數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)課程設(shè)計匯本

1、 1 / 14課程設(shè)計課程設(shè)計班班 級：級：姓姓 名：名：學(xué)學(xué) 號：號：指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：成成 績：績：目錄目錄THE DIGITAL OPTICAL FIBER TRANSMISSION SYSTEM31. 引言 41.1 設(shè)計設(shè)計背景背景 41.2 光光纖纖通信技通信技術(shù)術(shù) 41.2.1 光纖通信概念 41.2.2 光纖通信發(fā)展 41.3 數(shù)字光數(shù)字光纖傳輸纖傳輸?shù)牡膬?yōu)優(yōu)點點 51.4 光光纖纖通信技通信技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展前景展前景 62.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計 7光纖光纖課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院通信工程系通信工程系 2 / 142.1 數(shù)字光數(shù)字光纖傳輸

2、纖傳輸?shù)膬煞N體制的兩種體制 72.1.1 準(zhǔn)同步數(shù)字系列 PDH82.1.2 準(zhǔn)同步數(shù)字系列 SDH82.2 整體整體設(shè)計設(shè)計 102.3 光光發(fā)發(fā)射機(jī)射機(jī) 112.3.1 光源 112.3.2 調(diào)制電路和控制電路 112.3.3 線路編碼電路 122.4 光接收機(jī)光接收機(jī) 132.4.1 光檢測器 132.4.2 放大器 142.4.3 均衡和再生 143.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)分析 143.1 性能指性能指標(biāo)標(biāo) 143.2 系系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)設(shè)計分析分析 153.2.1 中繼距離受損耗的限制 153.2.2 中繼距離受色散(帶寬)的限制 164總結(jié)總結(jié) 16摘要：隨著數(shù)字技術(shù)和光纖通信技術(shù)各自的進(jìn)步，

3、以及社會對于光纖集成網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)資源共享的要求日益增長，數(shù)據(jù)與光纖通信技術(shù)也已緊密地結(jié)合起來，成為了社會的強(qiáng)大物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代社會，數(shù)字光纖通信已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到了社會各個領(lǐng)域中。光纖通信系統(tǒng)最重要的部分是光發(fā)射機(jī)、信道和光接受機(jī)三個模塊。通過各種光電 3 / 14設(shè)備連接成 SDH 同步數(shù)字序列的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)，最后在分析指標(biāo)與設(shè)計性能方面驗證了系統(tǒng)的合理性。關(guān)鍵詞：光纖通信技術(shù)、數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)、SDH 同步數(shù)字序列、性能指標(biāo)The digital optical fiber transmission systemAbstract:With the development of dig

4、ital technology and optical fiber munication technology and their progress, and the society for optical integrated network to realize resource sharing requirements increasing, data and optical fiber munication technology has been closely bined, bee societys powerful corporeal technology base. In mod

5、ern society, digital optical fiber munication has been increasingly applied to all areas of society.Optical fiber munication system is the most important part of the optical transmitter, channel and optical receiver module three. Through a variety of optoelectronic devices connected to SDH synchrono

6、us digital series digital optical fiber transmission system, in the final analysis indexes and design performance with respect to verify the rationality of the system.Key words: optical fiber munication technology, digital optical fiber transmission system, SDH synchronous digital sequence, performa

7、nce index1. 引言1.1 設(shè)計背景光纖通信技術(shù)光纖通信自從問世以來，給整個通信領(lǐng)域帶來了一場革命，它使高速率、大容量的通信成為可能。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點而備受業(yè)人士的青睞，發(fā)展非常迅速。在現(xiàn)代社會，光纖通信越來越多地與另一種通信方式數(shù)字通信聯(lián)系在了一起，二者一同成為辦公自動化，局域網(wǎng)辦公，網(wǎng)絡(luò)資源共享，社區(qū)網(wǎng)絡(luò)通信甚至是建設(shè)信息高速公路的核心技術(shù)。這兩種技術(shù)也成了當(dāng)下的熱門研究課題。1.2 光纖通信技術(shù) 4 / 141.2.1 光纖通信概念所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。要使光波成為攜帶信

