4.1光發(fā)射機

4.2光接收機

4.3線路編碼第4章光端機絹絨賒掩蠟甥御叼藍栓爐瓊倍耙新吐件襄拐柞滋砒駛夜具郁袁貝戈惹杉膝第4章光端機第4章光端機14.1

?數(shù)字光發(fā)射機的功能:

?電端機輸出的數(shù)字基帶電信號轉(zhuǎn)換為光信號

?用耦合技術(shù)注入光纖線路?電/光轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)是用數(shù)字電信號對光源進行調(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。

4.1光發(fā)射機闌嬸度球圭滁冗剁劇動埋斂重奶罩堅滔哪升貸玻砂寶欽沈摻帝欽煙罩原鍺第4章光端機第4章光端機2?數(shù)字光發(fā)射機的功能:4.1光發(fā)射機闌嬸度球圭滁冗p輸出光信號ItIin輸入電信號（a）

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

LD的數(shù)字調(diào)制原理

?當激光器的驅(qū)動電流大于閾值電流Ith時，輸出光功率P和驅(qū)動電流I基本上是線性關(guān)系。?輸出光功率和輸入電流成正比，輸出光信號反映輸入電信號輛目旭名侗藤膜茸襲凹舀差汐酒玖涉因褪憶砒水岳吻垣臟十倪繃衡賠末軟第4章光端機第4章光端機3p輸出光信號ItIin輸入電信號（a）LED數(shù)字調(diào)制原理p

數(shù)字光發(fā)射機的方框圖如圖4.2所示，主要有光源和電路兩部分。4.1.1光發(fā)射機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輸入光信號輸出圖4.2數(shù)字光發(fā)射機方框圖燎含店茨沙成富吊柞學娜濃喳瘧蒼兵雛謄銜鯉吾葫虐秸跡曲簡叮頁覆葫緝第4章光端機第4章光端機4數(shù)字光發(fā)射機的方框圖如圖4.2所示，主要有光

光源是實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機的性能。

電路的設(shè)計應以光源為依據(jù)，使輸出光信號準確反映輸入電信號。披洼急抬權(quán)傾蜂材阜綿宋鉤涯礬佛蕾弄享使墟重派簿吩拾霉薩撣鴕續(xù)子予第4章光端機第4章光端機5光源是實現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上

對通信用光源的要求如下:(1)發(fā)射的光波長應和光纖低損耗“窗口”一致，即中心波長應在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，即遠場的輻射角要小，以利于提高光源與光纖之間的耦合效率。

1.光源俞霖女緯餌哉嬸際車唉鳴薪袁瞪型創(chuàng)偶硒炸想售貌法玩歇慧閣鍋蠅飼熬酷第4章光端機第4章光端機6對通信用光源的要求如下:(3)允許的調(diào)制速率要高或響應速度要快，以滿足系統(tǒng)的大傳輸容量的要求。(4)

器件應能在常溫下以連續(xù)波方式工作，要求溫度穩(wěn)定性好，可靠性高，壽命長。(5)此外，要求器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價格便宜。以上各項中，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。彈礁蒲蔥毗鹼頓沛賽遙蜘啥銹嗚憾瓊景嚇血阻鴛讕爬夜飾蘋臣處莫硫鴕咕第4章光端機第4章光端機7(3)允許的調(diào)制速率要高或響應速度要快，以滿直接光強調(diào)制的數(shù)字光發(fā)射機主要電路有：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，還有偏置電路。對調(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

通斷比太大，說明預偏置電流太小，則影響通信系統(tǒng)的傳輸率。通斷比太小，則調(diào)制深度淺，有用光功率比例減小，影響系統(tǒng)的靈敏度。啃隆挾匝抓歹司送研貞示臺辨義森才歇豫茵卵釬譏返敬例岸峭施嚇枝槐茵第4章光端機第4章光端機8直接光強調(diào)制的數(shù)字光發(fā)射機主要電路有：調(diào)制電路(2)輸出光脈沖的寬度應遠大于開通延遲(電光延遲)時間，光脈沖的上升時間、下降時間和開通延遲時間應足夠短，以便在高速率調(diào)制下，輸出的光脈沖能準確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形。(3)對激光器應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)的弛張振蕩，保證發(fā)射機正常工作。(4)應采用自動功率控制(APC)和自動溫度控制(ATC)，以保證輸出光功率有足夠的穩(wěn)定性。電脈沖光脈沖揍匙寇叁踩崗班宇巨殲搭狹令和悠蠱誹菜惦須浚凡亥倡卯僳掖桶真抵經(jīng)崔第4章光端機第4章光端機9(2)輸出光脈沖的寬度應遠大于開通延遲(電光

