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单元二话音在光纤通信系统中的传输 任务话音在光纤通信系
单元二 话音在光纤通信系统中的传输 任务4 话音在光纤通信系统中的传输
教学活动 学习光端机功能、组成及性能。
10.03.2021
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第4章 数字光纤通信系统
本章重点内容是：
1. 光纤通信的特点； 2．光纤通信系统的基本组成； 3．光纤的结构和分类、光纤的导光原理及主要工作特性； 4．光源、光检测器、光无源器件的工作原理和工作特性 5．光端机的基本组成及各部分的主要作用； 6．SDH的基本特点； 7．SDH的标准速率与帧结构； 8．我国SDH的复用结构； 9．SDH网中的复用设备和数字交叉连接器； 10．SDH网络结构。
主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。
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3 均衡的目的：
➢ 对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变 (失真)的电信号进行补偿； ➢ 使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干 扰，减小误码率。
再生电路包括：判决电路和时钟提取电路
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2、
图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电
子器件， 很容易用标准的集成电路(IC)技术将它们
集成在同一芯片上。
不论是硅(Si)还是砷化镓(GaAs)IC技术都能够
使集成电路的工作带宽超过2 GHz，甚至达到10
GHz。
为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力
开发单片光接收机，即用“光电集成电路(OEIC)技
术”在同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元
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4.3 光端机
所谓光端机是光纤通信系统中的光纤传输终端设 备。光端机包括光发送机和光接收机。框图如图4-27 光发送机的主要作用是将电端机送来的数字基带电信号 变换为光信号，并藕合进光纤线路中进行传输。 光接收机的主要作用是将光纤传输微弱的光信号变换为 电信号，并对电信号进行放大、整形、再生输人到电接 收端机。
电路两部分。 光源是实现电/光转换的关键器件，在很大程度上
决定着光发射机的性能。 电路的设计应以光源为依据，使输出光信号准确
反映输入电信号。
输入 电信号输入 接口
线路 编码
调制 电路
光源
光信号输出
图 数字光发射机方框图
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控制电路
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1 对通信用光源的要求如下 ：
发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致，即 中心波长应在0.85 μm、 1.31 μm和1.55 μm附近。光 谱单色性要好， 即谱线宽度要窄， 以减小光纤色散 对带宽的限制。
时 钟 提 取
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1） 光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，其性能
特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。 对光检测 器的要求如下： ➢ 波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85 μm、 1.31μm和1.55 μm)兼容； ➢ 响应度要高， 在一定的接收光功率下， 能产生最大的光 电流； ➢ 噪声要尽可能低， 能接收极微弱的光信号； ➢ 性能稳定， 可靠性高， 寿命长， 功耗体积小。
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4.3 光端机
4.3.1 光发射机
1、数字光发射机的功能: 电端机输出的数字基带电信号转换为光信号； 用耦合技术注入光纤线路； 用数字电信号对光源进行调制。
2、调制方式：直接调制和外调制。 受调制的光源特性参数有：功率、 幅度、频率和
相位，广泛应用的是直接光强(功率)调制。
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电 路部 分
P-接 触 片 N-接 触 片
GaAs基 片
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图 光电集成接收机
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4.3.3 线路编码 在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合
于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉 冲，因此必须进行码型变换，以适合于数字光纤 通信系统传输的要求。
直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机 方框图示于图。 主要包括：
光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、 时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制 (AGC)电路。
光 信 号
前 置 放 大 器主 放 大 器
光 检 测 器
均 衡 器
再 生 码 流 判 决 器
偏 压 控 制 10.03.2021
A G C 电 路
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P
P
输出光信号
输出光信号
I
I
输入电信号
输入电信号
(a) LED数字调制原理；
(b) LD的数字调制原理
➢ 当激光器的驱动电流大于阈值电流Ith时，输出光功率P和驱动
电流I基本上是线性关系。
➢ 输出光功源自文库和输入电流成正比，输出光信号反映输入电信号。
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3、光发射机基本组成 数字光发射机的方框图如图所示，主要有光源和
件。
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在1991年试验成功的单路InGaAs OEIC接收机， 其运行速率达5 Gb/s。
InGaAs OEIC接收机也可以用混合法实现。 如图所示， 电元件集成在GaAs基片上，而光检测 器集成在InP基片上，两个部分通过接触片连接在一 起。
光 检测 器 N＋-InP基 片
此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方 便，价格便宜。
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2） 直接光强调制的数字光发射机主要电路有：调制
电路、控制电路和线路编码电路。
3 电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极
性码，而光源不能发射负脉冲， 要变换为适合于光 纤传输的单极性码。
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4.3.2光接收机 1、光接收机基本组成
电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流 下， 有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发 射光束的方向性要好，以利于提高光源与光纤之间的 耦合效率。
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允许的调制速率要高或响应速度要快， 以满 足系统的大传输容量的要求。
器件应能在常温下以连续波方式工作， 要求 温度 稳定性好， 可靠性高，寿命长。
目前， 适合于光纤通信系统应用的光检测器有 PIN光电二 极管和雪崩光电二极管(APD)。
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2 前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光
接收机的灵敏度影响很大。 前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种
类型的前放可供选择。 主放大器一般是多级放大器，它的作用是：
➢ 提供足够的增益 ； ➢ 并通过它实现自动增益控制(AGC)，使输入光 信号在一定范围内变化时， 输出电信号保持恒定。