光纤通信 通信 技术.ppt

第6章光纤通信光纤通信衰减的单位6.1光纤通信概述光纤通信特点商用的光纤通信系统6.2光纤与光缆光纤直径光纤的分类ITU-T建议的光纤分类2.光缆3.光传播的基本知识光纤的传光原理(全反射)阶越型光纤性能参数4.多模光纤5.单模光纤单模光纤和多模光纤比较光纤的主要损耗光损耗与波长光纤损耗主要存在的地点光纤的衰减光纤色散(Dispersion)散射6.3光纤通信系统光纤系统方框图数字光通信系统框图光端机
由于光纤通信系统一般都是双向的，因此将光发射机和接收机做在一起并称为光端机。下面分别介绍光发射机和接收机。
1.发射机
光发射机的作用是将电信号变成光信号，然后送入光纤中传输出去。光发射机主要由光源、光源驱动与调制以及信道编码电路三部分组成，如图所示。
光纤通信码型要求光发射机框图(1)光源。
光发射部分的核心是产生激光或荧光的光源，它是组成光纤通信系统的重要器件。目前，用于光纤通信的光源主要是半导体激光器LD和半导体发光二极管LED，它们都属于半导体器件，共同特点是体积小、重量轻、耗电量小。
LD和LED比较信道编码电路用于对基带信号的波形和码型进行变换，使其适合作为光源的控制信号。它主要完成以下功能：
均衡。由PCM端机送来的HDB3或CMI（又称传号反转码）码流，首先需要经过均衡器均衡，用于补偿由电缆传输产生的衰减和畸变，以便正确译码。
码型变换。由均衡器输出的HDB3或CMI码，在数字电路中为了处理方便，需要通过码型变换电路，将其变换为非归零码（即NRZ码）。
扰码。若信码流中出现长连“0”或长连“1”的情况，将会给时钟信号的提取带来困难。为了避免出现这种情况，加一扰码电路，它可以有规律地破坏长连“0”或长连“1”的码流，达到0、1等概率出现。扰码以后的信号再进行线路编码（信道编码）。
时钟提取。由于码型变换和时钟提取过程都需要以时钟信号作为依据，因此，在均衡电路之后，由时钟提取电路提取时钟信号，供码型变换和扰码电路使用编码。经过扰码以后的码流，尽量使得1、0的个数均等，这样便于接收端提取时钟信号。另外，为了便于不间断业务的误码监测、区间通信联络、监控及克服直流分量的波动，在实际的光纤通信系统中，都对经过扰码以后的信码流进行信道编码，以满足上述要求。经过编码以后，变为适合光纤线路传送的线路码型。光源驱动与调制电路主要包含下面几个电路：光源驱动电路。它用经过编码以后的数字信号来调制发光器件的发光强度，完成电／光变换任务。
APC（自动光输出功率控制电路）：它的作用有三个，一是为了使光输出信号电平保持稳定；二是防止光源因电流过大而损坏；三是防止因光输出功率过大，而使光源的输出散弹噪声增加，系统的性能变差。
ATC（自动温度控制电路）。对激光二极管而言，结温高的时候光输出功率会下降，在APC的作用下控制电流就会自动增加，使结温进一步升高，造成恶性循环而导致激光二极管损坏。ATC电路用以进行光源的温度补偿。
光监测。监测光电二极管用于检测激光器发出的光功率，经放大器放大后控制激光器的偏置电流，使其输出的平均功率保持恒定。

有合适的输出光功率。光发射机的输出光功率，通常是指耦合进光纤的功率，亦称入纤功率。入纤功率越大；可通信的距离就越长，但光功率太大会使系统工作在非线性状态，对通信将产生不良影响。因此，要求光源应有合适的光功率输出，一般在0.01~5mW。与此同时，要求输出光功率保持恒定，在环境温度变化或器件老化的过程中，稳定度要求在5%~10%。
光信号接收电路主要有以下三个作用：
低噪声放大。由于从光电检测器出来的电信号非常微弱，在对其进行放大时首先必须考虑的是抑制放大器的内部噪声。
给光电二极管提供稳定的反向偏压。光电二极管只需5~8V的非临界电压，因此选择合适的偏压很重要，而且在设计过程中也比较困难，需要反复调试。
自动增益控制。虽然光纤信道是恒参信道，但仍有可能因为整个系统中的光电器件的性能变化、控制电路的不稳定以及器件的更换等原因，使光接收电路所接收到的信号的电平发生波动，因此光接收机必须有自动增益控制的功能。
(3)信道解码电路。
信道解码电路是与发端的信道编码电路完全对应的电路，即包含解密电路、解扰电路和码型反变换电路。
光接收灵敏度Sr指标是描述接收机被调整到最佳状态时，在满足给定的误码率指标条件下，接收机接收微弱信号的能力。
工程上常用最低平均光功率来描述光接收机的灵敏度，即在满足给定的误码率指标条件下，最低接收平均光功率Pmin。
光接收机灵敏度中的光功率在工程上习惯用对数值来描述，即
式中,Sr——光接收灵敏度，单位为dBm；
Pmin——在满足给定的误码率条件下最低接收光功率，单位为mW。
从物理概念上来看，上述这种灵敏度定义也是容易理解的：如果一部光接收机在满足给定的误码率指标条件下所需的平均光功率低