光发送机与接收机
光发送机与接收机课件
➢ 应用：光缆电话网、公用天线电视(CATV)、宽带综合业 务数字网等互联网的数据业务
➢ 特点：传输距离较短、带宽要求宽 ➢ 结构：树型拓扑、总线拓扑
光发送机与接收机
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光纤通信系统
树形拓扑结构： Hub
Hub
光发射机与光接收机
Hub
Hub Hub
信道在中心点分配，光纤的作用与点到点连接系统 类似。
光发射机与光接收机
光发射机 1 光发射机 2 光发射机 3
光发射机 N
MUX
EDFA
DEMUX
功放
线放
前放
典型的点对点光纤通信系统
1 光接收机 2 光接收机 3 光接收机
N 光接收机
光发送机与接收机
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光纤通信系统
光发射机与光接收机
四、光纤广播分配网
➢ 功能：光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要求将信息 分配给多个用户
光发送机与接收机
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数字光纤通信系统
光发射机与光接收机
辅助系统：
①监控管理系统：监测、控制、管理系统，保证光纤通信正常运行；
②公务通信系统：公务电话，为值班维护人员联络使用（数字段内、 数字段间）；
③自动倒换系统：主用系统出现故障时启动备用系统；
④告警处理系统：发出告警指令，并含告警显示信息，使维护人员快 速、有效识别故障设备；
2024/5/31
光通发信送技机术与专接业收教机学团队
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线路编码
光发射机与光接收机
线路编码
AMI码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点， 但是，AMI码有一个重要的缺点，即接收端从该信号中获取定时信息时，由于 它可能出现长的连“0”串，因而会造成提取定时信号的困难。 为了保持AMI码的优点而克服其缺点，人们提出了许多种类的改进AMI码， HDB3码就是其中有代表性的一种。
光发送机与接收机教学课件
预算
成本是选择光发送机和接收机的 重要考虑因素，根据预算进行合
理选择。
光发送机与接收机的未来发展趋势
集成化
随着技术的发展，光发送机和接收机将趋向于集成化，实现更小 体积、更高性能的设备。
智能化
未来光发送机和接收机将更加智能化，具备自动调节、远程控制等 功能，提高设备的可维护性和使用效率。
绿色环保
随着环保意识的提高，光发送机和接收机将更加注重节能减排，降 低能耗和减少对环境的影响。
02
光发送机关键技术
调制技术
01
02
03
调制方式
调制技术是将信息信号加 载到光载波上，常用的调 制方式包括直接调制和外 部调制。
调制信号
调制信号可以是模拟信号 或数字信号，根据不同的 应用需求选择合适的调制 方式。
调制速率
调制速率决定了光发送机 的传输速率，高速调制技 术能够提高数据传输效率。
光源技术
自动增益控制（AGC）
用于自动调节放大器的增益，以保持输出信 号的稳定。
AGC的应用
在光接收机中，AGC用于补偿光信号的波动 和衰减，提高接收机的动态范围。
AGC原理
通过反馈控制，实时监测输出信号的强度， 根据需要调整放大器的增益。
AGC的性能参数
包括调节范围、调节速度和调节精度等，对 光接收机的性能有重要影响。
光发送机的组成与工作原理
组成
光发送机主要由调制器、光源和光功 率放大器等组成。
工作原理
调制器将电信号转换为光信号，光源 发出光波，光功率放大器将光信号放 大，最终通过光纤传输。
光发送机的分类与应用
分类
按照调制方式可分为直接调制和间接调制；按照光源类型可分为半导体激光器 和发光二极管。
实验三 光发送机及光接收机实验
实验二 光发送机及光接收机实验一、实验内容1、掌握光发送机及光接收机的结构、原理与使用2、正确连接信号源与光发送模块、光接收模块3、正确使用光功率计测量光接收机输出的光功率4、正确连接信号源与光收发一体模块5、掌握示波器的使用二、工作原理（一）数字信号调制光发送模块输出光功率测试实验框图如下图所示。
具体实验步骤如下：1、用短接线连接信源模块⑦的TP702与光收发模块①的TP101；将模块⑦的地址开关K701-3、 K701-4向上拔，输出方波信号。
2、打开实验箱及模块①、⑦的电源；将按键KS101抬起（LED101灯灭）。
3、取下模块①上光发XS101的保护塑料套，用光纤跳线将XS101与光功率计（或手持式光功率计）连接，此时从光功率计读出的功率就是光端机的平均发送光功率P 。
