第4章 光纤通信系统.ppt
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第4章光纤通信系统介绍
11
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。
12
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。
27
2．光接收机
• 图4-10 时钟恢复电路方框图
28
2．光接收机
• 图4-11 时钟恢复电路波形图
29
2．光接收机
• 图4-12 NRZ码的功率谱密度分布图
30
2．光接收机
• 图4-13 RZ码功率谱密度分布图
31
2．光接收机
• 图4-14 一种非线性处理电路
32
2．光接收机
• 图4-15 非线性处理电路中的波形图
24
2．光接收机
• 图4-8 单个脉冲均衡前后波形的比较
25
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
26
2．光接收机
• 图4-9 信号再生示意图
48
（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。
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。
12
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。
27
2．光接收机
• 图4-10 时钟恢复电路方框图
28
2．光接收机
• 图4-11 时钟恢复电路波形图
29
2．光接收机
• 图4-12 NRZ码的功率谱密度分布图
30
2．光接收机
• 图4-13 RZ码功率谱密度分布图
31
2．光接收机
• 图4-14 一种非线性处理电路
32
2．光接收机
• 图4-15 非线性处理电路中的波形图
24
2．光接收机
• 图4-8 单个脉冲均衡前后波形的比较
25
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
26
2．光接收机
• 图4-9 信号再生示意图
48
（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。
光纤通信2011_第4章 ULH
光放大器类型光纤放大器掺稀土元素放大器非线性效应放大器特性。
泵浦和增益系数光放大器的能源是由外界泵浦提供的。
根据掺杂物能级结构的不同，泵浦可以分为三能级系统和四能级系统。
在两种系统中，掺杂物都是通过吸收泵浦光子而被激发到较高能态，再快速驰豫到能量较低的激发态，使储存的能量通过受激辐射被释放出来放大光信号。
两种泵浦原理示意图泵浦激光发射放大器增益随输出功率的变化放大器噪声所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（低，其降低程度通常用噪声指数式中的SNR 是由光接收机测得的，因此所得n F =铒的吸收和辐射特性EDFA 增益特性增益特性表示了放大器的放大能力，其定义为输出功率与输入功率之比。
EDFA的增益大小与多种因素有关，通常为15～EDFA 噪声特性EDFA的输出光中，除了有信号光外，还有自发辐射光，它们一起被放大，形成了影响信号光的噪声源，的噪声主要有以下四种：①信号光的散粒噪声；②被放大的自发辐射光的散粒噪声；③自发辐射光谱与信号光之间的差拍噪声；④自发辐射光谱间的差拍噪声。
以上四种噪声中，后两种影响最大，尤其是第三种噪EDFA基本结构EDFA的内部按泵浦方式分，有三种基本的结构：即同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。
同向泵浦信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构，也称为前向泵浦。
反向泵浦泵浦光WDM系统中的增益带宽增益平坦增益特性优化噪声系数和饱和输出功率EDFA对光纤传输系统的影响非线性问题光浪涌问题色散问题光纤线路的长期可靠性问题受激拉曼散射原理FRA工作原理在许多非线性介质中，受激拉曼散射将一小部分入射功率由一光束转移到另一频率下移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为受激拉曼效应。
量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵29混合拉曼/掺铒光纤放大器拉曼放大器和掺铒光纤放大器各有其独特的特点，将FRA 和EDFA 结合起来构成混合拉曼大器（HFA ），也是提高拉曼放大器性能的一种重要方法。
光纤通信基础知识ppt课件
应用场景
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光纤通信系统PPT课件
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
贝尔电话系统
