數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 引言4</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景4</p><p>　　1.2 光纖通信技術(shù)4</p><p>　　1.2.1 光纖通信概念4</p><p>　　1.2.2 光纖通信發(fā)

2、展4</p><p>　　1.3 數(shù)字光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)5</p><p>　　1.4 光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景6</p><p>　　2.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1數(shù)字光纖傳輸?shù)膬煞N體制7</p><p>　　2.1.1準(zhǔn)同步數(shù)字系列PDH8</p><p>　　

3、2.1.2準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH8</p><p>　　2.2 整體設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3 光發(fā)射機(jī)11</p><p>　　2.3.1 光源11</p><p>　　2.3.2 調(diào)制電路和控制電路11</p><p>　　2.3.3 線路編碼電路12</p><p>　

4、　2.4 光接收機(jī)13</p><p>　　2.4.1 光檢測(cè)器13</p><p>　　2.4.2 放大器14</p><p>　　2.4.3 均衡和再生14</p><p>　　3.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)分析14</p><p>　　3.1性能指標(biāo)14</p><p>　　3.2系統(tǒng)設(shè)

5、計(jì)分析15</p><p>　　3.2.1中繼距離受損耗的限制15</p><p>　　3.2.2中繼距離受色散(帶寬)的限制16</p><p><b>　　4．總結(jié)16</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著數(shù)字技術(shù)和光纖通信技

6、術(shù)各自的進(jìn)步，以及社會(huì)對(duì)于光纖集成網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)資源共享的要求日益增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)與光纖通信技術(shù)也已緊密地結(jié)合起來(lái)，成為了社會(huì)的強(qiáng)大物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。現(xiàn)代社會(huì)，數(shù)字光纖通信已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用到了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中。</p><p>　　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(gè)模塊。通過(guò)各種光電設(shè)備連接成SDH 同步數(shù)字序列的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)。</p><p><b>　　1. 引言&

7、lt;/b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　光纖通信技術(shù)光纖通信自從問(wèn)世以來(lái)，給整個(gè)通信領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)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(diǎn)而備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，發(fā)展非常迅速。</p><p>　　在現(xiàn)代社會(huì)，

8、光纖通信越來(lái)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(dòng)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(mén)研究課題。</p><p>　　1.2 光纖通信技術(shù)</p><p>　　1.2.1 光纖通信概念</p><p>　　所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。要使

9、光波成為攜帶信息的載體，必須對(duì)之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測(cè)出來(lái)。然而，對(duì)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?yàn)槟壳暗墓庠雌骷c光接收器件的非線性比較嚴(yán)重，所以對(duì)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。</p><p>　　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)

10、字信號(hào)去調(diào)制發(fā)送機(jī)中的光源器件(LED)，則LED 就會(huì)發(fā)出攜帶信息的光波。即當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“1”時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)“傳號(hào)”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“0”時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)“空號(hào)”（不發(fā)光）。光波經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)接收端。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號(hào)從光波中檢測(cè)出來(lái)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(lái)的信息。就這樣完成了一次通信的全過(guò)程。</p><p>　　1.2.2 光纖通信發(fā)展</p>

11、<p>　　通信向大容量，長(zhǎng)距離的方向發(fā)展已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢(shì)，在社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，以及人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)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(shuō)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(lái)進(jìn)行通信一直是人們幾百年來(lái)追求的目標(biāo)所在。</p><p>　　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(shí)現(xiàn)通信，因衰耗過(guò)大或

12、者造價(jià)昂貴而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1966年7月，華裔學(xué)者高錕在PIEE 雜志上發(fā)表的文章《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(shí)現(xiàn)光通信的可能性，并設(shè)計(jì)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。</p><p>　　1970年美國(guó)康寧玻璃公司，用改進(jìn)型化

13、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(shí)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(shí)質(zhì)性突破。</p><p>　　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(gè)數(shù)值已經(jīng)接近石英光纖的理論衰耗極限值0.1dB/km。</p><p>　　從光器件看：1970年，美國(guó)貝爾

14、實(shí)驗(yàn)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(lái)逐漸發(fā)展到異質(zhì)結(jié)條形激光器、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。</p><p>　　從光纖通信系統(tǒng)看：從小容量到大容量、從短距離到長(zhǎng)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。</p>&

15、lt;p>　　1976年，世界上第一個(gè)實(shí)用化光纖通信系統(tǒng)。碼率為45 Mb/s，中繼距離為10 km。 </p><p>　　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(chǎng)試驗(yàn)工作。</p><p>　　1990 年，單模光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用化階段（565 Mb/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(chǎng)試驗(yàn)，而且陸續(xù)制