電端機輸出的數(shù)字信號是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負脈沖，要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。

3.線路編碼電路注意：這里注意針對光強調(diào)制而言的縫獵人俗蜒嘩少撐童足騰劈汪鈉煞欄雜資扔盲陋溫暫睦淑械得兆禾繡占遮第4章光端機第4章光端機10電端機輸出的數(shù)字信號是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼半導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)特性仍會出現(xiàn)許多復雜現(xiàn)象，如常見的電光延遲、弛張振蕩和自脈動現(xiàn)象。這些特性嚴重限制系統(tǒng)傳輸速率和通信質(zhì)量，因此在電路的設(shè)計時要給予充分考慮。4.1.2調(diào)制特性消晤夷滯扒甩先詢牽增桅圈鑒挎攝靶詞吩瞬淬顱狐僑舒棍酬屜藻解鎳暗丫第4章光端機第4章光端機11半導體激光器是光纖通信的理想光源，但在高速脈沖半導體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖瞬態(tài)響應波形如圖4.3所示。1.

電光延遲和弛張振蕩現(xiàn)象償東熔蔚戍悔馴博頸汪來湊僑礬嚏朝棟候們亭字懦部酮冷鵑匹孵召謀鄰明第4章光端機第4章光端機12半導體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖瞬態(tài)輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個初始延遲時間，稱為電光延遲時間td，其數(shù)量級一般為ns。當電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，稱為弛張振蕩，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)。弛張振蕩和電光延遲的后果是限制調(diào)制速率。當最高調(diào)制頻率接近弛張振蕩頻率時，波形失真嚴重，會使光接收機在抽樣判決時增加誤碼率，因此實際使用的最高調(diào)制頻率應低于弛張振蕩頻率。雪城襟奢拈箍臣人君夫濁榮茶朗學營滲裔江腸變找撣閏漁晌砷廄孿階魯鮮第4章光端機第4章光端機13輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個初始延遲當電光延遲時間td與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時間T/2為相同數(shù)量級時，會使“0”碼過后的第一個“1”碼的脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴重時可能使單個“１”碼丟失，這種現(xiàn)象稱為“碼型效應”。12電脈沖光脈沖2ns5ns2ns

圖4.4碼型效應（a)、(b)碼型效應波形；（c）改善后波形(a)(b)(c)電光延遲要產(chǎn)生碼型效應胺華勉砸淹攬極頒蠅莆累籽暮熾冪簍妒木積誹糖巳世止避羚縷啄烘塹卻輩第4章光端機第4章光端機14當電光延遲時間td與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時間T

“碼型效應”的特點是：在脈沖序列中較長的連“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，這種效應越明顯。用適當?shù)摹斑^調(diào)制”補償方法，可以消除碼型效應，見圖4.4(c)所示。注意：適當?shù)钠秒娏鱅b>=Ith能夠緩解或解決這個問題，但不能過高。辣至辜門源淋陷賣很娩鵲轄潘俘瞬談賤魄驢銘零倚凈浙冠拭瞳癱哭須誠啼第4章光端機第4章光端機15“碼型效應”的特點是：在脈沖序列中較長的連“過高的直流偏置的限制容易出現(xiàn)如下圖所示的碼間圖案相關(guān)的效應；導致接收靈敏度的降低。衍酮貉嫁號謊繃絡檔令壓抽懈姚彈楷年點鷹溶淫倘擯沁處晴交橢批弧煞墨第4章光端機第4章光端機16過高的直流偏置的限制容易出現(xiàn)如下圖所示的碼間圖案相關(guān)的效應；(4.1)(4.2)(4.3)式中，τo是張弛振蕩幅度衰減到初始值的1/e的時間，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τsp>>τph。通過LD速率方程組的瞬態(tài)解得到的弛張振蕩頻率ωr及其幅度衰減時間τo和電光延遲時間td的表達式為：傲扼氫瘤詐稀種也揀署鎬如連艙利蟻鞠攬錠世敢信三玲移澡懦只頹鐐沈凝第4章光端機第4章光端機17(4.1)(4.2)(4.3)式中，τo是張由式(4.1)~式(4.3)可以看到：(1)弛張振蕩頻率ωr隨τsp、τph的減小而增加，隨j的增加而增加。這個振蕩頻率決定了LD的最高調(diào)制頻率。(2)弛張振蕩幅度衰減時間τo與τsp為相同數(shù)量級，并隨j的增加而減小。(3)電光延遲時間td與τsp為相同數(shù)量級，并隨j的增加而減小(j>jth)。

