光電技術(shù)基礎(chǔ)-課件

第6章光端機(jī)

6.1光發(fā)射機(jī)

6.2光接收機(jī)

6.3線路編碼返回主目錄第6章光端6.1光發(fā)射機(jī)

?數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能:

?電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)

?用耦合技術(shù)注入光纖線路

?用數(shù)字電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制

?調(diào)制分為直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式

受調(diào)制的光源特性參數(shù)有：功率、幅度、頻率和相位

6.1光發(fā)射機(jī)輸出光信號(hào)pItIin輸入電信號(hào)pI（a）

LED數(shù)字調(diào)制原理輸出光信號(hào)輸入電信號(hào)IinIthIb(b)

LD的數(shù)字調(diào)制原理

?當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流大于閾值電流Ith時(shí)，輸出光功率P和驅(qū)動(dòng)電流I基本上是線性關(guān)系?輸出光功率和輸入電流成正比，輸出光信號(hào)反映輸入電信號(hào)輸出光信號(hào)pItIin輸入電信號(hào)pI（a）LED數(shù)字調(diào)制原

6.1.1光發(fā)射機(jī)基本組成

數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖6.2所示，主要有光源和電路兩部分。

光源是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能。電路的設(shè)計(jì)應(yīng)以光源為依據(jù)，使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)。6.1.1光發(fā)射機(jī)基本組成輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路電信號(hào)輸入光信號(hào)輸出圖6.2數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路電信號(hào)輸入光信號(hào)輸出圖1.光源

對(duì)通信用光源的要求如下(1)發(fā)射的光波長(zhǎng)應(yīng)和光纖低損耗“窗口”一致，即中心波長(zhǎng)應(yīng)在0.85μm、1.31μm和1.55μm附近。

光譜單色性要好，即譜線寬度要窄，以減小光纖色散對(duì)帶寬的限制。(2)電/光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動(dòng)電流下，有足夠大而穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。發(fā)射光束的方向性要好，即遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射角要小，以利于提高光源與光纖之間的耦合效率。1.光源(2)電/光轉(zhuǎn)換效率要高，即(3)允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快，以滿足系統(tǒng)的大傳輸容量的要求。(6)

器件應(yīng)能在常溫下以連續(xù)波方式工作，要求溫度穩(wěn)定性好，可靠性高，壽命長(zhǎng)。(5)此外，要求器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價(jià)格便宜。以上各項(xiàng)中，調(diào)制速率、譜線寬度、輸出光功率和光束方向性，直接影響光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸距離，是光源最重要的技術(shù)指標(biāo)。(3)允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快，以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采用激光器作光源時(shí)，還有偏置電路對(duì)調(diào)制電路和控制電路的要求如下：(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.調(diào)制電路和控制電路(2)輸出光脈沖的寬度應(yīng)遠(yuǎn)大于開(kāi)通延遲(電光延遲)時(shí)間，光脈沖的上升時(shí)間、下降時(shí)間和開(kāi)通延遲時(shí)間應(yīng)足夠短，以便在高速率調(diào)制下，輸出的光脈沖能準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形(3)對(duì)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)的張弛振蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作(6)應(yīng)采用自動(dòng)功率控制(APC)和自動(dòng)溫度控制(ATC)，以保證輸出光功率有足夠的穩(wěn)定性(2)輸出光脈沖的寬度應(yīng)遠(yuǎn)大于開(kāi)通延遲(電光

3.線路編碼電路電端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼3.線路編碼電路6.1.2調(diào)制特性半導(dǎo)體激光器是光纖通信的理想光源，但在高速脈沖調(diào)制下，其瞬態(tài)特性仍會(huì)出現(xiàn)許多復(fù)雜現(xiàn)象，如常見(jiàn)的電光延遲、張弛振蕩和自脈動(dòng)現(xiàn)象。這些特性嚴(yán)重限制系統(tǒng)傳輸速率和通信質(zhì)量，因此在電路的設(shè)計(jì)時(shí)要給予充分考慮。6.1.2調(diào)制特性1.電光延遲和張弛振蕩現(xiàn)象半導(dǎo)體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖瞬態(tài)響應(yīng)波形如圖6.3所示。輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱為電光延遲時(shí)間td，其數(shù)量級(jí)一般為ns。當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，稱為張弛振蕩，其振蕩頻率fr(=ωr/2π)一般為0.5~2GHz。這些特性與激光器有源區(qū)的電子自發(fā)復(fù)合壽命和諧振腔內(nèi)光子壽命以及注入電流初始偏差量有關(guān)。1.電光延遲和張弛振蕩現(xiàn)象

圖6.3光脈沖瞬態(tài)響應(yīng)波形

張弛振蕩和電光延遲的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際使用的最高調(diào)制頻率應(yīng)低于張弛振蕩頻率。圖6.3光脈沖瞬態(tài)響應(yīng)波形電光延遲要產(chǎn)生碼型效應(yīng)。當(dāng)電光延遲時(shí)間td與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時(shí)間T/2為相同數(shù)量級(jí)時(shí)，會(huì)使“0”碼過(guò)后的第一個(gè)“1碼的脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能使單個(gè)“１”碼丟失，這種現(xiàn)象稱為“碼型效應(yīng)”。如圖6.6，在兩個(gè)接連出現(xiàn)的“1”碼中，第一個(gè)脈沖到來(lái)前，有較長(zhǎng)的連“0”碼，由于電光延遲時(shí)間長(zhǎng)和光脈沖上升時(shí)間的影響，因此脈沖變小。第二個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，由于第一個(gè)脈沖的電子復(fù)合尚未完全消失，有源區(qū)電子密度較高，因此電光延遲時(shí)間短，脈沖較大。電光延遲要產(chǎn)生碼型效應(yīng)。