5 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
贝尔光电话和烽火报警一样，都是利 用大气作为光通道，这种光波传播易受气 候的影响，在大雾天气，它的可见度距离 很短，遇到下雨下雪天也有影响。
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤 维的概念在全世界范围内掀起了发展光纤 通信的高潮。
7.容易均衡 在电通信中，信号的各频率成分的幅
度变化是不相等的，频率越低，幅度的变 化越小；频率越高，其幅度变化则越大。 这对信号的接收极为不利，为使各频率成 分都受到相同幅度的放大处理，就必须采 用幅度均衡。对光纤通信系统则不同，在 光纤通信的运用频带内，光纤对每一频率 的损耗是相等的，一般情况下，不需要在 中继站和接收端采取幅度均衡措施。
25 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
8.抗化学腐蚀、使用寿命长 石英材料具有一定的抗化学腐蚀能力。
比由铜或铝组成的电缆抗腐蚀和氧化能力 强，绝缘性能好，适用于强电系统，使用 寿命长，一般认为光缆的寿命为20～30年。
26 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
9.光纤接头不放电、不产生电火花 进水和受潮对金属导线意味着接地
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
光纤通信原理及基础知识ppt课件
光纤的通信原理及基础知识
编辑版pppt
0
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
编辑版pppt
1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
编辑版pppt
2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
编辑版pppt
31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
编辑版pppt
28
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
编辑版pppt
0
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
编辑版pppt
1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
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2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
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31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
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光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
光纤通信第4章
可喜之处：与调制速率对激光器瞬态特性的影响相反，低调制 速率的“结发热效应”更加明显。这是因为随着调制速率的提 高，码元时间间隔缩短，使结区温度来不及发生变化。
I1
I0 t＝ 0 t＝T
电 流 脉冲
光脉冲
图 4.11 结发热效应
2. 自动温度控制
温度控制的必要性:半导体光源的输出特性受温度影响很大， 特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感。为保证输出特性 的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的.
缺点： 动态范围小，功耗较大。
LD
Ib
V1
V2
Uin
Io
电流 源
－UE
图 4.7 射极耦合LD驱动电路图
改进后的LD驱动电路：
改进原因：由于温度变化和工作时间加长，LD的输出光功率 会发生变化。为保证输出光功率的稳定， 必须改进电路设计。
工作原理：
PLD→UPD→(UPD+U in+UR)→UA1→Ib→PLD
PD
LD
－＋A1
Uin
V1
V2
信号参考
－A ＋
2
－U 直流参考
图 4.9 APC电路原理
Ib
－＋A3
V3
－U
4.1.4温度特性和自动温度控制
1. 激光器的温度特性 回顾：激光器的温度特性： 1，激光器输出光功率随温度而变化有两个原因： （1）激光器的阈值电流Ith随温度升高而增大。 （2）外微分量子效率ηd随温度升高而减小。 直接导致后果：输出光脉冲幅度下降。
＋U
LD Ib
PD 检测 器
输出 监测
Uin
V1
UB1 V3
V2
UA1
A1
－ ＋