16、定數(shù)字同步體系（SDH）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　1993年，SDH 產(chǎn)品開(kāi)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(yàn)取得突破。</p><p>　　此外，在光孤子通信、超長(zhǎng)波長(zhǎng)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

17、時(shí)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。</p><p>　　1.3 數(shù)字光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)</p><p>　　光通信與電通信相比，具有無(wú)以倫比的優(yōu)越性。</p><p><b>　　1. 通信容量大</b></p><p>　　一根光纖同時(shí)傳輸24 萬(wàn)

18、個(gè)話路的試驗(yàn)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。</p><p><b>　　2. 中繼距離長(zhǎng)</b></p><p>　　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

19、繼距離達(dá)數(shù)百公里以上。傳統(tǒng)的電纜、微波等根本無(wú)法與之相比的。因此光纖通信特別適用于長(zhǎng)途一、二級(jí)干線通信。此外，已在進(jìn)行的光孤子通信試驗(yàn)，全球無(wú)中繼的光纖通信目的能實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　3. 保密性能好</b></p><p>　　光波在光纖中傳輸時(shí)只在纖芯進(jìn)行，基本上沒(méi)有光“泄露”，因此其保密性能極好。</p><p><b

20、>　　4. 適應(yīng)能力強(qiáng)</b></p><p>　　不怕外界強(qiáng)電磁場(chǎng)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。</p><p>　　5. 體積小、重量輕、便于施工維護(hù)</p><p>　　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。</p><p>　　6. 原材料來(lái)源豐富，潛在價(jià)格低廉&l

21、t;/p><p>　　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(jià)格是十分低廉的。</p><p>　　1.4 光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景</p><p>　　光纖通信雖然僅有近三十年的時(shí)間，但光纖通信的技術(shù)無(wú)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20d

22、B/km到現(xiàn)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10MHZ·km 發(fā)展到1000GHZ·km 以上。光源器件從結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)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。</p&

23、gt;<p>　　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1～2％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。</p><p>　　1. 波分復(fù)用技術(shù)（WDM）</p><p>　　用一根光纖同時(shí)傳輸幾種不同波長(zhǎng)的光波以達(dá)到擴(kuò)大通信容量的目的。在系統(tǒng)的發(fā)送端，分系統(tǒng)發(fā)出不同波長(zhǎng)的光波λ1、λ2、λ3、λ4，由合波器合成一束光波

24、進(jìn)入光纖傳輸，在接收端分波器把幾種光波分開(kāi)，分別輸入到各個(gè)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。</p><p><b>　　2. 相干光通信</b></p><p>　　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(zhǎng)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

25、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(duì)之進(jìn)行調(diào)制。在收端，把由光纖傳輸來(lái)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，然后把差頻后的中頻光信號(hào)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。</p><p>　　3. 超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信</p><p>　　石英光纖的衰耗已接近理論值，無(wú)潛力可挖。研究發(fā)

26、現(xiàn)，氟化物光纖在波長(zhǎng)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)0.01～0.00001dB/km，若光纖衰耗小于0.001dB/km，中繼距離可達(dá)三萬(wàn)多公里，那么實(shí)現(xiàn)全球無(wú)中繼的光纖通信就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。</p><p><b>　　4. 光集成技術(shù)</b></p><p>　　和電子技術(shù)中的集成電路相類似，微型光學(xué)元件如光

27、源器件、光檢測(cè)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。</p><p><b>　　5. 光孤子通信</b></p><p>　　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

28、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(zhǎng)距離傳輸。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入光強(qiáng)密度足夠大時(shí)會(huì)引起光脈沖變窄的現(xiàn)象，其光脈沖寬度可低達(dá)幾個(gè)ps，即所謂光孤子脈沖。因此用孤子脈沖可以實(shí)現(xiàn)超大容量的光纖通信。</p><p>　　2.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1數(shù)字光纖傳輸?shù)膬煞N體制</p><p>　　光纖大容量數(shù)字傳輸

29、目前都采用同步時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)。 復(fù)用又分為若干等級(jí)，先后有兩種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)，同步數(shù)字系列(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(guó)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)范建議。SDH解決了PDH存在的問(wèn)題，是一種比較完善的傳輸體制，現(xiàn)已得到大量應(yīng)用。</p><p>　　2.1.1準(zhǔn)同步

30、數(shù)字系列PDH</p><p>　　兩種基礎(chǔ)速率：24路64kbps組成1.544 Mb/s為第一級(jí)(一次群，或稱基群)基礎(chǔ)速率，采用的國(guó)家有北美和日本；以2.048 Mb/s為第一級(jí)(一次群)基礎(chǔ)速率32路64kbps， 歐洲各國(guó)和中國(guó)。</p><p>　　對(duì)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(duì)于以1.544 Mb/s為基礎(chǔ)速率的