8、息的載體，必須對之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測出來。然而，對光波進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，由于目前技術(shù)水平所限，目前大都采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢波方式。又因為目前的光源器件與光接收器件的非線性比較嚴(yán)重，所以對光器件的線性度要求比較低的數(shù)字光纖通信在光纖通信中占據(jù)主要位置。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)送機(jī)、光纖與光接收機(jī)組成。發(fā)送端的電端機(jī)把信息（如話音）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號去調(diào)制發(fā)送機(jī)中的光源器件(LED)，則LED 就會發(fā)出攜帶信息的光波。即當(dāng)數(shù)字信號為“1”時，光源器件發(fā)送一個“傳號”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號為“0”時，光源器件發(fā)送一個“空號” （不發(fā)光） 。光波經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)接收端

9、。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機(jī)，而電端機(jī)再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的信息。就這樣完成了一次通信的全過程。1.2.2 光纖通信發(fā)展通信向大容量，長距離的方向發(fā)展已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢，在社會的進(jìn)步與發(fā)展，以及人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)與文化需求下。由于光波具有極高的頻率（大約3 億兆赫茲） ，也就是說是具有極高的寬帶從而可以容納巨大的通信信息，所以用光波作為載體來進(jìn)行通信一直是人們幾百年來追求的目標(biāo)所在。在60年代中期以前，光圈波導(dǎo)、氣體透鏡波導(dǎo)、空心金屬波導(dǎo)管等，作為傳送光波的媒體以實現(xiàn)通信，因衰耗過大或者造價昂貴而無法實現(xiàn)。1966年7月，華裔學(xué)者高錕在PIEE 雜志上發(fā)表

10、的文章用于光頻的光纖表面波導(dǎo) ，從理論上分析證明了用光纖以實現(xiàn)光通信的可能性，并設(shè)計了通信用階躍光纖。并科學(xué)預(yù)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性，原材料提純，加適當(dāng)摻雜劑，光纖衰耗系數(shù)降低到20dB/km 以下，被譽(yù)為光纖通信的里程碑。1970年美國康寧玻璃公司，用改進(jìn)型化學(xué)相沉積法制造出世界上第一根超低耗光纖，成為光纖通信發(fā)展的導(dǎo)火索。證明了用當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)與工藝方法制造通信用的超低耗光纖是完全有可能的，是光通信研究的重大實質(zhì)性突破。自1970年以后，從光纖的衰耗看：從70年的20 dB/km降至90年的0.14dB/km，這個數(shù)值已經(jīng)接近石英光纖的理論衰耗極限值0.1dB/km。從光器件看

11、：1970年，美國貝爾實驗室研制出世界上第一只在室溫下連續(xù)波工作的砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器，為光纖通信找到了合適的光源器件。后來逐漸發(fā)展到異質(zhì)結(jié)條 5 / 14形激光器、分布反饋式單縱模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW） 。光接收器件從硅PIN 光二極管發(fā)展到雪崩光二極管APD。從光纖通信系統(tǒng)看：從小容量到大容量、從短距離到長距離、從低水平到高水平、從舊體制（PDH）到新體制（SDH）的迅猛發(fā)展。1976年，世界上第一個實用化光纖通信系統(tǒng)。碼率為45Mb/s，中繼距離為10 km。1980 年，多模光纖通信系統(tǒng)商用化（140Mb/s） ，并著手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗工作。1990 年