I1
I0 t＝ 0 t＝T
电 流 脉冲
光脉冲
图 4.11 结发热效应
2. 自动温度控制
温度控制的必要性:半导体光源的输出特性受温度影响很大， 特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感。为保证输出特性 的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的.
缺点： 动态范围小，功耗较大。
LD
Ib
V1
V2
Uin
Io
电流 源
－UE
图 4.7 射极耦合LD驱动电路图
改进后的LD驱动电路：
改进原因：由于温度变化和工作时间加长，LD的输出光功率 会发生变化。为保证输出光功率的稳定， 必须改进电路设计。
工作原理：
PLD→UPD→(UPD+U in+UR)→UA1→Ib→PLD
PD
LD
－＋A1
Uin
V1
V2
信号参考
－A ＋
2
－U 直流参考
图 4.9 APC电路原理
Ib
－＋A3
V3
－U
4.1.4温度特性和自动温度控制
1. 激光器的温度特性 回顾：激光器的温度特性： 1，激光器输出光功率随温度而变化有两个原因： （1）激光器的阈值电流Ith随温度升高而增大。 （2）外微分量子效率ηd随温度升高而减小。 直接导致后果：输出光脉冲幅度下降。
＋U
LD Ib
PD 检测 器
输出 监测
Uin
V1
UB1 V3
V2
UA1
A1
－ ＋
《光纤通信系统绪论》课件
Part
03
光纤通信系统的关键技术
光纤技术
01
光纤材料
光纤通常由石英或塑料制成，具有低损耗和高透明度的特性，是光信号
传输的媒介。
02 03
光纤类型
根据传输模式的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤只传 输单一模式的光信号，适用于长距离传输；多模光纤传输多个模式的光 信号，适用于短距离传输。
详细描述
光纤通信系统的网络化将实现不同网络之间的互联互通，形成一个全球化的信息传输网 络。这将促进信息社会的深度融合和智能化，推动各行业之间的跨界合作和创新发展。 同时，光纤通信系统的网络化也将带来新的安全挑战，需要采取有效的安全措施和技术
手段来保障网络的安全稳定运行。
THANKS
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光的调制
2
在发送端，利用调制器将
需要传输的信息加载到光
信号上。
光的解调
3 在接收端，利用解调器将
加载了信息的光信号还原 为原始信号。
光纤通信系统的应用领域
长途通信
光纤通信具有传输距离远、传输 容量大等优点，广泛应用于长途 通信网络。
军事应用
光纤通信技术在军事领域也具有 广泛的应用，如军事通信网络、 导弹制导系统等。
1970年代
光纤通信进入实用化阶段，开始 出现光纤通信实验系统。
1980年代
光纤通信进入大规模商用阶段， 光纤开始应用于长途通信网络。
光纤通信系统的基本原理
光的传输
光线在光纤中传输，通过 1
全反射原理保持光信号的 稳定传输。
光的放大
4பைடு நூலகம்
在传输过程中，利用光放 大器对光信号进行放大， 以补偿光信号的损耗。
传输距离
光纤通信系统第四章PPT课件
• 光电二极管（PD） • 雪崩光电二极管
.
3
1、光电二极管（PD）
1） PD的工作原理
PIN能带图
光电效应 --受激吸收过程 • 当入射光子能量大于禁带 宽度时，价带上的电子可以 吸收光子而跃迁到导带上， 产生一个电子-空穴对。 • 电子-空穴对在电场的作用 下定向运动，形成光电流。 • 光电二极管工作在反向偏 压下。
.
耗尽区
h > Eg 或 hc / Eg
4
h > Eg
2） PD的工作特性
a) 波长响应范围
定义：
c
hc Eg
124 Eg(eV)
为光电二极管的上截止波长。
Si材料的PD：1.06 m
Ge 或InGaAs材料：1.6~1.7 m
当入射波长太短时，光电转换效率会 下降。
Si材料的PD：0.5~1.0 m
(G)
Ge[1
(1
k)
(Ge 1)2 Ge2
]
当F空h (穴G注)入高场G区h时[1，过剩1噪k声k系数(GhG2 h21)2 ]
k= h / e
APD的结构设计:
• 对k远小于1的APD, 应尽量使电子电流注入高场区; • 对k远大于1的APD, 应尽量使空穴电流注入高场区; • 避免使用k=1的材料制作APD。
ie (x)
0
0
x
exp{ . ( e h ) d x }
21
0
Ge
ie (W ) ie (0)
I ie (0)
W
1
x
1 e exp{ (e h )dx}dx0 Nhomakorabea0
雪崩击穿 Ge
W
x
eexp { (eh)dx}dx 1
.
3
1、光电二极管（PD）
1） PD的工作原理
PIN能带图
光电效应 --受激吸收过程 • 当入射光子能量大于禁带 宽度时，价带上的电子可以 吸收光子而跃迁到导带上， 产生一个电子-空穴对。 • 电子-空穴对在电场的作用 下定向运动，形成光电流。 • 光电二极管工作在反向偏 压下。
.
