光纤通信中的光发射机与光接收机

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光纤通信原理与设备 一、作用
4.4数字接收机的组成及技术指标
光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、 微弱的光信号变换为电信号,并对电信号进行放大、整形、再生后, 再生成与发送端相同的电信号,输入到电接收端机,并且用自动增 益控制电路(AGC)保证稳定的输出。
光接收机中的关键器件是半导体光检测器,它和接收机中的前置 放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。
4.2 光线路编码
加扰的NRZ码:SDH光纤通信系统中广泛使用。
形成方法:是利用一定规则对信号码流进行扰码,经过扰码后使线 路码流中的“0”和“1”出现的概率相同,因此码流中不会出现长连“0”或 长连“1”的情况,从而有利于接收端提取时钟信号。
信号序列扰乱方法有: 用一个随机序列与输入信号序列进行逻辑加,这样就能把任何输 入信号序列变换为随机序列,但完全随机的序列不能再现。 用伪随机序列代替完全随机序列进行扰码与解扰。
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光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
2.放大器 光接收机的放大器包括前置放大器和主放大器两部分。 对前置放大器要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增 益。 前置放大器的的类型目前有3种:低阻抗前置放大器、高阻 抗前置放大器和跨阻抗前置放大器(或跨导前置放大器)。 主放大器一般是多级放大器,它的功能主要是提供足够高 的增益,把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的 信号电平。并通过它实现自动增益控制(AGC),以使输入光信 号在一定范围内变化时,输出电信号应保持恒定输出。 主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
图3 扰乱器与解扰器的构成
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光纤通信原理与设备
4.1 光发射机原理 4.2 线路编码 4.3光发射机的主要技术指标 4.4数字接收机的组成及技术指标 4.5光-电-光中继器的原理 4.6PDH 传输体制及长途光缆系统的构成
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光纤通信原理与设备
4.3 光发射机的主要指标
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4.4数字接收机的组成及技术指标
3.均衡器 均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进 行均衡补偿,减小误码率。
4.再生电路 再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字 信号,由判决器和时钟恢复电路组成。 5.自动增益控制(AGC) AGC就是用反馈环路来控制主放大器的增益。作用是增加 了光接收机的动态范围,使光接收机的输出保持恒定。
光发射机作用:把电端机输出的数字基带信号对光源进行直 接光强度调制转换为光信号,并用耦合技术有效注入光纤线路。 电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制实现。
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4.1 光发射机原理
一、光发射机框图
HDB3码
NRZ码
加扰的NRZ码
光发送电路 APC
电 均衡 信 放大
码型 变换
三、各部件功能
1.光电检测器 光电检测器是把光信号变换为电信号的关键器件,对其要求是: ① 在系统的工作波长上要有足够高的响应度,即对一定的入射 光功率,光电检测器能输出尽可能大的光电流。 ② 波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容。 ③ 有足够高的响应速度和足够的工作带宽。 ④ 产生的附加噪声尽可能低,能够接收极微弱的光信号。 ⑤ 光电转换线性好,保真度高。 ⑥ 工作性能稳定,可靠性高,寿命长。 ⑦ 功耗和体积小,使用简便。
送光功率之比。可用下式表示
EXT 10 lg P11 (dB)
式中,P11为全“1”码时的平均光功P0率0 ;P00为全“0”码时的
平均光功率。一般要求EXT≥10dB。
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4.1 光发射机原理 4.2 线路编码 4.3光发射机的主要技术指标 4.4数字接收机的组成及技术指标 4.5光-电-光中继器的原理 4.6PDH 传输体制及长途光缆系统的构成
扰码
线路 编码
调制 电路
光 源
光 信


时钟提取 输入码型变换电路
背向
APC
光监

数字光发送机的基本组成包括均衡放
告警
大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、
检测
光源、光源的调制电路、光源的控制电路
(ATC和APC)及光源的监测和保护电路等。
图1 光发射机的组成框图
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光纤通信原理与设备
二、光发射机原理
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光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
二、框图 强度调制—直接检波(IM-DD)的光接收机方框图如图4
所示,主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡
器、时钟恢复电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)
电路等。
图4 数字光接收机方框图(动画)
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4.4数字接收机的组成及技术指标
mB1P 插入码
mB1C
mB1H 加扰NRZ
(1)P码满足奇校验规则 (2)P码满足偶校验规则
给输入NRZ序列加扰
传输速率
误码监测
适用系统
2fi
按编码规则检查
2fi
同上
2fi
同上
nfi /m
(1)查禁用码字 (2)利用DRS
(m+1) fi /m
奇偶校验
(m+1)fi /m 模2和=0
PDH
fi

SDH
10
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4.2 光线路编码
一、分组码
分组码常用mBnB表示,它是把输入码流每m比特分成一 组,然后把每组编成n比特输出。每组的m个二进制码,记为 mB,变换为n个二进制码,记为nB,因此称为mBnB码,其 中m和n都是正整数,通常n>m,一般选取n=m+1。常用的 mBnB码有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B和17B18B等。
1、光接收机的灵敏度 光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下,光
接收机所需的最小平均接收光功率Pmin(mW)。工程中常用毫瓦
分贝(dBm)来表示,即
PR
10lg Pmin 1mW
(dBm)
(4-2)
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光纤通信原理与设备 2、光接收机的动态范围
光接收机的动态范围是指在保证系统误码率指标的条件下,接收机 的最低输入光功率(dBm)和最大允许输入光功率(dBm)之差 (dB)。
001
110

