话音在光纤通信系统中的传输任务4话音在光纤通信系统中

《话音在光纤通信系统中的传输任务4话音在光纤通信系统中》由会员分享，可在线阅读，更多相关《话音在光纤通信系统中的传输任务4话音在光纤通信系统中（30页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、单元二单元二话音在光纤通信系统中的传输话音在光纤通信系统中的传输任务任务4话音在光纤通信系统中的传输话音在光纤通信系统中的传输教学活动教学活动学习光端机功能、组成及性能。学习光端机功能、组成及性能。8/25/20231第第4章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 本章重点内容是：本章重点内容是：1.光纤通信的特点；光纤通信的特点；2光纤通信系统的基本组成；光纤通信系统的基本组成；3光纤的结构和分类、光纤的导光原理及主要工作特性；光纤的结构和分类、光纤的导光原理及主要工作特性；4光源、光检测器、光无源器件的工作原理和工作特性光源、光检测器、光无源器件的工作原理和工作特性5光端机的基本组成及各部分

2、的主要作用；光端机的基本组成及各部分的主要作用；6SDH的基本特点；的基本特点；7SDH的标准速率与帧结构；的标准速率与帧结构；8我国我国SDH的复用结构；的复用结构；9SDH网中的复用设备和数字交叉连接器；网中的复用设备和数字交叉连接器；10SDH网络结构。网络结构。8/25/202324.3光端机光端机 所谓光端机是光纤通信系统中的光纤传输终端设备。光端机包括光发送机和光接收机。框图如图4-27光发送机的主要作用是将电端机送来的数字基带电信号变换为光信号，并藕合进光纤线路中进行传输。光接收机的主要作用是将光纤传输微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生输人到电接收端机。8/

3、25/202334.3光端机光端机4.3.1光发射机光发射机1、数字光发射机、数字光发射机的功能功能:电端机输出的数字基带电端机输出的数字基带电电电电信号转换为信号转换为光光光光信号；信号；用耦合技术用耦合技术注入注入注入注入光纤线路；光纤线路；用数字电信号对光源进行用数字电信号对光源进行调制。调制。调制。调制。2、调制方式：直接调制和外调制。、调制方式：直接调制和外调制。受调制的光源特性参数有：功率、受调制的光源特性参数有：功率、受调制的光源特性参数有：功率、受调制的光源特性参数有：功率、幅度、频率和幅度、频率和幅度、频率和幅度、频率和相位，相位，相位，相位，广泛应用的是直接光强广泛应用的是

4、直接光强(功率功率)调制。调制。8/25/20234IIPP输入电信号输入电信号输出光信号输出光信号输出光信号输出光信号输入电信号输入电信号(a)LED数字调制原理；数字调制原理；(b)LD的数字调制原理的数字调制原理 当激光器的驱动电流大于阈值电流当激光器的驱动电流大于阈值电流Ith时，输出光功率时，输出光功率P和驱动和驱动电流电流I基本上是基本上是线性关系。线性关系。线性关系。线性关系。输出输出光功率光功率光功率光功率和和输入电流输入电流输入电流输入电流成正比，输出光信号反映输入电信号。成正比，输出光信号反映输入电信号。8/25/202353、光发射机基本组成、光发射机基本组成数字光发射机

5、的方框图如图所示，主要有数字光发射机的方框图如图所示，主要有光源光源和和电路电路两部分。两部分。光源光源是实现电是实现电/光转换的关键器件，在很大程度光转换的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能。上决定着光发射机的性能。电路电路的设计应以的设计应以光源光源光源光源为依据，使为依据，使输出光信号输出光信号输出光信号输出光信号准确准确反映反映输入电信号。输入电信号。输入电信号。输入电信号。输入接口线路编码调制电路光源控制电路电信号输入电信号输入光信号输出光信号输出图图数字光发射机方框图数字光发射机方框图8/25/202361）光源）光源对通信用光源的要求如下对通信用光源的要求如下对通信用光源

6、的要求如下对通信用光源的要求如下：发射的光波长应和光纤低损耗发射的光波长应和光纤低损耗“窗口窗口”一致，即一致，即中心波长应在中心波长应在0.85m、1.31m和和1.55m附近。光谱附近。光谱单色性要好，单色性要好，即谱线宽度要窄，即谱线宽度要窄，以减小光纤色散对以减小光纤色散对带宽的限制。带宽的限制。电电电电/光转换效率光转换效率光转换效率光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流要高，即要求在足够低的驱动电流下，下，有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束的射光束的方向性要好方向性要好方向性要好方向性要好，以利于提高光源与光纤之间的，以利于