“碼型效應(yīng)”的特點(diǎn)是：在脈沖序列中較長(zhǎng)的連“0”碼后出現(xiàn)的“1”碼，其脈沖明顯變小，而且連“0”碼數(shù)目越多，調(diào)制速率越高，這種效應(yīng)越明顯。用適當(dāng)?shù)摹斑^(guò)調(diào)制”補(bǔ)償方法，可以消除碼型效應(yīng)，見(jiàn)圖6.6(c)所示。12電脈沖光脈沖2ns5ns2ns

圖6.6碼型效應(yīng)（a)、(b)碼型效應(yīng)波形；（c）改善后波形(a)(b)(c)“碼型效應(yīng)”的特點(diǎn)是：在脈沖序列中較長(zhǎng)的連“(6.1)(6.2)(6.3)式中，τo是張弛振蕩幅度衰減到初始值的1/e的時(shí)間，j和jth分別為注入電流密度和閾值電流密度。τsp和τph分別為電子自發(fā)復(fù)合壽命和諧振腔內(nèi)光子壽命。在典型的激光器中，τsp≈10-9s,τph≈10-12s，即τspτph。通過(guò)LD速率方程組的瞬態(tài)解得到的張弛振蕩頻率ωr及其幅度衰減時(shí)間τo和電光延遲時(shí)間td的表達(dá)式為：(6.1)(6.2)(6.3)式中，τo是張弛由式(6.1)~式(6.3)可以看到：(1)張弛振蕩頻率ωr隨τsp、τph的減小而增加，隨j的增加而增加。這個(gè)振蕩頻率決定了LD的最高調(diào)制頻率。(2)張弛振蕩幅度衰減時(shí)間τo與τsp為相同數(shù)量級(jí)，并隨j的增加而減小。(3)電光延遲時(shí)間td與τsp為相同數(shù)量級(jí)，并隨j的增加而減小(j>jth)。

由此可見(jiàn)，增加注入電流j，有利于提高張弛振蕩頻率ωr，減小其幅度衰減時(shí)間τo，以及減小電光延遲時(shí)間td，因此對(duì)LD施加偏置電流是非常必要的。由式(6.1)~式(6.3)可以看到：2.自脈動(dòng)現(xiàn)象某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動(dòng)現(xiàn)象，如圖6.5所示。自脈動(dòng)頻率可達(dá)2GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。2.自脈動(dòng)現(xiàn)象電脈沖光脈沖圖6.5激光器自脈沖動(dòng)現(xiàn)象自脈動(dòng)現(xiàn)象是激光器內(nèi)部不均勻增益或不均勻吸收產(chǎn)生的，往往和LD的P-I曲線的非線性有關(guān),自脈動(dòng)發(fā)生的區(qū)域和P-I曲線扭折區(qū)域相對(duì)應(yīng)。電脈沖光脈沖圖6.5激光器自脈沖動(dòng)現(xiàn)象自脈

6.1.3調(diào)制電路和自動(dòng)功率控制數(shù)字信號(hào)調(diào)制電路應(yīng)采用電流開(kāi)關(guān)電路，最常用的是差分電流開(kāi)關(guān)電路。

圖6.6示出由三極管組成的共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路，這種簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路主要用于以發(fā)光二極管[WTBZ]LED作為光源的光發(fā)射機(jī)。數(shù)字信號(hào)Uin從三極管V的基極輸入，通過(guò)集電極的電流驅(qū)動(dòng)LED。數(shù)字信號(hào)“0”碼和“1”碼對(duì)應(yīng)于V的截止和飽和狀態(tài)，電流的大小根據(jù)對(duì)輸出光信號(hào)幅度的要求確定。這種驅(qū)動(dòng)電路適用于10Mb/s以下的低速率系統(tǒng)，更高速率系統(tǒng)應(yīng)采用差分電流開(kāi)關(guān)電路。6.1.3調(diào)制電路和自動(dòng)功率控制圖6.6共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路

圖6.6共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路圖6.7是常用的射極耦合驅(qū)動(dòng)電路，適合于激光器系統(tǒng)使用。電流源為由V1和V2組成的差分開(kāi)關(guān)電路，它提供了恒定的偏置電流。在V2基極上施加直流參考電壓UB，V2集電極的電壓取決于LD的正向電壓，數(shù)字電信號(hào)Uin從V1基極輸入。當(dāng)信號(hào)為“0”碼時(shí)，V1基極電位比UB高而搶先導(dǎo)通，V2截止，LD不發(fā)光；反之，當(dāng)信號(hào)為“１”碼時(shí)，V1基極電位比UB低，V2搶先導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)LD發(fā)光。V1和V2處于輪流截止和非飽和導(dǎo)通狀態(tài)，有利于提高調(diào)制速率。當(dāng)三極管截止頻率fr≥6.5GHz時(shí)，這種電路的調(diào)制速率可達(dá)300Mb/s。射極耦合電路為恒流源，電流噪聲小，這種電路的缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小，功耗較大。圖6.7是常用的射極耦合驅(qū)動(dòng)電路，適合于激圖6.7射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路圖

圖6.7射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路圖圖6.8是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的LD驅(qū)動(dòng)電路，其主體和圖6.7相同，只是由V3支路為L(zhǎng)D提供的偏置電流Ib受到激光器背向輸出光平均功率和輸入數(shù)字信號(hào)均值的控制。由于溫度變化和工作時(shí)間加長(zhǎng)，LD的輸出光功率會(huì)發(fā)生變化。為保證輸出光功率的穩(wěn)定，必須改進(jìn)電路設(shè)計(jì)。圖6.8是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的LD

