光纤通信技术：光端机.docx

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1、光端机5.1 线路编码光发射机5.2 光接收机光中继器2.1线路编码当前，光纤通信系统普遍采用数字编码和强度调制-直接检测（IM-DD）通信系统，其基 本结构如下列图所示：光纤通信系统基本结构在数字光纤通信系统中，光端机的接口有电接口和光接口。电接口与PCM 终端机相连，因而其接口码型应选择与PCM终端机的接口码型一致。ITU-T规 定的PCM通信系统中的接口速率和码型如下表所示：速率等级基群二次群三次群四次群接口码速率（Mbit/s）2.0488. 44834. 368139.264接口码型HDB3HDB3HDB3CMIHDB3不适合直接在光纤通信系统中传输，因此必须进行码型变换，以适合于数

2、字光纤 通信系统传输的要求。3 数字光纤通信系统对线路码型的基本要求是保证传输的透明性，具体要求有：防止信码流中出现长连“0”或长连“1”，以利于收端时钟提取。能进行不中断业务的误码监测。尽量减少信码流中直流分量的起伏。数字光纤通信系统常用的线路码型有：加扰二进码、mBnB码和插入比特码。4 .1.1加扰二进码为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调制器前，需要附加一个扰码器，将原 始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列。常用的为D触发器和异或门组成的七 级扰码器。相应地，在光接收机的判决器之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列。加扰二进码是把信息序列按一定规那么进行扰码，使线路码流中“0

3、”码和“1”码 出现的概率大致相等，因此码流中不会出现长连“0”和长连“1”的情况，从而有利于接收 端提取时钟信号。但是这种码型中没有引入冗余码，因此不能进行在线误码监测。6.1.2 mBnB 码将码流中m个码元分为一组，用与之对应的n个码元代替，这种码型称为mBnB码。此处nm, n与m皆为整数，如1B2B码、3B4B码、5B6B码、6B8B码、5B7B码等。5 .1.3插入比特码插入比特码是在mB的基础上加上一个插入码，即“mB” + “插入码”。根据插入码的用途不同，可以分为mBIP码、mBIC码和mBIH码等。LmBlP码（奇偶校验码）在mBIP码中，P码称为奇偶校验码，它可以把m位原

4、码通过末位插入P码，校正为偶 数码或奇数码。7P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，以6B1P为例：6B 码：110101 000111101110 0011016B1P 码：1101011 0001110 1011101 0011010当检测到m + 1个码内“1”码的个数为奇数时，那么认为无误码。1） 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，以6B1P为例：6B 码：110101 000111101110 0011016B1P 码：1101010 0001111 1011100 0011011当检测到m + 1个码内“1”码的个数为

5、偶数时，那么认为无误码。8.mBlC码C码称为反码，它是mB码中最后一位（第m位）的反码。假设第m位码为“1”，那么C 码编为“0”;反之那么编为“1”,下面以4B1C为例：C码的作用是引入冗余码，可以进行不中断业务的在线误码监测；同时可以 抑制连“0”或连“1”数，抑制功率谱中的高低频成分，有利于定时提取。2 .mBIH 码mBIH码是在m个信息码后面插入一个混合码（H码）所形成的线路码型。我国采用的mBIH码有1B1H码、4B1H码和8B1H码。下面以4B1H码为例讲解mBIH 码的编码规那么和特点。9一个完整的4B1H编码序列为：F14BC4B S14BC4B S24BC4B S34BC

6、4B F24BC4B S44BC4B S54BC.4B1H 码一帧的帧长为 16X10=160bit （而 8B1H 那么为 32X 18=576bit）,即 4B1H 码一帧 中应包含如下码元：帧同步码（Fl、F2、F3、F4）： 4个30 路区间通信码（S1、S3、S4、S6、S7、S9、S10 S12）： 8 个数据码（S2、S8）： 2个检测码（S5）、公务码（S11）：各1个B码（即原始数码流）:16X8=128 bitC码（末位反码）：16X1=16 bit码速为输入码速的5/4倍。104B1H码的基本结构如下列图所示：115.2光发射机在光纤通信系统中，光发射机的作用是把从电端机

7、送来的电信号依次进行码型变换、电 /光转换，最后将光信号耦合入光纤线路进行传输。5.2.1 要求.有合适的输出光功率1 .有较好的消光比.调制特性要好2 .光源的发射波长要合适123 .2.2光发射机的基本组成数字光发射机的基本组成，主要包括两局部：输入电路（输入盘）和电光转换电路（发 送盘）。输入电路包括均衡放大、码型变换、扰码、编码、时钟提取；电光转换电路包括光 源、光源的调制（驱动）电路、光源的控制电路及光源的监测和保护电路等。数字光发射机 的结构如下列图所示：13数字光发射机各局部电路的功能如下：1 .均衡放大由PCM电端机送来的电信号首先要进行均衡放大，用以补偿电缆传输所产生的衰减和

