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1、第十章 光端机的工作原理主要内容光端机的组成以PDH光端机设备为例光端机框图光发送机与光接收机统称为光端机。光端机位于电端机和光发送机与光接收机统称为光端机。光端机位于电端机和光线传输线路之间。光线传输线路之间。光纤通信系统组成光纤通信系统组成光纤通信系统主要包括光纤（光缆）和光端机。每一部分光纤通信系统主要包括光纤（光缆）和光端机。每一部分光端机又包含光发送机和光接收机两部分，通信距离长时光端机又包含光发送机和光接收机两部分，通信距离长时还要加光中继器。光发送机完成还要加光中继器。光发送机完成E/OE/O转换，光接收机完成转换，光接收机完成O/EO/E转换，光纤实现光信号的传输，光中继器延长
2、通信距转换，光纤实现光信号的传输，光中继器延长通信距离。离。10.1 10.1 光发送机光发送机 作用：作用：是把从电端机送来的电信号转变成光信号，并送入光纤线路进行传输。对光发送机的要求要求：（1）有合适的输出光功率；（2）有较好的消光比；（3）调制特性要好 除此之外，还要求电路尽量简单、成本低、稳定性好、光源寿命长等。光发送机的基本组成光发送机的基本组成（1 1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。（2 2）码型变换：将）码型变换：将HDB3HDB3码或码或CMICMI码变换成为码变换成为NRZNRZ码。码。（3 3）复用：用一个大传输
3、信道同时传送多个低速信号的过）复用：用一个大传输信道同时传送多个低速信号的过程。程。（4 4）扰码：使信号达到）扰码：使信号达到“0”“0”、“1”“1”等概率出现，利用时等概率出现，利用时钟提取。钟提取。（5 5）时钟提取：提取）时钟提取：提取PCMPCM中的时钟信号，供给其它电路使用。中的时钟信号，供给其它电路使用。（6 6）调制（驱动）电路：完成电）调制（驱动）电路：完成电/光变换任务。光变换任务。（7 7）光源：产生作为光载波的光信号。）光源：产生作为光载波的光信号。（8 8）温度控制和功率控制：稳定工作温度和输出地平均光）温度控制和功率控制：稳定工作温度和输出地平均光功率。（功率。（
4、9 9）其他保护、监测电路：如光源过流保护电路、）其他保护、监测电路：如光源过流保护电路、无光告警电路、无光告警电路、LDLD偏流（寿命）告警等。偏流（寿命）告警等。光源的调制光源的调制 光源的作用光源的作用是产生作为光载波的光信号，对光源的要求要求是：（1）发送光波的中心波长在3个低窗口附近（2）电/光转换效率要高（3）允许的调制速率要高或响应速度要快（4）器件的温度稳定性好，可靠性高，寿命长（5）器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜 光源的调制光源的调制：直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。直接调制直接调制：将电信号直接注入光源，使其输出地光载波信号的强度随调制信号的变化而变化，
5、又称内调制。间接调制间接调制：不直接调制光源，而是利用晶体的电光、磁光和声光特性对LD所发出的光载波进行调制，即光辐射之后再加载调制电压，使经过调制器的光载波得到调制，这种调制方式又称作外调制。调制电路及自动功率控制调制电路及自动功率控制APCAPC共射极LED驱动电路 由三极管组成的共发射机驱动电路，这种驱动电路主要用于以LED作为光源的数字光发射机，适用于10Mbit/s以下的低速率系统。射极耦合跟随器LD驱动电路 适用于LD系统使用。这种电路为恒流源，电流噪声小，缺点是动态范围小，功耗较大。反馈稳定LD驱动电路 利用反馈电流使输出光功率稳定的LD驱动电路，APCAPC电路原理图电路原理图
6、温度特性及自动温度控制温度特性及自动温度控制温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流阈值电流IthIth和量子效率产生。温度对输出光脉冲的另一个影响是结区热效应。即使环境温度不变，由于调制电流调制电流的作用的作用，引起激光器结区温度的变化，因而使输出光脉冲的形状发生变化。ATCATC光源的自动温度控制ATC原理框图ATCATC电路原理图电路原理图注：注：温度控制只能控制温度变化引起的输出光功率的变化，不能控制由于器件老化而产生的输出功率的变化。对于短波长激光器短波长激光器，一般只需要自动功率控制电路即可。对于长波长激光器长波长激光器，由于其阈值电流随温度的漂移较大，因此，一般还需要加自动温
7、度控制电路，以使输出光功率达到稳定。10.2 10.2 光接收机光接收机 作用作用：将光纤传输后的幅度被衰减、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，再生后与发送端相同的电信号，输入到电接收端，并且用AGC保证稳定的输出。光接收机的基本组成光接收机的基本组成1 1、光电检测器、光电检测器 作用作用：把光信号变换为电信号的关键器件，对其要求要求：（1）在系统的工作波长上要有足够高的响应度。（2）波长响应度要和光纤的3个低损耗窗口兼容。（3）有足够高的响应速度和足够的工作带宽。（4）产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号。（5）光电转换线性好，保真度高
