數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要：數(shù)字光纖通信是現(xiàn)代新興的通信系統(tǒng)傳輸技術(shù),相比于模擬光纖通信具有很多優(yōu)勢。數(shù)字通信有很多的優(yōu)點(diǎn)，靈敏度高、傳輸質(zhì)量好。因此，大容量長距離的光纖通信系統(tǒng)大多采用數(shù)字傳輸方式。本文就數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹,并對數(shù)字光纖通信的特點(diǎn)及參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)劣分析。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.總體考慮 a.傳輸距離 b.傳輸帶寬或碼速 c.系統(tǒng)保真性 d.可靠性與經(jīng)濟(jì)性2.系統(tǒng)部件的選擇（1）光檢測器的選擇 a.長距離，大容量的系統(tǒng)采用APD、PIN-FET或APD-FET b.中距離，中小容量的系統(tǒng)采用PIN或PIN-FET c.大多數(shù)綜合首選PIN或PIN-FET（2）光源的選擇 LD

2、：輸出功率高，譜線窄，與光纖耦合效率高 LED:壽命長，價(jià)格低，靈敏性低，穩(wěn)定并且調(diào)制簡單3.功率預(yù)算和色散預(yù)算 a.最大中繼器距離的影響因素(1)發(fā)送耦合入光纖的平均功率PT (dBm)越大，傳輸距離越遠(yuǎn)。(2)靈敏度Prec =(dBm)越小。傳輸距離越長。(3)色散大，則波形失真嚴(yán)重。b.損耗限制系統(tǒng)的功率預(yù)算 損耗限制系統(tǒng)的功率預(yù)算可表示為： PT Prec=T +M T:總損耗 M：系統(tǒng)富余度 又 T=rc +( S + F)L S:光纖固定熔接頭平均損耗 F:光纖每千米損耗 c:光纖連接器損耗 PT Prec =nc +( S + F)L+M n:光纖活動(dòng)連接器個(gè)數(shù) L= 而 M=

3、Me+Mc Me:設(shè)備富余度 Mc：光纜富余度 L= C.色散限制系統(tǒng)上升時(shí)間的預(yù)算 tT 、tF、tR 分別為發(fā)送機(jī)、中繼段光纖、光接收機(jī)引起的10%-90%的上升時(shí)間數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成（1）光發(fā)信機(jī) 光發(fā)信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。 （2）光收信機(jī) 光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，然后，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去

4、。 （3）光纖或光纜 光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號，經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。 （4）中繼器 中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對波形失真的脈沖近行政性。 （5）光纖連接器、耦合器等無源器件 由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。數(shù)字光纖通信

5、系統(tǒng)的構(gòu)成最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。其中數(shù)據(jù)源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)經(jīng)過信源編碼所得到的信號；光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器則負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?，先后用過的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光學(xué)信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學(xué)接收機(jī)則接收光信號，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號，最后得到對應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。其圖形如下：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。數(shù)字光纖通信采用二進(jìn)制信號，信息不包含在脈沖波形中，而以脈沖的“有”和“無”表示。因此，噪聲一般不影響傳輸質(zhì)量，只有

6、在取樣和判決過程中，當(dāng)噪聲超過一定閾值時(shí)，才產(chǎn)生誤碼率。（2）可以用再生中繼，傳輸距離長。數(shù)字通信系統(tǒng)可以用不同方式再生傳輸信號，消除傳輸過程中的噪聲累積，恢復(fù)原信號，延長傳輸距離。（3）可以適用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性打。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，語音、圖像等各種信息都可以轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號，可以吧傳輸技術(shù)和交換技術(shù)結(jié)合起來，有利于實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)。（4）容易實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的保密通信，只需將明文與密鑰序列逐位模二次方相加，就可以實(shí)現(xiàn)保密通信。（5）數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實(shí)現(xiàn)小型化、微型化，增強(qiáng)設(shè)備可靠性，有利于降低成本。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸特性的研究 a 取樣 所謂取樣是指以固定的時(shí)間

