第四章光发射机与光接收机
光纤通信技术与设备习题
第一章概述一：单项选择题1.光纤通信指的是：A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。
2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的：A 近红外区B 可见光区C 远红外区D 近紫外区3 目前光纤通信所用光波的波长范围是：A 0.4～2.0B 0.4～1.8C 0.4～1.5D 0.8～1.84 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：A 0.85、1.20、1.80；B 0.80、1.51、1.80；C 0.85、1.31、1.55；D 0.80、1.20、1.70。
5 下面说法正确的是：A 光纤的传输频带极宽，通信容量很大；B 光纤的尺寸很小，所以通信容量不大；C 为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸；D 由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离短。
二、简述题1、什么是光纤通信？2、光纤的主要作用是什么？3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？4、光纤通信所用光波的波长范围是多少？5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少？第二章光纤与光缆工程一、单项选择题1.下面说法正确的是：A 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；B 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率；C为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率；D 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。
2下面说法正确的是：A 单模光纤只能传输模式；B 单模光纤只能传输一路信号；C 单模光纤只能传输一种模式；D 单模光纤只能传输模式。
3下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？A 光纤；B 光纤；C 光纤；D 光纤。
4.下面说法正确的是：A 光纤的损耗决定光纤通信系统的通信容量；B 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输距离；C 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输速率；D 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输模式。
第4章光纤通信系统介绍
1．光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑥ 调制(驱动) • 经过扰码后的数字信号通过调制电路对光源进 行调制，让光源发出的光信号强度跟随信号码 流的变化，形成相应的光脉冲送入光纤。
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1．光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑦ 自动功率控制 • 由于老化等因素的影响，使得光发射机的光源 在使用一段时间之后，出现输出光功率降低的 • 为了保持光源输出功率的稳定，在光发射机中 常使用自动功率控制(APC)电路。
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2．光接收机
• 图4-10 时钟恢复电路方框图
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2．光接收机
• 图4-11 时钟恢复电路波形图
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2．光接收机
• 图4-12 NRZ码的功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-13 RZ码功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-14 一种非线性处理电路
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2．光接收机
• 图4-15 非线性处理电路中的波形图
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2．光接收机
• 图4-8 单个脉冲均衡前后波形的比较
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2．光接收机
⑤ 判决器和时钟恢复电路 • 判决器由判决电路和码形成电路构成。 • 判决器和时钟恢复电路合起来构成脉冲再生电 路。 • 脉冲再生电路的作用是将均衡器输出的信号恢 复成理想的数字信号
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2．光接收机
• 图4-9 信号再生示意图
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（1）衰减对中继距离的影响
• 一个中继段上的传输衰减包括两部分，其一是 光纤本身的固有衰减，再者就是光纤的连接损 耗和微弯带来的附加损耗。 • 构成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包 括两大类：吸收损耗和散射损耗。 • 引起光纤损耗的因素还有光纤弯曲和微弯产生 的损耗以及纤芯与包层中的损耗等等。
光接收机的噪声包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声PPT学习教案
4.1.3 调制电路及自动功率控制
PLD UPD (UPD U in UR ) UA1 Ib PLD
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4.1.3 调制电路及自动功率控制
图4-7 共发射极驱动电路
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图4-8 射极耦合LD驱动电路图
4.1.3 调制电路及自动功率控制
图4-9 反馈稳定LD驱动电路
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4.1.4 温度特性及自动温度控制
注： 温 度 控 制 只 能控 制温度 变化引 起的输 出光功 率的变 化，不 能控制 由于器 件老化 而产生 的输出 功率的 变化。 对 于 短 波 长 激光 器，一 般只需 加自动 功率控 制电路 即可。 对 于 长 波 长 激光 器，由 于其阀 值电流 随温度 的漂移 较大， 因此， 一般还 需加自 动温度 控制电 路，以 使输出 光功率 达到稳 定。
光接收机的噪声包括光电检测器的噪声 和光接收机的电路噪声
会计学
1
第4章 光端机
本章内容和重点