12、，單模光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用化階段（565Mb/s） ，并著手進(jìn)行零色散移位光纖和波分復(fù)用及相干通信的現(xiàn)場試驗，而且陸續(xù)制定數(shù)字同步體系（SDH）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1993年，SDH 產(chǎn)品開始商用化622Mb/s ，1995年，2.5Gb/s SDH 商用化，1996年，10Gb/s SDH商用化，1997年波分復(fù)用技術(shù)（WDM）的20Gb/s 、40Gb/s SDH 試驗取得突破。此外，在光孤子通信、超長波長通信和相干光通信方面也正在取得巨大進(jìn)展?？傊?，短短不到三十年的時間，但光纖通信技術(shù)卻取得了極其驚人的進(jìn)展。因此，光纖通信技術(shù)并未停滯不前，而是向更高水平、更高階段方向發(fā)展。1.3 數(shù)字光纖傳輸?shù)?/p>

13、優(yōu)點光通信與電通信相比，具有無以倫比的優(yōu)越性。1. 通信容量大一根光纖同時傳輸24 萬個話路的試驗已經(jīng)取得成功，它比傳統(tǒng)的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。一根光纖的傳輸容量如此巨大，而一根光纜中可以包括幾十根甚至上千根光纖，再加上波分復(fù)用技術(shù)，其通信容量之大就更加驚人了。2. 中繼距離長石英光纖具有極低的衰耗系數(shù)0.19dB/km 以下，若配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送與光接收設(shè)備，可使其中繼距離達(dá)數(shù)百公里以上。傳統(tǒng)的電纜、微波等根本無法與之相比的。因此光纖通信特別適用于長途一、二級干線通信。此外，已在進(jìn)行的光孤子通信試驗，全球無中繼的光纖通信目的能實現(xiàn)。3. 性能好光波在光纖中傳輸時只在纖

14、芯進(jìn)行，基本上沒有光“泄露” ，因此其性能極好。4. 適應(yīng)能力強(qiáng)不怕外界強(qiáng)電磁場的干擾、耐腐蝕，可撓性強(qiáng)大于一定彎曲半徑其性能不受影響。5. 體積小、重量輕、便于施工維護(hù) 6 / 14光纜的敷設(shè)方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設(shè)，又可以水底和架空。6. 原材料來源豐富，潛在價格低廉制造石英光纖的最基本原材料是二氧化硅，即砂子是取之不盡、用之不竭的。因此其潛在價格是十分低廉的。1.4 光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景光纖通信雖然僅有近三十年的時間，但光纖通信的技術(shù)無論是光纖制造技術(shù)還是光電器件的制造技術(shù)，以及光纖通信系統(tǒng)水平都取得驚人的進(jìn)展，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信最主要的傳輸手段。光纖的衰耗從20dB/km到現(xiàn)

15、在低于0.14dB/km，已十分接近石英光纖理論衰耗極限0.1dB/km,光纖的帶寬也從10MHZkm 發(fā)展到1000GHZkm 以上。光源器件從結(jié)構(gòu)十分簡單、GaAs 激光器發(fā)展到分布反饋式和多量子阱的單縱模激光器。光纖通信系統(tǒng)的水平的提高，從1976年的45Mb/S發(fā)展到10Gb/S。1985年的多模，1990年單模光纖商用化，而現(xiàn)在技術(shù)更加先進(jìn)的SDH 光纖通信已經(jīng)席卷世界各地。但是，光纖通信的潛力是巨大的，目前的光纖通信應(yīng)用水平是其能力的12左右。因此光纖通信技術(shù)并未停滯不前，而是向更高水平、更高層次的方向發(fā)展。1. 波分復(fù)用技術(shù)（WDM）用一根光纖同時傳輸幾種不同波長的光波以達(dá)到擴(kuò)大

16、通信容量的目的。在系統(tǒng)的發(fā)送端，分系統(tǒng)發(fā)出不同波長的光波1、2、3、4，由合波器合成一束光波進(jìn)入光纖傳輸，在接收端分波器把幾種光波分開，分別輸入到各個分系統(tǒng)的光接收機(jī)。波分復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)是合波器與分波器。2. 相干光通信目前光纖通信都是采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢波的工作方式，光源器件的調(diào)制速率、光接收機(jī)的靈敏度受到局限難以提高，適應(yīng)不了超大容量、超長距離通信的要求。所謂相干光通信，就是在發(fā)端由激光器發(fā)出譜線極窄、頻率穩(wěn)定、相位恒定的相干光，并用先進(jìn)的調(diào)制方法如FSK、ASK 和PSK 對之進(jìn)行調(diào)制。在收端，把由光纖傳輸來的相干光載波與本振光源發(fā)出的相干光，經(jīng)光耦合器后加到光混頻器上進(jìn)行混頻與差頻，然

