光端机PPT课件

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光接收机的噪声是与信息无关的随机 变化量，噪声源从引入过程来分，可分 为两类，即与信号光电检测器有关的噪 声和与光电接收机电路有关的噪声。
与信号光电检测器有关的噪声包括： 量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流及漏 电流噪声和背景噪声等等。
与光接收机电路有关的噪声包括：放大 器噪声、负载电阻热噪声等。
3 噪声是一种随机性的起伏量，是电信
号中不需要的成分，它干扰实际系统中 信号的传输和处理，影响和限制了系统 的性能。
(1) (2)信噪比(SNR) SNR=平均信号功率/噪声功率
6.6光接收机的误码率和接收灵敏度
光接收机的误码率和灵敏度是描述 光接收机准确检测光信号能力的性能指 标。
第六章：光端机
6.1光源与光纤的耦合 6.2光调制 6.3光发射机 6.4光接收机 6.5光接收机噪声分析 6.6光接收机的误码率和接收灵敏度 6.7光中继器
6.1光源与光纤的耦合
从光源发射出来的光功率尽可能多地
送入光纤中传输光源与光纤耦合的质量可以用耦合 效率η，它定义为
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数据恢复电路由判决电路和时钟恢 复电路组成，如果需要与电端机接 口，还需要解码、解扰和编码电路
判决电路和时钟恢复电路的任务是 把线性通道输出的升余弦波形恢复 成数字信号。
5 光接收机除上面介绍的若干部分外，还
(1)钳位电路。 (2)温度补偿电路。 (3)告警电路。
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1 光接收机的误码率
光接收机的误码率BER定义为： BER=错误接收的码元数/传输的码元总数 那么光接收机的误码是如何产生的? 如图6-6-1所示：
若I＞ID，采样值为“1”，若I＜ID，采 样值则为“0”。
如果传输的信码为“1”，可是I＜ID， 则发生错误。
同样传输的信码为“0”，可是I＞ID， 则同样发生错误，这两个错误都将引起 误码。
均衡滤波器的作用是均衡波形有利判决。 均衡滤波器是必不可少的。
①
将会使前、后码元的波形重叠，产生码间干扰， 严重时造成判决电路误判，产生误码。
②
均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有 利于判决的波形。例如，成为升余弦频谱脉冲。
均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形 成为有利于判决的波形。
光接收机的组成部件，除了 光电二极管外，都是标准的电子 元器件，采用标准集成电路(IC) 工艺技术，很容易集成在同一芯 片上，做成集成光接收机。
在高比特工作时，这种集成 光接收机具有很多优点。90年代 末用Si和GaAs集成电路工艺已制 成 带 宽 超 过 2GHz 的 集 成 光 接 收
6.5 光接收机噪声分析
光源与光纤的耦合方法， 一般采用下面两种： 直接耦合和透镜耦合
光源与光纤的透镜耦合如图所示
一个理想的微透镜耦合结构应用下列四 个特征：
足够大的数值孔径收集激光辐射 焦距完全匹配于激光器和光纤的模式 无球差 端面应增透镀覆以消除反射。
6.2 光调制
要实现光纤通信，首先要解决的问题是 如何将电信号加载到光源的发射光束上， 即需要进行光调制。

η=PF/PS (6-1-1)
式中： PF—耦合进入光纤的光功率
PS—光源发射的功率。
光源与光纤的耦合效率：
与光源的类型(LED或LD)及光纤的类型 (多模光纤或模光纤)有关。
LD与单模光纤的耦合效率较高，可以达 到30～50%，而LED与单模光纤的耦合效 率较低，可能小于1%。