4、在模块①的RP101上边的左、中两测试点上用万用表测量RP101的电阻及电压，测得的电压值除以电阻值R=R101+RP101, 其中R101是51Ω的固定电阻，求得光发的注入电流I 。
（注：测电阻时必须关掉①号板及实验箱电源）。
5、改变RP101的阻值大小，测量并记录不同阻值条件下的P 、I 值，画出实验的P-I 曲线。
这里需说明的是这里测得的是P-I 曲线的一段（功率调节范围约4个dB ），为了防止烧坏光发送组件，电流I 的调节范围有限，但不妨碍整个P-I 曲线的测量，因为测试方法是一样的，只是多测几组值而已。
注：小心连接光纤跳线与光功率计；细心调节电位器，以免损坏仪器、器件。
若连接信号源与光收发一体模块，用短接线连接信源模块⑦的TP702与光收发模块②的TP201；（二）模拟信号调制光发送模块输出光功率测试实验框图如下图所示。
具体实验步骤参照（一）执行，注意用短接线连接信图1 数字信号调制光发送模块输出光功率测试框图 模数信号源源模块⑦的TP705与光收发模块①的TP102。
（三）光接收模块的输出范围分别输入正弦、方波信号，改变实验箱中RP103的阻值，测量不失真最小和最大信号的幅值，即为光接收模块的输出范围。
实验二 光发射机与光接收机实验
实验二光发射机与光接收机实验学号：XXX 姓名：XXX一、实验目的1.了解光源的调制的原理2.学习光发送模块的电路原理3.了解光接收机的组成4.了解光收端机灵敏度的指标要求二、实验内容1.介绍光源的调制方法2.介绍光发射电路的框图3.了解光接收机的组成三、实验仪器1.光纤通信实验系统1 台2.示波器1台3.光纤跳线1根4.万用表5.光功率计四、实验原理1、光发射机、光调制。
根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。
直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。
直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。
间接调制最常用的外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。
对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。
光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。
光源的各种调制方法本实验系统采用的是直接调制的方法。
2、模拟信号调制与数字信号调制模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED 或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。
对一些容量较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。
数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”，如下图所示：与LED 相比，LD 的调制问题要复杂得多。
光发射机与光接收机
主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。
26
光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
3．均衡器 均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进
行均衡补偿，减小误码率。
4. 时钟提取电路：用来恢复采样所需的时钟
钳位：钳位是以一定的电压或电流幅度为参考值，对输入 的电信号进行整形，即大于参考值的所有幅度归于一个幅度值， 小于参考值的幅度归于另一个幅度值。波形图如下。
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；
1
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。
2
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
（2）双相码 双相码又称分相码。也是一种1B2B码。其变换规则是原码 的“0”码用“01”码代替，原码的“1”码用“10”代替。
16
光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
（3）DMI码 DMI码又称不同模式反转码，它是一种1B2B码。其变换规
