中職中專(zhuān)數(shù)字通信技術(shù)電子課件

第八章光纖通信系統(tǒng)

教學(xué)重點(diǎn)1．?dāng)?shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成和各部分的原理;2．波分復(fù)用（WDM）工作原理;3．光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用，光纖的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)，光纖的連接技術(shù)。掌握波分復(fù)用（WDM）原理。序號(hào)內(nèi)容學(xué)時(shí)18.1概述228.2光纖和光纜238.3光纖通信終端設(shè)備24習(xí)題和小結(jié)5本章講授學(xué)時(shí)6

學(xué)時(shí)分配

教學(xué)難點(diǎn)第八章光纖通信系統(tǒng)

8.1概述8.2光纖和光纜8.3光纖通信終端設(shè)備本章小結(jié)8.1概述

一、光纖通信的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

二、光纖通信系統(tǒng)的組成

從1970年美國(guó)康寧公司研制出損耗為20dB/km的光纖開(kāi)始，光纖通信的歷史也才只有30多年的時(shí)間，它所以能夠得到飛速的發(fā)展應(yīng)用，與電通信相比，它有如下的突出優(yōu)點(diǎn)：

一、光纖通信的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

光纖通信是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。用光代替電進(jìn)行通信不僅是傳輸手段和形式上的變化，而是電信史上一場(chǎng)深刻的革命。它不僅為電信網(wǎng)提供了幾乎無(wú)限的帶寬資源，而且觸發(fā)了一系列觀念上的重大轉(zhuǎn)變。盡管光纖通信已經(jīng)為世界電信的面貌帶來(lái)了巨大的變化，但僅是拉開(kāi)了一個(gè)序幕，它將對(duì)未來(lái)世界產(chǎn)生更加深刻而長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。

1．傳輸頻帶寬、通信容量大我們知道，載波頻率越高通信容量越大。目前使用的光波頻率比微波頻率高103～104倍，所以通信容量約可增加103～104倍。2．損耗低目前實(shí)用的光纖均為SiO2（石英）系光纖，要減小光纖損耗，主要是靠提高玻璃纖維的純度來(lái)達(dá)到，由于目前制成的SiO2玻璃介質(zhì)的純度極高，所以光纖的損耗極低。在光波長(zhǎng)λ＝1.55μm附近，衰減有最低點(diǎn)，可低至0.2dB/km，已接近理論極限值。由于光纖的損耗低，因此，中繼距離可以很長(zhǎng)，在通信線路中可減少中繼站的數(shù)量，降低成本并且提高了通信質(zhì)量。例如：對(duì)于400Mb/s速率的光纖通信，可以實(shí)現(xiàn)100km以上的無(wú)中繼傳輸，而同樣速率的電纜傳輸，無(wú)中繼傳輸僅為1.6km左右。3．不受電磁干擾

因?yàn)楣饫w是非金屬的介質(zhì)材料，因此，它不受電磁干擾。電纜通信中的干擾、串話現(xiàn)象在光纖通信中不復(fù)存在。4．線徑細(xì)、重量輕由于光纖的直徑很小，只有0.1mm左右，因此制成光纜后，直徑要比電纜細(xì)，而且重量也輕。這樣在長(zhǎng)途干線或市干線上，空間利用率高，而且便于制造多芯光纜。光纖通信除上述主要優(yōu)點(diǎn)之外，還有抗化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)。當(dāng)然，光纖本身也有缺點(diǎn)，如光纖質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度低；要求比較好的切斷、連接技術(shù)；分路、耦合比較麻煩等。但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問(wèn)題都是可以克服的。光纖通信的出現(xiàn)和發(fā)展已經(jīng)深刻地改變了電信網(wǎng)的面貌，然而從整體看，光纖通信的巨大潛力尚未開(kāi)發(fā)，光纖通信技術(shù)仍處于方興未艾的發(fā)展階段，各種新技術(shù)、新器件和新構(gòu)思仍在不斷涌現(xiàn)。目前在中國(guó)沿海地區(qū)城市興起的“數(shù)字城市”、“信息化城市”的基本核心就是光纖到戶，建立寬帶業(yè)務(wù)通信網(wǎng)?？梢栽O(shè)想，當(dāng)每個(gè)家庭都有一對(duì)光纖與電信網(wǎng)相連時(shí)，電信網(wǎng)為用戶提供的服務(wù)將不僅僅是一路電話，也不僅僅是數(shù)據(jù)和傳真業(yè)務(wù)，而是帶寬擴(kuò)展幾萬(wàn)倍的巨大信息資源。