mBlP码
1001
0000
0011
1100

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4.2 光线路编码
三、1B2B码 (1)CMI码 CMI码又称传号反转码,它是一种1B2B码。其变换规则是
原码的“0”码用“01”码代替,原码的“1”码用“00”或“11” 交替代替。
(2)双相码 双相码又称分相码。也是一种1B2B码。其变换规则是原码 的“0”码用“01”码代替,原码的“1”码用“10”代替。
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4.2 光线路编码
(3)DMI码 DMI码又称不同模式反转码,它是一种1B2B码。其变换规
则是原码的“1”码用“00”或“11”交替代替。原码的“0” 码,若前二个码为“01”,“11”时用“01”代替,前二个码 为“10”,“00”时用“10”代替。
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光纤通信原理与设备 四、扰码
在mBlP码中,P码称为奇偶校验码,P码有以下两种情况。
① P码为奇校验码时,其插入规律是使m+1个码内“1”码
的个数为奇数,例如:
mB码
100
000
001
110

mBlP码 1000
0001
0010
1101

② P码为偶校验码时,其插入规律是使m+1个码内“1”码
的个数为偶数,例如:
mB码
100
000
(1)mB1C码 mB1C码的编码原理是,把原始码流分成每m比特(mB) 为一组,然后在每组mB码的末尾插入1比特补码,这个补码 称为C码,所以称为mB1C码。例如:
mB码
100
110
001
101

mBlC码
1001
1101
0010
1010

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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
(2)mB1H码 mB1H码是由mB1C码演变而成的,即在mB1C码中,扣除
部分C码,并在相应的码位上插入一个混合码(H码),所以
称为mB1H码。所插入的H码可以根据不同用途分为三类:第 一类是C码,它是第m位码的补码,用于在线误码率监测;第
二类是L码,用于区间通信;第三类是G码,用于帧同步、公 务、数据、监测等信息的传输。
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4.2 光线路编码
(3)mB1P码
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4.1 光发射机原理 4.2 线路编码 4.3光发射机的主要技术指标 4.4数字接收机的组成及技术指标 4.5光-电-光中继器的原理 4.6PDH 传输体制及长途光缆系统的构成
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
PCM通信系统中的接口速率和码型,如表1所示。 表1 PDH接口码速率与接口码型
一、光发射机的平均输出光功率
光发射机的平均输出光功率衡量光发射机的输出能力,测量 平均输出光功率的仪表是光功率计,光功率单位是dBm。
Pt
10lg
P(mw) 1mw
(dBm)
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光纤通信原理与设备 二、消光比(EXT)
4.3 光发射机的主要指标
消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发
基 群 二次群 三次群 四次群
接口码速率 (Mbit/s)
2.048
8.448
34.368
139.264
接口码型
HDB3
HDB3
HDB3
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
(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。各种码的编码规律、传输速率如表2所 示。
最简单的mBnB码是1B2B码,它是把原信息码的“0”变
换为“01”,把“1”变换为“10”。因此最大的连“0”码速率提高了 1倍。
mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难。
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
二、插入码
插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB)为一 组,然后在每组mB码末尾按一定的规律插入一个码,组成 m+1个码为一组新的线路码流。根据插入码的用途不同,可 以分为mB1C码、mB1H码和mB1P码等。
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4.1 光发射机原理 4.2 线路编码 4.3光发射机的主要技术指标 4.4数字接收机的组成及技术指标 4.5光-电-光中继器的原理 4.6PDH 传输体制及长途光缆系统的构成
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光纤通信原理与设备
4.1 光发射机原理
光纤通信系统、主要由光发送设备、光接收机设备、光传输设 备组成。光发送设备和光接收机设备常称为光发射机和光接收机, 两者合在一起为光端机。
4.1 光发射机原理
光发射机的作用是将从复用设备送来的HDB3信码变换成NRZ码,接着将 NRZ码编为适合在光缆线路上传输的码型,最后在进行电/光转换,将电信号转换 成光信号并耦合进光纤。
(1)均衡放大:补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。 (2)码型变换:将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。 (3)复用:用一个大传输信道同时传送多个低速信号。 (4)扰码:使信号达到“0”、“1”等概出现,利于时钟提取。 (5)时钟提取:提取PCM时钟信号,供给其它电路使用。 (6)调制(驱动)电路:完成电/光变换任务。 (7)光源:产生作为光载波的光信号。 (8)温度控制和功率控制: 稳定工作温度和输出平均光功率。 (9)其他保护、监测电路:如光源过流保护电路、无光告警电路、 LD偏流(寿命)告警等。
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
表2
码型
常用的线路编码
码型变换规则
CMI
“1”:11,00交替 “0”:01
1B2B码
双相码 “1”:10 “0”:01
DMI
“1”:11,00交替 “0”:01(前二个码为01,11时) 10(前二个码为10,00时)
分组码mBnB
在nB码中选择不均等值小的码作公共码;正负模式交替
光纤通信原理与设备
通信学院工程技术教研室
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光纤通信原理与设备
光端机的组成及工作原理; 光端机的性能指标; 光纤通信系统基本构成; PDH、SDH两种传输体制;
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光纤通信原理与设备
掌握发射机和接收机的框图和工作原理 掌握发射机和接收机的性能指标 掌握光纤通信系统基本构成; 理解PDH、SDH两种传输体制。
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光纤通信原理与设备 AGC就是利用反馈环路来控制主放大器的增益。AGC的作用 是增加了光接收机的动态范围。 自动增益控制(AGC)电路原理框图如5所示。
图5 自动增益控制电路原理框图
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光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
四、主要技术指标
数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。
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