则是原码的“1”码用“00”或“11”交替代替。原码的“0” 码，若前二个码为“01”，“11”时用“01”代替，前二个码 为“10”，“00”时用“10”代替。
光发射机和光接收机工作原理
光发射机和光接收机工作原理光发射机和光接收机是光通信系统中的重要组成部分，它们通过光信号的发送和接收实现了光通信的功能。
下面我将从工作原理的角度来详细解释光发射机和光接收机的工作原理。
首先，让我们来看看光发射机的工作原理。
光发射机通常由激光二极管或者激光器组成。
当电流通过激光二极管或激光器时，它们会产生光子。
这些光子被激发到一个能量级别，然后被释放出来，形成了光信号。
这个光信号经过光纤或者空气传输到远端的光接收机。
接下来，让我们来看看光接收机的工作原理。
光接收机通常由光探测器组成，光探测器可以是光电二极管或者光电探测器。
当光信号到达光接收机时，光信号被光探测器接收，然后被转换成电信号。
这个电信号经过放大和处理后，就可以被解码成原始的数据信号。
总的来说，光发射机的工作原理是将电信号转换成光信号，而光接收机的工作原理是将光信号转换成电信号。
这样就实现了光通信系统中的信号发送和接收功能。
这种光通信系统具有传输速度快、抗干扰能力强等优点，因此在现代通信系统中得到了广泛的应用。
除此之外，光发射机和光接收机的工作原理还涉及到光学器件的选择、电路设计、信号处理等方面的知识。
例如，光发射机需要考虑激光二极管或激光器的工作参数选择，光接收机则需要考虑光探测器的灵敏度和带宽等参数。
同时，光通信系统中的光纤传输、光信号调制解调等技术也是光发射机和光接收机工作原理的重要组成部分。
综上所述，光发射机和光接收机是光通信系统中的重要组成部分，它们通过光信号的发送和接收实现了光通信的功能。
光发射机将电信号转换成光信号，而光接收机将光信号转换成电信号，从而实现了光通信系统中的信号发送和接收功能。
希望这个回答能够全面地解释了光发射机和光接收机的工作原理。
2光发送机与光接收机
2.光发送机
• • 光发送机的主要指标 光发送机的主要指标有平均发送光功率、消光比及光谱特性。 平均发送光功率是正常条件下，光发送机发送光源尾纤输出的平均光功率。 消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之 比。 光谱特性影响了系统的散射性能。
3.光检测器
• 光检测器是把光信号变为电信号的器件，由于从光纤中传输过来的光信号一般是非常 微弱且产生了畸变的信号，因此光纤通信系统对光检测器提出了非常高的要求。具体 要求如下： 输出尽可能大的光电流； 二是有足够高的响应速度和足够的工作带宽，即对高速光脉冲信号有足够快的响应能
1.半导体激光器和发光二极管
半导体激光器的基本原理： • 受激辐射是半导体激光器的基本工作原理。
在半导体材料中，原子是紧密地按一定规则排列的，由于电子的共有化运 动，使能级产生了分裂，并形成了能带。一般来说，出于高能态的电子是 不稳定的，它们会向低能态跃迁，而降能量已光子的形式释放出来。这种 发光过程可以通过自发辐射和受激辐射两个基本形式而进行。半导体发光 二极管（LED）正是利用了自发辐射的效应而发光。在受激辐射中产生相干 光，半导体激光器（LD）正是利用这个原理制成。
高阻抗前臵放大器是指放大器的输入阻抗很高，其特点是电路的噪声很小
。但是，放大器的带宽较窄，限制了放大器在高速系统中的应用。
4.光接收机
跨阻抗前臵放大器是在高阻抗前臵放大器中引入负反馈后构成的。不仅具 有频带宽、噪声低的优点，而且它的动态范围也比高阻抗前臵放大器有了 很大改善。 (2)主放大器和自动增益控制（AGC）电路。 由于光接收机中前臵放大器的输出信号较弱，不能买足幅度判决的要求， 因此还需要加以放大。使输出信号满足判决的要求。 2.均衡和再生电路。 均衡电路的作用是经过光纤线路传输已发生畸变和有严重码间干扰的信号
第四章光发射机与光接收机
式中，P11为全“1”码时的平均光功率；P00为全“0”码时的平均 光功率。一般要求EXT≥10dB。
14
4.2 光发射机
（3）调制特性要好 所谓调制特性好，是指光源的P−I曲线在使用范围内线性特
性好，否则在调制后将产生非线性失真。
除此之外，还要求电路尽量简单、成本低、稳定性好、光 源寿命长等。
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17
4.2 光发送机的基本组成—— APC
反馈稳定LD驱动电路
PLD UPD UPD UA1 I b PLD
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4.2 光发送机的基本组成—— ATC
