光纤通信 6-9章

输入电路由图6-3-3所示电路组成
6.4光接收机
1光接收机的组成 光接收机的作用是把接收来的光信号转 变为原来的电信号，它的性能的优劣直 接影响整个光纤通信系统的性能。 光纤通信系统有模拟和数字两大类，光 接收机也相应的有两大类，即模拟接收 机和数字接收机。

直接检测数字光纤通信接收机一般由三 个部分组成，即光接收机的前端、线性 通道和数据恢复。如图所示：
主放大器的作用有两个方面： ① 将前置放大器输出的信号放大到判决电路所 需要的信号电平。 ② 它还是一个增益可调节的放大器，当光电检 测器输出的信号出现起伏时，通过光接收机的 自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整， 以使主放大器的输出信号幅度在一定范围不受 输入信号的影响，一般主放大器的峰-峰值输 出是几伏数量级。对于APD的光接收机还通过 控制APD的偏压来控制雪崩倍增管的雪崩增益。

6.3

光发射机
1对光发射机性能的要求
光发射机的作用是把电端机送来的 电信号变为光信号送入光纤中传输。 包括以下方面： (1)光源特性 (2)调制特性 (3)输出特性
2光发射机的组成

目前使用的光发射机大多数是直接调制 的光发射机，它的原理如图6-3-1所示。
3输入电路

图6-5-2为数字光纤通信系统中数字脉冲 传输过程的变换特点

2光接收机的噪声源 光接收机的噪声是与信息无关的随机 变化量，噪声源从引入过程来分，可分 为两类，即与信号光电检测器有关的噪 声和与光电接收机电路有关的噪声。 与信号光电检测器有关的噪声包括： 量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流及漏 电流噪声和背景噪声等等。 与光接收机电路有关的噪声包括：放 大器噪声、负载电阻热噪声等。

均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形 成为有利于判决的波形。
4数据恢复
数据恢复电路由判决电路和时钟恢复电 路组成，如果需要与电端机接口，还需 要解码、解扰和编码电路 判决电路和时钟恢复电路的任务是把线 性通道输出的升余弦波形恢复成数字信 号。

5辅助电路
光接收机除上面介绍的若干部分外，还 有一些辅助电路，如： (1)钳位电路。 (2)温度补偿电路。 (3)告警电路。


均衡滤波器的作用是均衡波形有利判决。 均衡滤波器是必不可少的。 ① 没有均衡滤波器将出现这些现象 将会使前、后码元的波形重叠，产生码间干扰， 严重时造成判决电路误判，产生误码。 ② 有均衡滤波器的波形 均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有 利于判决的波形。例如，成为升余弦频谱脉冲。

光源与光纤的耦合效率： 与光源的类型(LED或LD)及光纤的类型 (多模光纤或模光纤)有关。 LD与单模光纤的耦合效率较高，可以达 到30～50%，而LED与单模光纤的耦合 效率较低，可能小于1%。

光源与光纤的耦合方法，
一般采用下面两种：
直接耦合和透镜耦合
光源与光纤的透镜耦合如图所示
为了实现更多路信号的复用，可采用数字复接的方法将几 个低次群复接成一个高次群，如将4个32路的基群复接成 一个二次群，四个二次群复接成一个三次群等等。 目前，有一些的数字通信设备采用准同步数字系列 PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)，其复接结构采用 异步方式，即各支路的数字信号流标称速率值相同，它们 的主时钟是彼此独立的，但通过加进一些额外的比特使各 支路信号与复接设备同步，并复用成高速信号。 PDH系列可很好地适应传统电信网的点对点通信，但难 以适应动态联网要求，也难以支持新业务的开发及现代的 网络管理。
第六章：光端机
6.1光源与光纤的耦合 6.2光调制 6.3光发射机 6.4光接收机 6.5光接收机噪声分析 6.6光接收机的误码率和接收灵敏度 6.7光中继器
6.1光源与光纤的耦合
从光源发射出来的光功率尽可能多地 送入光纤中传输，这就是光源与光纤的 耦合问题。 衡量光源与光纤耦合的质量可以用耦合 效率η，它定义为 η=PF/PS (6-1-1) 式中： PF—耦合进入光纤的光功率 PS—光源发射的功率。
1光接收机的误码率
光接收机的误码率BER定义为： BER=错误接收的码元数/传输的码元总数 那么光接收机的误码是如何产生的? 如图6-6-1所示：

若I＞ID，采样值为“1”，若I＜ID，采样 值则为“0”。 如果传输的信码为“1”，可是I＜ID ，则 发生错误。 同样传输的信码为“0”，可是I＞ID ，则 同样发生错误，这两个错误都将引起误 码。

6集成光接收机 光接收机的组成部件，除了光电二极 管外，都是标准的电子元器件，采用标 准集成电路(IC)工艺技术，很容易集成 在同一芯片上，做成集成光接收机。 在高比特工作时，这种集成光接收机 具有很多优点。90年代末用Si和GaAs集 成电路工艺已制成带宽超过2GHz的集成 光接收机，现在带宽超过10GHz的集成 光接收机也已用于光波实验系统。


