【正文】 除此之外，還要求電路盡量簡單、成本低、穩(wěn)定性好、光源壽命長等。138 光發(fā)送機(jī)的基本組成光發(fā)送機(jī)的基本組成 數(shù)字光發(fā)送機(jī)的基本組成包括均衡放大、碼型變換、復(fù)用、擾碼、時鐘提取、光源、光源的調(diào)制電路、光源的控制電路（ ATC和 APC）及光源的監(jiān)測和保護(hù)電路等。如圖 42。圖 42 數(shù)字光發(fā)送機(jī)原理方框圖139 （ 1）均衡放大：補(bǔ)償由電纜傳輸所產(chǎn)生的衰減和畸變。 （ 2）碼型變換：將 HDB3碼或 CMI碼變化為 NRZ碼。 （ 3）復(fù)用：用一個大傳輸信道同時傳送多個低速信號的過程。 （ 4）擾碼：使信號達(dá)到 “0”、 “1”等概率出現(xiàn)，利于時鐘提取。 （ 5）時鐘提取：提取 PCM中的時鐘信號，供給其它電路使用。 （ 6）調(diào)制（驅(qū)動）電路：完成電 /光變換任務(wù)。 （ 7）光源：產(chǎn)生作為光載波的光信號。 （ 8）溫度控制和功率控制： 穩(wěn)定工作溫度和輸出的平均光功率。 （ 9）其他保護(hù)、監(jiān)測電路：如光源過流保護(hù)電路、無光告警電路、 LD偏流（壽命）告警等。140 光源的調(diào)制光源的調(diào)制 1．光源 光源的作用是產(chǎn)生作為光載波的光信號，對光源的要求是： ① 發(fā)送光波的中心波長應(yīng)在 、 。光譜的譜線寬度要窄，以減小光纖色散對帶寬的限制。 ② 電 /光轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)送光束方向性好，以提高耦合效率。 ③ 允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快，以滿足系統(tǒng)大的傳輸容量。 ④ 器件的溫度穩(wěn)定性好，可靠性高，壽命長。 ⑤ 器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價格便宜。141 2．調(diào)制方式 有直接調(diào)制（內(nèi)調(diào)制）和間接調(diào)制（外調(diào)制）。 （ 1）直接調(diào)制 ① 基本概念及調(diào)制原理 直接調(diào)制就是將電信號直接注入光源，使其輸出的光載波信號的強(qiáng)度隨調(diào)制信號的變化而變化，又稱為內(nèi)調(diào)制。 調(diào)制原理如圖 43所示。 ② 特點 調(diào)制簡單、損耗小、成本低。但存在波長 (頻率 )的抖動。142圖 43 直接光強(qiáng)度數(shù)字調(diào)制原理圖 44 間接調(diào)制激光器的結(jié)構(gòu)143 （ 2）間接調(diào)制 ① 基本概念及調(diào)制原理 間接調(diào)制不直接調(diào)制光源，而是利用晶體的電光、磁光和聲光特性對 LD所發(fā)出的光載波進(jìn)行調(diào)制，即光輻射之后再加載調(diào)制電壓，使經(jīng)過調(diào)制器的光載波得到調(diào)制，這種調(diào)制方式又稱作外調(diào)制，如圖 44所示。 ② 特點 調(diào)制系統(tǒng)比較復(fù)雜、損耗大、而且造價也高。但譜線寬度窄，可以應(yīng)用于 ≥，而且傳輸距離也超過 300km以上。144 光接收機(jī)光接收機(jī) 光接收機(jī)作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進(jìn)行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)送端相同的電信號，輸入到電接收端機(jī)，并且用自動增益控制電路（ AGC）保證穩(wěn)定的輸出。 光接收機(jī)中的關(guān)鍵器件是半導(dǎo)體光檢測器，它和接收機(jī)中的前置放大器合稱光接收機(jī)前端。前端性能是決定光接收機(jī)的主要因素。145 光接收機(jī)的基本組成光接收機(jī)的基本組成 強(qiáng)度調(diào)制 —直接檢波（ IMDD）的光接收機(jī)方框圖如圖 415所示，主要包括光電檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘恢復(fù)電路、取樣判決器以及自動增益控制（ AGC）電路等。圖 415 數(shù)字光接收機(jī)方框圖146 1．光電檢測器 光電檢測器是把光信號變換為電信號的關(guān)鍵器件，對其要求是： ① 在系統(tǒng)的工作波長上要有足夠高的響應(yīng)度，即對一定的入射光功率，光電檢測器能輸出盡可能大的光電流。 ② 波長響應(yīng)要和光纖的 3個低損耗窗口兼容。 ③ 有足夠高的響應(yīng)速度和足夠的工作帶寬。 ④ 產(chǎn)生的附加噪聲要盡可能低，能夠接收極微弱的光信號。 ⑤ 光電轉(zhuǎn)換線性好，保真度高。 ⑥ 工作性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長。 ⑦ 功耗和體積小，使用簡便。147 2．放大器 光接收機(jī)的放大器包括前置放大器和主放大器兩部分。 對前置放大器要求是較低的噪聲、較寬的帶寬和較高的增益。 前置放大器的的類型目前有 3種：低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨導(dǎo)前置放大器）。 主放大器一般是多級放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益，把來自前置放大器的輸出信號放大到判決電路所需的信號電平。并通過它實現(xiàn)自動增益控制（ AGC），以使輸入光信號在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電信號應(yīng)保持恒定輸出。 主放大器和 AGC決定著光接收機(jī)的動態(tài)范圍。148 3．均衡器 均衡器的作用是對已畸變 (失真 )和有碼間干擾的電信號進(jìn)行均衡補(bǔ)償，減小誤碼率。 4．再生電路 再生電路的任務(wù)是把放大器輸出的升余弦波形恢復(fù)成數(shù)字信號，由判決器和時鐘恢復(fù)電路組成。 5．自動增益控制（ AGC） AGC就是用反饋環(huán)路來控制主放大器的增益。作用是增加了光接收機(jī)的動態(tài)范圍，使光接收機(jī)的輸出保持恒定。149 光接收機(jī)的噪聲特性光接收機(jī)的噪聲特性 光接收機(jī)的噪聲包括光電檢測器的噪聲和光接收機(jī)的電路噪聲。這些噪聲的分布如圖 416所示。 ? 光電檢測器的噪聲包括量子噪聲、暗電流噪聲、漏電流噪聲和 APD的倍增噪聲； ? 電路噪聲主要是前置放大器的噪聲。前置放大器的噪聲包括電阻熱噪聲及晶體管組件內(nèi)部噪聲。圖 416 接收機(jī)的噪聲及其分布150 光接收機(jī)的主要指標(biāo)光接收機(jī)的主要指標(biāo) 數(shù)字光接收機(jī)主要指標(biāo)有光接收機(jī)的靈敏度和動態(tài)范圍。 （ 1）光接收機(jī)的靈敏度 光接收機(jī)的靈敏度是指在系統(tǒng)滿足給定誤碼率指標(biāo)的條件下，光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率 Pmin（ mW）。工程中常用毫瓦分貝（ dBm）來表示，即 (42) （ 2）光接收機(jī)的動態(tài)范圍 光接收機(jī)的動態(tài)范圍是指在保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)的條件下，接收機(jī)的最低輸入光功率（ dBm）和最大允許輸入光功率（ dBm）之差（ dB）。即 (43) 151 （ 3）自動增益控制（ AGC） AGC就是利用反饋環(huán)路來控制主放大器的增益。 AGC的作用是增加了光接收機(jī)的動態(tài)范圍。 自動增益控制（ AGC）電路原理框圖如圖 417所示。圖 417 自動增益控制電路原理框圖152 光中繼器光中繼器 光信號在傳輸過程會出現(xiàn)兩個問題： ① 光纖的損耗特性使光信號的幅度衰減，限制了光信號的傳輸距離； ② 光纖的色散特性使光信號波形失真，造成碼間干擾，使誤碼率增加。 以上兩點不但限制了光信號的傳輸距離，也限制了光纖的傳輸容量。為增加光纖的通信距離和通信容量，必須設(shè)置光中繼器。 光中繼器的功能是補(bǔ)償光能量損耗，恢復(fù)信號脈沖形狀有： ① 補(bǔ)償衰減的光信號； ② 對畸變失真的信號波形進(jìn)行整形。 光中繼器主要有兩種：一種是傳統(tǒng)的光中繼器（即光電中繼器），另一種是全光中繼器。153 光電中繼器光電中繼器 1．光電中繼器的構(gòu)成 傳統(tǒng)的光中繼器采用光 —電 —光（ OEO）轉(zhuǎn)換形式的中繼器。如圖 418所示。圖 418 典型的數(shù)字光中繼器原理方框圖 2．光電中繼器的結(jié)構(gòu)形式 有的設(shè)在機(jī)房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光纜在電桿上。154 全光中繼器全光中繼器 目前全光放大器主要是摻鉺光纖放大器。摻鉺光纖放大器是一個直接對光波實現(xiàn)放大的有源器件，其工作原理如圖 419所示。 用摻鉺光纖放大器作中繼器的優(yōu)點是，設(shè)備簡單，沒有光 —電—光的轉(zhuǎn)換過程，工作頻帶寬。缺點是，光放大器作中繼器時，對波形的整形不起作用。圖 419 摻鉺光纖放大器用作光中繼器的原理框圖155小結(jié)小結(jié) 1．光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)統(tǒng)稱為光端機(jī)。