【正文】 前饋移位寄存器實(shí)現(xiàn)。 造成功率代價(jià)的因素主要有 : 一類是光信號在光纖中傳輸時(shí)發(fā)生的，不傳輸就不存在； 另一類是即使沒有光纖，不傳輸也存在； 光纖通信 (3)光接收機(jī)靈敏度的惡化 主要介紹后一類因素導(dǎo)致的惡化 消光比引起的靈敏度惡化 功率代價(jià)隨消光比而增大 強(qiáng)度噪聲引起的靈敏度變化 取樣時(shí)間抖動引起的靈敏度惡化 光纖通信 光中繼器與分插復(fù)用器 光中繼器 分插復(fù)用器 (ADM) STM1 分插復(fù)用器（ ADM）功能 2 6 34 45 140 155Mbit/s 電源 公務(wù) 告警 TMN接口 STM1 終端設(shè)備 155Mbit/s 155Mbit/s 光纖通信 三、線路編碼 作用 ① 將電纜中傳輸?shù)恼?fù)極性碼變?yōu)楣饫w中可傳輸?shù)膯螛O性碼 ② 減少碼流中長連“ 0” 或連“ 1” 的數(shù)目，使“ 0” 碼和“ 1” 碼分布均勻，便于時(shí)鐘信號的提取 ③ 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行誤碼監(jiān)測，利于長途通信系統(tǒng)的維護(hù) 光纖通信 三、線路編碼－ 1 ④ 提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、傳輸監(jiān)控、公務(wù)、區(qū)間等通信，但對高速光纖通信系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)減少冗余碼，以免占用過大帶寬 ⑤ 減少碼流中的直流基線的起伏和低頻分量，提高輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾，有利于提高光接收機(jī)的靈敏度 光纖通信 線路編碼 2 光纖通信中的線路碼型 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：擾碼、 mBnB碼、插入碼 （ 1）擾碼 為了保證傳輸?shù)耐该餍裕谙到y(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前，需要附加一個(gè)擾碼器，將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換，使其接近于隨機(jī)序列。 光纖通信 (2)理想光接收機(jī)的靈敏度 分析：光子計(jì)數(shù)法 光入射時(shí)，產(chǎn)生的電子－空穴對的數(shù)目和時(shí)間無法精確測量，它服從泊松分布 P(n)=Nn eN/n! 其中 n— 產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目 N— 產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目的平均值 P(n)— 產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目為 n時(shí)的概率 光纖通信 理想光接收機(jī)的靈敏度 設(shè) bmax為“ 1”碼時(shí)所含的平均光能 BER=P(n=0)=EXP(bmax/hf) 若 BER=109，則 bmax=21hf （ 21個(gè)光子） 即在理想光接收機(jī)中，在誤碼率為 109的條件下，“ 1”碼中至少得有 21個(gè)光子 靈敏度 Pmin=bmax/2Tη=—— 為碼速 21個(gè)光子 —— 也稱量子極限 光纖通信 理想光接收機(jī)的靈敏度 波長 λ/μm 速率 fb/() 34 140 140 622 靈敏度 Pr/dBm 光纖通信 典型短波長光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系 光纖通信 實(shí)測誤碼率與平均接收光功率的關(guān)系 光纖通信 (3)光接收機(jī)靈敏度的惡化 實(shí)際光發(fā)送機(jī)發(fā)出的信號并非理想比特流，并在光纖傳輸過程中可能變形。