2光接收机的灵敏度和动态范围 光接收机的灵敏度可以用满足给定的误 码率指标条件下而可靠工作所需要的最 小平均光功率Pmin来表示。 最小平均光功率Pmin,在国际单位制中， 它的单位是瓦(W)。 工程上，光接收机的灵敏率常用光功率 相对值来表示，单位是分贝毫瓦(dBm)。
光接收机的动态范围： 是在保证系统的误码率指标要求下，光 接收机最低输入光功率Pmin和最大允许光 功率Pmax的变化范围。这个范围用D来表 示，一般在工程上用二者(用dBm描述)之 差来表示。 一台质量好的光接收机应有较宽的动态 范围。


一台性能优良的光接收机，应具有无失真地检 测和恢复微弱信号的能力，这首先要求其前端 应有低噪声，高灵敏度和足够的带宽。 根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同 的方案： (1)低阻抗前端 (2)高阻抗前端。 (3)跨(互)阻抗前端。
3线性能道

光接收机的线性通道由一个 高增益的主放大器和一个均衡滤 波器组成，还应包括峰值检测和 自动增益控制(AGC)电路，用来 控制放大器增益。
第七章光纤通信系统
* 7.2光纤通信的线路码型
* 7.1数字光纤通信系统
* 7.3光纤通信系统的性能指标
* 7.4光纤损耗和色散对系统的限制
* 7.5光纤局域网
* 7.6光同步传输网
* 7.7光纤通信系统设计
* 7.8光纤通信系统工程
7.1数字光纤通信系统 1IM-DD数字光纤通信系统的组成 目前最常用、最主要的方式是强度调制－直接 检测(IM-DD)数字光纤通信系统。
通常有两种中继方法： 一种是传统方法，采用光-电-光转换方式， 亦称光电光混合中继器； 另一种采用光放大器对光信号进行直接 放大的中继器。


光-电-光中继器，在光纤通信系统中，光中继 器作为一种系统的基本单元，除了没有接口码 型转换和控制部分外，在原理、组成元件与主 要特性方面与光接收机与光发射机相同。

1光源的直接调制
直接调制就是将调制信号直接作用在光源上， 把要传送的信息转变为电源信号注入到LD或 LED，获得相应的光信号。这种方法调制的是 光源的发光强度调制(IM)。 直接调制具有简单、经济、容易实现等优点， 是光纤通信系统中广泛采用的调制方式。 从调制信号的形式来说，光源的直接调制又可 分为模拟信号调制和数字信号调制

3噪声的评价方法 噪声是一种随机性的起伏量，是电 信号中不需要的成分，它干扰实际系统 中信号的传输和处理，影响和限制了系 统的性能。 (1)噪声的大小可以用均方值来表示 (2)信噪比(SNR) SNR=平均信号功率/噪声功率
6.6光接收机的误码率和接收灵敏度

光接收机的误码率和灵敏度是描述 光接收机准确检测光信号能力的性能指 标。
一个理想的微透镜耦合结构应用下列四 个特征： 足够大的数值孔径收集激光辐射 焦距完全匹配于激光器和光纤的模式 无球差 端面应增透镀覆以消除反射。

6.2 光调制
要实现光纤通信，首先要解决的问题是 如何将电信号加载到光源的发射光束上， 即需要进行光调制。 根据调制与光源的关系，光调制可分为： 直接调制和间接调制。 源自6.7光中继器
在光纤通信线路上，光纤的吸收和散射导 致光信号衰减，光纤的色散将使光脉冲信号畸 变。 导致信息传输质量降低，误码率增高，限 制了通信距离。为了满足长距离通信的需要， 必须在光纤传输线路上每隔一定距离加入一个 中继器，以补偿光信号的衰减和对畸变信号进 行整形，然后继续向终端传送。
PDH系列的缺点有： (1) PDH有两种系列，即以2.048Mb/s为基群及以 1.544Mb/s为基群的体系，相互间难以互通和兼容。 (2) 由于没有统一规范的光接口，不同厂家的设备在 光路上不能互通，必须转换成标准电接口才能互通， 限制了联网应用。
(3) PDH高次群信号中的低次群信号位置没有指示，因 此要从中取出/插入一个低次群信号(俗称上/下电路)很 不方便，必须逐级分接、复接才能实现，需要设备多， 上下业务费用高。 (4) PDH各等级的帧结构中预留的插入比特(开销)很少， 使网络无法适应不断演变的管理要求，更难以支持新一 代的网络。 为此，CCITT根据世界各国间通信联网的需要，制定 了同步数字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)的 建议。在用光纤来构成基于SDH的传输网时，也称为 同步光网SONET(Synchronous Optical Network)，是一 种新一代的理想传输体制。
2PCM端机 通信中传送的许多信号(如话音、图像 信号等)都是模拟信号。PCM端机的任 务，就是把模拟信号转换为数字信号 (A/D变换)，完成PCM编码，并且按照 时分复用的方式把多路信号复接、合群， 从而输出高比特率的数字信号。 PCM编码包括取样、量化、编码三个步 骤