二、光纖纖通信系系統(tǒng)的組組成光纖通通信屬屬于有有線通通信的的范疇疇，它它仍然然分成成數(shù)字光光纖通通信和模擬光光纖通通信兩類(lèi)。。數(shù)字光光纖通通信系系統(tǒng)一一般是是指以以傳送送數(shù)字字話音音為主主的光光纖通通信系系統(tǒng)，，它主主要由由PCM終端端設(shè)備備、數(shù)字復(fù)復(fù)用設(shè)設(shè)備、光端機(jī)機(jī)、光纜和光中繼繼設(shè)備備組成，，如圖圖8.1所所示。。話音的的數(shù)字字比特特率規(guī)規(guī)定為為64kbit/s。PCM終端端設(shè)備備都帶帶有復(fù)復(fù)接功功能，，其輸輸出口口的數(shù)數(shù)字比比特率率為2048kbit/s，，即包包含30路路話音音信號(hào)號(hào)。PCM終端端設(shè)備備采用用時(shí)分分復(fù)用用的方方法將將各路路話音音信號(hào)號(hào)一一一排序序，在在2048kb/s的數(shù)數(shù)字碼碼流中中包含含了幀幀定位位信號(hào)號(hào)、30路路話音音以及及它們們的信信令信信號(hào)三三部分分信息息。數(shù)數(shù)字復(fù)復(fù)用設(shè)設(shè)備把把基群群或低低次群群的數(shù)數(shù)字信信號(hào)復(fù)復(fù)接成成高次次群的的數(shù)字字信號(hào)號(hào)，同同時(shí)包包括了了它的的逆過(guò)過(guò)程。。圖8.1數(shù)數(shù)字字光纖纖通信信系統(tǒng)統(tǒng)光端機(jī)機(jī)的主主要任任務(wù)是是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)電－光光變換換和光－電電變換換。用于光－－電變換的的主要器件件是LED電光二極極管和LD激光二極極管；光－－電變換的的主要器件件為PIN光電二極極管和APD雪崩光光電二極管管。在對(duì)光光進(jìn)行直接接強(qiáng)度調(diào)制制的光纖通通信系統(tǒng)里里，除了這這些光電子子器件外，，還必須有有驅(qū)動(dòng)電路路、自動(dòng)功功率控制電電路（APC）、自自動(dòng)溫度控控制電路（（ATC））、自動(dòng)增增益控制電電路（AGC）、放放大電路、、偏置控制制電路、均均衡電路、、判決電路路和其它保保護(hù)電路等等。在數(shù)字光纖纖通信系統(tǒng)統(tǒng)里，被傳傳輸?shù)墓庑判盘?hào)必須克克服長(zhǎng)連“0””或長(zhǎng)連連““1””帶來(lái)來(lái)的的問(wèn)問(wèn)題題，，因因?yàn)闉檫@這時(shí)時(shí)，，接接收收機(jī)機(jī)從從輸輸入入信信號(hào)號(hào)碼碼中中提提取取定定時(shí)時(shí)信信息息會(huì)會(huì)變變得得困困難難。。因因此此，，在在光光端端機(jī)機(jī)內(nèi)內(nèi)必必須須設(shè)設(shè)置置碼碼型型變變換換電電路路，，以以便便將將適適宜宜于于在電纜上傳輸輸?shù)臄?shù)字信號(hào)號(hào)或者是適宜宜在電路內(nèi)部部處理的數(shù)字字信號(hào)變成適適宜在光纖上上傳輸?shù)臄?shù)字字信號(hào)，在接接收端，則需需做相應(yīng)的逆逆變換。光中繼器則較較為簡(jiǎn)單，它它只實(shí)現(xiàn)來(lái)自自兩個(gè)方向的的光－電變換換和電－光變變換。目前已已有直接對(duì)光光進(jìn)行放大的的器件（摻鉺鉺光纖放大器器），實(shí)現(xiàn)整整個(gè)系統(tǒng)的光光傳輸。在長(zhǎng)長(zhǎng)距離光纖通通信系統(tǒng)中，，必須每隔一一個(gè)中繼段設(shè)設(shè)置一個(gè)中繼繼器，適時(shí)地地將信號(hào)檢測(cè)測(cè)后重新整形形判決。光纖是是信息息傳輸輸?shù)拿矫浇?，，目前前一般般采用?.3μμm的的長(zhǎng)波波長(zhǎng)單單模光光纖，，組成成光纜纜的光光纖芯芯線一一般在在8芯芯到48芯芯之間間。二、光光纖的的損耗耗一、結(jié)結(jié)構(gòu)與與分類(lèi)類(lèi)8.2光光纖和和光纜纜三、光光纖的的連接接光纜由由多根根光纖纖芯組組成，，每條條光纖纖由纖纖心和和包層層組成成。纖纖芯所所采用用的材材料為為石英英（SiO2），衰減減量為0.2～～6dB/km，它的的結(jié)構(gòu)如如圖8.2所示示。一、結(jié)構(gòu)構(gòu)與分類(lèi)類(lèi)1．光纜纜和光纖纖的結(jié)構(gòu)構(gòu)圖8.2光纖纖和光纜纜光纖包層層的直徑徑為125μm，纖芯芯的直徑徑根據(jù)用用途不同同在10μm（（單模光光纖，高高速長(zhǎng)距距離通信信用）～～50μμm（多多模光纖纖，區(qū)內(nèi)內(nèi)通信、、設(shè)備間間通信用用）。