本章内容 光发送机 光接收机 光中继器 光线路码型 本章重点 光 发 送 机 和光接 收机的 功能、 电路组 成和工 作原理 。 光 通 信 常 用线路 码型。
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第4章 光端机
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4.2 数字光接收机
光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生 畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行 放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号， 输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC） 保证稳定的输出。
光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收 机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定 光接收机的主要因素。
继电保护-第4章 电网的纵联保护
输电线路纵联保护
Pilot Protection for Transmission Lines
4.1
输电线路纵联保护概述
4.1.1 引言（ 纵联保护的提出 ）
1. 电流、距离保护的缺陷
M 1 2 N 3
k1
k2
反映：一侧电气量，即只采集线路一侧的电气量 缺陷：Ⅱ段有延时，无法实现全线速动，
N
正常运行时：两侧的测量阻抗都是负荷阻抗， 距离Ⅱ段都不启动 外部故障时：至少有一侧的距离Ⅱ段不启动（反方向）
I U M M
M
U I N N
N
区内故障时：两侧的距离Ⅱ段同时启动
4.1.3 纵联保护的基本原理
1、纵联电流差动保护
基本原理：利用输电线路两端电流波形和或电流相量和的特征。
I U M M
M SM SN
U I N N
N
正常运行或区外故障时：远故障点的功率方向是从母线流向 线路，功率方向为正；近故障点的功率方向是由线路流向母 线，功率方向为负。两端功率方向相反。 U I I U N
M
M
N
M SM SN
N
区内故障时：两端的功率方向都是从母线流向线路，同为正。
优点：不受系统振荡的影响，不受非全相的影响，简单可靠
缺点：导引线不能太长
4.2.2 电力线载波通信
将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高 频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线 路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波 信号传输到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信 号接收，以实现各端电流相位（或功率方向）的比较， 称为高频保护。
缺点： a. 施工的要求高，“焊接”难（熔纤机）； b. 光纤断裂难以查找； c. 通信距离还不够长。 光纤通讯网是电力通讯网的主干网，基于光纤通信的纵联保 护成为主流模式。
《光纤通信技术》 课程大纲
《光纤通信技术》课程大纲《光纤通信技术》课程大纲课程名称：光纤通信技术课程类别：核心课学分：4学分适用专业：通信工程专业、计算机应用专业先修课程：数字通信原理、数据通信原理一、课程的教学目的《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。
课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业，从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。
光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点，成为高速数据业务的理想传输通道。
课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容，同时涵盖了各种实用光网络技术。
课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标，培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。
为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。
鉴于本课程是实践性很强的专业课程，其教学内容既包括理论学习内容，又涵盖与之相关的实践实验活动内容，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
二、相关课程的衔接学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程；后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。
三、教学的基本要求要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理，了解相关扩展知识。
熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。
熟悉实验原理及内容，能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。
四、课程教学方法下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。
为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。
本课程含有实验，使本课程更多地与实践接轨，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
五、课程考核方式本学期将安排4次阶段作业。
每次作业计10分，共计40分。
作业类型为客观题，可重复提交，直至分数满意为止。
考试：本课程的考试采用开卷的形式，由于本课程的计算量较大，建议学生熟练使用计算器。
光发射和光接收
4
3>.受激辐射：处于高能级 的电子，受到外来光的激发 ( f E2)， 电E1子从高能级到低能级跃迁，发出与入
h
射光频率、相位、偏振方向完全一样的光子（全同光 子）
5
➢ 2.粒子数反转分布
1>.粒子数正常分布：热平衡状态（物质与外界无能量交换，能量处于平
影响光纤的耦合效率
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四.半导体激光二极（LED）
➢1.结构上与LD相似，没有光学谐振腔 ➢2.特点：输出荧光，输出特性线性较好，无阈值
电流，光谱宽度较宽（35－60nm） ➢3.适用于短距离小容量的光纤传输系统
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第2节 光光源发的射调机制和
调制：将电信息变换为光信息，目前采用强度调制 按照光源和调制器的关系分为内调制和外调制 本节主要包括： ➢ 一.内调制（直接调制） ➢ 二.外调制（间接调制） ➢ 三.目前常用的外调制器 ➢ 四.光数字发射机
量子限制激光器(量子阱激光器) 特点:低阈值,窄线谱,高微分增益,温度灵敏度低,调制速度快.