光發(fā)射機(jī)實現(xiàn) E/O，光接收機(jī)實現(xiàn) O/E轉(zhuǎn)換。 2．?dāng)?shù)字光發(fā)射機(jī)基本組成包括均衡放大、碼型變換、復(fù)用、擾碼、時鐘提取、光源、光源的調(diào)制（驅(qū)動）電路、光源的控制電路（ ATC和 APC）及光源的監(jiān)測和保護(hù)電路等。 3．對光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的方法分為兩類，即直接調(diào)制（內(nèi)調(diào)制）和間接調(diào)制（外調(diào)制）。通常直接調(diào)制適用于速率小于。間接調(diào)制適合于高速大容量的系統(tǒng)。 4．?dāng)?shù)字光接收機(jī)主要包括光電檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制（ AGC）電路。156 5．光接收機(jī)的噪聲主要來自光接收機(jī)內(nèi)部噪聲：包括光電檢測器的噪聲和光接收機(jī)的電路噪聲。光電檢測器的噪聲包括量子噪聲、暗電流噪聲、漏電流噪聲和 APD的倍增噪聲；電路噪聲主要是前置放大器的噪聲。 6．?dāng)?shù)字光接收機(jī)主要指標(biāo)有光接收機(jī)的靈敏度和動態(tài)范圍。 7．光中繼器的主要功能有：補(bǔ)償衰減的光信號；對畸變失真的信號波形進(jìn)行整形。有兩種類型的中繼器，傳統(tǒng)的光電中繼器和全光中繼器。 157本章內(nèi)容、重點、難點和要求本章內(nèi)容、重點、難點和要求本章內(nèi)容? 損耗受限系統(tǒng)的再生段距離的設(shè)計。? 損耗受限和色散受限系統(tǒng)的再生段距離的設(shè)計示例。本章重點和難點? 損耗受限和色散受限系統(tǒng)的再生段距離的設(shè)計示例。學(xué)習(xí)本章目的和要求? 掌握再生段距離設(shè)計的方法。第五章第五章 . 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計光纖通信系統(tǒng)設(shè)計158 光纜數(shù)字線路系統(tǒng)設(shè)計的基本方法是最壞值設(shè)計法。所謂最壞值設(shè)計法，就是在設(shè)計再生段距離時，將所有參數(shù)值都按最壞值選取，而不管其具體分布如何。 按照 ITU?T建議 ，允許的光通道損耗 PSR為 PSR =PT?PR?PP （ 51） PT為光發(fā)送功率； PR為光接收靈敏度； PP為光通道功率代價。159 PP在實際中可以等效為附加接收損耗，可扣除，于是實際 SR點的允許損耗為 （ 52） 式中 A f表示再生段平均光纜衰減系數(shù)（ dB/km）， A S是再生段平均接頭損耗（ dB）， L f是單盤光纜的盤長（ km）， M c是光纜富余度（ dB/km）， A C是光纖配線盤上的附加活動連接器損耗（ dB），這里按兩個考慮。圖 51形象地演示了整個光通道損耗的組成。160 在中繼距離的設(shè)計中應(yīng)考慮衰減和色散這兩個限制因素，因而對于中繼距離的設(shè)計可以分為兩種情況來討論。 第一種情況是損耗受限系統(tǒng)，即再生段距離由 S和 R點之間的光通道損耗決定。 第二種情況是色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由 S和 R點之間的光通道總色散所限定。圖 51 光通道損耗的組成161 損耗受限系統(tǒng)設(shè)計損耗受限系統(tǒng)設(shè)計 損耗受限系統(tǒng)的實際可達(dá)再生段距離可以用下式來估算： （ 53）所以 （ 54）其中 （ 5?5） （ 5?6）162 式中 PT為發(fā)送光功率（ dBm）， PR為光接收靈敏度（ dBm）， AC是光纖配線盤上的收發(fā)端兩個附加活動連接器損耗（ dB）， PP為光通道功率代價（ dB），由反射功率代價 Pr和色散功率代價 Pd組成， Me為系統(tǒng)設(shè)備富裕度（ dB）， Mc為光纜富余度（ dB/km）， n是再生段內(nèi)所用光纜的盤數(shù)， αfi是單盤光纜的衰減系數(shù)（ dB/km）， Af表示再生段平均光纜衰減系數(shù)（ dB/km）， αsi是單個光纖接頭的損耗（ dB）， AS是再生段平均接頭損耗（ dB）。 采用最壞值法設(shè)計時，再生段距離 Ll的計算公式（ 5?4）可以簡化為下式 （ 57）163 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 以 STM?16長途通信系統(tǒng)光傳輸設(shè)計為例。 計劃建設(shè)一條 ，系統(tǒng)采用單縱模激光器，沿途具備設(shè)站條件的候選站點間的距離為（ 37～ 58） km，系