光光纖對(duì)拉拉力的承承受能力力強(qiáng)。不不容易折折斷，但但在彎折折時(shí)容易易折斷，，所以在在外面包包了兩層層保護(hù)層層。第一層的的外徑為為400μm，，采用紫紫外線硬硬化樹(shù)脂脂材料，，外層用用尼龍包包裹構(gòu)成成第二層層，外徑徑為900μm，為了了便于識(shí)識(shí)別，將將尼龍著著上顏色色。包有有兩層保保護(hù)層的的光纖稱(chēng)稱(chēng)為芯線線。芯線線由一條條或多條條基準(zhǔn)線線整齊地地排列成成帶狀結(jié)結(jié)構(gòu)，將將芯線或或者帶狀狀芯線放放在聚乙乙烯上切切開(kāi)的空空槽中，，并在外外邊包上上堅(jiān)固的的外皮稱(chēng)稱(chēng)為光纜纜。在聚聚乙烯的的中心部部分使用用了類(lèi)似似鋼琴線線一樣的的加強(qiáng)構(gòu)構(gòu)件，防防止光纜纜被拉伸伸。外皮皮是根據(jù)據(jù)用于陸陸地或海海底的需需要采用用了不同同的材料料，所以以外徑也也有所不不同。2．光纖纖的分類(lèi)類(lèi)光纖的分分類(lèi)方法法很多，，對(duì)于目目前通信信上用的的石英系系列光纖纖，常從從以下兩兩個(gè)方面面來(lái)分類(lèi)類(lèi)：(1)按按照光纖纖導(dǎo)光的的折射率率不同分分成階躍躍光纖和和漸變光光纖兩類(lèi)類(lèi)。這兩兩種導(dǎo)光光折射率率變化如如圖8.3(a)、(b)所所示。圖8.3光纖纖的傳輸輸模式階躍光纖纖纖芯和和包層導(dǎo)導(dǎo)光的折折射率是是突變分分布的形形式，這這種光纖纖帶寬較較窄，適適合小容容量短距距離通信信。漸變變光纖的的纖芯導(dǎo)導(dǎo)光的折折射率分分布近似似拋物線線型，此此類(lèi)光纖纖頻帶較較寬，適適合于中中容量、、中距離離通信。。（2）按按照傳輸輸光波的的模式不不同，又又可分成成單模光光纖和多多模光纖纖，如圖圖8.3所示。。圖8.3光纖纖的傳輸輸模式所謂模式式，實(shí)質(zhì)質(zhì)上是電電磁場(chǎng)的的一種分分布形式式。模式式不同，，其電磁磁場(chǎng)的分分布形式式不同。。①單模光纖纖（SM））單模光纖纖的纖芯直直徑很小，，約為4～～10μm，理論上上只傳輸一一種模式。。由于單模模光纖只傳傳輸主模，，從而完全全避免了模模式色散，，使得這種種光纖的傳傳輸頻帶很很寬，傳輸輸容量很大大，適用于于大容量、、長(zhǎng)距離的的光纖通信信。單模光光纖是當(dāng)前前研究和應(yīng)應(yīng)用的重點(diǎn)點(diǎn)，也是光光纖通信與與光波技術(shù)術(shù)發(fā)展的必必然趨勢(shì)。。②多模光纖纖（MM））在一定的的工作波長(zhǎng)長(zhǎng)下，當(dāng)有有多個(gè)模式式在光纖中中傳輸時(shí)，，稱(chēng)這種光光纖為多模模光纖。多多模光纖的的纖芯直徑徑一般為50～75μm，包包層直徑為為100～～200μμm。這種種光纖的傳傳輸性能較較差，帶寬寬比較窄，，傳輸容量量也比較小小。漸變型型多模光纖纖的帶寬雖然比不不上單模光光纖，但它它的芯線直直徑大，對(duì)對(duì)接頭和活活動(dòng)聯(lián)接器器的要求不不高，使用用起來(lái)比單單模光纖方方便，所以以在局域網(wǎng)網(wǎng)中大量使使用。二、光纖的的損耗光在光纖中中傳輸會(huì)有有損耗，這這個(gè)損耗包包括兩個(gè)方方面。一是是因材料、、結(jié)構(gòu)引起起光的吸收收和散射造造成的損耗耗；二是組組成系統(tǒng)時(shí)時(shí)產(chǎn)生的損損耗，例如如插接件連連接損耗、、接頭彎曲曲損耗等。。1．光纖的的損耗特性性光波在光纖纖中傳輸，，隨著傳輸輸距離的增增加，光功功率逐漸下下降，這就就是光纖的的傳輸損耗耗。光纖每每單位長(zhǎng)度度的損耗，，直接關(guān)系系到光纖通通信系統(tǒng)傳傳輸距離的的長(zhǎng)短。形形成光纖損損耗的原因因很多，有有來(lái)自光纖纖本身的損損耗，也有有光纖與光光源的耦合合損耗以及及光纖之間間的連接損損耗。光纖本身?yè)p耗耗的原因主要要有吸收損耗和散射損耗兩類(lèi)。造成吸收損耗耗的原因很多多，但都與光光纖材料有關(guān)關(guān)。對(duì)于超高高純度的石英英光纖來(lái)說(shuō)，，在1.55μm附近，，有損耗的最最低點(diǎn)。(1)吸收收損耗耗是光光波通通過(guò)光光纖的的材料料時(shí)，，有一一部分分能量量變成成熱能能，從從而造造成光光功率率的損損失。。(2)散射射損耗耗是由由于光光纖的的材料料、形形狀、、折射射率分分布等等的缺缺陷或或不均均勻，，使光光纖中中傳導(dǎo)導(dǎo)的光光發(fā)生生散射射，由由此產(chǎn)產(chǎn)生的的損耗耗為散散射損損耗。。綜合以以上兩兩種損損耗發(fā)發(fā)現(xiàn)，，在0.8～0.9μm波段段內(nèi)，，損耗耗約為為2dB/km左右右；在在1.31μm損耗耗為0.5dB/km，，而在在1.55μm處，，損耗耗可降降至0.2dB/km，，這已已接近近了SiO2光纖的的理論論極限限值。。