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三.半导体激光器的特性
➢ 1.P-I特性 1>阈值电流Ith:激光器开始产生激光时对应的注入电流 2>输出光功率P,规定注入电流值下(例如I=Ith+20ma)的输出光
功率 3>Ith随温度升高而增加
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➢ 2.光谱特性
P 1
1 2
P
LED
P
P
MLM
P
0dB
-20dB
P
SLM
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1>中心波长 0，光源的光谱范围内辐射强度最大值所对应的波长
通信工程师三色笔记
通信工程师三色笔记一、通信工程基础。
1. 通信原理。
- 信号与系统。
- 模拟信号：连续变化的信号，如正弦波信号，在时间和幅度上都是连续的。
通常用函数表达式y = Asin(ω t+φ)表示，其中A是幅度，ω是角频率，t是时间，φ是初相位。
- 数字信号：离散的信号，只有有限个取值。
例如二进制数字信号只有0和1两个值。
它具有抗干扰能力强、便于存储和处理等优点。
- 调制与解调。
- 调制：将基带信号（原始的待传输信号）搬移到适合在信道中传输的高频信号上的过程。
例如幅度调制（AM），是让高频载波的幅度随基带信号的变化而变化；频率调制（FM）是让载波的频率随基带信号变化；相位调制（PM）则是使载波的相位随基带信号改变。
- 解调：与调制相反的过程，从已调信号中恢复出原始基带信号。
如对于AM信号，可以采用包络检波或相干解调的方法来解调。
2. 通信网络架构。
- 接入网。
- 有线接入：包括光纤接入（如FTTH - 光纤到户，FTTB - 光纤到楼等），通过光纤将用户与网络连接起来，具有高速、稳定等特点。
还有铜缆接入，如ADSL（非对称数字用户线路），利用电话线实现宽带接入，但速度相对光纤接入较慢，且距离有限。
- 无线接入：例如Wi - Fi接入，工作在2.4GHz或5GHz频段，方便用户在一定范围内实现无线设备与网络的连接；还有移动网络接入，像2G、3G、4G、5G网络，通过基站与移动终端进行通信，提供不同速率和服务质量的移动数据和语音服务。
- 核心网。
- 核心网主要负责数据的交换、路由和管理等功能。
在传统的通信网络中，核心网包括电路交换域和分组交换域。
在现代的5G网络中，核心网采用了基于服务的架构（SBA），将网络功能模块化、软件化，提高了网络的灵活性和可扩展性。
- 传输网。
- 传输介质：有光纤、微波和卫星等。
光纤传输具有大容量、低损耗等优点，是现代通信传输的主要介质。
微波传输适用于短距离、地形复杂不易铺设光纤的区域，通过微波频段的电磁波进行信号传输。
清华大学-光纤通信技术
无损光纤中的光孤子传输
图8
图9
无损光纤中的光孤子传输
图 10
图 11
光孤子：利用非线性平衡色散效应 光孤子：
缺点：维持色散与非线性间 缺点： 的平衡条件过于精细， 的平衡条件过于精细，利用 非线性带来其它副作用
多种非线性效应共同作用
光纤的其它限制及解决方案
PMD补偿技术 PMD补偿技术 WDM/ETDM L+，S，S+ L+， +OTDM L波段WDM 波段WDM
WDM 色散补偿
PMD限制 PMD限制
改善PMD 改善PMD特 PMD特 性的光纤
新型光纤
OTDM
孤子
非线性限制 非零色散位移光纤 色散位移光纤
色散限制 普通单模光纤
提升容量方法：单信道比特率提高 提升容量方法：
OTDM 原理
时钟提取
MOD MOD
超短脉 冲光源
MOD
时分 解复 用器
EDFA
时钟源
2.5Gb/s 1:16 2.5 G Clock DeMultiplexer Optical Rx
2.5Gb/s Optical Output LOS/LOF +5v -5.2v
+3.3V DC TO DC Conventer
+3.3
五、WDM系统的发展趋势 WDM系统的发展趋势
单路超高速 单路超高速40Gb/s,160Gb/s,640Gb/s 超密信道间距 超密信道间距10GHz 信道数攀升 1022 Channel 展宽波长范围 Band,L-Band,S展宽波长范围C-Band,L-Band,S-Band 超长无中继 450km with remote Amp 超长传输距离 网络化
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背向
APC
光监
测
数字光发送机的基本组成包括均衡放
大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、
告警 检测
光源、光源的调制电路、光源的控制电路
（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。
如图1。
图1 光发射机的组成框图(动画)
光 信 号
6
光纤通信原光发射机原理
光发射机的作用是将从复用设备送来的HDB3信码变换成NRZ码， 接着将NRZ码编为适合在光缆线路上传输的码型，最后在进行电/光转 换，将电信号转换成光信号并耦合进光纤。
（1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。
（2）码型变换：将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。
（3）复用：用一个大传输信道同时传送多个低速信号。
（4）扰码：使信号达到“0”、“1”等概出现，利于时钟提取。
（5）时钟提取：提取PCM时钟信号，供给其它电路使用。
（6）调制（驱动）电路：完成电/光变换任务。
8
光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
PCM通信系统中的接口速率和码型，如表1所示。 表1 PDH接口码速率与接口码型
基群
二次群 三次群 四次群
接口码速率 (Mbit/s)
2.048
8.448
34.368
139.264
接口码型
HDB3
HDB3
HDB3
CMI
PCM系统中的这些码型并不都适合在数字光纤通信系统中传输。
为此，在光端机中必须进行码型变换。
