【正文】 暗電流和信號含直流光的影響 。 圖 典型短波長光接收機靈敏度與傳輸速率的關系的關系 － 60－ 55－ 50－ 45－ 40－ 35－ 30－ 251 2 4 6 8 10 20 40 60 80 100 140200 400 600fb / ( M b AGC一般采用直流運算放大器構成的反饋控制電路來實現(xiàn) 。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?， 具體要求有： (1) 能限制信號帶寬 ， 減小功率譜中的高低頻分量 。 擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對應的前饋移位寄存器實現(xiàn) 。 因此最大的連 “ ０ ” 和連 “ １ ” 的數(shù)目不會超過兩個 ，例如 1001和 0110。 表 4B的碼字 作為普遍規(guī)則 ， 引入 “ 碼字數(shù)字和 ” (WDS)來描述碼字的均勻性 ， 并以 WDS的最佳選擇來保證線路碼的傳輸特性 。 表 示出根據(jù)這個規(guī)則編制的一種 3B4B碼表 ， 表中正組和負組交替使用 。 表中正組選用 20個 WDS=0和 12個 WDS=+2， 負組選用20個 WDS=0和 12個 WDS=2。 以 3B4B碼為例 ， 碼表存儲編碼器的工作原理示于圖 。 根據(jù)插入碼的規(guī)律 ， 可以分為 mB1C碼 、mB1H碼和 mB1P碼 。 缺點是碼流的頻譜特性不如 mBnB碼 。 34 368 kb/s的 NRZ信號碼送入緩存器 。 B碼的還原電路實際上就是并串變換電路 ， 由 4選 1電路來實現(xiàn) 。 圖 4B1H譯碼器原理 緩沖寄存器B1B2B3B4B碼還原頻率變換H碼分離幀同步GCL1L2CP4 2 9 6 0 k H z4 2 9 6 0 k b / sN R Z3 4 3 6 8 k b / sN R Z告警H 頻率變換電路要保證向各個部分提供所需的準確時鐘信號 。 4B1H碼是每 4個信號碼插入一個 H碼 ， 因此變換后碼速增加 1/4。 圖 mB1C碼的結構 mB C mB C mB CC 常用的插入碼是 mB1H碼 ， 有 1B1H碼 、 4B1H碼和 8B1H碼 。 其他的 mBnB碼編譯碼電路原理相同 ， 只是電路復雜程度有所區(qū)別而已 。 因此 ， 在要求傳輸輔助信號或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設備中 ， 不宜用這種碼型 。 6的碼字 。 2的碼字 ， 禁止使用 WDS=177。 而 000用 0001和 1110交替使用； 111用 0111和 1000交替使用 。 mBnB碼有 1B2B、 3B4B、 5B6B、 8B9B、 17B18B等等 。 為了保證傳輸?shù)耐该餍?， 在系統(tǒng)光發(fā)射機的調制器前 ， 需要附加一個擾碼器 ， 將原始的二進制碼序列加以變換 ， 使其接近于隨機序列 。 (2) 在隨機碼流中 ， 容易出現(xiàn)長串連 “ １ ” 碼或長串連“ 0” 碼 ， 這樣可能造成位同步信息丟失 ， 給定時提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時誤差 。 根據(jù)定義 DR=10lg () 動態(tài)范圍是光接收機性能的另一個重要指標 ， 它表示光接收機接收強光的能力 ， 數(shù)字光接收機的動態(tài)范圍一般應大于 15 dB。 由圖可見 ， 在限定誤碼率的條件下 ， 決定光接收機靈敏度的主要因素是傳輸速率和光檢測器 、 前置放大器的特性 ， 特別是噪聲特性 。 設 PINPD光接收機的工作參數(shù)如下：光波長 λ= μm，傳輸速率 fb=， 光電二極管響應度 ρ=， 互阻抗前置放大器 (FET)的 nA≈1018。 ??2bnhcf 2. 實際光接收機的靈敏度 影響實際光接收機靈敏度的因素很多 ， 計算也十分復雜 ， 這里只作簡要介紹 。 設傳輸?shù)氖欠菤w零碼(NRZ)， 每個光脈沖最小平均光能量為 Ed， 碼元寬度為 Tb， 一個碼元平均光子數(shù)為 n， 那么光接收機所需最小平均接收功率為 〈 P〉 min= bbdTnhfTE22? 式中 ， 因子 2是 “ 0” 碼和 “ 1” 碼功率平均的結果 ，h= 1034J 提高靈敏度意味著能夠接收更微弱的光信號 。 “ 0” 碼和 “ 1” 碼的誤碼率一般是不相等的 ， 但對于“ 0” 碼和 “ 1” 碼等概率的碼流而言 ， 一般認為 Pe,01=Pe, 10時 ，可以使誤碼率達到最小 。 光接收機輸出噪聲的概率分布十分復雜 ， 一般假設噪聲電流 (或電壓 )的瞬時值服從高斯分布 ， 其概率密度函數(shù)為 ]2exp[2 1)( 22???xxf ?? 式中 x是代表噪聲這一高斯隨機變量的取值 ， 其均值為零 ， 方差為 σ2。 