2．組組成系系統(tǒng)時(shí)時(shí)產(chǎn)生生的損損耗在光發(fā)發(fā)射機(jī)機(jī)和光光接收收機(jī)之之間用用光纖纖連接接時(shí)，，通常常有插接件件連接接和光纖熔熔接連連接兩種方方式。。光插接接件是是用精精度高高的機(jī)機(jī)械結(jié)結(jié)構(gòu)使使光纖纖纖芯芯緊密密接觸觸，接接觸得得越緊緊，則則插接接件損損失越越小。。單模模光纖纖使用用光插插接件件時(shí)，，連接接損耗耗可以以在0.5dB以下下，但但在實(shí)實(shí)際中中會(huì)因因插接接件端端面不不干凈凈，或或有損損傷而而使損損耗大大大增增加。。所以以使用用時(shí)應(yīng)應(yīng)注意意清潔潔光插插接件件的表表面，，不使使用時(shí)時(shí)應(yīng)用用罩子子套上上光插插接件件。光纖熔熔接連連接是是將光光纖的的纖芯芯對(duì)齊齊后用用電弧弧將纖纖芯熔熔化接接在一一起，，接頭頭損耗耗對(duì)單單模光光纖來(lái)來(lái)說(shuō)可可以做做到0.1dB以下下。施施工時(shí)時(shí)應(yīng)注注意，，不要要讓光光纖過(guò)過(guò)度彎彎曲，，否則則光纖纖的損損耗會(huì)會(huì)大大大增加加。三、光光纖的的連接接光纖有有兩種種連接接，一一種是是永久性性連接接，類(lèi)似似于電電線電電纜中中的焊焊接；；另一一種是是活動(dòng)連連接，類(lèi)似似于交交流電電源插插頭和和插座座的連連接。。光纖纖的連連接應(yīng)應(yīng)滿足足如下下要求求：①連接接損耗耗要小小。接接頭的的插入入損耗耗大小小直接接影響響光纖纖系統(tǒng)統(tǒng)的無(wú)無(wú)中繼繼距離離，一一般要要求連連接損損耗要要小于于0.3dB。。②連接接點(diǎn)要要有一一定的的機(jī)械械強(qiáng)度度，保保證連連接可可靠，，并能能承受受一定定的拉拉力。。③操操作作應(yīng)應(yīng)簡(jiǎn)簡(jiǎn)便便，，以以便便在在條條件件較較差差的的施施工工現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)快快捷捷地地完完成成連連接接。。圖8.4光光纖纖連連接接不不當(dāng)當(dāng)?shù)牡脑蛞驁D8.4示示出出了了由由于于光光纖纖連連接接不不當(dāng)當(dāng)而而造造成成損損耗耗增增加加的的情情況況。。光光纖纖端端面面之之間間有有空空隙隙造造成成折折射射，，見(jiàn)見(jiàn)圖圖8.4（（a））；；光光纖纖端端面面之之間間的的角角偏偏差差見(jiàn)見(jiàn)圖圖8.4（（b））；；接接駁駁的的兩兩條條芯芯線線的的直直徑徑不不等等，，見(jiàn)見(jiàn)圖圖8.4（（c））；；兩兩根根光光纖纖的的軸軸線線不不重重合合，，見(jiàn)見(jiàn)圖圖8.4（（d））；；以以及及端端面面不不平平整整或或受受到到污污染染等等。。1．活動(dòng)光光纖連接器器圖8.5（（a）示出出了單芯、、雙芯、裝裝卸式四連連活動(dòng)光纖纖器結(jié)構(gòu)圖圖。這些連連接器可以以進(jìn)行平均均損耗為0.1dB的單模光光纖連接。。圖8.5連連接技術(shù)術(shù)(光連接接器、熔接接)活動(dòng)光纖連連接器通常常由下述三三部分組成成：①光纖端接接元件：保保護(hù)和定位位光纖端面面；②對(duì)準(zhǔn)規(guī)：：定位光纖纖端接元件件對(duì)，使其其耦合最佳佳；③連接器外外殼：保護(hù)護(hù)光學(xué)接觸觸元件不受受環(huán)境的影影響，將對(duì)對(duì)準(zhǔn)規(guī)和光光纖端接元元件固定在在相應(yīng)位置置，并端接接光纜護(hù)套套和應(yīng)變?cè)?．光纖的的連接方法法下面介紹幾幾種光纖的的連接方法法。這種方法需需用一根具具有比被接接光纖的軟軟化點(diǎn)溫度度低的玻璃璃套管，其其內(nèi)孔徑略略大于光纖纖芯的外徑徑。當(dāng)將玻玻璃管加熱熱到它的軟軟化點(diǎn)時(shí)，，表面張力力產(chǎn)生作用用，使它可可以縮成一一根實(shí)心棒棒。連接過(guò)過(guò)程如下：：將一根裸裸光纖的一一端插入套套管中；對(duì)對(duì)玻璃棒的的中心部分分加熱，使使其塌陷，，卡住這根根光纖的一一端，形成成一個(gè)精密密適配的管管座；將第第二條光纖纖插入管中中和光黏合合劑結(jié)合固固定在合適適的位置上上，并使光光纖端面間間指數(shù)匹配配。(1)坍陷陷套管連接接法V型槽拼接接頭主要部部分有V型型槽、壓條條和套管三三部分。裸裸光纖的兩兩頭緊密接接觸，一起起被壓入V型槽中，，再由套管管將V型槽槽和壓條一一起套住。。(2)V型型槽拼接法法電弧熔接法法是將兩個(gè)個(gè)端頭的芯芯線緊密接接觸，然后后用高壓電電弧對(duì)其加加熱，使兩兩端頭表面面熔化而連連接。如圖圖8.5（（b）照片片所示。