由此可見，增加注入電流j，有利于提高弛張振蕩頻率ωr，減小其幅度衰減時間τo，以及減小電光延遲時間td，因此對LD施加偏置電流是非常必要的。循吝圓鰓零皂述煤拴巍靠痊置陣栽讓篡進纓反辭金的工炊美椅乓啪蘇烘摻第4章光端機第4章光端機18由式(4.1)~式(4.3)可以看到：循吝圓鰓零皂述煤拴

某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動下，當注入電流達到某個范圍時，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動現(xiàn)象，如圖4.5所示。自脈動頻率可達2GHz，嚴重影響LD的高速調(diào)制特性。2.自脈動現(xiàn)象吃摔普口栽札卒漬掉梧不嫩愁樂聚彰臼拓順謎陽瀾竊砰極聊幟楊抱斟淀夠第4章光端機第4章光端機19某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動下，當注入電脈沖光脈沖圖4.5激光器自脈沖動現(xiàn)象自脈動現(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)，自脈動發(fā)生的區(qū)域和P-I曲線扭折區(qū)域相對應。從光纖返回到激光器中的反射光達到一定的值時也將引起自脈動現(xiàn)象某金撥六滌貨炯嶄南圍爬牟古表擬淫愛鞍炸砂蜂鉤楊些陶嘿蛙釩十揉佰潦第4章光端機第4章光端機20電脈沖光脈沖圖4.5激光器自脈沖動現(xiàn)象自脈

數(shù)字信號調(diào)制電路應采用電流開關(guān)電路，最常用的是差分電流開關(guān)電路。圖4.6示出由三極管組成的共發(fā)射極驅(qū)動電路，這種簡單的驅(qū)動電路主要用于以發(fā)光二極管LED作為光源的光發(fā)射機。

4.1.3調(diào)制電路和自動功率控制扔稍扒曾來馴掖痹惠汗分奎薩期虹潰森苔軋析感珠七諸迸列泣長締炸壹蔬第4章光端機第4章光端機21數(shù)字信號調(diào)制電路應采用電流開關(guān)電路，最常用圖4.6共發(fā)射極驅(qū)動電路

響配凝山恿測熔歷皺求薦邏邊怨策饞呀足蹈譏萎鵲耘裂裹船屜爵今曙裁溝第4章光端機第4章光端機22圖4.6共發(fā)射極驅(qū)動電路響配凝山恿測熔歷皺求薦邏邊怨圖4.7是常用的射極耦合驅(qū)動電路，適合于激光器系統(tǒng)使用。電流源為由V1和V2組成的差分開關(guān)電路，它提供了恒定的偏置電流。V1和V2處于輪流截止和非飽和導通狀態(tài)，有利于提高調(diào)制速率。當三極管截止頻率fr≥4.5GHz時，這種電路的調(diào)制速率可達300Mb/s。劃醫(yī)舌袖烙窗桓娃蠱暴砒袱知闌莆茁云躁努藝鍍癱什簽儲青疆拭疹皆河調(diào)第4章光端機第4章光端機23圖4.7是常用的射極耦合驅(qū)動電路，適合于激這種電路的特點：<a>射極耦合電路為恒流源，電流噪聲??；<b>這種電路的缺點是動態(tài)范圍小，功耗較大。奇乎近但耐債袱鵑木墩詠辮淘雁峽悔弘薩遭萎游凋敢餓倫柄咀憊絳蛾等匠第4章光端機第4章光端機24這種電路的特點：奇乎近但耐債袱鵑木墩詠辮淘雁峽悔弘薩遭萎游凋圖4.8是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的LD驅(qū)動電路，其主體和圖4.7相同，只是由V3支路為LD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)字信號均值的控制。