17、后把差頻后的中頻光信號進(jìn)行放大、檢波。相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)是光源器件、光波的匹配。3. 超長波長光纖通信石英光纖的衰耗已接近理論值，無潛力可挖。研究發(fā)現(xiàn)，氟化物光纖在波長3.4 微米處的衰耗理論值，可低達(dá)0.001dB/km;而金屬鹵化物光纖的衰耗理論值可低達(dá)0.010.00001dB/km，若光纖衰耗小于0.001dB/km，中繼距離可達(dá)三萬多公里，那么實現(xiàn)全球無中繼的光纖通信就會成為現(xiàn)實。 7 / 144. 光集成技術(shù)和電子技術(shù)中的集成電路相類似，微型光學(xué)元件如光源器件、光檢測器件、光透鏡、光濾波器、光柵等集成在芯片上，構(gòu)成復(fù)雜性能的光器件；還和集成電路等電子元件集成在一起形成光電部件如光

18、發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)等。采用光集成技術(shù)，設(shè)備的體積、重量大大減少，提高了穩(wěn)定性與可靠性。5. 光孤子通信通信容量越大，要求光脈沖越窄，如2.5Gb/s 系統(tǒng)的光脈沖寬度約為400ps。窄光脈沖經(jīng)光纖傳輸后因色散使脈沖展寬引起碼間干擾，因此脈沖展寬一直制約大容量、長距離傳輸。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入光強(qiáng)密度足夠大時會引起光脈沖變窄的現(xiàn)象，其光脈沖寬度可低達(dá)幾個ps，即所謂光孤子脈沖。因此用孤子脈沖可以實現(xiàn)超大容量的光纖通信。2.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計2.1 數(shù)字光纖傳輸?shù)膬煞N體制光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時分復(fù)用(TDM)技術(shù)。 復(fù)用又分為若干等級，先后有兩種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)，同步數(shù)字

19、系列(SDH)，隨著光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，PDH遇到了許多困難，美國提出了同步光纖網(wǎng)(SONET)，1988年，ITU-T(原CCITT) 提出了被稱為同步數(shù)字系列(SDH)的規(guī)建議。SDH解決了PDH存在的問題，是一種比較完善的傳輸體制，現(xiàn)已得到大量應(yīng)用。2.1.1 準(zhǔn)同步數(shù)字系列 PDH兩種基礎(chǔ)速率：24路64kbps組成1.544 Mb/s為第一級(一次群，或稱基群)基礎(chǔ)速率，采用的國家有北美和日本；以2.048 Mb/s為第一級(一次群)基礎(chǔ)速率32路64kbps， 歐洲各國和中國。對于以2.048 Mb/s為基礎(chǔ)速率的制式，各次群的話路數(shù)按4倍遞增，速率的關(guān)系略大于4倍。對于以

20、8 / 141.544 Mb/s為基礎(chǔ)速率的制式，在3次群以上，日本和北美各國又不相同， 看起來很雜亂。PDH各次群比特率相對于其標(biāo)準(zhǔn)值有一個規(guī)定的容差，而且是異源的，通常采用正碼速調(diào)整方法實現(xiàn)準(zhǔn)同步復(fù)用。1次群至4次群接口比特率早在1976年就實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，并得到各國廣泛采用。 PDH主要適用于中、低速率點對點的傳輸。在這種形勢下，現(xiàn)有PDH的許多缺點也逐漸暴露出來，主要有： (1) 北美、西歐和亞洲所采用的三種數(shù)字系列互不兼容。 (2) 各種復(fù)用系列都有其相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)，沒有足夠的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計缺乏靈活性。(3) 復(fù)接/分接設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上下話路價格昂貴。2.1.2 準(zhǔn)同步數(shù)字系列 S