照照片的上下下所看到的的端子是電電弧用電極極端子，由由電弧的放放電能量進(jìn)進(jìn)行熔接。。市售的光光纖熔接機(jī)機(jī)都是采用用電弧熔接接法，這種種連接方法法廣泛用于于現(xiàn)場(chǎng)施工工中。(3)電弧弧熔解法8.3光光纖通信終終端設(shè)備一、光發(fā)射射機(jī)三、波分復(fù)復(fù)用技術(shù)(WDM)二、光接收收機(jī)四、光中繼繼器一、光發(fā)射射機(jī)光纖通信系系統(tǒng)由光發(fā)發(fā)射機(jī)、光光中繼器和和光接收機(jī)機(jī)組成。本本節(jié)主要介介紹構(gòu)成光光纖通信終終端的光發(fā)發(fā)射機(jī)和光光接收機(jī)。。同時(shí)介紹紹光中繼器器和波分復(fù)復(fù)用的一些些基本概念念。在光纖通信信系統(tǒng)中，，光發(fā)射機(jī)機(jī)的作用是是把從PCM多路復(fù)復(fù)用設(shè)備送送來(lái)的電信信號(hào)，轉(zhuǎn)變變?yōu)楣庑盘?hào)號(hào)，送入光光纖線路進(jìn)進(jìn)行傳輸。。1．對(duì)光發(fā)發(fā)射機(jī)的要要求(1)合適適的輸出光光功率光發(fā)射機(jī)的的輸出光功功率，通常常是指耦合合進(jìn)光纖的的功率，亦亦稱(chēng)入纖光光功率。入入纖功率越越大，可通通信的距離離就越長(zhǎng)。。但光功率率太大也會(huì)會(huì)使系統(tǒng)工工作在非線線性狀態(tài)，，對(duì)通信產(chǎn)產(chǎn)生不良影影響。因此此，要求光光源應(yīng)有合合適的光功功率輸出，，一般在0.01～～5mW之之間。同時(shí)時(shí)還要求輸輸出光功率率保持恒定定，在環(huán)境境溫度變化化或器件老老化的過(guò)程程中，穩(wěn)定定度要求在在5％～10％之間間。(2)較好好的消光比比Ext消光比的定定義為：Ext＝全全“０”碼碼的平均光光功率P0全“1””碼的平均均光功率P1(8.1)一個(gè)被調(diào)制制的好光源源，應(yīng)該在在“0”碼碼時(shí)沒(méi)有光光功率輸出出，否則它它將使光纖纖系統(tǒng)產(chǎn)生生噪聲，從從而使接收收機(jī)靈敏度度降低。要要求消光比比越小越好好，一般要要求Ext≤10％％。(3)調(diào)制制特性好所謂調(diào)制特特性好，即即要求調(diào)制制效率和調(diào)調(diào)制頻率要要高，以滿滿足大容量量、高速率率光纖通信信系統(tǒng)的需需要。目前前，半導(dǎo)體體激光器可可以實(shí)現(xiàn)的的最高調(diào)制制頻率為10GHz。實(shí)際上上已有調(diào)制制速率達(dá)20Gb/s的報(bào)道道。除此之外，，還要求電電路盡量簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、成本本低、光源源壽命長(zhǎng)等等。2．光發(fā)射射機(jī)組成框框圖光發(fā)射機(jī)組組成框圖如如圖8.6所示，它它由光源、、光源驅(qū)動(dòng)動(dòng)與控制電電路、信道道編碼電路路三部分組組成?？梢?jiàn)見(jiàn)除了光源源和光源驅(qū)驅(qū)動(dòng)電路外外，信道編編碼電路與與普通數(shù)字字通信機(jī)發(fā)發(fā)送電路基基本相同。。圖8.6光光發(fā)射機(jī)機(jī)組成框圖圖(1)光源光發(fā)送部分的的核心是產(chǎn)生生激光或熒光光的光源，它它是組成光纖纖通信系統(tǒng)的的重要器件。。目前，用于于光纖通信的的光源，有半半導(dǎo)體激光器器（LD）和和半導(dǎo)體發(fā)光光二極管（LED），均均屬于半導(dǎo)體體器件。它們們的共同特點(diǎn)點(diǎn)是體積小、、重量輕、耗耗電量小。LD和LED相比，其主主要區(qū)別表現(xiàn)現(xiàn)在于，前者者發(fā)出的是激激光，后者發(fā)發(fā)出的是熒光光。因此，LED的譜線線寬度較寬，，調(diào)制速率較較低；與光纖纖的耦合效率率也較低；但但是，LED也有許多優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：它的輸輸出特性曲線線線性較好，，使用壽命長(zhǎng)長(zhǎng)，成本低，，適用于短距距離、小容量量的傳輸系統(tǒng)統(tǒng)。而LD一一般適用于長(zhǎng)長(zhǎng)距離、大容容量的傳輸系系統(tǒng)。(2)信道編編碼電路信道編碼電路路對(duì)基帶信號(hào)號(hào)的波型和碼碼型進(jìn)行變換換，使其適合合在光纖中傳傳輸。①均衡器由PCM端機(jī)機(jī)送來(lái)的HDB3或CMI碼流流，首先需要要均衡，用于于補(bǔ)償由電纜纜傳輸產(chǎn)生的的衰減和畸變變，以便正確確譯碼。②碼型變變換由均衡衡器輸輸出的的HDB3或CMI碼，，在數(shù)數(shù)字電電路中中為了了處理理方便便，需需要通通過(guò)碼碼型變變換電電路，，將其其變換換為非非歸零零碼（（即NRZ碼））。