光端機(jī)線路編碼光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光中繼器2.1線路編碼當(dāng)前，光纖通信系統(tǒng)普遍采用數(shù)字編碼和強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè)（IM-DD）通信系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如下列圖所示：光纖通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，光端機(jī)的接口有電接口和光接口。電接口與PCM終端機(jī)相連，因而其接口碼型應(yīng)選擇與PCM終端機(jī)的接口碼型一致。ITU-T規(guī)定的PCM通信系統(tǒng)中的接口速率和碼型如下表所示：速率等級(jí)基群二次群三次群四次群接口碼速率（Mbit/s）2.0488.44834.368139.264接口碼型HDB3HDB3HDB3CMIHDB3不適合直接在光纖通信系統(tǒng)中傳輸，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?。?shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的基本要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求有：防止信碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”或長(zhǎng)連“1”，以利于收端時(shí)鐘提取。能進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)。盡量減少信碼流中直流分量的起伏。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：加擾二進(jìn)碼、mBnB碼和插入比特碼。.1.1加擾二進(jìn)碼為了保證傳輸?shù)耐该餍裕谙到y(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。常用的為D觸發(fā)器和異或門(mén)組成的七級(jí)擾碼器。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。加擾二進(jìn)碼是把信息序列按一定規(guī)那么進(jìn)行擾碼，使線路碼流中“0”碼和“1”碼出現(xiàn)的概率大致相等，因此碼流中不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”和長(zhǎng)連“1”的情況，從而有利于接收端提取時(shí)鐘信號(hào)。但是這種碼型中沒(méi)有引入冗余碼，因此不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)。6.1.2mBnB碼將碼流中m個(gè)碼元分為一組，用與之對(duì)應(yīng)的n個(gè)碼元代替，這種碼型稱(chēng)為mBnB碼。此處n>m,n與m皆為整數(shù)，如1B2B碼、3B4B碼、5B6B碼、6B8B碼、5B7B碼等。.1.3插入比特碼插入比特碼是在mB的基礎(chǔ)上加上一個(gè)插入碼，即“mB”+“插入碼”。根據(jù)插入碼的用途不同，可以分為mBIP碼、mBIC碼和mBIH碼等。LmBlP碼（奇偶校驗(yàn)碼）在mBIP碼中，P碼稱(chēng)為奇偶校驗(yàn)碼，它可以把m位原碼通過(guò)末位插入P碼，校正為偶數(shù)碼或奇數(shù)碼。7P碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，以6B1P為例：6B碼：1101010001111011100011016B1P碼：1101011000111010111010011010當(dāng)檢測(cè)到m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，那么認(rèn)為無(wú)誤碼。P碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，以6B1P為例：6B碼：1101010001111011100011016B1P碼：1101010000111110111000011011當(dāng)檢測(cè)到m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，那么認(rèn)為無(wú)誤碼。8.mBlC碼C碼稱(chēng)為反碼，它是mB碼中最后一位（第m位）的反碼。假設(shè)第m位碼為“1”，那么C碼編為“0”;反之那么編為“1”,下面以4B1C為例：C碼的作用是引入冗余碼，可以進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的在線誤碼監(jiān)測(cè)；同時(shí)可以抑制連“0”或連“1”數(shù)，抑制功率譜中的高低頻成分，有利于定時(shí)提取。.mBIH碼mBIH碼是在m個(gè)信息碼后面插入一個(gè)混合碼（H碼）所形成的線路碼型。