由于溫度變化和工作時間加長，LD的輸出光功率會發(fā)生變化。為保證輸出光功率的穩(wěn)定，必須改進電路設(shè)計。房尤朗異疲勢侗撇巋撼渙灌溫蓋琵疤碟梭涉謾頭苛攢秤鑄砍懂燥炒師甘恢第4章光端機第4章光端機25圖4.8是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的LD驅(qū)

圖

4.8反饋穩(wěn)定LD驅(qū)動電路按捍綿呸路隴拄維橫略軟弧別鮮橙霞豬箋眶被鈴網(wǎng)黍映獵杏租殖愿遁營牽第4章光端機第4章光端機26圖4.8反饋穩(wěn)定LD

把PD檢測器的輸出監(jiān)測電壓UPD、信號參考電壓和直流參考電壓UR施加到運算放大器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，其控制過程如下：PLD→UPD→(UPD++UR)→UA1→Ib→PLD

在反饋電路中引入信號參考電壓的目的，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。

訃商對案防舍緣鄧四恕勃職沫氰剎死幫獨燼趴哭淺蘋懇積蝦斷袁轎閘指叁第4章光端機第4章光端機27把PD檢測器的輸出監(jiān)測電壓UPD、信號參圖4.9APC電路原理翔兔語鏡召捅拘如案鎬臺躬桓鰓虜黨陷膀捐嫂商拘擠頤褂窿厲你跑草谷舞第4章光端機第4章光端機28圖4.9APC電路原理翔兔語鏡召捅拘如案鎬臺躬

一個更加完善的自動功率控制(APC)電路如圖4.9所示。從LD背向輸出的光功率，經(jīng)PD檢測器檢測、運算放大器A1放大后送到比較器A3的反相輸入端。同時，輸入信號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。

虜抄匹兔殺大趁槳腫仔雀級熏犀唐坷點攣鄉(xiāng)善惺嶼嫂叢鍘私觸賴羽皇黑煞第4章光端機第4章光端機29一個更加完善的自動功率控制(APC)電路如

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，溫度對激光器輸出光功率的影響主要通過閾值電流Ith和外微分量子效率ηd產(chǎn)生：

?溫度升高，閾值電流增加

?溫度升高，外微分量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降

?此外，溫度對輸出光脈沖會產(chǎn)生“結(jié)發(fā)熱效應”。4.1.4溫度特性和自動溫度控制亂褲面扛全掣體惜糠眺彤象淳藉恕掖藤標爺酉黨考瀉詛選糊甜熬拖潛肋期第4章光端機第4章光端機301.激光器的溫度特性4.1.4溫度圖4.10溫度引起的光輸出的變化閾值電流變化引起的光輸出的變化；外微分量子效率變化引起的光輸出的變化PI20。C25。CPI20。C70。C漱定苑貼伶泰偵狄杠摹景鬃皺鈔買團涕熄氮惹略序福戴闌兔摻老滓闖墩彌第4章光端機第4章光端機31圖PI20。C25。C閾值電流增加外微分量子效率減小的綜合效果隘追歌藥褥矚培汪食吱棲畏敝輻鎢鬃鄰莉綻呂感翟揀彬概剿蝗潑胯杠趨饑第4章光端機第4章光端機32PI20。C25。C閾值電流增加外微分量子效率減小的綜合效果即使環(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，這種效應稱為“結(jié)發(fā)熱效應”。I1I0t=0t=T圖4.11結(jié)發(fā)熱效應電流脈沖光脈沖呼努塔阜鏡握蝸柴接俞腕抿清甭沏澄申兵恬答息認乘聘鈴羊向夷酷檸逐蔬第4章光端機第4章光端機33即使環(huán)境溫度不變，由于調(diào)制電流的作用，引起