圖

6.8反饋穩(wěn)定LD驅(qū)動(dòng)電路圖6.8反饋穩(wěn)定LD把PD檢測(cè)器的輸出監(jiān)測(cè)電壓UPD、信號(hào)參考電壓和直流參考電壓UR施加到運(yùn)算放大器A1的反相輸入端，經(jīng)放大后，控制V3基極電壓和偏置電流Ib，其控制過(guò)程如下：PLD→UPD→(UPD++UR)→UA1→Ib→PLD

在反饋電路中引入信號(hào)參考電壓的目的，是使LD的偏置電流Ib不受碼流中“0”碼和“1”碼比例變化的影響。把PD檢測(cè)器的輸出監(jiān)測(cè)電壓UPD、信號(hào)參考電一個(gè)更加完善的自動(dòng)功率控制(APC)電路如圖6.9所示。從LD背向輸出的光功率，經(jīng)PD檢測(cè)器檢測(cè)、運(yùn)算放大器A1放大后送到比較器A3的反相輸入端。同時(shí)，輸入信號(hào)參考電壓和直流參考電壓經(jīng)A2比較放大后，送到A3的同相輸入端。A3和V3組成直流恒流源調(diào)節(jié)LD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。一個(gè)更加完善的自動(dòng)功率控制(APC)電路如圖6.9APC電路原理圖6.9APC電路原理

6.1.6溫度特性和自動(dòng)溫度控制

1.激光器的溫度特性激光器的溫度特性在3.1節(jié)已經(jīng)討論過(guò)，溫度對(duì)激光器輸出光功率的影響主要通過(guò)閾值電流Ith和外微分量子效率ηd產(chǎn)生。圖6.10(a)和(b)分別示出溫度通過(guò)閾值電流和外微分量子效率引起的輸出光脈沖的變化：

?溫度升高，閾值電流增加

?外微分量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降

?溫度對(duì)輸出光脈沖會(huì)產(chǎn)生“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”。6.1.6溫度特性和自動(dòng)溫度控制PPII

圖6.10溫度引起的光輸出的變化(a)閾值電流變化引起的光輸出的變化；(b)外微分量子效率變化引起的光輸出的變化20。C25。C20。C70。CPPII即使環(huán)境溫度不變，由于調(diào)制電流的作用，引起激光器結(jié)區(qū)溫度的變化，因而使輸出光脈沖的形狀發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”。I1I0t=0t=T圖6.11結(jié)發(fā)熱效應(yīng)電流脈沖光脈沖即使環(huán)境溫度不變，由于調(diào)制電流的作用，引起如圖6.11所示，設(shè)t=0時(shí)電脈沖到來(lái)，注入電流為I1，由于電流的熱效應(yīng)，在脈沖持續(xù)時(shí)間里，結(jié)區(qū)的溫度隨時(shí)間t而升高，激光器的閾值電流隨t而增大，使輸出光脈沖的幅度隨t而減小。當(dāng)t=T時(shí)電流脈沖過(guò)后，注入電流從I1減小到I0，電流散發(fā)的熱量減少，結(jié)區(qū)溫度隨t而降低，閾值電流減小，使輸出光脈沖的幅度增大。

“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”將引起調(diào)制失真。與調(diào)制速率對(duì)激光器瞬態(tài)特性的影響相反，低調(diào)制速率的“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”更加明顯。這是因?yàn)殡S著調(diào)制速率的提高，碼元時(shí)間間隔縮短，使結(jié)區(qū)溫度來(lái)不及發(fā)生變化。如圖6.11所示，設(shè)t=0時(shí)電脈沖到來(lái)，注

2.自動(dòng)溫度控制半導(dǎo)體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度更加敏感。為保證輸出特性的穩(wěn)定，對(duì)激光器進(jìn)行溫度控制是十分必要的。溫度控制裝置一般由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成，圖6.12示出溫度控制裝置的方框圖。

致冷器的冷端和激光器的熱沉接觸，熱敏電阻作為傳感器，探測(cè)激光器結(jié)區(qū)的溫度，并把它傳遞給控制電路，通過(guò)控制電路改變致冷量，使激光器輸出特性保持恒定。2.自動(dòng)溫度控制圖6.12溫度控制方框圖激光器致冷器熱敏電阻控制電路熱導(dǎo)熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻圖6.12溫度控制方框圖激光器致冷器熱敏電阻控目前，微致冷大多采用半導(dǎo)體致冷器，它是利用半導(dǎo)體材料的珀?duì)柼?yīng)制成的電偶來(lái)實(shí)現(xiàn)致冷的用若干對(duì)電偶串聯(lián)或并聯(lián)組成的溫差電功能器件，溫度控制范圍可達(dá)30~60℃。為提高致冷效率和溫度控制精度，把致冷器和熱敏電阻封裝在激光器管殼內(nèi)，溫度控制精度可達(dá)±0.5℃。從而使激光器輸出平均功率和發(fā)射波長(zhǎng)保持恒定，避免調(diào)制失真。目前，微致冷大多采用半導(dǎo)體致冷器，它是利用半ATC電路主要由R1、R2、R3和熱敏電阻RT組成“換能”電橋，通過(guò)電橋把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。運(yùn)算放大器A的差動(dòng)輸入端跨接在電橋的對(duì)端，用以改變?nèi)龢O管V的基極電流。ATC電路主要由R1、R2、R3和熱敏電阻RT組成“換能”在設(shè)定溫度(例如20℃)時(shí)，調(diào)節(jié)R3使電橋平衡，A、B兩點(diǎn)沒(méi)有電位差，傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器A的信號(hào)為零，流過(guò)致冷器TEC的電流也為零。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，LD的管芯和熱沉溫度也升高，使具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的阻值減小，電橋失去平衡。這時(shí)B點(diǎn)的電位低于A點(diǎn)的電位，運(yùn)算放大器A的輸出電壓升高，V的基極電流增大，致冷器TEC的電流也增大致冷端溫度降低，熱沉和管芯的溫度也降低，因而保持溫度恒定。在設(shè)定溫度(例如20℃)時(shí)，調(diào)節(jié)R3使電這個(gè)控制過(guò)程可以表示如下：T(環(huán)境)→T(LD、熱沉)→RT→I(致冷器)→T(LD)ATC的致冷器和熱敏電阻以及APC的PIN-PD封裝在LD管殼內(nèi)構(gòu)成的組件如圖3.18所示。這個(gè)控制過(guò)程可以表示如下：T(環(huán)境)→T(LD、6.2光接收機(jī)6.2.1光接收機(jī)基本組成直接強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖6.16。

