光发射机与光接收机
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。
【精选】光发射机、接收机指标测试
实验一 光发射机指标测试一、实验内容：1.测试数字光发端机的平均光功率2.测试数字光发端机的消光比3.绘制数字光发端机的P-I 特性曲线二、实验目的：1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法3.了解数字光发端机的消光比的指标要求4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法三、实验仪器：LTE-GX-02E 型光纤通信实验系统、示波器、光功率计、万用表、FC-FC 光跳线。
四、实验原理：光发射机的指标包括：半导体光源的P-I 特性曲线、消光比（EXT ）和平均光功率。
1.半导激光器的P-I 特性曲线测试半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如下图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith 表示。
当输入电流小于Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于Ith 时 ，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I 的线性关系．图 1 半导体激光器P-I 曲线示意图2．消光比（EXT ）的测试光比定义为： ，式中00P是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。
是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。
当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为00P ,它将由直流偏置电流b I 来确定。
无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。
因此，从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。
但是，应该指出，当b I 减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其他特性产生不良影响，因此，必须全面考虑b I 的影响，一般取b I =(0.7～0.9)Ith (Ith 为激光器的阈值电流)。
001110lgP EXT P 11P bI3．平均光功率光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出的光功率值。
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。
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
光发射机及回传光接收机的测试方法
光发射机及回传光接收机的测试方法光发射机及回传光接收机的测试方法光发射机及回传光接收机的测试是用于通信系统中的高精度检测，主要检测其能力和性能。
光发射机及回传光接收机的测试方法有多种，根据不同的需求而定，主要分为现场测试、室内测试和实验室测试三种，以下简要介绍一下这三种测试方法。
一、现场测试现场测试是在实际环境中进行的，可以及时发现实际环境中出现的问题，反映实际环境下系统的性能。
对光发射机及回传光接收机的现场测试主要检测其发送功率、接收功率、接收灵敏度以及温度、电压等环境参数的变化情况。
在现场测试中，首先应检查光发射机及回传光接收机的状态，包括外观状况、连接端子、安装位置是否正确等，并确保其工作正常，如果出现异常现象，应及时采取纠正措施。
接着，将应用于现场测试的仪器设备连接好，使其能与光发射机及回传光接收机相连接，并依据操作规程进行设置，然后开始测试。
在现场测试中，应检测光发射机及回传光接收机的发射功率、接收功率以及接收灵敏度等，并随机测试其在不同环境中的温度、电压等参数的变化情况，确保其具有良好的稳定性。
二、室内测试室内测试也是对光发射机及回传光接收机性能进行检测，其优点是不受外界环境影响，能获得较准确的测试结果。
室内测试主要检测光发射机及回传光接收机的发射功率、接收功率、接收灵敏度以及光纤损耗等性能指标。
在室内测试中，首先应将检测设备连接好，然后将光发射机及回传光接收机连接到设备上，确保其与设备正确连接，并依据操作规程进行设置，然后开始测试。
室内测试要求测试设备、光发射机及回传光接收机均在室内，环境条件保持稳定，在测试过程中不受外界环境影响，以确保测试结果的准确性。
在室内测试中，应检测光发射机及回传光接收机的发射功率、接收功率以及接收灵敏度等，并确保光纤损耗等指标符合规定要求。
三、实验室测试实验室测试是在专业的实验室中进行的，可以获得较准确的测试结果。
实验室测试主要检测光发射机及回传光接收机的发射功率、接收功率、接收灵敏度以及光纤损耗等性能指标。
光纤通信简答
1、光纤通信的优缺点是什么？优点:通信容量大；中继距离长；抗电磁干扰；传输误码率低；适应能力强；保密性好；使用寿命长。
缺点：有些光器件比较昂贵；光纤的机械强度差；不能传送电力。
2、光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。
光纤通信由光发射机、接收机和光纤三个部分组成。
发射机又分为电发射机和光发射机，相应的，接收机也分为光接收机和电接收机。
电发射机的作用是将信源发出的基带信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等；光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度的注入光纤线路。
光纤线路把来自于光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。
电接收机的作用一是放大，而是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。
3、目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长：λ1=0.85μm，λ2=1.31μm，λ3=1.55μm？答：λ1=0.85μm，λ2=1.31μm，λ3=1.55μm附近是光纤损耗较小或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为2~3dB/km、0.5dB/km、0.2dB/km，而且在这些波段前有成熟的光器件。
4、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？答：长波长、单模光纤比短波多模光纤具有更好的传输特性。
（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度。
（2）有光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55μm处有最低损耗值：而且1.13μm和1.55μm处的色散很小。
故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55μm。
5、光纤色散产生的原因及其危害是什么？答：光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分的光的传播时间不同而产生的。
危害：若信号是模拟调制的，色散将限制带宽；若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率。
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。
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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；
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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
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。
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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。
光纤tx和rx的正常数值
光纤tx和rx的正常数值光纤传输是一种基于光信号传输的通信方式，其中TX（Transmitter）是光发射机，TX模块发射光信号给光纤，而RX（Receiver）是光接收机，RX模块接收光纤传输的信号。
TX和RX的正常数值取决于各种因素，包括光纤规格、距离、信号强度等。
首先，我们来谈谈光纤的规格。
光纤按照不同的模式分成单模光纤（Single Mode Fiber, SMF）和多模光纤（Multimode Fiber, MMF）。
SMF是一种只允许一条光线在其中传输的光纤，而MMF则允许多条光线在其中传输。
由于SMF的传输距离较长，衰减较小，因此通常用于长距离传输。
而MMF适用于短距离传输，因为它的衰减较大。
对于单模光纤而言，TX的典型数值为1310nm或1550nm。
这意味着TX模块会发射波长为1310nm或1550nm的光信号。
这些波长的选择是基于它们在光纤中传输时的最佳性能，包括衰减和色散等方面。
从标准的或典型的数值来看，TX的输出功率通常在0到-10 dBm之间（dBm是一种用于表示光功率的单位）。
RX的数值取决于光纤接收机的灵敏度。
灵敏度是指光接收器能够接收的最小光功率。
如果光信号的功率小于灵敏度，则光信号无法正确被接收。
对于单模光纤而言，常见的灵敏度为-24至-20 dBm之间。
换句话说，平均灵敏度通常在-24 dBm到-20 dBm之间。
当然，要了解TX和RX的正常数值，我们还需要考虑传输距离和信号强度等因素。
一般而言，随着传输距离的增加，信号强度也会下降。
在传输过程中，光信号经历衰减和色散等损耗。
因此，为了确保正常的光纤传输，我们需要通过合适的光纤衰减补偿模块来保持信号强度和质量。
此外，值得注意的是，光纤传输的数值还取决于具体应用场景和所使用的光纤设备。
不同的设备和应用可能有不同的要求和标准。
因此，在实际应用中，需要根据具体的光纤网络设备和要求来确定TX和RX的正常数值。
综上所述，光纤传输中TX和RX的正常数值取决于多种因素，包括光纤规格、距离、信号强度等。
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（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。
（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。
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。
如图1。
图1 光发射机的组成框图(动画)
光 信 号
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光纤通信原理与设备
4.1 光发射机原理
二、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。
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
（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
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光纤通信原理与设备
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
（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
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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 均衡 信 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
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。
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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。
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。
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。
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
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。
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
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
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）