“結(jié)發(fā)熱效應”將引起調(diào)制失真。與調(diào)制速率對激光器瞬態(tài)特性的影響相反，低調(diào)制速率的“結(jié)發(fā)熱效應”更加明顯。這是因為隨著調(diào)制速率的提高，碼元時間間隔縮短，使結(jié)區(qū)溫度來不及發(fā)生變化。山獅察粹涯繞拈確桅冪咳堆預榜毖經(jīng)必鷗冉巒營嶺右日意乎吸嵌彈盯懈煽第4章光端機第4章光端機34“結(jié)發(fā)熱效應”將引起調(diào)制失真。山獅察粹

2.自動溫度控制半導體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長波長半導體激光器對溫度更加敏感。為保證輸出特性的穩(wěn)定，需要對激光器進行溫度控制。溫度控制裝置一般由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成，圖4.12示出溫度控制裝置的方框圖。椿渣連低粒漁湖襲蛾責葉惕贓扭疆愈晉儈咆芯敲凌賺雌幽斜灶恤鉗搽仟導第4章光端機第4章光端機352.自動溫度控制椿渣連低粒漁湖襲蛾責葉惕圖4.12溫度控制方框圖

激光器致冷器熱敏電阻控制電路熱導熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻爹拷叁日鬃瓜軒想怒蝶戒耙段改濘滔弓趣晚霄胃肪平恥靖固直秩擇董戲胞第4章光端機第4章光端機36圖4.12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體致冷器，它是利用半導體材料的珀爾帖效應制成的電偶來實現(xiàn)致冷的。用若干對電偶串聯(lián)或并聯(lián)組成的溫差電功能器件，溫度控制范圍可達30~40℃。從而使激光器輸出平均功率和發(fā)射波長保持恒定，避免調(diào)制失真。隅亨肩插蕉俯匿逐樂凹胃鈕煩大獸匆茍李鼻價費村最喲越檀瑰份傅矛殺測第4章光端機第4章光端機37目前，微致冷大多采用半導體致冷器，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，通過電橋把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。運算放大器A的差動輸入端跨接在電橋的對端，用以改變?nèi)龢O管V的基極電流。跋訣該傷洽渭茁膳潦卓固睛捉此鄧售陋嚇奪叫岔肩附歸年鍬航吃唇增罕籍第4章光端機第4章光端機38ATC電路主要由R1、R2、R3和熱敏電阻R

當環(huán)境溫度升高時，LD的管芯和熱沉溫度也升高，使具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的阻值減小，電橋失去平衡。這時B點的電位低于A點的電位，運算放大器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。脆壹輯玄號徹奠步薦桌睜幌辮阮圓注氯冉擺澡膩逐滲那恫繡搞緯棵褂琵廠第4章光端機第4章光端機39當環(huán)境溫度升高時，LD的管芯和熱沉溫度也升這個控制過程可以表示如下：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)成的組件如下圖所示。括袖烽尖按頁炙椰翰叔靖戌扇暫久寡屬琳措鼓蠅烴閻鍋默渙劑睡害茬疫捷第4章光端機第4章光端機40這個控制過程可以表示如下：T(環(huán)境)→T(LD、4.2光接收機4.2.1光接收機基本組成直接強度調(diào)制、直接檢測方式的數(shù)字光接收機方框圖示于圖4.14。

主要包括：

光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制(AGC)電路。卓膿敖咨旨迅蓬淵伏蹈臭附坊雞臀哦熄靶氨猿殿浚盟壬洱企抹譬搗漁傍吞第4章光端機第4章光端機414.2光接收機4.2.1光接收機基本組成卓膿敖咨旨

圖4.14數(shù)字光接收機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輸入并不是每個接收機都要這些功能，而且可能有些功能并不是獨立的、可以確認的設(shè)備完成的。例如：一個APD光檢測器既探測光又能實現(xiàn)光放大光檢測器偏壓控制前置放大器AGC電路均衡器判決器時鐘提取再生碼流主放大器光信號鼓鑄戈逛垛孝滄磁詣烙壤室勇婚蔑翰易呸似賄矮斡豆壯峭梅炙饞躺綢盟婦第4章光端機第4章光端機42圖4.14數(shù)字光接收機方框圖輸入接

光檢測器是光接收機實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別是響應度和噪聲直接影響光接收機的靈敏度。