耗尽区
h > Eg 或 hc / Eg
4
h > Eg
2） PD的工作特性
a) 波长响应范围
定义：
c
hc Eg
124 Eg(eV)
为光电二极管的上截止波长。
Si材料的PD：1.06 m
Ge 或InGaAs材料：1.6~1.7 m
当入射波长太短时，光电转换效率会 下降。
Si材料的PD：0.5~1.0 m
(G)
Ge[1
(1
k)
(Ge 1)2 Ge2
]
当F空h (穴G注)入高场G区h时[1，过剩1噪k声k系数(GhG2 h21)2 ]
k= h / e
APD的结构设计:
• 对k远小于1的APD, 应尽量使电子电流注入高场区; • 对k远大于1的APD, 应尽量使空穴电流注入高场区; • 避免使用k=1的材料制作APD。
ie (x)
0
0
x
exp{ . ( e h ) d x }
21
0
Ge
ie (W ) ie (0)
I ie (0)
W
1
x
1 e exp{ (e h )dx}dx0 Nhomakorabea0
雪崩击穿 Ge
W
x
eexp { (eh)dx}dx 1
第四章_光纤通信系统原理.ppt
Chapter 4 光纤通信系统原理
16
数字光发射机设计原则
数字光发射机核心:光源和电路 光源:实现电/光转换的关键器件，在很大程度上 决定着光发射机的性能。 电路:其设计应以光源为依据，使输出光信号准确 反映电信号。
Chapter 4 光纤通信系统原理
17
光发射机的控制电路（辅助电路）
光源的控制电路:温度控制（ATC） 和功率控制 （APC）电路，它们的作用:消除温度变化和器件 老化的影响,稳定发射机性能。 其它的控制电路:光源慢启动保护电路、激光器 反向冲击电流保护电路、激光器过流保护电路和 激光器关断电路。
的 PIN监测LD后向输出的光，根据PIN输出的大
小而自动地改变对LD的偏置电流，使其输出光
功率保持恒定。
可能引起激光器输出功率变化的两个因素
是芯片温度的变化和激光器的老化效应 。
Chapter 4 光纤通信系统原理
28
自动功率控制电路
R1 PIN
VEE
+ V1 - A1
-
V2
+ A2
VR
LD
Ib
Chapter 4 光纤通信系统原理
8
LD 调制特性
(1) 电光延迟 (2) 张驰振荡 (3) 小信号输入的频率响应 (4) 频率啁啾
Chapter 4 光纤通信系统原理
9
外调制
光源内调制 的优点是电路简单容易实现，但是， 在高码速下将使光源的性能变坏，因此需要对光 源的外调制方式。 目前使用的外调制方式有：
R3
C2
Rf Re
VCC T3
R5
Chapter 4 光纤通信系统原理
48
线性能道
光接收机的线性通道： 由一个高增益的 主放大 器和一个均衡滤波器组成，此外，还应包括 检 测 和 自 动 增 益 控 制 (AGC) 电 路 ， 用 来 控 制 放 器增益。
相关主题
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第4章 光纤通信系统
4.1 IM-DD光纤通信系统 4.2 衰减和色散队中继距离的影响 4.3 噪声及灵敏度分析
1
4.1 IM-DD光纤通信系统
4.1.1 光纤通信中的线路码型 4.1.2 IM-DD光纤通信系统的结构
2
4.1.1 光纤通信中的线路码型
• 在数字光纤通信系统中所传输的信号是数字信 号，而由交换机送来的电信号符合ITU-T所规定 的脉冲编码调制(PCM)通信系统中的接口码速 率和码型 。
19
1．光发射机
• 图4-8 环境温度变化引起输出光功率的变化
20
1．光发射机
• 图4-9 自动温度控制电路方框图
21
2．光接收机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑨ 其他保护、监测电路 • LD保护电路 • 无光告警电路
22
2．光接收机
• 图4-10 数字光纤通信接收光端机方框图
23
时刻，其瞬时值应为最大值；而这个本码波形 的拖尾在邻码判决时刻的瞬时值应为零。 • 这样，即使经过均衡后的输出波形仍有拖尾， 但是这个拖尾在邻码判决的这个关键时刻为零，
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2．光接收机
• 图4-13 未经均衡出现的脉冲拖尾现象
30
2．光接收机
• 图4-14 单个脉冲均衡前后波形的比较
31
2．光接收机
(2) ①
9
1．光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ① ② ③ 复用 • 复用是指利用一个大的传输信道来同时传送多
个低容量的信息以及开销信息的过程。
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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 ④ 扰码 • 为了保证所提取时钟的频率以及相位与光发射机中的时钟信号
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2．光接收机
• 图4-18 NRZ码的功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-19 RZ码功率谱密度分布图
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2．光接收机
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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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1．光发射机
• 图4-5 激光器老化使输出光功率降低
⑤ • 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
32
2．光接收机
• 图4-15 信号再生示意图
33
2．光接收机
• 图4-16 时钟恢复电路方框图
34
2．光接收机
• 图4-17 时钟恢复电路波形图
2．光接收机
① • 光电检测器的作用是将由发送光端机经光纤传
过来的光信号转变为电信号，即具有光/电转换 功能。 • 目前广泛使用的光电检波管是PIN管和雪崩光电 二极管，前者称为半导体光电二极管后者又称 为APD管。后者具有信号放大的作用。
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2．光接收机
② • 由于这个放大器与光电检测器紧紧相连，故称前置放
• 对多数放大器的前级提出特别的要求是非常必要的， 它应具有低噪声、高增益的特性，这样才能得到较大
• 由于跨阻型前置放大器不仅具有宽频带、低噪声的优 点，而且其动态范围也比高阻型前置放大器改善很多， 因此在光纤通信中得到广泛的使用。
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2．光接收机