温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流Ith和外微 分量子效率ηd产生，如下图（a）和（b）所示。 当温度升高，阈值电流增加，外微分量子效率减小，输出光
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，除自动功率控制外，一般还需加自动温度控制电路， 以使输出光功率达到稳定。 对于短波长激光器，一般只需加自动功率控制电路即可。
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光发送机小结 光发送机的三部分可概括为？
均放→码变换→E/O
概括为两部分如何？
均放→码变换
电信号处理
E/O
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4.3 数字光接收机
3
4.1 光线路编码
码 型 “1”：11,00交替
常用的线路编码
传输速率 误码监测 按编码规则检 适用系统
码型变换规则
CMI
1B2B码 双相码 DMI
“0”：01
“1”：10 “0”：01 “1”：11,00交替 “0”：01（前二个码为01，11时） 10（前二个码为10，00时）
2fi
2fi 2fi
（2）光接收机的动态范围 光接收机的动态范围是指在保证系统误码率指标的条件下， 接收机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率 （dBm）之差（dB）。即
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1.544 Mbit/s
6.312 Mbit/s
32.064 Mbit/s
97.782 Mbit/s
欧洲 中国
30路
120路（30×4） 480路（120×4） 1 920路（480×3）
2.048 Mbit/s
8.448 Mbit/s
34.368 Mbit/s 139.264 Mbit/s
以BL积与波长有关 ➢ 光纤通信系统的发展阶段
3. 设计问题 ➢ 中继距离的选取：在级联的EDFA系统中， ASE噪声积累问题是
关键所在，设计的关键在于如何设置EDFA的放大间隔使接收端 的OSNR满足要求 ➢ 色散补偿技术：色散补偿方案的选择及设计
➢ 光纤非线性的避免
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光纤通信系统
光发射机与光接收机
准同步数字体系：
一次群 （基群）
二次群
三次群
四次群
北美
24路
96路（24×4） 672路（96×6） 4 032路（672×6）
1.544 Mbit/s
6.312 Mbit/s
44.736 Mbit/s 274.176 Mbit/s
日本
24路
96路（24×4） 480路（96×5） 1 440路（480×3）
输入接口：电发射机阻抗匹配；
光发射机：编码信息经光发射机调制发射光信号； 中继放大：EDFA、O/E/O； 光接收机：根据调制方式进行光电转换； 输出接口：对信号进行解码、电平和阻抗匹配； 电接收机：分群、解复用； 备用系统：主用系统出现故障时手动或自动切换到备用系统；
光发送机 Tx
光发送机 Tx
再生器
Rx Tx 放大器
再生器 Rx Tx 放大器
光接收机 Rx
光接收机 Rx
6
光纤通信系统
光发射机与光接收机
2. 点到点传输系统的特点与性能指标 ➢ 利用光纤的低损耗、宽带宽特点
➢ 性能指标：比特率－距离积（BL） ➢ BL积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性又与波长有关，所
光接头完成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个 用户。多路视频信道分配CATV系统；高清晰度电视 HDTV。
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光纤通信系统
光发射机与光接收机
五、局域网 ➢ 局域网：在光纤通信系统中，要求在网络中一个局部区域
内（如在一个大学校园内）的大量用户相互连接，使任何 用户可以随机地进入网络，将数据传送给其他任何用户。 ➢ LAN中要求对每个用户提供随机的收发数据功能，存在网 络协议问题。 ➢ 结构：总线型Bus、 环型Ring、 星型Star
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数字光纤通信系统
光发射机与光接收机
辅助系统：
①监控管理系统：监测、控制、管理系统，保证光纤通信正常运行；
