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第七章 光纤传输系统 ? 概述 ? 光调制 ? 电复用光纤传输系统 ? 光复用光纤传输系统 ? 相干光波通信系统 ? 光纤孤子实验系统 7.1 概述 7.1.1 调制 7.1.2 编码 7.1.3 复用 7.1.1 调制 调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位的过程。调制分相干调制和非相干调制； 非相干调制---改变载波的幅度； 相干调制---改变载波的频率或相位； 光通信系统中非相干调制有直接调制和外调制两种； 直接调制---信息直接调制光源的输出光强； 外调制---信息通过外调制器对连续输出光进行调制； 迄今为止，所有实用化的光纤系统都是采用非相干的强度调制-直接检测(IM/DD)方式，这类系统成熟，简单，成本低，性能优良，巳经在电信网中获得广泛的应用，并仍将继续扮演主要的角色。 IM/DD方式（Intensity Modulation with Direct Detection） 在发送端，电信号直接调制（IM）光载波的强度 在接收端，光信号被光电二极管直接探测（DD），从而恢复发射端的电信号。 图7.1.1 光通信采用的调制方式 图7.1.2 IM/DD方式实现图解 例题7.1.1 脉冲信号对光强度调制 7.1.2 编码 对数字信号进行编码的理由是： (1)为了使接收再生电路把相位或频率锁定到信号定时上； (2)因为光接收机采用电容耦合，接收机不能对直流和低频分量响应，使长连零信号的幅度逐渐下降，经判决电路后会产生误码，如图7.1.3所示。 图7.1.3 光接收机电容耦合使长连零信号幅度下降导致判决产生误码 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。 这样既有利于时钟提取，也不会产生因长连零信号幅度下降使判决产生误码。 图7.1.4 两种二进制编码 SDH干线采用扰码的NRZ码 大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码，如 SDH 干线。 这种码型最简单，带宽窄，SNR 高，线路速率不增加，没有光功率代价，无需编码，只要一个扰码器即可，使其最适合长距离系统应用。 7.1.3 复 用 信道复用是为了便于光纤传输，把多个低容量信道以及开锁信息，复用到一个大容量传输信道的过程。 在电域内，信号复用可分为时分复用（TDM）、频分复用（FDM）和码分复用(CDM)； 在光域内，信号复用有光时分复用（OTDM）、光频（波）分复用（OFDM，WDM）和光码分复用(OCDM)。 光纤通信系统为了充分发挥其宽带的优点，允许复用多个信道到一根光纤上。因此，复用后的多个信道共享光源的光功率和光纤的传输带宽。 副载波调制（SCM） 副载波调制是首先用信息信号调制一个比基带信号最高频率高几倍的载波 然后用该载波信号再去调制光波。 因为信号是用光波传输的，载波对光波而言只扮演着副载波的作用，所以这种技术就称为副载波调制（SCM，Subcarrier modulation）。 SCM分类 模拟调制 用输入模拟信号调制高频正弦波的过程叫模拟调制。在接收端基带信号的恢复是通过低通滤波器，滤除所有的高频成分而得到的。 频率调制 它是保持正弦载波的幅度不变，改变它的频率，使其成为输入信号电压的函数。 相位调制 它是保持正弦载波的幅度和频率不变，改变它的相位，而使其输出调制信号为输入信号电压的函数。 7.2 光 调 制 直接强度调制 （IM） 模拟 数字 模拟强度调制 数字强度调制 当调制信号是数字信号时，调制原理与模拟强度调制相同，只要用脉冲波取代正弦波即可。但是工作点的选择不同，模拟强度调制选在 P- I 特性的线性区；而数字调制选在阈值点。 7.3 电复用光纤传输系统 图7.3.1 电频分复用光纤传输系统原理图 微波副载波复用（SCM） SCM （Subcarrier Multiplexing）是一种新的、结合现有微波和光通信技术的通信系统。 众所周知，微波通信是使用多个微波载波经同轴电缆或自由空间传输多个信道（电频分复用）的技术。使用同轴电缆传输多信道微波信号时，总带宽限制在 1 GHz以下。 然而，若使用光纤传输，信号带宽则可以超过10 GHz。 SCM 信号用光波传输，微波载波对光载波而言只扮演着副载波的作用，所以这种技术就称为微波副载波复用 （ SCM ）。 SCM 原理 副载波复用的特点 (1) 由于微波只作为光传输的副载波，因而信号不再经空中传播，而是经一个封闭的、稳定的光纤信道传输，从而避免了与其他微波互相干扰的问题。不发送微波信号到空间，也避免了日益拥塞的微波频道资源分配和批准问题。 (2) 由于一个光通道可以承载多个微波副载波信道，每个副载波又可以分别传送各种不同类型的业务信号，彼