我國(guó)采用的mBIH碼有1B1H碼、4B1H碼和8B1H碼。下面以4B1H碼為例講解mBIH碼的編碼規(guī)那么和特點(diǎn)。9一■個(gè)完整的4B1H編碼序列為：F14BC4BS14BC4BS24BC4BS34BC4BF24BC4BS44BC4BS54BC...4B1H碼一幀的幀長(zhǎng)為16X10=160bit（而8B1H那么為32X18=576bit）,即4B1H碼一幀中應(yīng)包含如下碼元：幀同步碼（Fl、F2、F3、F4）：4個(gè)30路區(qū)間通信碼（S1、S3、S4、S6、S7、S9、S10>S12）：8個(gè)數(shù)據(jù)碼（S2、S8）：2個(gè)檢測(cè)碼（S5）、公務(wù)碼（S11）：各1個(gè)B碼（即原始數(shù)碼流）:16X8=128bitC碼（末位反碼）：16X1=16bit碼速為輸入碼速的5/4倍。104B1H碼的基本結(jié)構(gòu)如下列圖所示：115.2光發(fā)射機(jī)在光纖通信系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)的作用是把從電端機(jī)送來(lái)的電信號(hào)依次進(jìn)行碼型變換、電/光轉(zhuǎn)換，最后將光信號(hào)耦合入光纖線路進(jìn)行傳輸。要求.有合適的輸出光功率.有較好的消光比.調(diào)制特性要好.光源的發(fā)射波長(zhǎng)要合適12.2.2光發(fā)射機(jī)的基本組成數(shù)字光發(fā)射機(jī)的基本組成，主要包括兩局部：輸入電路（輸入盤(pán)）和電光轉(zhuǎn)換電路（發(fā)送盤(pán)）。輸入電路包括均衡放大、碼型變換、擾碼、編碼、時(shí)鐘提??；電光轉(zhuǎn)換電路包括光源、光源的調(diào)制（驅(qū)動(dòng)）電路、光源的控制電路及光源的監(jiān)測(cè)和保護(hù)電路等。數(shù)字光發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)如下列圖所示：13數(shù)字光發(fā)射機(jī)各局部電路的功能如下：.均衡放大由PCM電端機(jī)送來(lái)的電信號(hào)首先要進(jìn)行均衡放大，用以補(bǔ)償電纜傳輸所產(chǎn)生的衰減和畸變，保證電、光端機(jī)間信號(hào)的幅度、阻抗適配，以便正確譯碼。.碼型變換由均衡器輸出的仍然是HDB3碼或CMI碼，這兩種碼型都不適合在光纖通信系統(tǒng)中傳輸,需要將其變換為不歸零碼（即NRZ碼），以適應(yīng)光發(fā)射機(jī)的要求。.擾碼擾碼可防止信號(hào)碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連“1”或長(zhǎng)連“0”的情況，利于收端從線路數(shù)碼流中提取時(shí)鐘。14.時(shí)鐘提取由于碼型變換和擾碼以及編碼過(guò)程都需要以時(shí)鐘信號(hào)作為依據(jù)，因此，在均衡放大之后，由時(shí)鐘提取電路提取PCM中的時(shí)鐘信號(hào)，供給碼型變換、擾碼和編碼電路使用。5編碼經(jīng)過(guò)擾碼后的數(shù)碼流中“0”和“1”出現(xiàn)概率大致相等，但它不能進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)（即在線誤碼檢測(cè)），編碼的目的是將數(shù)碼流變?yōu)檫m合在光纖線路中傳送的線路碼型，同時(shí)又能進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)。.驅(qū)動(dòng)（調(diào)制）電路光源驅(qū)動(dòng)電路又稱(chēng)調(diào)制電路，是光發(fā)射機(jī)的核心。它用經(jīng)過(guò)編碼后的數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，讓光源發(fā)出的光信號(hào)強(qiáng)度隨電信號(hào)碼流的變化，形成相應(yīng)的光脈沖送入光纖，即完成電/光轉(zhuǎn)換任務(wù)。15.光源光源的作用是產(chǎn)生作為光載波的光信號(hào)，并作為信號(hào)傳輸?shù)妮d體攜帶信號(hào)在光纖傳輸線路中傳送。.輔助電路為了保證激光器有穩(wěn)定的輸出光功率和波長(zhǎng)，需要各種輔助電路，例如功率控制電路、溫度控制電路、限流保護(hù)電路和各種告警電路等對(duì)激光器進(jìn)行自動(dòng)控制。16光發(fā)射機(jī)的主要指標(biāo)光發(fā)射機(jī)的主要指標(biāo)有平均輸出光功率、消光比EXT等。L光發(fā)射機(jī)的平均輸出光功率平均輸出光功率衡量光發(fā)射機(jī)的輸出能力，測(cè)量平均輸出光功率的儀表是光功率計(jì)，平均輸出光功率的單位是“dBm”。2.