[哈尔滨理工大学光纤通信]第4章：光端机.ppt

内容摘要 (Blurb) 光发射机 是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。 光接收机 是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去 4.1 光发射机 4.1.1 光波的调制 4.1.2调制特性 4.1.3 LED的驱动电路 （1）．LED的直接调制原理 （2）．LED的模拟驱动电路 （3）．LED的数字驱动电路 4.1.4 LD的驱动电路 （1）．LD的直接调制原理 （2）．激光器的直接调制电路 （3）．自动功率控制电路(APC) （4）．自动温度控制电路(ATC) （5）．激光器的保护及告警电路 4.2 光接收机 4.2.1 概述与线性通道 前置放大器 (1)高阻抗放大器的均衡： (2)跨阻抗放大器： 4.2.2 噪声特性 4.2.3 误码率 4.2.4 灵敏度 ( 1 ). 理想光接收机的灵敏度 ( 2 ). 实际光接收机的灵敏度 4.2.5自动增益控制和动态范围 4.2.1 概述与线性通道 1、数字接收机和模拟接收机 光接收机的噪声等效模型 常用的三种前置放大电路 4.3 线路编码 1、对数字信号进行编码的理由 为了使接收再生电路把相位或频率锁定到信号定时上 因为光接收机采用电容耦合，接收机不能对直流或低频分量响应，使长连零信号的幅度逐渐下降，经判决电路后会产生误码 2、编码的目的 使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”，而是使“1”码和“0”码尽量相间排列 4.3.1 扰码 扰码改变了“１”码与“0”码的分布， 从而改善了码流的一些特性。 4.3.2 mBnB码 1.定义：mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内输出。这种码型是把mB变换为nB，所以称为mBnB码，其中m和n都是正整数， nm，一般选取n=m+1。 2. mBnB码编码原理 “码字数字和”(WDS) ：nB码的选择原则是——尽可能选择|WDS|最小的码字， 禁止使用|WDS|最大的码字。 3.mBnB码的特点 4. 编译码器 两种编译码电路 4.3.1 插入码 1.定义：插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB)-一组，然后在每组mB码末尾按一定规律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路码流。 2.分类：根据插入码的规律，可以分为mB1C码、mB1H码和mB1P码。 3. 插入码的编码原理 4. 编译码器 2、线性通道 由光电检测器、前置放大器、主放大器和均衡器构成的这部分电路称为线性通道。在光接收机中，线性通道主要完成对信号的线性放大，以满足判决电平的要求。 前置放大器 1、等效电路 2、接收机前端设计 （1）系统图 2、接收机前端设计 (2)跨阻抗放大器：跨阻抗前置放大器的电路图 2、接收机前端设计 (3)接收光功率与反馈电阻的关系 2、接收机前端设计 (4)几个应用实例 4.2.2 噪声特性 光接收机的噪声有两部分： 一部分是外部电磁干扰产生的， 这部分噪声的危害可以通过屏蔽或滤波加以消除； 另一部分是内部产生的，这部分噪声是在信号检测和放大过程中引入的随机噪声，只能通过器件的选择和电路的设计与制造尽可能减小， 一般不可能完全消除。 我们下面要讨论的噪声是指内部产生的随机噪声。 光接收机噪声的主要来源是光检测器的噪声和前置放大器的噪声。因为前置级输入的是微弱信号，其噪声对输出信噪比影响很大，而主放大器输入的是经前置级放大的信号，只要前置级增益足够大，主放大器引入的噪声就可以忽略。 4.2.3 误码率 1、原因： 由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程， 其取样值是随机变量，因此在判决时可能发生误判，把发射的“0”码误判为“1”码，或把“1”码误判为“0”码。 2、定义： 接收机对码元误判的概率称为误码率(在二元制的情况下，等于误比特率，BER)， 用较长时间间隔内，在传输的码流中，误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。 图示：码元被误判的概率， 可以用噪声电流(压)的概率密度函数来计算。 说明：如图所示，I1是“1”码的电流，I0是“0”码的电流。 Im是“１”码的平均电流，而“0”码的平均电流为0。D为判决门限值，一般取D=Im/2。 误码率和Q的关系 4.2.4 灵敏度 1、灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。 2、灵敏度Pr的定义是， 在保证通信质量(限定误码率或信噪比)的条件