在PDH系统中，常用的线路编码有分组码mBnB，1B2B码
（CMI、DMI和双相码等）和插入码， SDH光纤通信系统中广泛
使用的是加扰的NRZ码。各种码的编码规律、传输速率如表2所
示。
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
表2
码型
常用的线路编码
码型变换规则
CMI
“1”：11,00交替 “0”：01
4.2 光线路编码
C为不中断业务的误码检测；G为帧同步码（F1、F2、F3、 F4）；30路区间通信码（S1、S3、S4、S6、S7、S9、S10、 S12，即一帧中有8个bit用于区间通信），数据1（S2），数 据2（S8），检测（S5），公务码（S11）
1B2B码
双相码 “1”：10 “0”：01
DMI
“1”：11,00交替 “0”：01（前二个码为01，11时） 10（前二个码为10，00时）
分组码mBnB
在nB码中选择不均等值小的码作公共码；正负模式交替
mB1P
插入码 mB1C
mB1H 加扰NRZ
（1）P码满足奇校验规则 （2）P码满足偶校验规则
（1）mB1C码 mB1C码的编码原理是，把原始码流分成每m比特（mB） 为一组，然后在每组mB码的末尾插入1比特补码，这个补码 称为C码，所以称为mB1C码。例如：
mB码
100
110
001
101
…
mBlC码
1001
1101
0010
1010
…
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
（2）mB1H码 mB1H码是由mB1C码演变而成的，即在mB1C码中，扣除
把电端机输出的数字基带信号对光源进行直接光强度调制转换 为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。电/光转换是用承载 信息的数字电信号对光源进行调制实现。
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光纤通信原理与设备
一、光发射机框图
4.1 光发射机原理
光发送电路 APC
电 信
均衡 放大
号
码型 变换
扰码
线路 编码
调制 电路
光 源
时钟提取 输入码型变换电路
部分C码，并在相应的码位上插入一个混合码（H码），所以
称为mB1H码。所插入的H码可以根据不同用途分为三类：第 一类是C码，它是第m位码的补码，用于在线误码率监测；第
二类是L码，用于区间通信；第三类是G码，用于帧同步、公 务、数据、监测等信息的传输。
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
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光纤通信原理与设备
（7）光源：产生作为光载波的光信号。
（8）温度控制和功率控制： 稳定工作温度和输出平均光功率。
（9）其他保护、监测电路：如光源过流保护电路、无光告警电
路、LD偏流（寿命）告警等。
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光纤通信原理与设备
4.1 光发射机原理 4.2 线路编码 4.3光发射机的主要技术指标 4.4数字接收机的组成及技术指标 4.5光-电-光中继器的原理 4.6PDH 传输体制及长途光缆系统的构成
最简单的mBnB码是1B2B码，它是把原信息码的“0”变换
为“01”，把“1”变换为“10”。因此最大的连“0”和连“1”的数目 不会超过两个，例如1001和0110。但是码速率提高了1倍。
mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难。
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
二、插入码
插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特（mB）为一 组，然后在每组mB码末尾按一定的规律插入一个码，组成 m+1个码为一组新的线路码流。根据插入码的用途不同，可 以分为mB1C码、mB1H码和mB1P码等。
第四章光发射机与光接收机
光纤通信原理与设备
光端机的组成及工作原理； 光端机的性能指标； 光纤通信系统基本构成； PDH、SDH两种传输体制；
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光纤通信原理与设备
掌握发射机和接收机的框图和工作原理 掌握发射机和接收机的性能指标 掌握光纤通信系统基本构成； 理解PDH、SDH两种传输体制。
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光纤通信原理与设备
给输入NRZ序列加扰
传输速率
误码监测
适用系统
2fi
按编码规则检查
2fi
同上
2fi
同上
nfi /m
（1）查禁用码字 （2）利用DRS
(m+1) fi /m
奇偶校验
(m+1)fi /m 模2和=0
PDH
fi
无
SDH
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
一、分组码
分组码常用mBnB表示，它是把输入码流每m比特分成一 组，然后把每组编成n比特输出。每组的m个二进制码，记为 mB，变换为n个二进制码，记为nB，因此称为mBnB码，其 中m和n都是正整数，通常n＞m，一般选取n=m+1。常用的 mBnB码有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B和17B18B等。
4.1 光发射机原理 4.2 线路编码 4.3光发射机的主要技术指标 4.4数字接收机的组成及技术指标 4.5光-电-光中继器的原理 4.6PDH 传输体制及长途光缆系统的构成
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光纤通信原理与设备
4.1 光发射机原理
光纤通信系统、主要由光发送设备、光接收机设备、光传输设 备组成。光发送设备和光接收机设备常称为光发射机和光接收机， 两者合在一起为光端机。