消光比EXT消光比是光發(fā)射機(jī)發(fā)全“1”碼時(shí)的輸出光功率和發(fā)全“0”碼時(shí)的輸出光功率之比。消光比的大小有兩種意義：反映光發(fā)射機(jī)的調(diào)制狀態(tài)。消光比太大，說(shuō)明光發(fā)射機(jī)調(diào)制不完善，光電轉(zhuǎn)換效率低，影響通信系統(tǒng)傳輸速率。影響接收機(jī)的靈敏度。消光比太小，接收機(jī)的靈敏度就下降很大。175.3光接收機(jī)光接收機(jī)的主要作用是將經(jīng)光纖傳輸后幅度被衰減、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號(hào)變換為電信號(hào)，并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)送端相同的電信號(hào)，輸入到電接收端機(jī)，并且用自動(dòng)增益控制電路（AGO保證穩(wěn)定的輸出。18光接收機(jī)的基本組成數(shù)字光接收機(jī)的基本組成，主要包括兩局部?jī)?nèi)容：接收電路（接收盤(pán)）和輸出電路（輸出盤(pán)）。接收電路包含光電檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘恢復(fù)電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制（AGO電路；輸出電路主要包含解碼、解擾、編碼電路等等。數(shù)字光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如下列圖所示：19數(shù)字光接收機(jī)各局部電路的功能如下：.光電檢測(cè)：將光信號(hào)檢測(cè)成電信號(hào)。.前置放大：轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)非常弱，因此需要由前置放大器和主放大器進(jìn)行兩級(jí)放大。3,主放大：用來(lái)提供高的增益，將前置放大器的輸出信號(hào)放大到適合于判決電路所需的電平；輸出信號(hào)一般為1~3V。4,均衡：對(duì)主放大器輸出的失真的數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為最有利于判決、碼間干擾最小的升余弦波形。20.判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路共同構(gòu)成脈沖再生電路，作用是將均衡器輸出的升余弦信號(hào)恢復(fù)為“0”或“1”的數(shù)字信號(hào)。.自動(dòng)增益控制光接收機(jī)的自動(dòng)增益控制（AGO,就是利用反應(yīng)環(huán)路來(lái)控制主放大器的增益。光接收機(jī)的主要指標(biāo)數(shù)字光接收機(jī)的主要指標(biāo)有光接收機(jī)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。.光接收機(jī)靈敏度接收機(jī)靈敏度是指在滿足給定誤碼率指標(biāo)的條件下，光接收機(jī)正常工作時(shí)所必須的最低接收光功率。21.動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是指在滿足給定誤碼率指標(biāo)的條件下，光接收機(jī)正常工作時(shí)所能承受的接收光功率的波動(dòng)范圍。光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍的計(jì)算方法為：接收機(jī)最大允許輸入光功率(dBm)與最小輸入光功率(dBm)之差(dB)oD=101g(Pmax/lmW)—101g(Pmin/lmW)=101g(Pmax/Pmin)(dB)225.4光中繼器光中繼器的主要作用是將接收到的光信號(hào)進(jìn)行放大、整形、再生，然后將再生信號(hào)發(fā)送到下一段光纜線路，以延長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離。光中繼器在進(jìn)行長(zhǎng)距離光通信傳輸時(shí)，是保證高可靠性和高質(zhì)量傳輸?shù)闹匾M成局部。光纖通信系統(tǒng)中的光中繼器主要有兩種：一種是傳統(tǒng)的光中繼器(即光一電一光中繼器)，另一種是全光中繼器。23傳統(tǒng)的光一電一光中繼器,是由一個(gè)沒(méi)有碼型反變換且能完成光一電變換的光接收端機(jī)、電放大器和一個(gè)沒(méi)有碼型變換且能完成電一光變換的光發(fā)送端機(jī)組成。其原理是將接收到的微弱光信號(hào)用光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)行放大、整形和再生后，恢復(fù)出原來(lái)的數(shù)字信號(hào)，然后再對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制