① 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。
② 它还是一个增益可调节的放大器，当光电检 测器输出的信号出现起伏时，通过光接收机的 自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整， 以使主放大器的输出信号幅度在一定范围不受 输入信号的影响，一般主放大器的峰-峰值输 出是几伏数量级。对于APD的光接收机还通过 控制APD的偏压来控制雪崩倍增管的雪崩增益。
一台性能优良的光接收机，应具有无失真地检测 和恢复微弱信号的能力，这首先要求其前端应 有低噪声，高灵敏度和足够的带宽。
根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的 方案：
(1)低阻抗前端
(2)高阻抗前端。
(3)跨(互)阻抗前端。
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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，还 应包括峰值检测和自动增益控制 (AGC)电路，用来控制放大器增益。
根据调制与光源的关系，光调制可分为： 直接调制和间接调制。
1 光源的直接调制
直接调制就是将调制信号直接作用在光源上， 把要传送的信息转变为电源信号注入到LD或 LED，获得相应的光信号。这种方法调制的是 光源的发光强度调制(IM)。
直接调制具有简单、经济、容易实现等优点， 是光纤通信系统中广泛采用的调制方式。
1 数字光纤通信系统的信号变换特点 在数字光纤通信系统中，传输的是由
“0”和“1”组成的二进制光脉冲信号， 这是一种单极性码，即光功率在“接 通”(“1”码)和“断开”(“0”码)两个电平 上变动。
按照“1”码时码元周期T的大小，分 为归零码(RZ码)与非归零码(NRZ码)两 种。
图6-5-2为数字光纤通信系统中数字脉冲 传输过程的变换特点
直接检测数字光纤通信接收机一般由三 个部分组成，即光接收机的前端、线性 通道和数据恢复。如图所示：
2 光接收机前端
光接收机前端的作用是将光纤线路末 端耦合到光电检测器的光比特流转 变为时变电流，然后进行预放大， 以便后一级进一步处理。 (1)
一般采用PIN光电二极管或APD雪崩光 电二极管，它们性能的优劣直接影 响整个光接收机的性能
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光接收机的灵敏度可以用满足给定的误 码率指标条件下而可靠工作所需要的最 小平均光功率Pmin来表示。
最小平均光功率Pmin,在国际单位制中， 它的单位是瓦(W)。
工程上，光接收机的灵敏率常用光功率 相对值来表示，单位是分贝毫瓦(dBm)。
光接收机的动态范围：
是在保证系统的误码率指标要求下，光 接收机最低输入光功率Pmin和最大允许 光功率Pmax的变化范围。这个范围用D 来表示，一般在工程上用二者(用dBm描 述)之差来表示。
2 光发射机的组成
目前使用的光发射机大多数是直接调制 的光发射机，它的原理如图6-3-1所示。
3 输入电路
输入电路由图6-3-3所示电路组成
6.4光接收机
1 光接收机的作用是把接收来的光
信号转变为原来的电信号，它的 性能的优劣直接影响整个光纤通 信系统的性能。 光纤通信系统有模拟和数字两大 类，光接收机也相应的有两大类，
通常有两种中继方法：
一种是传统方法，采用光-电-光转换方 式，亦称光电光混合中继器；
另一种采用光放大器对光信号进行直接 放大的中继器。
光-电-光中继器，在光纤通信系统中，光中继 器作为一种系统的基本单元，除了没有接口码 型转换和控制部分外，在原理、组成元件与主 要特性方面与光接收机与光发射机相同。
从调制信号的形式来说，光源的直接调制又可 分为模拟信号调制和数字信号调制
2 LD调制特性
LD的直接调制具有许多突出的特点，它在光纤 通信系统中应用极其广泛。
LD的调制特性如下： (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
3 光源的外部调制
一台质量好的光接收机应有较宽的动态 范围。
6.7 光中继器
在光纤通信线路上，光纤的吸收和散射导 致光信号衰减，光纤的色散将使光脉冲信号畸 变。
导致信息传输质量降低，误码率增高，限 制了通信距离。为了满足长距离通信的需要， 必须在光纤传输线路上每隔一定距离加入一个 中继器，以补偿光信号的衰减和对畸变信号进 行整形，然后继续向终端传送。
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： (1) 电光调制
（2）声光调制 （3）磁光调制
6.3 光发射机
1 光发射机的作用是把电端机送来
的电信号变为光信号送入光纤中传 输。 包括以下方面： (1)光源特性 (2)调制特性