7、提高光源与光纤之间的耦合效率耦合效率耦合效率耦合效率。8/25/20237允许的允许的允许的允许的调制速率要高或响应速度要快，调制速率要高或响应速度要快，以满以满足系统的大传输容量的要求。足系统的大传输容量的要求。器件应能在常温下以连续波方式工作，器件应能在常温下以连续波方式工作，要求温要求温度度稳定性好，稳定性好，可靠性高，寿命长。可靠性高，寿命长。此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。便，价格便宜。8/25/202382）调制电路和控制电路调制电路和控制电路直接光强调制的数字光发射机主要电路有：直接光强调制的数字光发射机主要电路有：调

8、制调制电路、控制电路和线路编码电路电路、控制电路和线路编码电路。3）线路编码电路）线路编码电路电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲，性码，而光源不能发射负脉冲，要变换为适合于光要变换为适合于光纤传输的纤传输的单极性码。单极性码。单极性码。单极性码。8/25/202394.3.2光接收机光接收机1、光接收机基本组成光接收机基本组成直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图示于图。方框图示于图。主要包括：主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、光检测器、前置放大器、主放大器、

9、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。电路。8/25/2023101）光检测器光检测器光检测器是光接收机实现光光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，其性能电转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。对光检测对光检测器的要求如下：器的要求如下：波长响应要和光纤低损耗窗口波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85m、1.31m和和1.55m)兼容；兼容；响应度要高，响应度要高，在一定的接收光功率下，在一定的接收光功率下，能产生最大的光能产生最大的光电流；电流；噪声要

10、尽可能低，噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号；能接收极微弱的光信号；性能稳定，性能稳定，可靠性高，可靠性高，寿命长，寿命长，功耗体积小。功耗体积小。目前，目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电二光电二极管和雪崩光电二极管极管和雪崩光电二极管(APD)。8/25/2023112）放大器）放大器前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。接收机的灵敏度影响很大。前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种类型的前放可供选择。类型的前放可供选择。主放大器主放

11、大器主放大器主放大器一般是多级放大器，它的作用是：一般是多级放大器，它的作用是：提供足够的增益提供足够的增益；并通过它实现自动增益控制并通过它实现自动增益控制(AGC)，使输入光信，使输入光信号在一定范围内变化时，号在一定范围内变化时，输出电信号保持恒定。输出电信号保持恒定。主放大器和主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。决定着光接收机的动态范围。8/25/2023123）均衡和再生）均衡和再生均衡的目的：均衡的目的：对经光纤传输、光对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变电转换和放大后已产生畸变(失真失真)的电信号进行补偿；的电信号进行补偿；使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，

12、使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，减小误码率。减小误码率。再生电路包括：再生电路包括：判决电路和时钟提取电路判决电路和时钟提取电路8/25/202313 2、光电集成接收机光电集成接收机图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电子器件，子器件，很容易用标准的集成电路很容易用标准的集成电路(IC)技术将它们技术将它们集成在同一芯片上。集成在同一芯片上。不论是硅不论是硅(Si)还是砷化镓还是砷化镓(GaAs)IC技术都能够技术都能够使集成电路的工作带宽超过使集成电路的工作带宽超过2GHz，甚至达到，甚至达到10GHz。为了适合高传输速率的需求，人们一

13、直在努力为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力开发单片光接收机，即用开发单片光接收机，即用“光电集成电路光电集成电路(OEIC)技技术术”在同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元在同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元件。件。8/25/202314 在在1991年试验成功的单路年试验成功的单路InGaAsOEIC接收机，接收机，其运行速率达其运行速率达5Gb/s。InGaAsOEIC接收机也可以用接收机也可以用混合法实现混合法实现。如图所示，如图所示，电元件集成在电元件集成在GaAs基片上，而光检测基片上，而光检测器集成在器集成在InP基片上，两个部分通过接触片连接在一基片上，两个部分通过接