主要包括：

光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘提取電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制(AGC)電路。6.2光接收機(jī)6.2.1光接收機(jī)基本

圖6.16數(shù)字光接收機(jī)方框圖光檢測(cè)器偏壓控制前置放大器AGC電路均衡器判決器時(shí)鐘提取再生碼流主放大器光信號(hào)圖6.16數(shù)字光接收機(jī)方框圖光檢測(cè)1.光檢測(cè)器

光檢測(cè)器是光接收機(jī)實(shí)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(duì)光檢測(cè)器的要求如下：(1)波長(zhǎng)響應(yīng)要和光纖低損耗窗口(0.85μm、1.31μm和1.55μm)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，能接收極微弱的光信號(hào)；(6)性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長(zhǎng)，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(cè)器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。1.光檢測(cè)器2.放大器前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對(duì)光接收機(jī)的靈敏度影響很大。前放的噪聲取決于放大器的類型，目前有三種類型的前放可供選擇(參看6.2.2節(jié))。

主放大器一般是多級(jí)放大器，它的作用是：

（1）提供足夠的增益（2）并通過(guò)它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，使輸入光信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電信號(hào)保持恒定。

主放大器和AGC決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。2.放大器3.均衡和再生

均衡的目的：

?對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變(失真)的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?使輸出信號(hào)的波形適合于判決(一般用具有升余弦譜的碼元脈沖波形)，以消除碼間干擾，減小誤碼率。

再生電路包括：判決電路和時(shí)鐘提取電路

3.均衡和再生

6.光電集成接收機(jī)圖6.16中除光檢測(cè)器以外的所有元件都是標(biāo)準(zhǔn)的電子器件，很容易用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路(IC)技術(shù)將它們集成在同一芯片上。不論是硅(Si)還是砷化鎵(GaAs)IC技術(shù)都能夠使集成電路的工作帶寬超過(guò)2GHz，甚至達(dá)到10GHz。為了適合高傳輸速率的需求，人們一直在努力開(kāi)發(fā)單片光接收機(jī)，即用“光電集成電路(OEIC)技術(shù)”在同一芯片上集成包括光檢測(cè)器在內(nèi)的全部元件。6.光電集成接收機(jī)對(duì)于工作在1.3~1.6μm波長(zhǎng)的系統(tǒng)，人們需要基于InP的OEIC接收機(jī)。在1991年試驗(yàn)成功的單路InGaAsOEIC接收機(jī)，其運(yùn)行速率達(dá)5Gb/s。InGaAsOEIC接收機(jī)也可以用混合法實(shí)現(xiàn)。如圖6.15所示，電元件集成在GaAs基片上，而光檢測(cè)器集成在InP基片上，兩個(gè)部分通過(guò)接觸片連接在一起。對(duì)于工作在1.3~1.6μm波長(zhǎng)的系統(tǒng)，人們圖6.15光電集成接收機(jī)圖6.15光電集成接收機(jī)

6.2.2噪聲特性光接收機(jī)的噪聲有兩部分：

外部電磁干擾產(chǎn)生

這部分噪聲的危害可以通過(guò)屏蔽或?yàn)V波加以消除；

內(nèi)部產(chǎn)生這部分噪聲是在信號(hào)檢測(cè)和放大過(guò)程中引入的隨機(jī)噪聲，只能通過(guò)器件的選擇和電路的設(shè)計(jì)與制造盡可能減小，一般不可能完全消除。我們要討論的噪聲是指內(nèi)部產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲。光接收機(jī)噪聲的主要來(lái)源是:光檢測(cè)器的噪聲和前置放大器的噪聲。因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級(jí)放大的信號(hào)，只要前置級(jí)增益足夠大，主放大器引入的噪聲就可以忽略。6.2.2噪聲特性圖6.16光接收機(jī)的噪聲等效模型圖6.16光接收機(jī)的噪聲等效模型圖6.16示出光接收機(jī)的噪聲等效模型，由光檢測(cè)器和放大器兩部分組成。

〈iq2〉光檢測(cè)器的量子噪聲功率譜密度分別表示為Sq

〈id2〉暗電流噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流(等效噪聲功率)，其相應(yīng)的功率譜密度Sdip

光檢測(cè)器的輸出光生電流R光檢測(cè)器的偏置電阻和C光檢測(cè)器的電容(結(jié)電容和其他電容)