單位： dB 意義：對輸入信號的適應(yīng)能力 例如：某發(fā)射極發(fā)射功率－ 3dBm，光纖線路長 40km，線路損耗 ，接收機(jī)靈敏度為－ 29dBm,動態(tài)范圍為20dB，問接收機(jī)能否接收到該信息。 光纖通信 ④ 集成光接收機(jī) 集成光接收機(jī)的倒裝式結(jié)合光電子集成技術(shù) 光纖通信 光接收機(jī)的噪聲 接收系統(tǒng)的噪聲說明 量子噪聲：因接收光子數(shù)的起伏引起的噪聲 內(nèi)部散彈噪聲：由探測器本身產(chǎn)生電子數(shù)的無規(guī)則起伏而引起的噪聲 暗電流噪聲：無光照時(shí)產(chǎn)生的電流所引起的噪聲 背景噪聲：由環(huán)境的輻射光波所產(chǎn)生的噪聲 放大器噪聲：一是電阻熱運(yùn)動產(chǎn)生，二是有源器件的輸入輸出有波動引起 光纖通信 光檢測器 放大器 偏置電阻 光子流 RL ? 量子噪聲 ? 暗電流噪聲 ? 漏電流噪聲 ? APD倍增噪聲 ? 放大器噪聲 ? 熱噪聲 接收機(jī)噪聲及其分布 光纖通信 數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度 (1)接收機(jī)的常用參數(shù) 誤碼率 (BER) 靈敏度 動態(tài)范圍 (2)理想光接收機(jī)的靈敏度 (3)光接收機(jī)靈敏度的惡化 光纖通信 (1)接收機(jī)的常用參數(shù) (BER) 定義：傳輸碼流中出現(xiàn)誤差的概率 工程上： 不同時(shí)間測 BER不同 規(guī)定測 24小時(shí) 對瞬時(shí)有一大誤碼，平均后很小，則需用其它參數(shù)來衡量，如誤碼秒 標(biāo)準(zhǔn)： ITUT規(guī)定， BER=109，設(shè)計(jì)時(shí)要求BER=1011 當(dāng) BER=106時(shí)系統(tǒng)告警， BER=103時(shí)系統(tǒng)倒換 光纖通信 計(jì)算誤碼率的示意圖 光纖通信 (1)接收機(jī)的常用參數(shù) 2. 靈敏度 定義：為保證一定誤碼率 (BER)，光接收機(jī)所需要接收的最小光功率。 判決碼元主要是確定判決時(shí)刻 (峰值點(diǎn)上 )、判決電平 (40~50%的峰值 )、碼元寬度 (取決于時(shí)鐘周期 )。 其任務(wù)是把線性通道輸出的升余弦波形恢復(fù)成數(shù)字信號。當(dāng)Δ fB時(shí)，電脈沖展寬超過了規(guī)定時(shí)隙的檢測，引起碼間串?dāng)_，濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象。 低通濾波器使電壓脈沖整形，降低噪聲，控制可能出現(xiàn)的碼間串?dāng)_ (ISI)。 有時(shí)在主放大器前接入一個(gè)均衡器以校正前端有限的帶寬。一般有兩級放大，第一級為電壓負(fù)反饋，第二級為射極補(bǔ)償電路，以提升高頻分量 新型前放 ：采用 InGaAs光電二極管和微波場效應(yīng)管FET混合集成技術(shù)，制成 PIN— FET前端封裝管，可獲得良好性能 光纖通信 光接收機(jī)的前置極放大電路 (a)雙極型晶體管 (b)場效應(yīng)管 (c)跨阻型 雙極型晶體管：低阻型前放，電路的時(shí)間常數(shù) RC小于信號脈沖寬度 T，因而碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)； 場效應(yīng)管：高阻型前放，噪聲小，高頻特性較差，適用于低速率傳輸系統(tǒng)； 跨阻型：改善了帶寬特性和動態(tài)范圍。其 作用 是將光纖線路末端耦合到光電二極管的光比特流轉(zhuǎn)換為時(shí)變電流，然后進(jìn)行預(yù)放大，以便后級作進(jìn)一步處理 前置放大器主要是提高信噪比 光纖通信 光接收機(jī)的前端電路－ 1 有三種常用前置放大器： 低阻型前端 ：簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對均衡器要求較低，因?yàn)閹拰?，高頻損失小，補(bǔ)償容易，前置級的動態(tài)范圍也較大，但靈敏度較低，噪聲比較高 高阻型前端 ：與低阻型前端相反。 