21、DH同步數(shù)字系列SDH傳輸網(wǎng)不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸。SDH傳輸網(wǎng)由SDH終接設(shè)備(或稱SDH終端復(fù)用器TM)、分插復(fù)用設(shè)備ADM、數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC等網(wǎng)絡(luò)單元以及連接它們的(光纖)物理鏈路構(gòu)成。圖5.1示出SDH傳輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2-1 SDH傳輸網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)SDH終端的主要功能是，復(fù)接/分接和提供業(yè)務(wù)適配，主要由TM設(shè)備完成。ADM是一種特殊的復(fù)用器，它利用分接功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：一部分直接轉(zhuǎn)發(fā)，另一部分卸下給本地用戶然后信息又通過復(fù)接功能將轉(zhuǎn)，發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出DXC類似于交換機(jī)，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當(dāng)配置可

22、提供不同的端到端連接。 9 / 14SDH傳輸網(wǎng)的連接模型，通過DXC的交叉連接作用，在SDH傳輸網(wǎng)可提供許多條傳輸通道，每條通道都有相似的結(jié)構(gòu)，每個通道(Path)由一個或多個復(fù)接段(Line)構(gòu)成，而每一復(fù)接段又由若干個再生段(Section)串接而成。與PDH相比，SDH具有下列特點：(1) SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級。 最低的等級也就是最基本的模塊稱為STM-1，傳輸速率為155.520 Mb/s； 4個STM-1 同步復(fù)接組成STM-4，傳輸速率為622.080 Mb/s； 16個STM-1 組成STM-16, 傳輸速率為2488.320 Mb/s，以此類推。(2) SD

23、H各網(wǎng)元光接口有嚴(yán)格規(guī)。因此，光接口成為開放接口，利于建世界統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)。 標(biāo)準(zhǔn)光接口綜合進(jìn)各種不同的網(wǎng)絡(luò)單元，簡化硬件，降低成本。(3) 在SDH幀結(jié)構(gòu)中，開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)和管理，便于性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報告等管理功能。 (4) 數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，最小復(fù)用單位為字節(jié)，不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡化復(fù)接分接實現(xiàn)設(shè)備，低速信號復(fù)接成高速信號，高速信號分出低速信號，不必逐級進(jìn)行。(5) 數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC對各種端口速率可控的連接配置，對網(wǎng)絡(luò)資源自動化的調(diào)度和管理，提高資源利用率，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和可靠性。SDH采用了DXC后，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性及對各種業(yè)務(wù)量變化的適應(yīng)能力，使

24、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)提高到一個嶄新的水平。2.2 整體設(shè)計本系統(tǒng)主要由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、傳輸光纖和光接收機(jī)。其電/光和光/電變換的基本方式是直接強(qiáng)度調(diào)制和直接檢波。實現(xiàn)過程如下：輸入電信號是數(shù)字信號；調(diào)制器將電信號轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動光源器件的電流信號并用來驅(qū)動光源器件，對光源器件進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制，完成電/光變換的功能；光源輸出的光信號直接耦合到傳輸光纖中，經(jīng)一定長度的光纖傳輸后送達(dá)接收端；在接收端，光電檢測器對輸入的光信號進(jìn)行直接檢波，將光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，再經(jīng)過放大恢復(fù)等處理過程，以彌補(bǔ)線路傳輸過程中帶來的信號損傷（如損耗、波形畸變） ，最后輸出和原始輸入信號相一致的電信號，從而完成整個傳送過