圖6.16示出光接收機(jī)的噪聲等效模型，由光放大器分解為:

理想放大器相應(yīng)的功率譜密度SI

等效噪聲電流源〈i02〉相應(yīng)的功率譜密度SE

電壓源〈u02〉，相應(yīng)的功率譜密度Rin放大器的輸入電阻。光檢測(cè)器等效噪聲特性請(qǐng)參看3.2節(jié)的內(nèi)容。放大器分解為:放大器噪聲特性取決于所采用的前置放大器類型，根據(jù)放大器噪聲等效電路和晶體管理論可以計(jì)算。常用三種類型前置放大電路示于圖6.17，其輸出的等效噪聲功率NA為：

場(chǎng)效應(yīng)管(FET)前置放大器(6.5)(6.6)雙極型晶體管(BJT)前置放大器放大器噪聲特性取決于所采用的前置放大器類型，跨阻型前置放大器-雙極型晶體管

(6.6)跨阻型前置放大器-場(chǎng)效應(yīng)管(6.7)跨阻型前置放大器-雙極型晶體管(6.6)跨阻型前置

圖6.17光接收機(jī)的前置級(jí)放大電路(a)雙極型晶體管；(b)場(chǎng)效應(yīng)管；(c)跨阻型圖6.17光接收機(jī)的前置級(jí)放大三種類型前置放大器的比較：(1)雙極型晶體管前置放大器的主要特點(diǎn)是輸入阻抗低，電路時(shí)間常數(shù)RC小于信號(hào)脈沖寬度T，因而碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)。(2)場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的主要特點(diǎn)是輸入阻抗高，噪聲小，高頻特性較差，適用于低速率傳輸系統(tǒng)。(3)跨阻型前置放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是改善了帶寬特性和動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。三種類型前置放大器的比較：

6.2.3誤碼率

由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，其取樣值是隨機(jī)變量，因此在判決時(shí)可能發(fā)生誤判，把發(fā)射的“0”碼誤判為“1”碼，或把“1”碼誤判為“0”碼。光接收機(jī)對(duì)碼元誤判的概率稱為誤碼率(在二元制的情況下，等于誤比特率，BER)，用較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)，在傳輸?shù)拇a流中，誤判的碼元數(shù)和接收的總碼元數(shù)的比值來(lái)表示。碼元被誤判的概率，可以用噪聲電流(壓)的概率密度函數(shù)來(lái)計(jì)算。如圖6.18所示，I1是“1”碼的電流，I0是“0”碼的電流。Im是“１”碼的平均電流，而“0”碼的平均電流為0。D為判決門限值，一般取D=Im/2。6.2.3誤碼率圖6.18計(jì)算誤碼率的示意圖圖6.18計(jì)算誤碼率的示意圖在“１”碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流I1<D，則可能被誤判為“0”碼；在“0”碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流I0>D，則可能被誤判為“１”碼。要確定誤碼率，不僅要知道噪聲功率的大小，而且要知道噪聲的概率分布。

光接收機(jī)輸出噪聲的概率分布十分復(fù)雜，一般假設(shè)噪聲電流(或電壓)的瞬時(shí)值服從高斯分布，其概率密度函數(shù)為:式中x是代表噪聲這一高斯隨機(jī)變量的取值，其均值為零，方差為σ2。(6.8)在“１”碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流I在已知光檢測(cè)器和前置放大器的噪聲功率，并假設(shè)了噪聲的概率分布后，現(xiàn)在可以分別計(jì)算“0”碼和“１”碼的誤碼率了。在發(fā)“0”碼時(shí)，平均噪聲功率N0=NA，NA為前置放大器的平均噪聲功率。這時(shí)沒(méi)有光信號(hào)輸入，光檢測(cè)器的平均噪聲功率ND=0(略去暗電流)。由式(6.8)得到發(fā)“0”碼的條件下噪聲的概率密度函數(shù)為:(6.9)在已知光檢測(cè)器和前置放大器的噪聲功率，并假設(shè)根據(jù)誤碼率的定義，把“0”碼誤判為“1”碼的概率，應(yīng)等于I0值超過(guò)D值的概率，即式中x=I0/在發(fā)“1”碼時(shí)，平均噪聲功率N1=NA+ND。ND是在放大器輸出端光檢測(cè)器的平均噪聲功率。這時(shí)噪聲電流的幅度為I1-Im，判決門限值仍為D，則只要取樣值Im-I1>Im-D或I1-Im<D-Im，就可能把“１”碼誤判為“0”碼。(6.10a)(I0>D)(6.10b)根據(jù)誤碼率的定義，把“0”碼誤判為“1”碼式中y=(I1-Im)/?！?”碼和“1”碼的誤碼率一般是不相等的，但對(duì)于“0”碼和“1”碼等概率的碼流而言，一般認(rèn)為Pe,01=Pe,10時(shí)，可以使誤碼率達(dá)到最小。(6.11a)(Im-I1)>(Im-D)(6.11b)把“1”碼誤判為“0”碼的概率為：式中y=(I1-Im)/。(因此，總誤碼率(BER)可以表示為：(6.12)式中Q=(6.13a)Q=(6.13b)因此，總誤碼率(BER)可以表示為：(6.12)式中(6.1Q稱為超擾比，含有信噪比的概念。它還表示在對(duì)“0”碼進(jìn)行取樣判決時(shí)，判決門限值D超過(guò)放大器平均噪聲電流的倍數(shù)。由此可見(jiàn)，只要知道Q值，就可根據(jù)式(6.12)的積分求出誤碼率，結(jié)果示于圖6.19。例如：Q=6,BER≈10-9，Q≈7，BER=10-12。Q稱為超擾比，含有信噪比的概念。它還表示在對(duì)圖6.19誤碼率和Q的關(guān)系圖6.19誤碼率Pr=10lg(6.16)