對光檢測器的要求如下：(1)波長響應要和光纖低損耗窗口(0.85μm、1.31μm和1.55μm)兼容；(2)響應度要高，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；(4)性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長，功耗和體積小。目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應用的光檢測器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。1.光檢測器疆陽槍規(guī)次菏鈍意忱章揖井胺厚紊劊冒困侶犯起宏陛啃煉癢果護鑲伊琢縱第4章光端機第4章光端機43光檢測器是光接收機實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別2.放大器（1）到達光接收機的典型光信號功率在1～10μW，并且有時更低，如果用響應度為0.6～0.8A/W的PIN二極管來檢測這樣的信號，它的輸出在微安范圍，且在多數(shù)應用中需要放大。（2）多數(shù)電子器件要求輸入信號是電壓而不是電流，因此需要對光監(jiān)測器的輸出進行轉(zhuǎn)換。接收機通常包括一個或多個放大級。通常第一級稱為前置放大器，它是針對弱輸入信號專門設(shè)計的低噪聲放大器。污了釁并鏟垂帽墟黍棗暫啼鎳娟槐賦廚后鞍設(shè)照兇紙軀廉箔餅偏藻蒸焙腆第4章光端機第4章光端機442.放大器（1）到達光接收機的典型光信號功率前置放大器應是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收機的靈敏度影響很大。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4.2.2節(jié))。

主放大器一般是多級放大器，它的作用是：

（1）提供足夠的增益；（2）并通過它實現(xiàn)自動增益控制(AGC)，使輸入光信號在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電信號保持恒定。

主放大器和AGC決定著光接收機的動態(tài)范圍。新饅貴摯哇應枚詹啪棠河健撥冒碉位番旺開壤痢踢畔野眩春跟位碧頁快個第4章光端機第4章光端機45前置放大器應是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收探測和放大會使接收到的信號發(fā)生畸變，例如：高頻和低頻信號的放大倍數(shù)可能不同。3.均衡和再生網(wǎng)噸曾托鞏新熏蔚角疆揣東慨趾告瓦養(yǎng)絢耽斃樂郁凡混咒袍兆相違逢資幌第4章光端機第4章光端機46探測和放大會使接收到的信號發(fā)生畸變，例如：高均衡的目的：

?對經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變(失真)的電信號進行補償，使信號更接近原始信號。?使輸出信號的波形適合于判決，以消除碼間干擾，減小誤碼率。輛立乙鍺飾應嶄柜滓憎莉躲繕傈內(nèi)峽祿酷采耐玖傈脯粱喇蠶綴又跺渴貸頂?shù)?章光端機第4章光端機47均衡的目的：輛立乙鍺飾應嶄柜滓憎莉躲繕傈內(nèi)峽祿酷采耐玖傈脯粱

再生電路包括：判決電路和時鐘提取電路

前面進行的放大和均衡，其輸出都還是模擬信號處理過程，要還原成數(shù)字信號還需要進行更高一級的處理－判決屹頤獰猩棠嶄堰輪肪姜拖捕舅憎谷哲徐軒刃蜀膏祁把旅熬皚陋紡泡抓摻富第4章光端機第4章光端機48再生電路包括：判決電路和時鐘提取電路前面圖4.14中除光檢測器以外的所有元件都是標準的電子器件，很容易用標準的集成電路(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2GHz，甚至達到10GHz。為了適合高傳輸速率的需求，人們一直在努力開發(fā)單片光接收機，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器在內(nèi)的全部元件。4.光電集成接收機喇捧轟塵撅陀痘詹爺夾帆透侗酣泄霹黃攏逝鷗煞憨遜奈礎(chǔ)灶墮冀闌酮痢毛第4章光端機第4章光端機49圖4.14中除光檢測器以外的所有元件都是標

對于工作在1.3~1.6μm波長的系統(tǒng)，人們需要基于InP的OEIC接收機。在1991年試驗成功的單路InGaAsOEIC接收機，其運行速率達5Gb/s。InGaAsOEIC接收機也可以用混合法實現(xiàn)。如圖4.15所示，電元件集成在GaAs基片上，而光檢測器集成在InP基片上，兩個部分通過接觸片連接在一起。

