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
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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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线路编码
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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。
PDH（准同步数字系列 ）： 1、北美、欧洲和日本三种数字体系彼此互不兼容，造成国际互通的困难。
2、没有世界性的标准光接口规范。
欧洲系列
日本系列
北美系列
5 6 5 M b it/s
×4 1 3 9 M b it/s
×4 3 4 M b it/s
×4 8 M b it/s
×4 2 M b it/s
1 .6 G b it/s
接口码速率 (Mbit/s) 接口码型
基群 2.048 HDB3
二次群 8.448 HDB3
三次群 34.368 HDB3
四次群 139.264
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
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光纤通信系统
光发射机与光接收机
一、光纤通信系统的分类
根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型、信号 的调制方式、光接收方式的不同，光纤通信系统可分成:
分类方式
按信号类型 按光波长（通道）个数
按调制方式 按接收方式
按光纤特性
类别
特点
数字光纤通信
抗干扰能力强，传输质量好
模拟光纤通信
线路编码
AMI/HDB3编译码 AMI码的全称是传号交替反转码。编码规则是：代码中的“0”不
变；代码中的“1”则交替地变换为传输码的“+1”和“ 1”。如：
AMI码信号无直流成分，且只有很小的低频成分，适宜在不允 许这些成分通过的信道中传输。在AMI码的编码中，一个二进制 符号变换成一个三进制符号，又称为1B/1T码型。
34.368 Mbit/s 139.264 Mbit/s
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PDH光纤通信系统
引导文
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图3-1 32路TDM帧组成结构示意图
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光发射机与光接收机
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PDH光纤通信系统
光发射机与光接收机
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线路编码
线路编码
光发射机与光接收机
图3-6 HDB3码编码原理方框图
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图3-7 HDB3码译码原理方框图
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光线路编码
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PCM通信系统中的接口速率和码型，如表所示。 PDH接口码速率与接口码型
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
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
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图3-5 AMI/HDB3频谱示意图
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线路编码
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线路编码
HDB3码的全称是三阶高密度双极性码。其编码规则是：先把消息代码变换成 AMI码，然后去检查AMI码的连“0”串的情况，当没有4个以上连“0”串时，则 这时的AMI码就是HDB3码；当出现4个以上连“0”串时，则将每4个连“0”小段 的第4个“0”变换成与其前一非“0”符号（“＋1”或“–1”）同极性的符号。显 然，这可能破坏“极性交替反转”的规律。这个符号就称为破坏符号，用符号 V表示（即“+1”记为+V, “–１”记为–V）。为使附加V符号后的序列不破坏 “极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻符号V也应极性交替。 当相邻符号之间有奇数个非“０”符号时，则极性交替是能得到保证的；当有 偶数个非“0”符号时，就得不到保证，这时再将该小段的第1个“0”变换成+B 或–B，符号的极性与前一非“0”符号的相反，并让后面的非“0”符号从符号V 开始再交替变化。
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光纤通信系统
二、光纤通信系统结构
1. 光纤通信系统的主要组成单元
➢光纤 ➢光器件 ➢光发送机 ➢光接收机 ➢光放大器
2. 光纤系统的具体应用
➢点到点连接 ➢广播和分配网 ➢局域网
光发送机与接收机
光发射机与光接收机
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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。
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···）。
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
光发射机与光接收机
光发射机与光接收机
本章内容和重点
本章内容 光线路码型 光发送机 光接收机 光中继器 无源光器件 本章重点 光通信常用线路码型。 光发送机和光接收机的功能、电路组成和性能。
光发送机与接收机
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光发射机与光接收机
本章作业 什么是PDH，系列PDH接口的速率是多少，线路码型 为什么？ 光发送机的主要性能指标是什么？ 光接收机的主要性能指标是什么？ 光中继器的有哪几种？它们各有什么优缺点？ 光通信设备对信息进行线路编码的意义是什么？ 光 Nhomakorabea送机与接收机
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数字光纤通信系统
一、 数字光纤通信系统的组成
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光缆
4
光缆
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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
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。
对系统要求高，适用于图像传输
单波长（通道）
技术难度小，应用成熟
多波长（WDM）
传输容量大，距离远
直接强度调制IM
技术成熟，成本低
外调制
高速传输，成本较高
直接检测DD
技术成熟，成本低，效率高
相干调制CD
灵敏度高，传输容量大，距离远
多模光纤MMF
采用850nm波长，距离短
单模光纤SMF
采用1310/1550nm波长，传输容量大， 距离远
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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
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
数字电话传输：
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
（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。 线路编码的目的是：误码检测，传输辅助信息
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光线路编码
常用的线路编码
光发射机与光接收机
码型 CMI 双相码
1B2B码 DMI
分组码mBnB
mB1P 插入码
mB1C mB1H 加扰NRZ
码型变换规则
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
日本
24路
96路（24×4） 480路（96×5） 1 440路（480×3）
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
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；
输入接口：电发射机的合群信号 → 输入接口，通过输入接口进行编 码、电平和阻抗匹配；
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；
×4 4 0 0 M b it/s
×4 1 0 0 M b it/s
×3 3 2 M b it/s
×5 6 .3 M b it/s
2 7 4 M b it/s
×6
4 5 M b it/s ×7
6 .3 M b it/s
×4
×4
光发送机与接收机
1 .5 M b it/s
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线路编码
光发射机与光接收机
“1”：11,00交替 “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）
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
光发送机与接收机
光接收机 Rx
光接收机 Rx
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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