光纤通信(第3版)第7章 光纤传输系统

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模 拟 强 度 调 制
接收 Pin 机输 入功率
接收 机 噪声σ
载波 信噪比 （ SNR ） c 在( ∆ f )b内用均方根 基带信号功率度量 AM ms
（ SNR ） （ SNR ） b= c
模 拟 副 载 波 调 制
Pin
接收 机 噪声σ
（ SNR ） c 在 (∆ f )c 内用 RMS 未调制载波功率与 RMS 噪声之比度量
T = 1 f = 2.7334 × 10 −15 s 。 已 知 脉 冲 宽 度 Tele=1ns
），所以在该脉冲宽度内的光周期数是 （ 10 −9 s ）， 所以在该脉冲宽度内的光周期数是 N = Tele T = 10 −9 / 2.7334 × 10 −15 = 365 853
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∆f
FM PM
解调
(∆ f )b
（ SNR ） b 基带 信噪比 （ SNR ） b
（ SNR ） b
∆φ
ASK 数 Pin 字 接收 机 噪声σ （ SNR ） c Eb N0 ( ∆ f )c 内用平均 在 调制载波功率与 RMS噪声之比度量 FSK PSK 解调
非归零码 NRZ
0 10 1 TTTT
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IM/DD方式 方式
激 P 光 P - I 曲线 器 输 出 功 率 Pth I th 输 入 电 脉 冲 I 驱动电流 输出光脉冲
t
• 在发送端 ， 电信号 在发送端， 直 接 调 制 （ IM ） 光载波的强度； 光载波的强度； • 在接收端 ， 光信号 在接收端， 被光电二极管直接 探 测 （ DD ） ， 从 而恢复发射端的电 信号。 信号。
Σ
微分 包络检波 -
S (t )
f 锁相环 低通 X (t ) VCO S (t ) 0 fc
调相 S ( t ) (PM)
差分 编码
d s/ dt
∆θ
VCO
X (t ) S (t ) 《光纤通信》（第3版）原荣 编著 差分 频率 X (t ) 解调器 编码 0 fc
f
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图7.1.5 ASK、PSK 和 FSK 调制方式比较 、
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例题7.1.1 脉冲信号对光强度调制 例题
用脉冲信号对光强度调制， µ 用脉冲信号对光强度调制 ， 使用波长为 0.82µ m 的 LED， 请问当脉冲宽度 1ns 时 ， 在 “ 1 ” 码时有多少个 光振荡？ 光振荡 ？ 解 ： 已 知 λ = 0.82 µ m ， 所 以 光 频 是 f = c λ = 3.6585 × 1014 Hz ， 光 波 的 周 期 是
电光调制器 声光调制器 电吸收波导调制器
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图7.1.2 IM/DD方式实现图解 方式实现图解
调制光 驱动 LD 低频 电信号 调制光 高速 驱动 LD LD 低频 电信号 调制后 的光波 低频电信号 调制后的 高频载波 调制后的光波 电信号 调制后 的光波 电信号 放大器 外调 制器 调制光
(a) 电容耦合放大判决电路
(b)电容耦合放大判决电路各点波形
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编码的目的
• 使输出的二进制码不要产生长连 “1” 或 长连 “0”，而是使 “1” 码和 “0” 码尽 ， 量相间排列。 量相间排列。 • 这样既有利于时钟提取 ， 也不会产生因 这样既有利于时钟提取， 长连零信号幅度下降使判决产生误码。 长连零信号幅度下降使判决产生误码。
NRZ变换编码
比特 误码率 （ BER ） c
PCM 解码
（BER ） b
NRZ
0 10 1 数 字 强 度 调 制 单极信号 Pin 接收 机 噪声σ SNR
T T T T NRZ 变换编码
7.1.2 编码
对数字信号进行编码的理由是： 对数字信号进行编码的理由是： (1)为了使接收再生电路把相位或频率锁定 为了使接收再生电路把相位或频率锁定 到信号定时上； 到信号定时上； (2)因为光接收机采用电容耦合，接收机不 因为光接收机采用电容耦合， 因为光接收机采用电容耦合 能对直流和低频分量响应， 能对直流和低频分量响应 ， 使长连零信 号的幅度逐渐下降， 号的幅度逐渐下降 ， 经判决电路后会产 生误码，如图7.1.3所示。 所示。 生误码，如图 所示
第7章 光纤传输系统 章
• • • • • • • 概述 光调制 电复用光纤传输系统 光复用光纤传输系统 相干光波通信系统 光纤孤子实验系统 高速光纤传输系统
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7.1 概述
• 7.1.1 调制 • 7.1.2 编码 • 7.1.3 复用