8、。（6）工作性能稳定，可靠性高，寿命长。（7）功耗和体积小，使用简便。光电检测器决定着光接收机的灵敏度灵敏度。2 2、放大器、放大器前置放大器和主放大器前置放大器和主放大器 前置放大器，前置放大器，与光电检测器共同组成光与光电检测器共同组成光接收机的前端。对其要求是较低的噪声、较宽的接收机的前端。对其要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增益。带宽和较高的增益。主放大器，主放大器，一般为多级放大器，功能只一般为多级放大器，功能只要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的信号电平。并通过出信号放大到判决电路所需的信号电平。并通过它
9、实现自动增益控制（它实现自动增益控制（AGCAGC），以使输入光信号在），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。主放大器和主放大器和AGCAGC决定着光接收机的决定着光接收机的动态范围动态范围。3 3、均衡器、均衡器 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。4 4、再生电路、再生电路 任务是把放大器输出地升余弦波恢复成数字信号。由判决器和时钟恢复电路组成。5 5、AGCAGC 利用反馈环路来控制主放大器的增益。作用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。光接收机的噪声光接收机的噪声光接收
10、机的主要指标光接收机的主要指标保证系统误码率指标的条件下：保证系统误码率指标的条件下：BER=BER=误码码元数误码码元数/传输总码元数传输总码元数（1）光接收机的灵敏度（2）光接收机的动态范围（3）AGC，增加了光接收机的动态范围10.3 PDH光端机设备举例码型 常用的插入码是mB1H码，有1B1H码、4B1H码和8B1H码。以4B1H码为例：优点：是码速提高不大，误码增值小；可以实现在线误码检测、区间通信和辅助信息传输。缺点：码流的频谱特性不如mBnB码。但在扰码后再进行4B1H变换，可以满足通信系统的要求。两种体制为了在同一信道中增加通信容量（即在同一信道中容纳更多的用户数量和信号类型
11、），必须采用多路复接的方法，提高传输速率。目前，大容量的数字光纤通信系统均采用同步时分复用（TDM）技术，并存在着两种传输体制：准同步数字通信系统（PDH）和同步数字通信系统（SDH）。概念PDH：在进行复接时，如传输设备的各支路码位不同步，在复接前必须调整支路码率，使之严格相等，这样的复接系列就称为PDH。SDH：在进行复接时，如传输设备的各支路码位同步的，只要将各支路码元直接在时间压缩、移向后进行复接就行了，这样的复接系列称为SDH。光纤通信系统的构成电收发端机：输入输出接口：光端机：光缆和光中继器：PDH准同步数字系列标称速率相同、实际允许有一定偏差的数字系列，称为准同步数字系列，记为P
12、DH。一次群偏差5010-6二次群偏差3010-6 三次群偏差2010-6 四次群偏差1510-6PDH系列分为两种制式，一种是以1544kb/s为第一级比特率而构成的，另一种是以2048kb/s为第一级比特率而构成的。我国使用后一种制式，其基群、二次群、三次群、四次群的速率依次为2048kb/s、8448kb/s、34368kb/s、139246kb/s，话路容量依次为30、120、480、1920路。基群（一次群）：30个中继话路。速率2M/b/s，即2048kb/s二次群：120个中继话路，速率8M/b/s 即8448kb/s三次群：480个中继话路，速率34M/b/s即34368kb/
13、s四次群：1920个中继话路，速率即140M/b/s，139246kb/sPDH长途光缆通信系统的构成 上图是一个完整的四次群光纤通信系统。由PCM基群复用设备、高次群数字复接设备、光端机、光中继器和光缆等部分组成。接口064kb/s接口12048kb/s接口28448kb/s接口334368kb/s接口4139264kb/s1 基群复用设备，作用是在发射端对语音信号进行取样、量化、编码，然后复接。2 高次群复用设备：包括二次群复用设备、三次群复用设备、四次群复用设备等，作用是将低次群信号复接成高次群信号和将高次群信号分接成低次群信号。跳群复用设备：将相隔一个群次的群信号直接复接和分接的复用设备，跳过了中间的一个群次。OPTIMUX-H设备中包含哪些机盘？各机盘的作用是什么？OPTIMUX-H设备使用的什么线路码型？使用这种码型有什么优点？OPTIMUX-H设备使用的最高线路速率是什么？使用这种速率有什么优点？