③擾碼若信碼碼流中中出現(xiàn)現(xiàn)長(zhǎng)連連“0”或或長(zhǎng)連連“1”的的情況況，將將會(huì)給給時(shí)鐘鐘信號(hào)號(hào)的提提取帶帶來(lái)困困難；；為了了避免免出現(xiàn)現(xiàn)這種種情況況，加加一擾擾碼電電路，，它可可有規(guī)規(guī)律地地破壞壞長(zhǎng)連連“0”和和連““1””的碼碼流，，達(dá)到到0、、1等等概率率出現(xiàn)現(xiàn)。經(jīng)經(jīng)擾碼碼以后后的信信號(hào)再再進(jìn)行行線路路編碼碼。④時(shí)鐘提取取由于碼型型變換和和時(shí)鐘提提取過(guò)程程都需要要以時(shí)鐘鐘信號(hào)作作為依據(jù)據(jù)，因此此，在均均衡電路路之后，，由時(shí)鐘鐘提取電電路提取取時(shí)鐘信信號(hào)，供供碼型變變換和擾擾碼電路路使用。。⑤編碼如上所述述，經(jīng)過(guò)過(guò)擾碼以以后的碼碼流，盡盡量使得得1、0的個(gè)數(shù)數(shù)均等，，便于接接收端提提取時(shí)鐘鐘信號(hào)。。另外，，為了便便于不間間斷業(yè)務(wù)務(wù)的誤碼碼監(jiān)測(cè)、、區(qū)間通通信聯(lián)絡(luò)絡(luò)、監(jiān)控控及克服服直流分分量的波波動(dòng)，在在實(shí)際的的光纖通通信系統(tǒng)中，都都對(duì)經(jīng)過(guò)過(guò)擾碼以以后的信信碼流重重新進(jìn)行行編碼，，以滿足足上述要要求。經(jīng)經(jīng)過(guò)編碼碼以后，，變?yōu)檫m適合光纖纖線路傳傳送的線線路碼型型。(3)光光源驅(qū)動(dòng)動(dòng)與控制制電路①光源驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路它用已編編碼的數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)來(lái)調(diào)制制發(fā)光器器件的發(fā)發(fā)光強(qiáng)度度，完成成電/光光變換任任務(wù)。②APC（自動(dòng)光光輸出功功率控制制電路））它有三三個(gè)作用用，一是是使光輸輸出信號(hào)號(hào)電平保保持穩(wěn)定定；二是是防止光光源因電電流過(guò)大大而損壞壞；三是是防止輸輸出功率率過(guò)大，，致使光光源的輸輸出噪聲聲增加，，系統(tǒng)的的性能變變差。③ATC（自動(dòng)溫溫度控制制電路））對(duì)激激光二極極管而言言，結(jié)溫溫高的時(shí)時(shí)候光輸輸出功率率會(huì)下降降，在APC的的作用下下控制電電流就會(huì)會(huì)自動(dòng)增增加，使使結(jié)溫進(jìn)進(jìn)一步升升高，造造成惡性性循環(huán)而而導(dǎo)致激激光二極極管損壞壞。ATC電路路能對(duì)溫溫度進(jìn)行行自動(dòng)控控制。④光監(jiān)測(cè)測(cè)電路用用于監(jiān)監(jiān)測(cè)激光光器發(fā)出出的功率率，經(jīng)放放大器放放大后控控制激光光器的偏偏置電流流，使其其輸出的的平均功功率保持持恒定。。二、光接接收機(jī)光接收機(jī)機(jī)的任務(wù)務(wù)是將光光纖傳輸輸后的光光信號(hào)，，還原成成電的數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)。對(duì)光光接收機(jī)機(jī)的要求求主要有有接收機(jī)機(jī)靈敏度度、動(dòng)態(tài)態(tài)范圍和和頻率響響應(yīng)。1．主要要技術(shù)指指標(biāo)(1)光光接收機(jī)機(jī)靈敏度度光接收機(jī)機(jī)靈敏度度是接收收機(jī)被調(diào)調(diào)整到最最佳狀態(tài)態(tài)時(shí)，在在滿足給給定的誤誤碼率指指標(biāo)條件件下，接接收機(jī)接接收微弱弱信號(hào)的的能力。。通常用用最低平平均光功功率Pmin來(lái)描述。。光接收收機(jī)靈敏敏度中的的光功率率采用相相對(duì)值，，工程上上常用dBm來(lái)表表示，即即Sr＝10lg（Pmin/10－－3）(8.2)式中Pmin為在滿足足給定的的誤碼率率指標(biāo)條條件下最最低接收收光功率率；10－3指指1mW光功率率。如果果一部光光接收機(jī)機(jī)，在滿滿足給定定的誤碼碼率指標(biāo)標(biāo)下所需需的平均均光功率率低，說(shuō)說(shuō)明這部部光接收收機(jī)在微微弱的輸輸入光條條件下，，就能正正常工作作。目前，140Mbit/s光光端機(jī)的的接收靈靈敏度，，在保證證系統(tǒng)誤誤碼指標(biāo)標(biāo)為10－11條件下下，我國(guó)國(guó)郵電部部的技術(shù)術(shù)指標(biāo)為為－36～－40dBm。