圖 (a) 雙極型晶體管； (b) 場效應管； (c) 跨阻型 偏壓( a )偏壓( b )偏壓( c )Rf 由于噪聲的存在 ， 放大器輸出的是一個隨機過程 ， 其取樣值是隨機變量 ， 因此在判決時可能發(fā)生誤判 ， 把發(fā)射的 “ 0”碼誤判為 “ 1” 碼 ， 或把 “ 1” 碼誤判為 “ 0” 碼 。 圖中 〈 i2q〉 和 〈 i2d〉 分別為光檢測器的量子噪聲和暗電流噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流 (等效噪聲功率 )， 其相應的功率譜密度分別表示為 Sq和 Sd。 在 1991年試驗成功的單路 InGaAs OEIC接收機 ， 其運行速率達 5 Gb/s。 主放大器和 AGC決定著光接收機的動態(tài)范圍 。 這個控制過程可以表示如下： T(環(huán)境 ) →T(LD 、 熱沉 )→R T→I( 致冷器 )→T(LD) ATC的致冷器和熱敏電阻以及 APC的 PIN PD封裝在 LD管殼內(nèi)構成的組件如圖 。為提高致冷效率和溫度控制精度 ， 把致冷器和熱敏電阻封裝在激光器管殼內(nèi) ， 溫度控制精度可達 177。 與調制速率對激光器瞬態(tài)特性的影響相反 ， 低調制速率的“ 結發(fā)熱效應 ” 更加明顯 。 A3和 V3組成直流恒流源調節(jié) LD的偏流 ， 使輸出光功率穩(wěn)定 。 射極耦合電路為恒流源 ， 電流噪聲小 ， 這種電路的缺點是動態(tài)范圍小 ，功耗較大 。 數(shù)字信號 “ 0” 碼和 “ 1” 碼對應于 V的截止和飽和狀態(tài) ， 電流的大小根據(jù)對輸出光信號幅度的要求確定 。 由此可見 ， 增加注入電流 j， 有利于提高張弛振蕩頻率 ωr，減小其幅度衰減時間 τo， 以及減小電光延遲時間 td，LD施加偏置電流是非常必要的 。 為了進一步了解激光器的調制特性 ， 應求出 LD速率方程組的瞬態(tài)解 。 張弛振蕩和電光延遲的后果是限制調制速率 。 (4) 應采用自動功率控制 (APC)和自動溫度控制 (ATC)， 以保證輸出光功率有足夠的穩(wěn)定性 。 (4) 器件應能在常溫下以連續(xù)波方式工作 ， 要求溫度穩(wěn)定性好 ， 可靠性高 ， 壽命長 。 圖 (a) LED數(shù)字調制原理； (b) LD的數(shù)字調制原理 數(shù)字光發(fā)射機的方框圖如圖 ， 主要有光源和電路兩部分 。 調制分為直接調制和外調制兩種方式 。 1. 對通信用光源的要求如下： (1) 發(fā)射的光波長應和光纖低損耗 “ 窗口 ” 一致 ， 即中心波長應在 μm、 μm和 μm附近 。 目前 ， 不同類型的半導體激光器 (LD)和發(fā)光二極管 (LED)可以滿足不同應用場合的要求 。 這種特性嚴重限制系統(tǒng)傳輸速率和通信質量 ， 因此在電路的設計時要給予充分考慮 。 當電光延遲時間 td與數(shù)字調制的碼元持續(xù)時間 T/2為相同數(shù)量級時 ， 會使 “ 0” 碼過后的第一個“ 1碼的脈沖寬度變窄 ， 幅度減小 ， 嚴重時可能使單個 “ １ ” 碼丟失 ， 這種現(xiàn)象稱為 “ 碼型效應 ” 。 在典型的激光器中 ， τsp≈109s, τph≈1012s， 即 τspτph。 電脈沖光脈沖圖 激光器自脈沖動現(xiàn)象 自脈動現(xiàn)象是激光器內(nèi)部不均勻增益或不均勻吸收產(chǎn)生的 ， 往往和 LD P I曲線的非線性有關 ， 自脈動發(fā)生的區(qū)域和 P I曲線扭折區(qū)域相對應 。 電流源為由 V1和 V2組成的差分開關電路 ， 它提供了恒定的偏置電流 。 圖 是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的 LD驅動電路 ， 其主體和圖 ， 只是由 V3支路為 LD提供的偏置電流 Ib受到激光器背向輸出光平均功率和輸入數(shù)字信號均值 Uin的控制 。 溫度對輸出光脈沖的另一個影響是 “ 結發(fā)熱效應 ” 。 為保證輸出特性的穩(wěn)定 ， 對激光器進行溫度控制是十分必要的 。 由 R R R3和熱敏電阻 RT組成 “ 換能 ” 電橋 ， 通過電橋把溫度的變化轉換為電量的變化 。 對光檢測器的要求如下： (1) 波長響應要和光纖低損耗窗口 ( μm、 μm和 μm)兼容； 圖 數(shù)字光接收機方框圖 光檢測器偏壓控制前置放大器A G C電路均衡器 判決器時鐘提取再生碼流主放大器光信號 (2) 響應度要高 ， 在一定的接收光功率下 ， 能產(chǎn)生最大的光電流； (3) 噪聲要盡可能低 ， 能接收極微弱的光信號； (4) 性能穩(wěn)定 ， 可靠性高 ， 壽命長 ， 功耗和體積小 。 4. 圖 ， 很容易用標準的集成電路 (IC)技術將它們集成在同