31、制式，在3次群以上，日本和北美各國(guó)又不相同， 看起來(lái)很雜亂。PDH各次群比特率相對(duì)于其標(biāo)準(zhǔn)值有一個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，并得到各國(guó)廣泛采用。 PDH主要適用于中、低速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。</p><p>　　在這種形勢(shì)下，現(xiàn)有PDH的許多缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)，主要有： </p><p>　　(1) 北

32、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(méi)有足夠的開(kāi)銷比特，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(jià)格昂貴。</p><p>　　2.1.2準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH</p><p>　　同步數(shù)字系列SDH傳輸網(wǎng)不僅適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，而且適合于多點(diǎn)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)

33、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2.1示出SDH傳輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖2-1 SDH傳輸網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p>　　ADM是一種特殊的復(fù)用器，它利用分接功能將輸入信號(hào)所承載的信息分成兩部分：

34、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(guò)復(fù)接功能將轉(zhuǎn)，發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出</p><p>　　DXC類似于交換機(jī)，它一般有多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，通過(guò)適當(dāng)配置可提供不同的端到端連接。</p><p>　　SDH傳輸網(wǎng)的連接模型，通過(guò)DXC的交叉連接作用，在SDH傳輸網(wǎng)內(nèi)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(gè)通道(Path)由一個(gè)或多個(gè)復(fù)接段(Line)構(gòu)成，

35、而每一復(fù)接段又由若干個(gè)再生段(Section)串接而成。</p><p>　　與PDH相比，SDH具有下列特點(diǎn)：</p><p>　　(1) SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)。 最低的等級(jí)也就是最基本的模塊稱為STM-1，傳輸速率為155.520 Mb/s； 4個(gè)STM-1 同步復(fù)接組成STM-4，傳輸速率為622.080 Mb/s； 16個(gè)STM-1 組成STM-16, 傳輸速率為

36、2488.320 Mb/s，以此類推。</p><p>　　(2) SDH各網(wǎng)元光接口有嚴(yán)格規(guī)范。因此，光接口成為開(kāi)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(jiǎn)化硬件，降低成本。</p><p>　　(3) 在SDH幀結(jié)構(gòu)中，開(kāi)銷比特用于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)和管理，便于性能監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和定位、故障報(bào)告等管理功能。 </p><p&

37、gt;　　(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(jiǎn)化復(fù)接分接實(shí)現(xiàn)設(shè)備，低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)，高速信號(hào)分出低速信號(hào)，不必逐級(jí)進(jìn)行。</p><p>　　(5) 數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC對(duì)各種端口速率可控的連接配置，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源自動(dòng)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。</p><p>　　SDH采用了DXC后，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性及對(duì)各種業(yè)務(wù)量

38、變化的適應(yīng)能力，使現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)提高到一個(gè)嶄新的水平。</p><p><b>　　2.2 整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：輸入電信號(hào)是數(shù)字信號(hào)；調(diào)制器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動(dòng)光源器件的電流信號(hào)并用來(lái)驅(qū)動(dòng)光源器件，對(duì)光源器件進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制，完

39、成電/光變換的功能；光源輸出的光信號(hào)直接耦合到傳輸光纖中，經(jīng)一定長(zhǎng)度的光纖傳輸后送達(dá)接收端；在接收端，光電檢測(cè)器對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行直接檢波，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大恢復(fù)等處理過(guò)程，以彌補(bǔ)線路傳輸過(guò)程中帶來(lái)的信號(hào)損傷（如損耗、波形畸變），最后輸出和原始輸入信號(hào)相一致的電信號(hào)，從而完成整個(gè)傳送過(guò)程。</p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。</p><p>　　光發(fā)端機(jī)將電信

40、號(hào)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(hào)的解調(diào)，采用直接檢測(cè)（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)體光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而達(dá)到傳輸信號(hào)的目的。</p><p>　　系統(tǒng)傳輸部分的原理框圖如圖2.2 所示。</p><p>　　圖2-3 傳輸原理框圖</p><p><b>　　2.3 光發(fā)射機(jī)</b

41、></p><p>　　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(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，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(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。</p><p>　　圖2-4 數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖</p><p><b>　　2.3.1 光源</b></p><

42、p><b>　　對(duì)光源的要求如下：</b></p><p>　?。?） 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0.85um，1.31um，1.55um附近。單色性好。</p><p>　?。?） 電/光轉(zhuǎn)換效率高，在低驅(qū)動(dòng)電流下，有夠大穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。</p><p>　　（3） 允許的調(diào)制速率要高或相應(yīng)速度

43、要快。</p><p>　?。?） 溫度特性好，可靠性高，壽命長(zhǎng)</p><p>　　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(chǎng)合的要求。</p><p>　　2.3.2 調(diào)制電路和控制電路</p><p>　　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(duì)

44、調(diào)制電路和控制電路的要求如下：</p><p>　?。?） 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。</p><p>　　（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(kāi)通延遲應(yīng)足夠短，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。</p><p>　?。?