(2)接接收機(jī)的的動(dòng)態(tài)范范圍光接收機(jī)機(jī)的動(dòng)態(tài)態(tài)范圍D，是在在保證系系統(tǒng)的誤誤碼率指指標(biāo)要求求下，接接收機(jī)的的最低光光功率和和最大允允許光功功率之比比，單位位為dB，即D＝10lg（（Pmax/Pmin）(8.3)光接收機(jī)機(jī)要求有有一個(gè)動(dòng)動(dòng)態(tài)范圍圍，是因因?yàn)楫?dāng)環(huán)環(huán)境溫度度變化時(shí)時(shí)，光纖纖的損耗耗將產(chǎn)生生變化；；隨著時(shí)時(shí)間的增增長(zhǎng)，光光源輸出出光功率率亦將變變化。這這樣，原原來(lái)按標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)設(shè)計(jì)的光光接收機(jī)機(jī)便可能能失效。。因此，，要求光光接收機(jī)機(jī)有一個(gè)個(gè)動(dòng)態(tài)范范圍，低低于這個(gè)個(gè)動(dòng)態(tài)范范圍的下下限（即即靈敏度度），將將會(huì)產(chǎn)生生過(guò)大的的誤碼；；高于這這個(gè)動(dòng)態(tài)態(tài)范圍的的上限，，在判決決時(shí)亦造造成過(guò)大大的誤碼碼。顯然然，一臺(tái)臺(tái)質(zhì)量好好的接收收機(jī)應(yīng)有有較寬的的動(dòng)態(tài)范范圍。目前，140Mbit/s光光接收機(jī)機(jī)的動(dòng)態(tài)態(tài)范圍，，我國(guó)郵郵電部的的技術(shù)指指標(biāo)為－－12dB。2．光接接收機(jī)組組成框圖圖光接收機(jī)機(jī)組成框框圖如圖圖8.7所示，，它由光光電檢測(cè)測(cè)器、光光信號(hào)接接收電路路、信道道解碼電電路三部部分組成成。除了了光電檢檢測(cè)器、、光信號(hào)號(hào)接收電電路外，，信道解解碼電路路部分與與數(shù)字通通信機(jī)的的接收電電路基本本相同。。圖8.7光光接收機(jī)組成成框圖光電檢測(cè)器的的作用，是利利用光電二極極管將光信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦判盘?hào)。目前在在光纖通信中中廣泛使用的的光電檢波管管是半導(dǎo)體光光電二極管，，它具有尺寸寸小、靈敏度度高、響應(yīng)速速度快以及工工作壽命長(zhǎng)等等優(yōu)點(diǎn)。光電電檢測(cè)器件一一般有光電二二極管（PIN）和雪崩崩二極管（APD）。與與PIN相比比較，APD是一種具有有增益的光電電檢測(cè)器，響響應(yīng)度較高，，效果較好。。(1)光光電電檢檢測(cè)測(cè)器器在0.85μμm波波段段，，目目前前主主要要是是用用硅硅半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料做做光光電電二二極極管管，，而而在在1.35μμm波波段段是是用用鍺鍺半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料做做光光電電二二極極管管。。(2)光光信信號(hào)號(hào)接接收收電電路路光信信號(hào)號(hào)接接收收電電路路主主要要有有以以下下三三個(gè)個(gè)作作用用：：①低低噪噪聲聲放放大大。。由由于于從從光光電電檢檢測(cè)測(cè)器器出出來(lái)來(lái)的的電電信信號(hào)號(hào)非非常常微微弱弱，，在在對(duì)對(duì)其其進(jìn)進(jìn)行行放放大大時(shí)時(shí)首首先先必必須須考考慮慮的的是是抑抑制制放放大大器器的的內(nèi)內(nèi)部部噪噪聲聲。。我我們們知知道道，，制制作作高高靈靈敏敏度度光光接接收收機(jī)機(jī)時(shí)時(shí)，，必必須須使使熱熱噪噪聲聲最最小小，，因因此此光光接接收收電電路路首首先先應(yīng)應(yīng)該該是是低低噪噪聲聲電電路路。。②給給光光電電二二極極管管提提供供穩(wěn)穩(wěn)定定的的反反向向偏偏壓壓。。光光電電二二極極管管只只需需5～～8V的的非非臨臨界界電電壓壓，，雪雪崩崩二二極極管管一一般般情情況況下下要要求求偏偏壓壓為為100～～400V，，需需要要反反復(fù)復(fù)調(diào)調(diào)試試。。③自動(dòng)動(dòng)增益益控制制。雖雖然光光纖信信道是是恒參參信道道，但但仍有有可能能因?yàn)闉橄到y(tǒng)統(tǒng)內(nèi)的的光電電器件件性能能變化化、控控制電電路的的不穩(wěn)穩(wěn)定以以及器器件的的更換換等原原因，，使光光接收收電路路所接接收到到的信信號(hào)電電平發(fā)發(fā)生波波動(dòng)，，因此此光接接收機(jī)機(jī)必須須有自自動(dòng)增增益控控制的的功能能。(3)信信道解碼碼電路信道解碼碼電路是是與發(fā)端端的信道道編碼電電路完全全對(duì)應(yīng)的的電路，，即包含含解碼電電路、解解擾電路路和碼型型反變換換電路。。