第五章 光纤通信系统课件.pptVIP

第五章 光纤通信系统 5.1 光发射机 5.2 光接收机 5.3 光中继器 5.4 线路编码 5.1 光发射机 光发送机的基本组成 （1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。 （2）码型变换：将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。 （3）扰码：使信号达到“0”、“1”等概率出现，利于时钟提取。 （4）时钟提取：提取PCM中的时钟信号，供给其它电路使用。 （5）编码：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）调制（驱动）电路：完成电/光变换任务。 （7）光源：产生作为光载波的光信号。 （8）温度控制和功率控制： 稳定工作温度和输出的平均光功率。 （9）其他保护、监测电路：如光源过流保护电路、无光告警电路、LD偏流（寿命）告警等。 自动温度控制（ATC） 无光告警 寿命告警 5.2 光接收机 光接收机作用是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，再生成与发送端相 同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益 控制电路（AGC）保证稳定的输出。 5.2.1 光接收机的基本组成 光电检测器 光电检测器是光接收机的第一个关键部件，其作用是把接收到的光信号转化成电信号。目前在光纤通信系统中广泛使用的光电检测器是PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD。 对光电检测器的基本要求是高的转换效率、低的附加噪声和快速的响应。由于光电检测器产生的光电流非常微弱（nA ~ μA），必须先经前置放大器进行低噪声放大，光电检测器和前置放大器合称为光接收机前端。前端的性能是决定光接收机灵敏度的主要因素。 前置放大器 前置放大器在减弱或防止电磁干扰和抑制噪声方面起着特别重要的作用，所以精心设计前置放大器就显得特别重要。 光电二极管把光比特流转变成随时间变化的电信号。前置放大器的作用是放大该电信号，以供主放大器进一步放大和处理。 前置放大器的设计要求在带宽和灵敏度之间进行折衷。 光接收机前置放大器等效电路 转移阻抗前置放大器 负载电阻跨接到反向放大器的输入和输出端，尽管RL仍然很大，但负反馈使输入阻抗减小了G 倍，因此带宽也比高阻抗放大器的扩大了G 倍。 它的灵敏度高、频带宽。动态范围也比高阻抗前置放大器的大。因此光接收机常使用这种结构的前放。 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输出信号 放大到判决电路所需的信号电平。并通过它实现 自动增益控制（AGC），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。 前置放大器的输出信号电平一般为mV量级，而 主放大器的输出信号一般为1V ~ 3V（峰—峰值）。 均衡器 均衡器的作用是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。 均衡器的输出信号通常分为两路，一部分用于判决；一部分用于AGC电路 数据恢复 数据恢复电路包括判决电路和时钟恢复电路。 它的任务是把均衡器输出的升余弦信号恢复成数字信号。 首先要提取时钟信号，在最佳的取样时间对升余弦信号进行取样，然后将取样幅度与判决阈值进行比较，确定码元是“0”还是“1”，从而把升余弦波形恢复再生成原传输的数字信号。 最佳的判决时间应是升余弦波形的正负峰值点，这时取样幅度最大，抵抗噪声的能力最强。 选取最佳的判决时间 自动增益控制 光接收机的自动增益控制（AGC），就是利用反馈环路来 控制主放大器的增益。在采用雪崩光电二极管（APD）的 接收机中还通过控制雪崩管的高压来控制雪崩管的雪崩增 益。当信号强时，则通过反馈环路使上述增益降低；当信 号变弱时，则通过反馈环路使上述增益提高，从而达到使 送到判决器的信号稳定，以利于判决。 5.2.2 光接收机的噪声 光接收机的噪声包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪 声。 光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声。 电路噪声主要是前置放大器的噪声。前置放大器的噪声包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。 光接收机的噪声 （1）量子噪声：是指当一个光电检测器受到外界光照，其光子激励而产生的光生载流子是随机的，从而导致输出电流的随机起伏。这是检测器固有的噪声。 （2）暗电流噪声 暗电流是指无光照射时光电检测器中产生的电流。由于激励出的暗电流是浮动的，就产生了噪声，称为暗电流噪声。 （3）雪崩管倍增噪声 由于雪崩光电二极管的雪崩倍增作用是随机的，这种随机性，必然要引起雪崩管输出信号的浮动，从而引入噪声。 （4）光接收机的电路噪声 主要指前置放大器噪声