②公务通信系统：公务电话，为值班维护人员联络使用（数字段内、 数字段间）；
③自动倒换系统：主用系统出现故障时启动备用系统；
④告警处理系统：发出告警指令，并含告警显示信息，使维护人员快 速、有效识别故障设备；
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数字光纤通信系统
光发射机与光接收机
数字电话传输：
电话机把语音转换为频率为300~3400Hz的模拟基带信号， 通过电发射机将其转换为数字信号（PCM），并把多路数字 信号组合在一起(合群)，每路语音转换成传输速率为64kb/s的 数字信号，然后用数字复接器把24路(北美、日本)或30路(中 国、欧洲)PCM信号（取样频率为8kHz，即采样周期T=125us， 并且每一量化信号用8个比特二进制脉冲代替。）合群成 1.544Mb/s或2.048Mb/s的基群(一次群)，甚至更高群的数字系 列，最后输入光发射机。
光
发
送
机
与
接
收
机
光发射机与光接收机
光发射机与光接收机
光发射机与光接收机
光发射机与光接收机
光纤通信系统
光发射机与光接收机
三、点到点的传输系统 1. 采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接 ➢光放大器：将接收到的微弱光比特流信号直接放大而不需将其转 换为电信号。(1R) ➢光放大器不能无限制级联，因为色散导致的脉冲畸变、噪声积累 最终限制了系统的性能。光-电-光再生中继则不存在这种问题。
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数字光纤通信系统
一、 数字光纤通信系统的组成
3
光缆
4
光缆
2
8
光发射机与光接收机
5 6
1
9
7
···
···
1. 电发用射机户；2. 输入接口；3. 光发射机；4. 中继放用大户；5. 光接收
机；6. 输出接口；7. 电接收机；8. 备用系统；9. 辅助系统
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数字光纤通信系统
光发射机与光接收机
电发射机：把用户信息经A/D变换，按时分复用方式把多路信号复接， 合群成高比特率的数字信号；
⑤电源供给系统：光端机各部分电路都需相应的直流电源，包括中继 站无人值守的远程供电系统，或者这些站利用太 阳能、风力发电等本地能源的供电系统。
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PDH光纤通信系统
光发射机与光接收机
准同步数字体系PDH（ plesiochronous digital hierarchy ） 1. 中国、欧洲制式
30路64kb/s的数字信号复接成2.048Mb/s的基群速率（一次 群），然后在基群的基础上复接成更高群（二次群、三次群···）。
光发射机 1 光发射机 2 光发射机 3
光发射机 N
MUX
EDFA
DEMUX
功放
线放
前放
典型的点对点光纤通信系统
1 光接收机 2 光接收机 3 光接收机
N 光接收机
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光纤通信系统
光发射机与光接收机
四、光纤广播分配网
➢ 功能：光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要求将信息 分配给多个用户
➢ 应用：光缆电话网、公用天线电视(CATV)、宽带综合业 务数字网等互联网的数据业务
对于这种制式，各次群的话路数按4倍递增，速率的关系略大 于4倍，因为复接为更高一次群时需插入维护、管理等辅助比特字 节。
2. 北美、日本制式 24路64kb/s的数字信号复接成1.544Mb/s的基群速率（一次
群）。
对于这种制式，3次群以上，北美与日本又不同。
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PDH光纤通信系统
光发射机与光接收机
➢ 特点：传输距离较短、带宽要求宽 ➢ 结构：树型拓扑、总线拓扑
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光纤通信系统
树形拓扑结构： Hub
Hub
光发射机与光接收机
Hub
Hub Hub
信道在中心点分配，光纤的作用与点到点连接系统 类似。
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光纤通信系统
总线拓扑结构：
光发射机与光接收机
1
3
4
Bus
2
N
单根光纤承载整个业务范围的多信道光信号，通过