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双 极 性 码
图7.1.7 各种二 进制编 码
(f)
NRZ 变换编码
+V/2 0 V/2
1 T
0 2T
1 3T
o
1
4T
0 t 5T
o
f 0 1 tp
(g)
脉冲位置 编码
+V 0
0
o
90 0
o
o
0
90
f V 《光纤通信》（第3版）原荣 编著 T t T 2T 3T 4T 5T 0 1 tp
tp
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SDH干线采用扰码的 干线采用扰码的NRZ码 干线采用扰码的 码
+Ac (a) 二进制 信号 0 0 Pc (b) ASK +Ac 0 - Ac T T
2 Ac
1
0
1
0
f T Es 1 = 平均信号功率 = 2 2 2T Pc fc - ( ∆ f ) b fc fc+( ∆ f ) b
(∆ f )c = 2 (∆ f )b
(c) FSK
+Ac 0 - Ac T T
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图7.1.3 光接收机电容耦合使长连零信号 幅度下降导致判决产生误码
+V 0 Vb 光 输 入 A V ref (A) A (B) 判决 电路 (C) 输出 +V 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 * * * 3个误码 T T t (C)点输出 产生误码 的波形 +V Vref 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 (A) 点波形 t T T 1 0 1 1 1 1 1 1 0 判决门限 t T T 判决前 (B)点波形
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图7.1.4
码型
二进制码： 二进制码： (a) 非归零码 （NRZ） ） 归零码 (b) （RZ） ）
+V 1 0
两种二进制编码
波形
1 1 VT 0 f t
2
频谱图
0 +V
T
2T
3T
4T
5T VT 16
2
0
1 2T
1 T
2 T
1
011源自0 tf 0 T 2T 3T 4T 5T 0 1 2T 1 T 2 T
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双二进制编码（ ） 双二进制编码（DB）技术
• 双二进制编码（DB，Duo Binary）技术 双二进制编码（ ， ） 能使“ 和 的数字信号， 能使“0”和“1”的数字信号，经低通滤 的数字信号 波后变换为具有3个值 个值“ 、 波后变换为具有 个值“1”、“0”和“−1” 和 的信号。 的信号。 • 这种技术与一般的幅度调制技术比较， 这种技术与一般的幅度调制技术比较， 信号谱宽减小一半， 信号谱宽减小一半，这就使相邻信道的 波长间距减小，可扩大信道容量， 波长间距减小，可扩大信道容量，近来 受到人们的高度重视。 受到人们的高度重视。
2
7.1.1 调制
• 调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位 调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、 的过程。调制分相干调制和非相干调制； 的过程。调制分相干调制和非相干调制； • 非相干调制 改变载波的幅度； 非相干调制---改变载波的幅度 改变载波的幅度； • 相干调制 改变载波的频率或相位； 相干调制---改变载波的频率或相位 改变载波的频率或相位； • 光通信系统中非相干调制有直接调制和外调制两种； 光通信系统中非相干调制有直接调制和外调制两种； • 直接调制 信息直接调制光源的输出光强； 直接调制---信息直接调制光源的输出光强 信息直接调制光源的输出光强； • 外调制 信息通过外调制器对连续输出光进行调制； 外调制---信息通过外调制器对连续输出光进行调制 信息通过外调制器对连续输出光进行调制； • 最常用的的光纤系统都是采用非相干的强度调制 直接 最常用的的光纤系统都是采用非相干的强度调制-直接 检测(IM/DD)方式； 方式； 检测 方式 • 近来 ， 采用偏振复用正交相移键控 （ PM-QPSK）调制 ， 近来，采用偏振复用正交相移键控（ ） 调制， 在接收端使用相干检测，能够实现在现有10 Gb/s光纤 在接收端使用相干检测 ， 能够实现在现有 光纤 线路上传输40 信号， 线路上传输 Gb/s信号，这种相干检测受到重视。 信号 这种相干检测受到重视。
2 Ac
∆f
T fc ( ∆ f ) b (∆ f )c = 2 (∆ f )b + 2 ∆ f Pc 4φ 2φ
f
Es 平均信号功率 = 2 = T +Ac 0 - Ac T T Es 平均信号功率 = 2 = T
2 Ac
(d) PSK
f T fc ~ ( ∆ f )c ~ 2 ( ∆ f ) b
(∆f )b
( ∆ f )c
频率调制信号
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