7、間隔T，分別取出模擬信號的瞬時(shí)幅度值(簡稱樣值) 的過程。要想實(shí)現(xiàn)模擬/ 數(shù)字(A/ D) 變換，首先要進(jìn)行取樣。 b 量化 所謂量化指的是將幅度為無限多個(gè)連續(xù)樣值變成有限多個(gè)離散樣值的處理過程。具體來說，就是將樣值的幅度變化范圍劃分成若干個(gè)小間隔，每一個(gè)小間隔稱之為一個(gè)量化級,當(dāng)某一樣值落入在某一個(gè)小間隔內(nèi)時(shí)，可采用“四舍五入”的方法分級取整近似看成某一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。c 編碼 所謂編碼指的是用一組組合方式不同的二進(jìn)制碼來替代量化后的樣值信號的處理過程。對于標(biāo)準(zhǔn)PCM技術(shù)，其編碼信號的信噪比基本上與下面三個(gè)參數(shù)有關(guān)：量化電平數(shù) ；編碼器壓縮系數(shù) ；輸入信號與量化器電平值比較的幅度或幅度統(tǒng)計(jì)值

8、。 各組件的類型和主要參數(shù)介紹如下 1.    信號源：對于語音通信系統(tǒng)來說，其信號源就是聲音信號，因?yàn)槿说穆曇粜盘柕念l譜范圍是3003400Hz ,所以對于語音通信系統(tǒng)來說其接受信號的帶寬主要應(yīng)該在3003400Hz范圍內(nèi)。 2.    信號采集轉(zhuǎn)換設(shè)備: 對語音信號的接收和采集設(shè)備，就是指電話或話筒等聲音采集設(shè)備，由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是雙工語音通信系統(tǒng)，所以采用普通的電話機(jī)即可。 3.    信源編碼譯碼：  將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程就是信源編碼。由于語音信號的振幅特性，振幅變

9、化平緩。所以采用差值脈沖編碼（DPCM）比較合適。也可以減少碼字長度，從而提高信息傳輸速率。 4.    調(diào)制方法：即在激光上加載語音信息的過程，這里調(diào)制方式選擇直接調(diào)制。這種調(diào)制方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)實(shí)用便于實(shí)現(xiàn)。 5.    光源：光發(fā)送機(jī)是指將電信號轉(zhuǎn)換成光信號是設(shè)備。光發(fā)送機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器和光調(diào)制器組成，這里的光源采用半導(dǎo)體激光器（LD）。它具有發(fā)射功率穩(wěn)定，靈敏度高等特點(diǎn)。 6.    光纖線路：光纖線路的功能是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號以盡可能小的畸變和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光纖、光纖接

10、頭和連接器組成。 7.    光檢測器：光檢測器是光接收機(jī)的核心。這里的光檢測器選擇本征光電二極管，它具有靈敏度高，使用時(shí)間長等特點(diǎn)。 8.    檢測方法：對于檢測方法這里選擇直接檢測法。這樣調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)實(shí)用。是用檢測器直接將信號轉(zhuǎn)換為電信號。 9.    濾波器:這個(gè)系統(tǒng)中總共用了兩個(gè)濾波器。在光檢測器后端設(shè)置一個(gè)帶通濾波器它的中心頻率在32KHz帶寬為40Hz就可以很好的率除帶外噪聲。第二個(gè)濾波器設(shè)置在信源解碼的后面主要作用使提高模擬信號的波形恢復(fù)情況。它采用截至頻率為3500Hz的低通濾波器即可以起到作用。 10.   信宿：語音通信系統(tǒng)的信宿的作用是把模擬的電信號轉(zhuǎn)換成聲音信號的器件，在本次設(shè)計(jì)中采用的是電話。結(jié)束語 光纖通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺，在未來信息社會(huì)中起到重要作用。從現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢來看，數(shù)字光纖通信幾乎完全代替模擬通信的趨勢，而數(shù)字光纖通信涉及的技術(shù)