6.2.6靈敏度

靈敏度是衡量光接收機(jī)性能的綜合指標(biāo)。靈敏度Pr的定義是，在保證通信質(zhì)量(限定誤碼率或信噪比)的條件下，光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率〈P〉min，并以dBm為單位。由定義得到

靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠接收微弱光信號(hào)的能力。

提高靈敏度意味著能夠接收更微弱的光信號(hào)。Pr=10lg

1.理想光接收機(jī)的靈敏度假設(shè)光檢測(cè)器的暗電流為零，放大器完全沒(méi)有噪聲，系統(tǒng)可以檢測(cè)出單個(gè)光子形成的電子-空穴對(duì)所產(chǎn)生的光電流，這種接收機(jī)稱為理想光接收機(jī)。

它的靈敏度只受到光檢測(cè)器的量子噪聲的限制，因?yàn)榱孔釉肼暿前殡S光信號(hào)的隨機(jī)噪聲，只要有光信號(hào)輸入，就有量子噪聲存在。

1.理想光接收機(jī)的靈敏度首先考慮理想光接收機(jī)的誤碼率。當(dāng)光檢測(cè)器沒(méi)有光輸入時(shí)，放大器就完全沒(méi)有電流輸出，因此“0”碼誤判為“１”碼的概率為0，即Pe,01=0。產(chǎn)生誤碼的惟一可能就是當(dāng)一個(gè)光脈沖輸入時(shí)，光檢測(cè)器沒(méi)有產(chǎn)生光電流，放大器沒(méi)有電流輸出。這個(gè)概率，即“1”碼誤判為“0”碼的概率Pe,10=exp(-n)，n為一個(gè)碼元的平均光子數(shù)。

當(dāng)“0”碼和“1”碼等概率出現(xiàn)時(shí)，誤碼率為：Pe=(6.15)

Pe,01+Pe,10=exp(-n)首先考慮理想光接收機(jī)的誤碼率。當(dāng)光檢測(cè)器沒(méi)有現(xiàn)在考慮理想光接收機(jī)的靈敏度。設(shè)傳輸?shù)氖欠菤w零碼(NRZ)，每個(gè)光脈沖最小平均光能量為Ed，碼元寬度為Tb，一個(gè)碼元平均光子數(shù)為n，那么光接收機(jī)所需最小平均接收功率為:式中，因子2是“0”碼和“1”碼功率平均的結(jié)果，h=6.628×10-36J·s為普朗克常數(shù)，f=c/λ，f、λ分別為光頻率和光波長(zhǎng)，c為真空中的光速。利用Tb=1/fb，fb為傳輸速率；并考慮光/電轉(zhuǎn)換時(shí)的量子效率為η?！碢〉min=（6.16）現(xiàn)在考慮理想光接收機(jī)的靈敏度。設(shè)傳輸?shù)氖荘r=10lg(6.17)

對(duì)于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，一般要求誤碼率Pe≤10-9，根據(jù)式(6.15)得到n≥21。

這表明至少要有21個(gè)光子產(chǎn)生的光電流，才能保證判決時(shí)誤碼率小于或等于10-9。設(shè)η=0.7，并把相關(guān)的常數(shù)代入式(6.17)，計(jì)算出的不同λ和不同fb的Pr值列于表6.1。這是光接收機(jī)可能達(dá)到的最高靈敏度，這個(gè)極限值是由量子噪聲決定的，所以稱為量子極限。由表6.1我們明顯看到了靈敏度與光波長(zhǎng)和傳輸速率的關(guān)系。把這些關(guān)系代入式(6.16)，得到理想光接收機(jī)靈敏度:Pr=10-65.7-59.2-71.1-63.8靈敏度pr/dBm16062236160速度f(wàn)b/(Mb.s-1)1.551.31波長(zhǎng)/m表6.1理想光接收機(jī)的接收機(jī)-65.7-59.2-71.1

2.實(shí)際光接收機(jī)的靈敏度影響實(shí)際光接收機(jī)靈敏度的因素很多，計(jì)算也十分復(fù)雜，這里只作簡(jiǎn)要介紹。利用誤碼率的公式(6.12)、(6.13)可以計(jì)算最小平均接收光功率。為此，應(yīng)建立超擾比Q與入射光功率的關(guān)系。在發(fā)“0”碼的情況下，入射信號(hào)的光功率P0=0，輸出光電流I0=0。在發(fā)“1”碼的情況下，入射信號(hào)的光功率P1和光電流I1的關(guān)系為式中，g為APD倍增因子(對(duì)于PINPD，g=1)，ρ為光檢測(cè)器的響應(yīng)度，〈P〉=(P1+P0)/2為“0”碼和“１”碼的平均光功率。（6.18）I1=gρP1=2gρ〈P〉2.實(shí)際光接收機(jī)的靈敏度式中，g為APD

Q=(6.19)式中，N0和N1分別為傳輸“0”碼和“1”碼時(shí)的平均噪聲功率。如前所述，在略去暗電流的情況下，（6.20）在放大器輸出端“１”碼的平均電流Im=I1A，A為放大器增益，利用式(6.13)和式(6.18)得到給定Q值，便得到限定誤碼率的最小平均接收光功率式中，N0和N1分別為傳輸“0”碼和“1”N0=NAN1=NA+ND式中，NA是前置放大器的平均噪聲功率，如式(6.6)~式(6.7)所示；ND是在放大器輸出端光檢測(cè)器的平均噪聲功率，ND=〈i2q〉A(chǔ)2，〈i2q〉為均方量子噪聲電流，如式(3.22)和式(3.26)所示。對(duì)于PIN光電二極管，ND<<NA，g=1，式(6.20)可以簡(jiǎn)化為式中nA=NA/A2是折合到輸入端的放大器噪聲功率?！碢〉min=(6.21)

