）光发射机的驱动条件选）光发射机的驱动条件选择择在高速调制系统中，驱动条在高速调制系统中，驱动条件的选择对调制特性至关重要。件的选择对调制特性至关重要。下面具体讨论一下激光器驱动条下面具体讨论一下激光器驱动条件（偏置电流和调制电流）的选件（偏置电流和调制电流）的选择。择。第123页/共191页对于脉冲电流调制，加大对于脉冲电流调制，加大直流偏置电流会使激光器的消光直流

40、偏置电流会使激光器的消光比恶化。所谓消光比比恶化。所谓消光比EXT指的是指的是激光器在全激光器在全“0”码时发射的功率码时发射的功率“第124页/共191页实验发现，异质结激光器实验发现，异质结激光器的散粒噪声效应表现出复杂的情的散粒噪声效应表现出复杂的情况，如况，如GaAlAs/GaAs激光器的散激光器的散粒噪声在阀值处出现最大值，若粒噪声在阀值处出现最大值，若激光器正好偏置在阀值上，散粒激光器正好偏置在阀值上，散粒噪声的影响就比较严重。噪声的影响就比较严重。第125页/共191页5）自动控制电路）自动控制电路自动控制电路的作用就是消自动控制电路的作用就是消除温度变化和器件老化的影响，除温度

41、变化和器件老化的影响，稳定输出光功率。稳定的方法稳定输出光功率。稳定的方法主要有自动温度控制和自动功率主要有自动温度控制和自动功率控制两种。控制两种。第126页/共191页第127页/共191页目前，微型致冷器多采用半导体致冷器。它利用半导体材料目前，微型致冷器多采用半导体致冷器。它利用半导体材料的珀尔帖效应。一对电偶的致冷量是很小的，根据用途的不同，的珀尔帖效应。一对电偶的致冷量是很小的，根据用途的不同，可将若干对电偶串联或并联，组成温差电功能器件，其中微型半可将若干对电偶串联或并联，组成温差电功能器件，其中微型半导体致冷器的控制温差可达导体致冷器的控制温差可达。第128页/共191页（2）

42、自动功率控制。）自动功率控制。由于激光器的阀值电流和电由于激光器的阀值电流和电光转换效率都会随温度和器件的光转换效率都会随温度和器件的老化而变化，因此，要精确控制老化而变化，因此，要精确控制激光器的输出功率，应从两方面激光器的输出功率，应从两方面考虑。一是控制激光器的偏流，考虑。一是控制激光器的偏流，使其自动跟踪阀值变化，从而使使其自动跟踪阀值变化，从而使第129页/共191页3.外调式激光发射机外调式激光发射机1550nm外调制外调制CATV光纤传光纤传第130页/共191页第131页/共191页下面简要叙述主要部件的性下面简要叙述主要部件的性能和工作原理。能和工作原理。1)1550nmDF

43、B-LD激光器激光器对对1550nmDFB-LD激光器的激光器的要求是：光发射功率大，相对强要求是：光发射功率大，相对强第132页/共191页2)马赫马赫泽德尔波导强度调泽德尔波导强度调制器制器马赫马赫泽德尔波导强度调制泽德尔波导强度调制第133页/共191页第134页/共191页由图由图534可见，马赫可见，马赫-泽德泽德尔调制器由两个尔调制器由两个Y分支介质型波分支介质型波导构成的干涉仪组成。恒定强度导构成的干涉仪组成。恒定强度的光波的光波II在第一个在第一个Y分支处，被等分支处，被等分成两束光，分别进入两根条形分成两束光，分别进入两根条形波导中的一根。在电极间加上波导中的一根。在电极间加

44、上RF信号使变化的横向电场作用于两信号使变化的横向电场作用于两根波导，使两根波导的介质折射根波导，使两根波导的介质折射率产生等值反号的变化，于是波率产生等值反号的变化，于是波所示。所示。第135页/共191页第136页/共191页由图由图5-35可见，可见，LiNbO3调制调制器的特性具有余弦平方函数的形器的特性具有余弦平方函数的形式。因此，式。因此，LiNbO3调制器本质调制器本质上是一个非线性调制器。为了获上是一个非线性调制器。为了获得无失真的调制输出，必须在电得无失真的调制输出，必须在电第137页/共191页3)光纤放大器（光纤放大器（EDFA）光放大器通常分为两种：光光放大器通常分为两

45、种：光纤放大器和半导体放大器。光纤纤放大器和半导体放大器。光纤放大器又分为掺稀土元素的光纤放大器又分为掺稀土元素的光纤放大器和常规光纤放大器两种。放大器和常规光纤放大器两种。第138页/共191页掺杂（如铒掺杂（如铒Er3+）光纤放大）光纤放大器的结构如图器的结构如图5-36所示。它由三所示。它由三部分组成。一是长度约几米到几部分组成。一是长度约几米到几十米的掺杂光纤。这些杂质主要十米的掺杂光纤。这些杂质主要是稀土离子，如铒（是稀土离子，如铒（Er3+）、钕）、钕（Nb3+）、镨（）、镨（Pr3+）等，用以）等，用以第139页/共191页第140页/共191页第141页/共191页若掺杂离子从