• 图4-11 1319型高速光纤接收组件
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2．光接收机
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1．光发射机
• 图4-6 激光器温度变化引起输出功率的变化
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1．光发射机
• 图4-7 自动功率控制电路
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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 ⑧ 自动温度控制 • 特性曲线对环境温度的变化反映很灵敏，使输
• 在环境温度发生变化时，为了能使激光器的输 出特性保持稳定，在发射机盘上需安装自动温 度控制(ATC)电路。
一致，必须避免所传信号码流中出现长“0”或长“1”的现象。 • 解决这一问题的方法就是扰码，即在发送端加入一个扰码电路，
而在接收端则要加一个与扰码相反的解扰电路，以恢经过扰码 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。复信号码流原来的 状态。 ⑤
③ • 主放大器的作用有下述两个方面。
– 将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需要的 信号电平。
– 它还是一个增益可调节的放大器。
• 一般主放大器的峰—峰值输出是几伏数量级。
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2．光接收机
• 图4-12 LG1605限幅放大器
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2．光接收机
④ • 拖尾现象 • 采用均衡器来使经过其后的波形，在本码判决
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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 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
• 图4-3 LG1625激光驱动器原理图
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1．光发射机
• 图4-4 LG1625与246型激光器的连接示意图
– HDB3（三阶高密度双极性码） – CMI（反转码）
• PCM系统中的这些码型并不都适于在数字光纤 通信系统中传输
3
4.1.1 光纤通信中的线路码型
• 在PDH光纤通信系统中是通过重新编码，通常称为线 路编码，即在原有的码流中插入脉冲。
• 在PDH光纤通信系统中，常使用的线路编码有分组码、 伪双极性码(CMI和DMI)和插入码。
• 使用不同的 • 线路编码，光端机的输出信号速率不同。因此在PDH
系统中仅具有标准的电接口，而无标准的光接口。 • 但在SDH系统中，SDH信号速率与其线路速率是相同
4
4.1.2 IM-DD光纤通信系统的结 构
1．光发射机 2．光接收机 3．光纤通信系统
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1．光发射机
(1) • 光源所采用的调制方式包括内调制和外调制
（也称为直接调制或间接调制）。 • 在IM-DD光纤通信系统中，采用的是内调制。 • 通常内调制适用于半导体光源。 • 据调制信号的性质不同，内调制又可分为模拟
信号的调制和数字信号的调制。
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1．光发射机
• 图4-1 半导体光源的直接调制原理
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1．光发射机
• 图4-2 光数字发射机原理图
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1．光发射机
4.1 IM-DD光纤通信系统 4.2 衰减和色散队中继距离的影响 4.3 噪声及灵敏度分析
1
4.1 IM-DD光纤通信系统
4.1.1 光纤通信中的线路码型 4.1.2 IM-DD光纤通信系统的结构
2
4.1.1 光纤通信中的线路码型
• 在数字光纤通信系统中所传输的信号是数字信 号，而由交换机送来的电信号符合ITU-T所规定 的脉冲编码调制(PCM)通信系统中的接口码速 率和码型 。
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1．光发射机
• 图4-8 环境温度变化引起输出光功率的变化
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1．光发射机
• 图4-9 自动温度控制电路方框图
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2．光接收机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑨ 其他保护、监测电路 • LD保护电路 • 无光告警电路
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2．光接收机
• 图4-10 数字光纤通信接收光端机方框图
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时刻，其瞬时值应为最大值；而这个本码波形 的拖尾在邻码判决时刻的瞬时值应为零。 • 这样，即使经过均衡后的输出波形仍有拖尾， 但是这个拖尾在邻码判决的这个关键时刻为零，
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2．光接收机
• 图4-13 未经均衡出现的脉冲拖尾现象
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2．光接收机
• 图4-14 单个脉冲均衡前后波形的比较
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2．光接收机
(2) ①
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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 ① ② ③ 复用 • 复用是指利用一个大的传输信道来同时传送多
个低容量的信息以及开销信息的过程。