設(shè)PIN-PD光接收機(jī)的工作參數(shù)如下：光波長(zhǎng)λ=0.85μm，傳輸速率fb=8.668Mb/s，光電二極管響應(yīng)度ρ=0.6，互阻抗前置放大器(FET)的nA≈10-18。要求誤碼率Pe=10-9，即Q=6，由式(6.21)計(jì)算得到〈P〉min=1.5×10-8W，Pr=-68.2dBm。這樣計(jì)算光接收機(jī)的靈敏度是一種粗略的方法，其中沒(méi)有考慮下列因素：波形引起的碼間干擾的影響；均衡器頻率特性的影響；光檢測(cè)器暗電流和信號(hào)含直流光的影響。設(shè)PIN-PD光接收機(jī)的工作參數(shù)如下：光波圖6.20示出典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系曲線。圖中誤碼率限定為1×10-9，假設(shè)光檢測(cè)器量子效率η=0.5，附加噪聲系數(shù)x=0.6，暗電流id=1nA，滾降因子β=1，相對(duì)脈沖展寬σ/T=0.3。由圖可見(jiàn)，在限定誤碼率的條件下，決定光接收機(jī)靈敏度的主要因素是：?

傳輸速率和光檢測(cè)器

?前置放大器的噪聲特性作為例子，圖6.21示出一個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)誤碼率和平均接收光功率的關(guān)系。圖6.20示出典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳圖6.20典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系的關(guān)系圖6.20典型短波長(zhǎng)光接收機(jī)靈敏度與傳輸速率的關(guān)系的關(guān)6.21實(shí)測(cè)誤碼率與平均接收光功率6.21實(shí)測(cè)誤碼率與平均接收光功率A=(6.22)6.2.5自動(dòng)增益控制和動(dòng)態(tài)范圍放大器是一個(gè)普通的寬帶高增益放大器，由于前置放大器輸出信號(hào)幅度較大，所以主放大器的噪聲通常不必考慮。主放大器一般由多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，其功能是提供足夠的增益A，以滿足判決所需的電平Im。Im=I1A，利用式(6.18)得到式中，g為APD倍增因子，ρ為光檢測(cè)器的響應(yīng)度，〈P〉為“0”碼和“1”碼的平均光功率。主放大器的另一個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，使光接收機(jī)具有一定的動(dòng)態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)度變化時(shí)輸出電流基本恒定。A=

DR=10lg(6.23)

對(duì)于APD光接收機(jī)，AGC控制光檢測(cè)器的偏壓和放大器的輸出；對(duì)于PIN光接收機(jī)，AGC只控制放大器的輸出。動(dòng)態(tài)范圍(DR)的定義是：在限定的誤碼率條件下，光接收機(jī)所能承受的最大平均接收光功率〈P〉max和所需最小平均接收光功率〈P〉min的比值，用dB表示。根據(jù)定義動(dòng)態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，它表示光接收機(jī)接收強(qiáng)光的能力，數(shù)字光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍一般應(yīng)大于15dB。由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號(hào)大小要發(fā)生變化，為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用直流運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)范圍(D6.3線路編碼在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖，因此必須進(jìn)行碼型變換，以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊蟆?shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼，即“有光脈沖”表示“１”碼，“無(wú)光脈沖”表示“0”碼。6.3線路編碼在光纖通信系統(tǒng)中，從簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：

?在碼流中，出現(xiàn)“１”碼和“0”碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的，因而直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)(基線漂移)，給光接收機(jī)的判決帶來(lái)困難。

?在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連“１”碼或長(zhǎng)串連“0”碼，這樣可能造成位同步信息丟失，給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。

?不能實(shí)現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù))的誤碼檢測(cè)，不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)。簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求有：(1)能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。這樣就可以減小基線漂移、提高輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾，有利于提高光接收機(jī)的靈敏度。(2)能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。因而應(yīng)盡可能減少連“１”碼和連“0”碼的數(shù)目，使“1”碼和“0”碼的分布均勻，保證定時(shí)信息豐富。(3)能提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。但對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)減少冗余碼，以免占用過(guò)大的帶寬。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸

6.3.1擾碼為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前，需要附加一個(gè)擾碼器，將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換，使其接近于隨機(jī)序列。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器之后，附加一個(gè)解擾器，以恢復(fù)原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對(duì)應(yīng)的前饋移位寄存器實(shí)現(xiàn)。擾碼改變了“１”碼與“0”碼的分布，從而改善了碼流的一些特性。例如：擾碼前：1100000011000…擾碼后：1101110110011…6.3.1擾碼例如：①不能完全控制長(zhǎng)串連“１”和長(zhǎng)串連“0”序列的出現(xiàn)②沒(méi)有引入冗余，不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)；③信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大，不能解決基線漂移。因?yàn)閿_碼不能完全滿足光纖通信對(duì)線路碼型的要求，所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外還采用其它類型的線路編碼。擾碼有下列缺點(diǎn)：①不能完全控制長(zhǎng)串連“１”和長(zhǎng)串連“0”

