光纤通信技术-第04章讲义.ppt

第4章 光纤通信系统 ;光纤通信系统可以分为： 外调制系统（间接调制）：不对光源进行调制，而是在光源后面加调制器。 内调制系统（直接调制、强度调制）：用信号直接调制光源的发光强度。 本章讨论强度调制—直接检波（Intensity Modulation-Direct Detection, IM-DD)光纤通信系统。;光纤通信系统的组成 光纤通信系统由光纤、光端机、中继器组成。 光端机包含光发射机和光接收机两部分 通信距离长时还要加光中继器。 光发射机完成E/O转换，光接收机完成O/E转换，光纤实现光信号的传输，光中继器延长通信距离。 ;4.1.1 光纤通信中的线路码型;4.1.2 IM-DD光纤通信系统的结构;1．光发射机;1．光发射机;调制;数字光发射机的组成 间接调制光发射机;光源及调制 光源的作用是产生作为光载波的光信号，对光源的要求是： 光的中心波长应在0.85?m、1.31?m和1.55?m附近。光谱的谱线宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制。 电/光转换效率高，发送光束方向性好，以提高耦合效率。 调制速率高或响应速度快，以满足高速、大容量传输的要求。 温度稳定性好，可靠性高，寿命长。 体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。;1．光发射机;1．光发射机;1．光发射机;1．光发射机;自动功率控制 自动功率控制(APC)电路将保持光源输出功率的稳定。;1．光发射机;1．光发射机;1．光发射机;光接收机的基本组成 IM-DD光接收机由光电检测器、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）电路等组成。;2．光接收机;;光接收机各组成部分介绍 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。 在工作波长上应有足够高的响应度，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。 波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容。 有足够高的响应速度和足够的工作带宽。 产生的附加噪声要尽可能低，以保证极微弱光信号的接收。 光电转换线性好，保真度高。 工作性能稳定，可靠性高，寿命长。 功耗和体积小，使用简便。;光接收机各组成部分介绍 前置放大器 前置放大器的作用是把从光纤收到的微弱光电信号进行第一级放大。因此，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，以保证好的信噪比。 前置放大器的类型有3种：低阻抗前置放大器、PIN-FET（PIN管加场效应管）前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）。;光接收机各组成部分介绍 前置放大器——1319型高速光接收器;光接收机各组成部分介绍 主放大器 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信号放大到判决电路所需的电平。 通过自动增益控制（AGC），使输入光信号在一定范围内变化时，保持输出电信号恒定。;光接收机各组成部分介绍 均衡器 矩形脉冲信号的频谱为无限宽，经传输后将产生脉冲拖尾现象 拖尾将干扰相邻码位，导致相邻码位的码值误判 (码间串扰） 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。;光接收机各组成部分介绍 再生电路 再生电路由判决器和时钟恢复电路组成，任务是（1）生成时钟信号、（2）把均衡器输出的信号恢复成理想数字信号。 再生电路的核心是生成时钟信号，以保证得到判决的正确时钟。;光接收机各组成部分介绍 再生电路 可见，时钟的正确与否将导致判决是否出错。 典型的时钟恢复原理框图如下，各点波形如右图所示。;光接收机各组成部分介绍 自动增益控制（AGC） 光接收机的动态范围D：在保证系统误码率指标要求下，光接收机的最低输入光功率（Pmin,dBm,毫瓦分贝）和最大允许输入光功率（Pmax,dBm，毫瓦分贝）之差称为动态范围。;光接收机各组成部分介绍 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，其效果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。;数字光接收机主要指标 光接收机的灵敏度：在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 ;3. 光纤通信系统;光中继器 光信号在传输过程会出现两个问题： 光纤的损耗特性使光信号的幅度衰减，限制了光信号的传输距离； 光纤的色散特性使光信号波形失真，造成码间串扰扰，使误码率增加。 以上两点不但限制了光信号的传输距离，也限制了光纤的传输容量。为增加光纤的通信距离和通信容量，需要设置光中继器。;光中继器 光中继器的功能 补偿衰减的光信号 对畸变失真的信号波形进行整形。 光中继器主要有两种： 传统的光中继器（即