14、触片连接在一起。起。图图光电集成接收机光电集成接收机8/25/2023154.3.3线路编码线路编码在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉冲于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉冲，因此必须进行码型变换，以适合于数字光纤通信，因此必须进行码型变换，以适合于数字光纤通信系统传输的要求。系统传输的要求。数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，即即“有光脉冲有光脉冲”表示表示“”码，码，“无光脉冲无光脉冲”表表示示“0”码。码。8/25/2023161、简单的二电平码会带来如下

15、问题：、简单的二电平码会带来如下问题：在码流中，出现在码流中，出现“”码和码和“0”码的个数是随机码的个数是随机变化的，变化的，因而直流分量也会发生随机波动因而直流分量也会发生随机波动(基线漂移基线漂移)，给光接收机的判决带来困难。给光接收机的判决带来困难。在随机码流中，容易出现长串连在随机码流中，容易出现长串连“”码或长串码或长串连连“0”码，这样可能造成位同步信息丢失，给定时码，这样可能造成位同步信息丢失，给定时提取造成困难或产生较大的定时误差。提取造成困难或产生较大的定时误差。不能实现在线不能实现在线(不中断业务不中断业务)的误码检测，的误码检测，不利于不利于长途通信系统的维护。长途通信

16、系统的维护。8/25/2023172、数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保、数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有证传输的透明性，具体要求有：能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，量。提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有有利于提高光接收机的灵敏度。利于提高光接收机的灵敏度。能给光接收机提供足够的定时信息。因而应能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连尽可能减少连“”码和连码和连“0”码的数目，使码的数目，使“1”码和码和“0”码的分布均匀，码的分布均匀，保证定时信息丰保证定

17、时信息丰富。富。能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。监测和公务通信。8/25/2023183、扰码、扰码为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调制器前，制器前，需要附加一个扰码器，将原始的二进制码需要附加一个扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列。序列加以变换，使其接近于随机序列。相应地，在光接收机的判决器之后，附加一个相应地，在光接收机的判决器之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列。解扰器，以恢复原始序列。扰码改变了扰码改变了“”码与码与“0”码的分布，码的分布，从而改从而改善了码

18、流的一些特性。善了码流的一些特性。例如：例如：扰码前：扰码前：1100000011000扰码后：扰码后：11011101100118/25/202319扰码有下列缺点：扰码有下列缺点：不能完全控制长串连不能完全控制长串连“”和长串连和长串连“0”序列的出序列的出现；现；没有引入冗余，没有引入冗余，不能进行在线误码监测；不能进行在线误码监测；信号频谱中接近于直流的分量较大，信号频谱中接近于直流的分量较大，不能解决基线不能解决基线漂移。漂移。因为扰码不能完全满足光纤通信对线路码型的要因为扰码不能完全满足光纤通信对线路码型的要求，求，所以许多光纤通信设备除采用扰码外还采用其它所以许多光纤通信设备除采

19、用扰码外还采用其它类型的线路编码。类型的线路编码。8/25/2023204、mBnB码码mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有每组有m个二进制码，记为个二进制码，记为mB，称为一个码字，然，称为一个码字，然后把一个码字变换为后把一个码字变换为n个二进制码，记为个二进制码，记为nB，并在同，并在同一个时隙内输出。一个时隙内输出。这种码型是把这种码型是把mB变换为变换为nB，所以称为，所以称为mBnB码，码，其中其中m和和n都是正整数，都是正整数，nm，一般选取，一般选取n=m+1。mBnB码有码有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B

20、等等等。等。8/25/202321mBnB码编码原理码编码原理最简单的最简单的mBnB码是码是1B2B码，即曼彻斯特码，码，即曼彻斯特码，这就是把原码的这就是把原码的“”变换为变换为“01”，把把“1”变换为变换为“10”。因此最大的连因此最大的连“”和连和连“”的数目不会的数目不会超过两个，例如超过两个，例如1001和和0110。但是在相同时隙内，。但是在相同时隙内，传输传输1比特变为传输比特变为传输2比特，比特，码速提高了码速提高了1倍。倍。8/25/202322以以3B4B码为例，输入的原始码流码为例，输入的原始码流3B码，共有（码，共有（23）8个个码字，码字，变换为变换为4B码时，码