45、） 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)的張弛震蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作。</p><p>　?。?）采用自動(dòng)功率控制和自動(dòng)溫度控制，以保證輸出光功率有足夠可靠穩(wěn)定性。</p><p>　　2.3.3 線路編碼電路</p><p>　　線路編碼必要性，是因?yàn)殡姸藱C(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，所以要變換為適合于

46、光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。</p><p>　　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(jì)采用的是mBnB碼型。其編碼規(guī)則如下表所示：</p><p>　　表2-1 3B4B碼編碼規(guī)則</p><p>　　3B4B編碼電路的主要作用是將送來(lái)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(shí)

47、現(xiàn)。</p><p>　　圖2-5 3B4B碼編碼框圖</p><p>　　如圖2.5所示為相應(yīng)的譯碼原理框圖可以實(shí)現(xiàn)譯碼。</p><p>　　圖2-6 3B4B碼譯碼框圖</p><p><b>　　2.4 光接收機(jī)</b></p><p>　　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

48、圖示于圖2.7，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）</p><p>　　圖2-7 數(shù)字光接收機(jī)框圖</p><p>　　2.4.1 光檢測(cè)器</p><p>　　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：</p>

49、<p>　?。?） 波長(zhǎng)響應(yīng)要和光纖低損耗窗口（0.85um、1.31um和1.55um）兼容；</p><p>　?。?） 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；</p><p>　?。?） 噪聲要盡可能低，能接受極微弱的光信號(hào)；</p><p>　　（4） 性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長(zhǎng)，功耗和體積小。</p><p&g

50、t;　　目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有PIN光電二極管和雪崩二極管（APD）。</p><p><b>　　2.4.2 放大器</b></p><p>　　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。</p><p>　　主放大器一般是多級(jí)放大器，它的作用是提供足夠的增益，并通過(guò)它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制（AGC），以使輸

51、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。</p><p>　　2.4.3 均衡和再生</p><p>　　均衡的目的是對(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，以消除碼間干擾，減小誤碼率。</p><p>　　再生電路包括判決電路和時(shí)鐘提取電路，從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼元時(shí)鐘，并逐個(gè)地堆

52、碼元進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。</p><p>　　3.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)分析</p><p><b>　　3.1性能指標(biāo)</b></p><p>　　ITUT建議數(shù)字傳輸參考模型，稱假設(shè)參考連接(HRX) 最長(zhǎng)的HRX是根據(jù)ISDN的性能和64 kb/s信號(hào)的全數(shù)字連接考慮。假設(shè)兩用戶的通信要經(jīng)過(guò)全線路和各種串聯(lián)設(shè)備組成數(shù)字網(wǎng)，任何總性

53、能逐級(jí)分配后應(yīng)符合用戶要求。最長(zhǎng)的HRX為27 500 km, 由各級(jí)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)按比例分配給HRDL，建議HRDL長(zhǎng)2500 km, 由于各國(guó)國(guó)情不同，采用HRDL長(zhǎng)度不同HRDL由許多假設(shè)參考數(shù)字段(HRDS)組成，用于長(zhǎng)途傳輸HRDS長(zhǎng)280 km, 用于市話HRDS長(zhǎng)50 km。我國(guó)長(zhǎng)途傳輸?shù)腍RDS長(zhǎng)420 km(一級(jí)干線)和280 km(二級(jí)干線)兩種。參考數(shù)字段

54、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。</p><p>　　圖3-1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連接HRX</p><p>　　誤碼率(BER)衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)劣指標(biāo)，反映數(shù)字傳輸過(guò)程中信息受損程度。 BER是傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，對(duì)信息影響度取決于編碼，如PCM。故障排除后,在連續(xù)10 s時(shí)間內(nèi)，BER優(yōu)于1×10-3，為“可用時(shí)間”。對(duì)于6