光纖通信 直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理 (a) LED數(shù)字調(diào)制原理 (b) LD的數(shù)字調(diào)制原理 光纖通信 共發(fā)射極驅(qū)動電路 射極耦合 LD驅(qū)動電路 光源的驅(qū)動電路 光纖通信 反饋穩(wěn)定 LD驅(qū)動電路 光纖通信 溫度引起的光輸出的變化 激光器的溫度控制與功率控制電路 光纖通信 溫度控制方框圖 激光器 致冷器 熱敏電阻 控制電路 熱導(dǎo) 光纖通信 ATC電路原理 光纖通信 APC電路原理 光纖通信 光源與光纖的耦合 光源與光纖耦合的有效程度都用耦合效率或耦合損耗來表示，其大小取決于光源和光纖的類型。適當(dāng)選擇直流偏置電流的大小，可以減小光信號的非線性失真。 按調(diào)制信號形式，光調(diào)制可分為模擬信號調(diào)制和數(shù)字信號調(diào)制兩種。在 PSK相干光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)中，一般用外調(diào)制器，這將在后面章節(jié)中進(jìn)行討論。其具體方法是在激光器輸出端外的光路上放置光調(diào)制器，在調(diào)制器上加調(diào)制調(diào)壓，使通過調(diào)制器的光束得到調(diào)制。 間接調(diào)制是利用晶體的電光、磁光、聲光效應(yīng)等性質(zhì)對光輻射進(jìn)行調(diào)制，既適用半導(dǎo)體光源，也適用于其它類型的光源。 光纖通信 光源的調(diào)制－ 1 將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柾ǔＳ袃煞N形式：直接調(diào)制和間接調(diào)制 直接調(diào)制方法適用于半導(dǎo)體光源，它將要傳送到信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘栕⑷牍庠矗@得相應(yīng)的光信號輸出。 輸出光脈沖的上升時(shí)間、下降時(shí)間、和延遲時(shí)間應(yīng)盡量短。 消光比 EXT應(yīng)盡量小，一般應(yīng)小于 。 光 端機(jī) 一、光發(fā)射機(jī) 二、光接收機(jī) 三、線路編碼 光纖通信 一、光發(fā)射端機(jī) 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的原理框圖 光發(fā)射機(jī)應(yīng)滿足的要求 光源的調(diào)制 光源的驅(qū)動電路 激光器的溫度控制與功率控制電路 光源與光纖的耦合 光纖通信 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的原理框圖 光發(fā)射機(jī)的主要功能是將電端機(jī)送來的電信號轉(zhuǎn)換為適合于光纖中傳輸?shù)墓庑盘枺湓砜驁D如下： 線路編碼 控制電路 光纖 光源 調(diào)制電路 LED/LD 電信號 光信號 光纖通信 光發(fā)射機(jī)應(yīng)滿足的要求 光發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足系統(tǒng)提出的技術(shù)要求如下： 穩(wěn)定的輸出功率。 光纜系統(tǒng)的測量方法 167。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 167。光纖通信 光技術(shù)與光纖通信 第一章 概述 第二章 光纖與光纜 第三章 通信用光器件 第四章 光纖通信系統(tǒng) 第五章 光纖通信中的高新技術(shù) 光纖通信 第四章 光纖通信系統(tǒng) 167。 光 端機(jī) 167。 模擬光纖通信系統(tǒng) 167。 光纜工程的驗(yàn)收與維護(hù) 光纖通信 167。輸出光功率通常指耦合進(jìn)光纖的光功率，即入纖功率，根據(jù)不同系統(tǒng)的要求，通常在 ~5mW范圍內(nèi)，并要求在環(huán)境溫度變化或器件老化過程中，輸入光功率要保持恒定。