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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 ④ 扰码 • 为了保证所提取时钟的频率以及相位与光发射机中的时钟信号
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2．光接收机
• 图4-18 NRZ码的功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-19 RZ码功率谱密度分布图
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2．光接收机
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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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1．光发射机
• 图4-5 激光器老化使输出光功率降低
⑤ • 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4-15 信号再生示意图
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2．光接收机
• 图4-16 时钟恢复电路方框图
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2．光接收机
• 图4-17 时钟恢复电路波形图
2．光接收机
① • 光电检测器的作用是将由发送光端机经光纤传
过来的光信号转变为电信号，即具有光/电转换 功能。 • 目前广泛使用的光电检波管是PIN管和雪崩光电 二极管，前者称为半导体光电二极管后者又称 为APD管。后者具有信号放大的作用。
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2．光接收机
② • 由于这个放大器与光电检测器紧紧相连，故称前置放
• 对多数放大器的前级提出特别的要求是非常必要的， 它应具有低噪声、高增益的特性，这样才能得到较大
• 由于跨阻型前置放大器不仅具有宽频带、低噪声的优 点，而且其动态范围也比高阻型前置放大器改善很多， 因此在光纤通信中得到广泛的使用。
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2．光接收机
• 图4-11 1319型高速光纤接收组件
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2．光接收机
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1．光发射机
• 图4-6 激光器温度变化引起输出功率的变化
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1．光发射机
• 图4-7 自动功率控制电路
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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 ⑧ 自动温度控制 • 特性曲线对环境温度的变化反映很灵敏，使输
• 在环境温度发生变化时，为了能使激光器的输 出特性保持稳定，在发射机盘上需安装自动温 度控制(ATC)电路。
一致，必须避免所传信号码流中出现长“0”或长“1”的现象。 • 解决这一问题的方法就是扰码，即在发送端加入一个扰码电路，
而在接收端则要加一个与扰码相反的解扰电路，以恢经过扰码 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。复信号码流原来的 状态。 ⑤
③ • 主放大器的作用有下述两个方面。
– 将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需要的 信号电平。
– 它还是一个增益可调节的放大器。
• 一般主放大器的峰—峰值输出是几伏数量级。
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2．光接收机
• 图4-12 LG1605限幅放大器
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2．光接收机
④ • 拖尾现象 • 采用均衡器来使经过其后的波形，在本码判决
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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 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
• 图4-3 LG1625激光驱动器原理图
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1．光发射机
• 图4-4 LG1625与246型激光器的连接示意图
– HDB3（三阶高密度双极性码） – CMI（反转码）
• PCM系统中的这些码型并不都适于在数字光纤 通信系统中传输
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4.1.1 光纤通信中的线路码型
• 在PDH光纤通信系统中是通过重新编码，通常称为线 路编码，即在原有的码流中插入脉冲。
• 在PDH光纤通信系统中，常使用的线路编码有分组码、 伪双极性码(CMI和DMI)和插入码。
• 使用不同的 • 线路编码，光端机的输出信号速率不同。因此在PDH
系统中仅具有标准的电接口，而无标准的光接口。 • 但在SDH系统中，SDH信号速率与其线路速率是相同
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4.1.2 IM-DD光纤通信系统的结 构
1．光发射机 2．光接收机 3．光纤通信系统
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1．光发射机
(1) • 光源所采用的调制方式包括内调制和外调制
（也称为直接调制或间接调制）。 • 在IM-DD光纤通信系统中，采用的是内调制。 • 通常内调制适用于半导体光源。 • 据调制信号的性质不同，内调制又可分为模拟
信号的调制和数字信号的调制。
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1．光发射机
• 图4-1 半导体光源的直接调制原理
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1．光发射机
• 图4-2 光数字发射机原理图
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1．光发射机