55、4 kb/s的數(shù)字信號(hào)， BER=1×10-3，相應(yīng)于每秒有64個(gè)誤碼。統(tǒng)計(jì)劣化占可用百分?jǐn)?shù)衡量系統(tǒng)誤碼率性能指標(biāo)。</p><p>　　對(duì)三種誤碼率參數(shù)和指標(biāo)說(shuō)明如下：劣化分(DM) 誤碼率為1×10-6時(shí)，感覺(jué)不到干擾的影響，選為BERth。 SES由于某些系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)大誤碼率的情況，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量選擇監(jiān)測(cè)時(shí)間TL為1個(gè)月，取樣時(shí)間T0為1 s。定義誤碼率劣于 1×10-

56、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(cè)時(shí)間TL為1個(gè)月，取樣時(shí)間T0為1s， 誤碼率門(mén)限值BERth=0。不出現(xiàn)任何誤碼的秒數(shù)稱為無(wú)誤碼秒(EFS)， 指標(biāo)要求無(wú)誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)大于92%。</p><p>　　可靠性表示方法，可靠性R和故障率φ，平均故障間隔時(shí)間MTBF，可用率A和失效率PF，MTTR平均故障修復(fù)時(shí)間(不可用時(shí)

57、間)。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)是:傳輸距離和傳輸容量(話路數(shù)或比特率)、分布要求，按照標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前設(shè)備技術(shù)水平，經(jīng)過(guò)綜合考慮和計(jì)算。選最佳路由和局站設(shè)置、 傳輸體制和傳輸速率以及光纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)，以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。</p><

58、p>　　技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主問(wèn)題是確定中繼距離，尤其對(duì)長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。</p><p>　　3.2.1中繼距離受損耗的限制</p><p>　　圖3-2數(shù)字光纖線路系統(tǒng)(a) 無(wú)中繼器；(b) 一個(gè)中繼器</p><p>　　Pt 為平均發(fā)射光功率(dBm)，Pr為接收靈敏度(dBm)，αc 為連接器損耗

59、(dB/對(duì))， Me 為系統(tǒng)余量(dB)，αf為光纖損耗系數(shù)(dB/km), αs為每km光纖平均接頭損耗(dB/km), αm為每km光纖線路損耗余量(dB/km), L 為中繼距離(km)。</p><p>　　3.2.2中繼距離受色散(帶寬)的限制</p><p>　　系統(tǒng)的傳輸速率較高，光纖線路色散較大，中繼距離主要受色散(帶寬)的限制。</p><p>　

60、　對(duì)于數(shù)字光纖線路系統(tǒng)而言，色散增大，意味著數(shù)字脈沖展寬增加，因而在接收端要發(fā)生碼間干擾，使接收靈敏度降低， 或誤碼率增大。嚴(yán)重時(shí)無(wú)法通過(guò)均衡來(lái)補(bǔ)償</p><p>　　g(t)=exp(-t*t/(2σσ)) </p><p>　　Δτf=0.44/B B=B1/Lγ B=(0.83～0.56)

61、fb</p><p>　　L=［（1.21～1.78）Ｂ1/fb］1/γ Lγfb=(1.21～1.78)B1 </p><p>　　從損耗限制和色散限制兩個(gè)計(jì)算結(jié)果中，選取較短的距離，作為中繼距離計(jì)算的最終結(jié)果。 </p><p><b>　　4．總結(jié)</b></p><p>　　介紹了光纖通信技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展

62、歷程、研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用越來(lái)越廣泛的新技術(shù)，展望了光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。了解了光纖通信的基礎(chǔ)知識(shí)并在之上研究制作了數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)，詳細(xì)地研究了光纖通信系統(tǒng)的工作原理，和完成光纖傳輸?shù)母鞑糠纸M成的模塊光電器件，具體分析了各個(gè)器件的工作功能和實(shí)現(xiàn)原理，很深刻的對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于以后的光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展充滿期待，其光系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿o(wú)窮等待著我們?nèi)ネ诰?，本次課程設(shè)計(jì)非常感謝任課的李新春老師與指導(dǎo)老師郭偉給予的幫助與指導(dǎo)。</p>

63、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉增基等.光纖通信.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001</p><p>　　[2] Djafar K.Mynbaev(著),徐公權(quán)等(譯).光纖通信技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[3] 楊心強(qiáng)等.數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第二版).北京:電子

64、工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[4] 楊祥林.光纖通信系統(tǒng).國(guó)防工業(yè)出版社,2000</p><p>　　[5] 畢厚杰,汪濤編著.寬帶IP(數(shù)據(jù))和視頻接入技術(shù).北京:北京郵電大學(xué)出版社,2002</p><p>　　[6] 沈金龍編著.現(xiàn)代電信交換和網(wǎng)絡(luò).北京:人民郵電出版社,2001</p><p>　　[7] 陳顯智等編著