消光比也稱光脈沖的斷通功率比 EXT＝ Poff/Pon，是指激光器在全“ 0”碼時(shí)發(fā)送的功率與全“ 1”碼時(shí)發(fā)送的功率之比，為保證接收機(jī)的靈敏度不受或少收影響， EXT應(yīng)盡量小。 應(yīng)盡量抑制馳豫振蕩。輸出光波電場幅值的平方與調(diào)制信號成正比，是一種光強(qiáng)度調(diào)制 (IM)。 光纖通信 光源的調(diào)制－ 2 間接調(diào)制最常用的是外調(diào)制的方法，即在光輻射產(chǎn)生后再加載調(diào)制信號。 間接調(diào)制可以采用鈮酸鋰調(diào)制器 (L－ M)、電吸收調(diào)制器 (EAM)和 Ⅲ/Ⅴ 族馬赫－曾德干涉型調(diào)制器 (MZM)實(shí)現(xiàn) 對強(qiáng)度調(diào)制直接檢波 (IMDD)光波系統(tǒng)，并非一定要采用外調(diào)制的方案，但在高速長距離光波系統(tǒng)中，采用間接調(diào)制有利于提高系統(tǒng)的性能。 光纖通信 兩種調(diào)制方案 (a)直接調(diào)制 (b)間接調(diào)制 (外調(diào)制 ) 光纖通信 光源的調(diào)制－ 3 直接調(diào)制技術(shù)具有簡單、經(jīng)濟(jì)和容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，由于光源的輸出光功率基本上與注入電流成正比，因此調(diào)制電流變化轉(zhuǎn)換為光頻調(diào)制是一種線性調(diào)制。 模擬信號調(diào)制是直接用連續(xù)的模擬信號(如話音和視頻信號 )對光源進(jìn)行調(diào)制，連續(xù)的模擬信號電流疊加在直流偏置電流上。 光纖通信 光源的調(diào)制－ 4 數(shù)字信號調(diào)制主要指 PCM編碼調(diào)制，先將連續(xù)變化的模擬信號通過取樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成一組二進(jìn)制脈沖代碼，用矩形脈沖的有 (“1” 碼 )無(“0” 碼 )來表示信號。 LED與單模光纖的耦合效率 ηc1%，LD與單模光纖的耦合效率的典型值為 ηc＝ 30～ 50% 光纖通信 二、 光接收端機(jī) 光接收機(jī)的原理框圖及各部分的作用 光接收機(jī)的電路結(jié)構(gòu)和特性 光接收機(jī)的前端 光接收機(jī)的線性通道 數(shù)據(jù)重建電路 集成光接收機(jī) 光接收機(jī)的噪聲 數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度 光中繼器與分插復(fù)用器 光纖通信 光接收機(jī)的原理框圖及各部分的 作用 數(shù)字光接收機(jī)的 功能 是：把經(jīng)光纖傳輸后幅度被衰減、波形被展寬的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大處理，恢復(fù)為原發(fā)射機(jī)的數(shù)字序列 光信號經(jīng)光纖傳輸?shù)竭_(dá)接收端有兩個(gè)問題： ① 幅度衰減（有損耗）； ② 脈沖展寬（有色散） 光纖通信 光電檢測器 前置放大器 主放大器 均衡濾波 判決器 譯碼器 AGC電路 時(shí)鐘恢復(fù) 光信號 電信號 輸出 光接收機(jī)的原理框圖 接口電路 光纖通信 接收機(jī)各部分的作用－ 1 光電檢測器 ：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號 前置放大器 ：低噪聲放大，其噪聲直接影響到接收機(jī)靈敏度的高低 主放大器 ：放大信號并具有增益調(diào)節(jié)功能，使入射光功率在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出幅度保持恒定 均衡濾波 ：對失真的波形進(jìn)行補(bǔ)償（均衡），保證判決時(shí)無碼間干擾，即將輸出波形均衡成具有升余弦頻譜，判決時(shí)消除碼間干擾 時(shí)鐘恢復(fù) ：從信號中提取同步時(shí)鐘 光纖通信 接收機(jī)各部分的作用 2 判決器 ：在時(shí)鐘作用下再生出原信號 譯碼器 ：與光發(fā)射機(jī)中的線路編碼