21、时，共有共有(24)16个码字，见表。个码字，见表。为保证信息的完整传输，必须从为保证信息的完整传输，必须从4B码的码的16个码字中挑选个码字中挑选8个码字来代替个码字来代替3B码。码。设计者根据最佳线路码特性的原则来选择设计者根据最佳线路码特性的原则来选择码表。码表。例如：在例如：在3B码中有码中有2个个“0”，变为，变为4B码时补码时补1个个“”；在在3B码中有码中有2个个“1”，变为变为4B码时补码时补1个个“0”。而。而000用用0001和和1110交替使用；交替使用；111用用0111和和1000交替使用。同时，规定一些交替使用。同时，规定一些禁止使用的码字，禁止使用的码字，称为禁字

22、，例如称为禁字，例如0000和和1111。8/25/202323 0111 1111111 0110 1110110 0101 1101101 0100 1100100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B 表表3B和和4B的码字的码字 8/25/202324作为普遍规则，引入作为普遍规则，引入“码字数字和码字数字和”(WDS)来描来描述码字的均匀性，并以述码字的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的最佳选择来保证线路码的传输特性。的传输特性。所谓所谓“码字数字和码字数字和”，是在，是在nB码的码字中，用码的码字中，

23、用“-1”代表代表“0”码，码，用用“+1”代表代表“”码，整个码字码，整个码字的代数和即为的代数和即为WDS。如果整个码字如果整个码字“”码的数目多于码的数目多于“0”码，则码，则WDS为正；如果为正；如果“0”码的数目多于码的数目多于“1”码，码，则则WDS为负；如果为负；如果“0”码和码和“1”码的数目相等，则码的数目相等，则WDS为为0。例如：对于例如：对于0111，WDS=+2；对于；对于0001，WDS=-2；对于；对于0011，WDS=0。8/25/202325 nB码码的的选选择择原原则则是是：尽尽可可能能选选择择|WDS|最最小小的的码码字字，禁禁止止使用使用|WDS|最大的

24、码字。最大的码字。以以3B4B为为例例，应应选选择择WDS=0和和WDS=2的的码码字字，禁禁止止使使用用WDS=4的码字。的码字。线路码（4B）信号码（3B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000 表表一种一种3B4B码表码表8/25/202326我国我国3 3次群和次群和4 4次群光纤通信系统最常用的线路码型是次群光纤通信系统最常用的线路码型是

25、5B6B5B6B码，其编码规则如下：码，其编码规则如下：5B5B码共有码共有(2(25 5)32)32个码字，变换个码字，变换6B6B码时共有码时共有(2(26 6)64)64个码字，个码字，其中其中WDS=0WDS=0有有2020个，个，WDS=WDS=2 2有有1515个，个，WDS=-2WDS=-2有有1515个，共有个，共有5050个个|WDS|WDS|最小的码字可供选择。最小的码字可供选择。由于变换为由于变换为6B6B码时只需码时只需3232个码字，为减少连个码字，为减少连“”和连和连“0 0”的数目，的数目，删去：删去：000011000011、110000110000、00111

26、1001111和和111100111100。禁用禁用WDS=WDS=4 4和和6 6的码字。的码字。表表4 4示出根据这个规则编制示出根据这个规则编制的一种的一种5B6B5B6B码表，正组和负组交替使用。码表，正组和负组交替使用。表中正组选用表中正组选用2020个个WDS=0WDS=0和和1212个个WDS=+2WDS=+2，负组选用，负组选用2020个个WDS=0WDS=0和和1212个个WDS=-2WDS=-2。8/25/2023278/25/202328线路码（6B）信号码（5B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-2000101+21110101111131-200100

27、1+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125续表续表8/25/202329 mBnB码码是是一一种种分分组组码码，设设计计者者根根据据传传输输特特性性的的要要求求确确定定某种码表。某种码表。mBnB码码的的特点是：特点是：(1)码码流流中中“0”和和“1”码码的的概概率率相相等等，连连“0”和和连连“1”的数目较少，定时信息丰富。的数目较少，定时信息丰富。(2)高低频分量较小，信号频谱特性较好，基线漂移小高低频分量较小，信号频谱特性较好，基线漂移小(3)在码流中引入一定的冗余码，在码流中引入一定的冗余码，便于在线误码检测。便于在线误码检测。mBnB码码的的缺缺点点是是传传输输辅辅助助信信号号比比较较困困难难。因因此此，在在要要求求传传输输辅辅助助信信号号或或有有一一定定数数量量的的区区间间通通信信的的设设备备中中，不不宜宜用用这种码型。这种码型。8/25/202330