6.3.2mBnB碼

mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有m個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把mB變換為nB，所以稱為mBnB碼，其中m和n都是正整數(shù)，n>m，一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B6B、5B6B、8B9B、17B18B等等。

6.3.2mBnB碼1.mBnB碼編碼原理最簡(jiǎn)單的mBnB碼是1B2B碼，即曼徹斯特碼，這就是把原碼的“０”變換為“01”，把“1”變換為“10”。因此最大的連“０”和連“１”的數(shù)目不會(huì)超過(guò)兩個(gè)，例如1001和0110。但是在相同時(shí)隙內(nèi)，傳輸1比特變?yōu)閭鬏?比特，碼速提高了1倍。1.mBnB碼編碼原理以3B6B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有(23)8個(gè)碼字，變換為6B碼時(shí)，共有(26)16個(gè)碼字，見(jiàn)表6.2。為保證信息的完整傳輸，必須從6B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來(lái)代替3B碼。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來(lái)選擇碼表。例如：在3B碼中有2個(gè)“0”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“１”；在3B碼中有2個(gè)“1”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“0”。而000用0001和1110交替使用；111用0111和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱為禁字，例如0000和1111。以3B6B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有01111111111011011101100101110110101001100100001110110110010101001000011001001000010000006B3B

表6.23B和6B的碼字

011111111作為普遍規(guī)則，引入“碼字?jǐn)?shù)字和”(WDS)來(lái)描述碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來(lái)保證線路碼的傳輸特性。所謂“碼字?jǐn)?shù)字和”，是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼，用“+1”代表“１”碼，整個(gè)碼字的代數(shù)和即為WDS。如果整個(gè)碼字“１”碼的數(shù)目多于“0”碼，則WDS為正；如果“0”碼的數(shù)目多于“1”碼，則WDS為負(fù)；如果“0”碼和“1”碼的數(shù)目相等，則WDS為0。例如：對(duì)于0111，WDS=+2；對(duì)于0001，WDS=-2；對(duì)于0011，WDS=0。作為普遍規(guī)則，引入“碼字?jǐn)?shù)字和”(WDS)來(lái)

nB碼的選擇原則是：盡可能選擇|WDS|最小的碼字，禁止使用|WDS|最大的碼字。以3B6B為例，應(yīng)選擇WDS=0和WDS=±2的碼字，禁止使用WDS=±6的碼字。表6.3示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種3B6B碼表，表中正組和負(fù)組交替使用。nB碼的選擇原則是：盡可能選擇|WDS|最小線路碼（6B）信號(hào)碼（3B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110060011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000

表6.3一種3B6B碼表線路碼（6B）信號(hào)碼（3B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WD我國(guó)3次群和6次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線路碼型是5B6B碼，其編碼規(guī)則如下：5B碼共有(25)32個(gè)碼字，變換6B碼時(shí)共有(26)66個(gè)碼字，其中WDS=0有20個(gè)，WDS=±2有15個(gè)，WDS=-2有15個(gè)，共有50個(gè)|WDS|最小的碼字可供選擇。由于變換為6B碼時(shí)只需32個(gè)碼字，為減少連“１”和連“0”的數(shù)目，刪去：000011、110000、001111和111100。當(dāng)然禁用WDS=±6和±6的碼字。表6.6示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種5B6B碼表，正組和負(fù)組交替使用。表中正組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=+2，負(fù)組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=-2。我國(guó)3次群和6次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線路光電技術(shù)基礎(chǔ)-課件線路碼（6B）信號(hào)碼（5B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-2000101+21110101111131-2001001+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125續(xù)表線路碼（6B）信號(hào)碼（5B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDmBnB碼是一種分組碼，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)傳輸特性的要求確定某種碼表。mBnB碼的特點(diǎn)是：(1)碼流中“0”和“1”碼的概率相等，連“0”和連“1”的數(shù)目較少，定時(shí)信息豐富。(2)高低頻分量較小，信號(hào)頻譜特性較好，基線漂移小(3)在碼流中引入一定的冗余碼，便于在線誤碼檢測(cè)。mBnB碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號(hào)或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)備中，不宜用這種碼型。mBnB碼是一種分組碼，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)傳輸特

2.編譯碼器有兩種編譯碼電路：

?一種是組合邏輯電路，就是把整個(gè)編譯碼器都集成在一小塊芯片上，組成一個(gè)大規(guī)模專用集成塊，國(guó)外設(shè)備大多采用這種方法。

?一種是把設(shè)計(jì)好的碼表全部存儲(chǔ)到一塊只讀存儲(chǔ)器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成，國(guó)內(nèi)設(shè)備一般采用這種方法。以3B6B碼為例，碼表存儲(chǔ)編碼器的工作原理示于圖6.22。首先把設(shè)計(jì)好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信號(hào)碼流通過(guò)串-并變換電路變?yōu)?比特一組的碼b1、b2、b3，并行輸出作為PROM的地址碼，在地址碼作用下，PROM根據(jù)存儲(chǔ)的碼表，輸出與地址對(duì)應(yīng)的并行6B碼，再經(jīng)過(guò)并-串變換電路，讀出已變換的6B碼流。2.編譯碼器圖6.22碼表存儲(chǔ)編碼器原理圖6.22碼表存儲(chǔ)編碼器原理圖中A、B、C三條線為組別控制控制線，當(dāng)WDS=±2時(shí)，從A、B分別送出控制信號(hào)，通過(guò)C線決定組別。譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。譯碼時(shí)，把送來(lái)的已變換的6B信號(hào)碼流，每6比特并聯(lián)為一組，作為PROM的地址，然后讀出3B碼，再經(jīng)過(guò)并-串