此處不不再重復(fù)復(fù)敘述它它的原理理功能。。三、波分分復(fù)用技技術(shù)(WDM)由于光纖纖具有很很寬的帶帶寬，因因此可在在一根光光纖中傳傳輸多個(gè)個(gè)波長(zhǎng)的的光載波波，這就就是波分分復(fù)用。。它類(lèi)似似于無(wú)線線電信道道的頻分分復(fù)用。。采用這這種技術(shù)術(shù)可以擴(kuò)擴(kuò)大光纖纖通信的的容量。。在長(zhǎng)距離離光纖通通信中，，波分復(fù)復(fù)用具有有很好的的經(jīng)濟(jì)性性。因?yàn)闉榫€路的的投資很很大，占占總投資資的70％～80％，，采用波波分復(fù)用用，成倍倍地增加加光纖線線路的傳傳輸總量量，提高高了線路路的利用用率。許許多國(guó)家家大力研研究波分分復(fù)用光光纖通信信技術(shù)，，且已研研制出實(shí)實(shí)用的波波分復(fù)用用系統(tǒng)。。圖8.8所示示的方框框圖就是是在一根根光纖上上單向傳傳輸N個(gè)個(gè)光波波波長(zhǎng)的波波分復(fù)用用系統(tǒng)。。圖8.8單向向傳輸?shù)牡牟ǚ謴?fù)復(fù)用系統(tǒng)統(tǒng)這N個(gè)系系統(tǒng)在發(fā)發(fā)端有N臺(tái)光發(fā)發(fā)射機(jī)（（即有N個(gè)不同同波長(zhǎng)的的光源））。這N個(gè)光信信號(hào)通過(guò)過(guò)復(fù)用器器——合合波器，，將來(lái)自自N臺(tái)光光發(fā)射機(jī)機(jī)的光信信號(hào)合并并起來(lái)，，耦合進(jìn)進(jìn)入同一一根光纖纖中傳輸輸。當(dāng)這這些被合合并的光光波傳到到接收端端后，又又通過(guò)一一個(gè)復(fù)用用器———分波器器，將合合并的信信號(hào)分開(kāi)開(kāi)，再分分別送到到各自相相應(yīng)的光光電檢波波器通道道中，從從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在一根根光纖上上傳輸多多個(gè)光源源光信號(hào)號(hào)的目的的。通過(guò)過(guò)這樣的的復(fù)用方方式，使使一根光光纖的實(shí)實(shí)際傳輸輸量得到到成倍地地增加，，提高了了光纖通通信系統(tǒng)統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益。。四、光中繼器器1．光中繼器器的作用光脈沖信號(hào)從從光發(fā)射機(jī)輸輸出經(jīng)光纖傳傳輸若干距離離后，由于光光纖的損耗和和色散的影響響，將使光脈脈沖信號(hào)的幅幅度受到衰落落，波形出現(xiàn)現(xiàn)失真。這樣樣，就限制了了光脈沖信號(hào)號(hào)在光纖中長(zhǎng)長(zhǎng)距離的傳輸輸。為此需在光光波信號(hào)傳傳輸過(guò)一定定距離以后后，加一個(gè)個(gè)光中繼器器，以放大大信號(hào)，恢恢復(fù)失真的的波形，使使光脈沖得得到再生。。2．光中繼繼器的構(gòu)成成方框圖中繼器有的的是機(jī)架式式，可放在在機(jī)房中；；有的是箱箱式，可以以直埋在地地下或架在在架空光纜纜的桿上。?？梢晫?shí)際際需要選用用。光中繼器一一般可分為為光－光中中繼器和光光－電－光光中繼器兩兩種，前者者就是光放放大器，后后者是由能能夠完成光光－電變換換的光接收收端機(jī)和能能夠完成電電－光變換換的光發(fā)送送端機(jī)組成成。(1)光－－電－光中中繼器實(shí)用的光纖纖光－電－－光中繼器器，如圖8.9所示示。它把光信號(hào)號(hào)經(jīng)過(guò)光電電檢測(cè)器變變成電信號(hào)號(hào)，然后對(duì)對(duì)幅度受到到衰減、波波形發(fā)生畸畸變的電信信號(hào)，進(jìn)行行中繼均衡衡放大、再再生，補(bǔ)償償光纖的衰衰減，消除除失真和噪噪聲的影響響，恢復(fù)成成原發(fā)送端端的光脈沖沖信號(hào)后，，繼續(xù)向前前傳輸。圖8.9光光－－電電－－光光中中繼繼器器原原理理方方框框圖圖(2)摻摻鉺鉺光光纖纖放放大大器器光放放大大器器省省去去了了光光－－電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換過(guò)過(guò)程程，，可可以以對(duì)對(duì)光光信信號(hào)號(hào)直直接接進(jìn)進(jìn)行行放放大大，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了了光光纖纖通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)的的全全光光傳傳輸輸，，比比較較有有代代表表性性的的是是摻摻鉺鉺光光纖纖（（EDF））放放大大器器，，它它的的出出現(xiàn)現(xiàn)深深刻刻地地改改變變著著光光纖纖通