46、低能态到高能若掺杂离子从低能态到高能态为三能级，其中态为三能级，其中1代表基态，代表基态，即能量最低，即能量最低，2代表中间能级，代表中间能级，3代表激态，能量最高。若泵浦光代表激态，能量最高。若泵浦光光子能量等于能级光子能量等于能级1和和3之差，泵之差，泵浦光将被掺杂离子吸收，使其从浦光将被掺杂离子吸收，使其从基态跃迁至激态。若信号光的光基态跃迁至激态。若信号光的光第142页/共191页掺铒（掺铒（Er3+）光纤中的铒离）光纤中的铒离子被泵浦光激励后从低能态激发子被泵浦光激励后从低能态激发跃迁到激发态，当信号光跃迁到激发态，当信号光（15301560nm1480nm5.1dB/mW。噪声低。

47、其噪声水平接近噪声低。其噪声水平接近于量子极限。于量子极限。第143页/共191页工作稳定性好。增益与泵工作稳定性好。增益与泵浦源频谱、泵浦源大小关系不大，浦源频谱、泵浦源大小关系不大，基本上不受温度的影响，而且串基本上不受温度的影响，而且串扰也小。扰也小。第144页/共191页5.2.5光传输网络规划及设计光传输网络规划及设计1.光缆传输网络的拓朴形式光缆传输网络的拓朴形式第145页/共191页星形网络的优点是，光分配一次到位，使用的光分路器少，星形网络的优点是，光分配一次到位，使用的光分路器少，光纤连接点少，光路全程损耗小，节省光功率，但星形网络与树光纤连接点少，光路全程损耗小，节省光功率

48、，但星形网络与树形网络相比较耗用的光纤较多。从图形网络相比较耗用的光纤较多。从图5-37可以看出，从前端出发可以看出，从前端出发第146页/共191页第147页/共191页对于大型的有线电视传输系对于大型的有线电视传输系统可采用双星形拓扑结构，在本统可采用双星形拓扑结构，在本地前端和中心前端中间用光缆超地前端和中心前端中间用光缆超干线连接，而两个前端都呈星形干线连接，而两个前端都呈星形拓朴结构，如图拓朴结构，如图5-37所示。所示。在大型有线电视系统中还可在大型有线电视系统中还可第148页/共191页第149页/共191页图5-39空分复用传输光信号 第150页/共191页2第151页/共19

49、1页第152页/共191页第153页/共191页3.光波长的选择光波长的选择在电视信号光缆传输系统中在电视信号光缆传输系统中常选用的光波长有常选用的光波长有1310nm和和1550nm两种。两种。1310nm的光波长，的光波长，在传输时，光纤传输损耗较大，在传输时，光纤传输损耗较大，第154页/共191页4.光缆传输系统设计步骤光缆传输系统设计步骤1）设计原则）设计原则在确定光缆干线传输指标时在确定光缆干线传输指标时不要定得太高，满足系统要求就不要定得太高，满足系统要求就可以了，否则会加大系统的建设可以了，否则会加大系统的建设第155页/共191页2）设计过程）设计过程（1）系统指标分配。）系

50、统指标分配。第156页/共191页第157页/共191页第158页/共191页表中电缆传输部分的放大器表中电缆传输部分的放大器的级联数不超过的级联数不超过4级。级。（2）光节点布局。）光节点布局。根据用户的居住情况划分适根据用户的居住情况划分适当的片区，对光节点进行合理布当的片区，对光节点进行合理布第159页/共191页（3）选取光缆路由。）选取光缆路由。光缆应尽量地短，有的地方光缆应尽量地短，有的地方还应考虑备用光缆，光缆路由的还应考虑备用光缆，光缆路由的第160页/共191页（4）确定光缆纤芯数。）确定光缆纤芯数。光缆纤芯数的确定取决于光光缆纤芯数的确定取决于光节点数目的多少以及每个光节点

51、节点数目的多少以及每个光节点所需要的纤芯数。通常每个光节所需要的纤芯数。通常每个光节点的纤芯数选定为点的纤芯数选定为4芯，其中一芯，其中一芯用于传输下行信号，另一芯用芯用于传输下行信号，另一芯用第161页/共191页第162页/共191页（5）选择光发射机输出光功率分配形式。）选择光发射机输出光功率分配形式。光缆传输网络一般都是星形结构，当光接点的位置和数目确定以后，光缆传输网络一般都是星形结构，当光接点的位置和数目确定以后，从前端到每个光节点的光缆都是直通的，而不是在光缆中途加光分路器，从前端到每个光节点的光缆都是直通的，而不是在光缆中途加光分路器，第163页/共191页第164页/共191

52、页（6）光功率分配设计。）光功率分配设计。光功率分配设计的目的是根光功率分配设计的目的是根据各光节点到前端的距离选择适据各光节点到前端的距离选择适当的分光比的光分路器，即将光当的分光比的光分路器，即将光发射机的光功率合理的分配到各发射机的光功率合理的分配到各光节点。光节点远的分配到的光光节点。光节点远的分配到的光第165页/共191页计算分光器的分光比。分计算分光器的分光比。分光比的计算是在各光节点光接收光比的计算是在各光节点光接收)101010/(10)101010/(10)101010/(101 . 01 . 01 . 01 . 01 . 01 . 01 . 01 . 021 . 01 . 01 . 01 . 0121212211nnnnLLLLnLLLLLLLLKKK式中：K1，K2，Kn为各支路分光比；L1，L2，Ln为各支路光缆长度；为光纤损耗系数，单位为dB/km。 第166页/共191页对于对于1310nm波长的单模光纤，波长的单模光纤，包括熔点损耗在内，包括熔点损耗在内，的值大约的值大约为为0.4dB/km。对于。对于1550nm波长波长的单模光纤，包括熔点损耗在内，的单模光纤，包括熔点损耗在内，的值大约为的值