8、 畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。2 .码型变换由均衡器输出的仍然是HDB3码或CMI码，这两种码型都不适合在光纤通信系统中传输, 需要将其变换为不归零码（即NRZ码），以适应光发射机的要求。3 .扰码扰码可防止信号码流中出现长连“1”或长连“0”的情况，利于收端从线路数码流 中提取时钟。14.时钟提取由于码型变换和扰码以及编码过程都需要以时钟信号作为依据，因此，在 均衡放大之后，由时钟提取电路提取PCM中的时钟信号，供给码型变换、扰码 和编码电路使用。5编码经过扰码后的数码流中“0”和“1”出现概率大致相等，但它不能进行不中断业务的误 码监测（即在线误码检测），编码

9、的目的是将数码流变为适合在光纤线路中传送的线路码型， 同时又能进行不中断业务的误码监测。6 .驱动（调制）电路光源驱动电路又称调制电路，是光发射机的核心。它用经过编码后的数字信 号对光源进行调制，让光源发出的光信号强度随电信号码流的变化，形成相应的 光脉冲送入光纤，即完成电/光转换任务。157 .光源光源的作用是产生作为光载波的光信号，并作为信号传输的载体携带信号在光纤传输线路中传送。8 .辅助电路为了保证激光器有稳定的输出光功率和波长，需要各种辅助电路，例如功率控 制电路、温度控制电路、限流保护电路和各种告警电路等对激光器进行自动控制。 16光发射机的主要指标光发射机的主要指标有平均输出光功

10、率、消光比EXT等。L光发射机的平均输出光功率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，平均 输出光功率的单位是“dBm”。2.消光比EXT消光比是光发射机发全“1”码时的输出光功率和发全“0”码时的输出光功率之比。消 光比的大小有两种意义：反映光发射机的调制状态。消光比太大，说明光发射机调制不完善，光电转换 效率低，影响通信系统传输速率。影响接收机的灵敏度。消光比太小，接收机的灵敏度就下降很大。175.3光接收机光接收机的主要作用是将经光纤传输后幅度被衰减、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

11、，输 入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGO保证稳定的输出。18光接收机的基本组成数字光接收机的基本组成，主要包括两局部内容：接收电路（接收盘）和输出电路 （输出盘）。接收电路包含光电检测器、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（AGO电路；输出电路主要包含解码、解扰、编码电路等等。 数字光接收机的结构如下列图所示：19数字光接收机各局部电路的功能如下：1 .光电检测：将光信号检测成电信号。2 .前置放大：转换后的电信号非常弱，因此需要由前置放大器和主放大器进 行两级放大。3,主放大：用来提供高的增益，将前置放大器的输出信号放大到适合于判决 电路所需

12、的电平；输出信号一般为13V。4,均衡：对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行整形，使之成为最有利 于判决、码间干扰最小的升余弦波形。20.判决器和时钟恢复电路判决器和时钟恢复电路共同构成脉冲再生电路，作用是将均衡器输出的升余弦信号恢复 为“0”或“1”的数字信号。5 .自动增益控制光接收机的自动增益控制（AGO,就是利用反应环路来控制主放大器的增益。光接收机的主要指标数字光接收机的主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。1 .光接收机灵敏度接收机灵敏度是指在满足给定误码率指标的条件下，光接收机正常工作时所必须的 最低接收光功率。21.动态范围光接收机的动态范围是指在满足给定误码率指标的条件下，

13、光接收机正常工作时所 能承受的接收光功率的波动范围。光接收机的动态范围的计算方法为：接收机最大允许输入光功率(dBm)与最小输入光 功率(dBm)之差(dB)oD = 101g (Pmax/lmW) 101g (Pmin/lmW)=101g (Pmax/ Pmin) (dB)225.4光中继器光中继器的主要作用是将接收到的光信号进行放大、整形、再生，然后将再生信号发送到下一段光缆线路，以延长光纤通信系统的传输距离。光中继器在进 行长距离光通信传输时，是保证高可靠性和高质量传输的重要组成局部。光纤通信系统中的光中继器主要有两种：一种是传统的光中继器(即光一电 一光中继器)，另一种是全光中继器。2

14、3传统的光一电一光中继器,是由一个没有码型反变换且能完成光一电变换的光接收端机、 电放大器和一个没有码型变换且能完成电一光变换的光发送端机组成。其原理是将接收到的 微弱光信号用光电检测器转换成电信号后进行放大、整形和再生后，恢复出原来的数字信号， 然后再对光源进行调制，变换为光脉冲信号后送入光纤，其结构如下列图所示：5.4.1 光一电一光中继器245.4.2 全光中继器全光中继器即光一光中继器，也就是光放大器。光放大器省去了光一电转换过程，可以对光信号直接进行放大。因此结构比拟简单， 有较高的效率，在DWDM系统中广泛应用。在光放大器中，掺银光纤放大器应用最为广泛， 它具有高增益、低噪声、对偏振不敏感、放大器频带较宽等优点，可在光纤线路中代替目前 广泛使用的光一电一光中继器，其工作原理如下列图所示：25