25、程。系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。光發(fā)端機(jī)將電信號直接調(diào)制至光載波上去，采用強(qiáng)度調(diào)制（IM） ；光接收機(jī)完成光信號的解調(diào)，采用直接檢測（DD） ，屬于非相干解調(diào)。光載波由半導(dǎo)體光源產(chǎn)生，由半導(dǎo)體圖 2-2 光纖通信系統(tǒng)模型光纖光纖PC 機(jī)電發(fā)射端機(jī)輸入接口光發(fā)端機(jī)光收端機(jī)PC 機(jī)電接收端機(jī)輸出接口 10 / 14光檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號從而達(dá)到傳輸信號的目的。系統(tǒng)傳輸部分的原理框圖如圖2.2 所示。圖 2-3 傳輸原理框圖2.3 光發(fā)射機(jī)數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為光信號，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路。主要有光源和電路兩部分。光源是實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決

26、定著光發(fā)射機(jī)的性能。圖2-4 數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖2.3.1 光源對光源的要求如下：（1） 發(fā)射的光波長應(yīng)和光纖低損耗“窗口”一致，即中心波長應(yīng)在0.85um，1.31um，1.55um附近。單色性好。（2） 電/光轉(zhuǎn)換效率高，在低驅(qū)動電流下，有夠大穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。（3） 允許的調(diào)制速率要高或相應(yīng)速度要快。（4） 溫度特性好，可靠性高，壽命長目前，有半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）可滿足不同場合的要求。2.3.2 調(diào)制電路和控制電路直接光強(qiáng)調(diào)制的數(shù)字光發(fā)射機(jī)主要電路有調(diào)制電路、控制電路和線路編碼電路。選用的LD作為光源，所以還需要偏置電路。對調(diào)制電路和控制電路的要求如下：

27、（1） 輸出光脈沖的通斷比（全“1”碼平均光功率和全“0”碼平均光功率的比值，或消光比的倒數(shù)）應(yīng)大于10，以保證足夠的光接收信噪比。（2） 輸出光脈沖的寬度遠(yuǎn)大于電光延遲，光脈沖的上升、下降、開通延遲應(yīng)足夠輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路電信號輸入光信號輸出 11 / 14短，以便在高速率調(diào)制下，輸出的光脈沖準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形。（3） 對激光器應(yīng)施加足夠的偏置電流，以便抑制在較高速率調(diào)制下可能出現(xiàn)的弛震蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作。（4）采用自動功率控制和自動溫度控制，以保證輸出光功率有足夠可靠穩(wěn)定性。2.3.3 線路編碼電路線路編碼必要性，是因為電端機(jī)輸出的數(shù)字信號是適合電纜傳輸?shù)碾p極性

28、碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：擾碼、mBnB碼和插入碼。本設(shè)計采用的是mBnB碼型。其編碼規(guī)則如下表所示：表2-1 3B4B碼編碼規(guī)則3B0000010100111001011101114B100110001011101001010100011101103B4B編碼電路的主要作用是將送來的串行數(shù)據(jù)流以3bit為一組，轉(zhuǎn)換成4bit為組的碼流，并以串行形式送出。圖2.4示出了編碼電路原理框圖即可實現(xiàn)。圖2-5 3B4B碼編碼框圖如圖2.5所示為相應(yīng)的譯碼原理框圖可以實現(xiàn)譯碼。圖2-6 3B4B碼譯碼框圖2.4 光接收機(jī)直接強(qiáng)度調(diào)

29、制、直接檢測方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖3.6，主要包括光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制（AGC）圖2-7 數(shù)字光接收機(jī)框圖2.4.1 光檢測器光檢測器是光接收機(jī)實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。對光檢測器的要求如下：時鐘（f）串行數(shù)據(jù)三分頻電路觸發(fā)器4/3f 時鐘發(fā)生器串并轉(zhuǎn)換1鎖存器1串并轉(zhuǎn)換串行送出信號串行編碼信號并串轉(zhuǎn)換f 時鐘發(fā)生器鎖存器4/3f 時鐘發(fā)生器同步分組信號提取觸發(fā)器串并轉(zhuǎn)換1譯碼后信號光檢測器判決器時鐘提取光檢測器偏壓控制AGC 電路前置放大器主放大器 12 / 14（1） 波長

30、響應(yīng)要和光纖低損耗窗口（0.85um、1.31um和1.55um）兼容；（2） 響應(yīng)度要高，在一定的接收光功率下，能產(chǎn)生最大的光電流；（3） 噪聲要盡可能低，能接受極微弱的光信號；（4） 性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長，功耗和體積小。目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測器有PIN光電二極管和雪崩二極管（APD） 。2.4.2 放大器前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收機(jī)的靈敏度影響很大。主放大器一般是多級放大器，它的作用是提供足夠的增益，并通過它實現(xiàn)自動增益控制（AGC） ，以使輸入光信號在一定圍變化時，輸出電信號保持恒定。2.4.3 均衡和再生均衡的目的是對經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后

31、已產(chǎn)生畸變（失真）的電信號進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號的波形適合于判決，以消除碼間干擾，減小誤碼率。再生電路包括判決電路和時鐘提取電路，從放大器輸出的信號與噪聲混合的波形中提取碼元時鐘，并逐個地堆碼元進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。3.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)分析3.1 性能指標(biāo)ITUT建議數(shù)字傳輸參考模型，稱假設(shè)參考連接(HRX) 最長的HRX是根據(jù)ISDN的性能和64 kb/s信號的全數(shù)字連接考慮。假設(shè)兩用戶的通信要經(jīng)過全線路和各種串聯(lián)設(shè)備組成數(shù)字網(wǎng)，任何總性能逐級分配后應(yīng)符合用戶要求。最長的HRX為27 500 km, 由各級交換中心和許多假設(shè)參考數(shù)字鏈路(HRDL)組成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字HRX 的總性能指標(biāo)按

32、比例分配給HRDL，建議HRDL長2500 km, 由于各國國情不同，采用HRDL長度不同HRDL由許多假設(shè)參考數(shù)字段(HRDS)組成，用于長途傳輸HRDS長280 km, 用于市話HRDS長50 km。我國長途傳輸?shù)腍RDS長420 km(一級干線)和280 km(二級干線)兩種。參考數(shù)字段的性能指標(biāo)從假設(shè)參考數(shù)字鏈路的指標(biāo)分配中得到，并再分配給線路和設(shè)備。LEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE27500 kmT 參考點T 參考點LEPCSCTCISC 13 / 14圖3-1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連接HRX誤碼率(BER)衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量優(yōu)劣指標(biāo)，反映數(shù)字傳輸過

33、程息受損程度。 BER是傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，對信息影響度取決于編碼，如PCM。故障排除后,在連續(xù)10 s時間，BER優(yōu)于110-3，為“可用時間” 。對于64 kb/s的數(shù)字信號， BER=110-3，相應(yīng)于每秒有64個誤碼。統(tǒng)計劣化占可用百分?jǐn)?shù)衡量系統(tǒng)誤碼率性能指標(biāo)。對三種誤碼率參數(shù)和指標(biāo)說明如下：劣化分(DM) 誤碼率為110-6時，感覺不到干擾的影響，選為BERth。 SES由于某些系統(tǒng)會出現(xiàn)短時間大誤碼率的情況，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量選擇監(jiān)測時間TL為1個月，取樣時間T0為1 s。定義誤碼率劣于 110-3的秒鐘數(shù)為嚴(yán)重誤碼秒(SES)。HRX指標(biāo)要求嚴(yán)重誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于0.2%。誤碼秒(ES) 選擇監(jiān)測時間TL為1個月，取樣時間T0為1s， 誤碼率門限值BERth=0。不出現(xiàn)任何誤碼的秒數(shù)稱為無誤碼秒(EFS)， 指標(biāo)要求無誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)大于92%?？煽啃员硎痉椒?，可靠性R和故障率，平均故障間隔時間MTBF，可用率A和失效率PF，MTTR平均故障修復(fù)時間(不可用時間)。3.2 系統(tǒng)設(shè)計分析數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)是:傳輸距離和傳輸容量(話路數(shù)或比特率)、分