繭歸絮磐喪愈臆厲贖豬姐弦潮饒扇熊銅悉板說盟藩恿陵翌吝編腺頒受劃殉第4章光端機第4章光端機50對于工作在1.3~1.6μm波長的系統(tǒng)，人圖4.15光電集成接收機焊鎬夷曾寸緊尼社惋念篆千頸奔撥綻叁逸典暈韻萍緊晨櫥蘊取斧虱距桔謠第4章光端機第4章光端機51圖4.15光電集成接收機焊鎬夷曾寸緊尼社惋念篆千頸

4.2.2噪聲特性光接收機的噪聲有兩部分：

外部電磁干擾產(chǎn)生

這部分噪聲的危害可以通過屏蔽或濾波加以消除；

內(nèi)部產(chǎn)生這部分噪聲是在信號檢測和放大過程中引入的隨機噪聲，只能通過器件的選擇和電路的設(shè)計與制造盡可能減小，一般不可能完全消除。我們要討論的噪聲是指內(nèi)部產(chǎn)生的隨機噪聲。光接收機噪聲的主要來源是:光檢測器的噪聲和前置放大器的噪聲。因為前置級輸入的是微弱信號，其噪聲對輸出信噪比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級放大的信號，只要前置級增益足夠大，主放大器引入的噪聲就可以忽略。玄盒妖取預韻平吞熾府堤騰湘住靖導妊鋁蓉茅減曝充帕栗禽梨勇晦泰鬃賒第4章光端機第4章光端機524.2.2噪聲特性玄盒妖取預韻平吞熾府圖4.16光接收機的噪聲等效模型下圖示出光接收機的噪聲等效模型，由光檢測器和放大器兩部分組成。意傲疵蘑藍狂論殿科茹廢斑詫察顆下軌酵財傷嗆更媚霉醉壁銻妹肆換箋齲第4章光端機第4章光端機53圖4.16光接收機的噪聲等效模型下光電檢測器分解為:

〈iq2〉光檢測器的量子噪聲的均方噪聲電流，功率譜密度表示為Sq

〈id2〉暗電流噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流(等效噪聲功率)，其相應的功率譜密度Sdip光檢測器的輸出光生電流R光檢測器的偏置電阻C光檢測器的電容(結(jié)電容和其他電容)

于姚雅鹽脯迅袁抹皋翹上郁全顫儀翅呼宋鹽蘑搏粱愚漣遞恿安捌妄伶簡入第4章光端機第4章光端機54光電檢測器分解為:于姚雅鹽脯迅袁抹皋翹上郁全顫儀翅呼放大器分解為:

理想放大器

等效噪聲電流源〈i02〉相應的功率譜密度SI

等效噪聲電壓源〈u02〉相應的功率譜密度SE

Rin放大器的輸入電阻。光檢測器等效噪聲特性請參看3.2節(jié)的內(nèi)容?！磇2sh〉=2e(IP+Id)Bg2+x〈i2T〉=4kTBF/R拙堪飽開癌烹江礫勸捅蹬柬炯池濁忽哺殷生勇咱軍節(jié)凋棟渠薪鄰白墟株醋第4章光端機第4章光端機55放大器分解為:〈i2sh〉=2e(IP+Id)Bg2+x〈

圖4.17光接收機的前置級放大電路(a)雙極型晶體管；(b)場效應管；(c)跨阻型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算。常用三種類型前置放大電路示于下圖。酥寢矣現(xiàn)彩痞斂男賺潑萍講寬帕寶酒訪卉烹莉鞠劣晚貸隔漫儈門蠱害吧寧第4章光端機第4章光端機56圖4.17光接收機的前置級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是輸入阻抗低，電路時間常數(shù)RC小于信號脈沖寬度T，因而碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)。(2)場效應管前置放大器的主要特點是輸入阻抗高，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)點是改善了帶寬特性和動態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。粒絨晦錫偉戴唬多眷幸景手見襄戳刁剎磐晤擲搐矣譜尺鈍昭營屎莖究遙尤第4章光端機第4章光端機57三種類型前置放大器的比較：粒絨晦錫偉戴唬多眷幸景手見襄戳

由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個隨機過程，其取樣值是隨機變量，因此在判決時可能發(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。光接收機對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)，用較長時間間隔內(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)來計算。

4.2.3誤碼率碑注坤逛底烙操作述訊噴失詠務遍灘冪鴻嗜桐臘肥賢江資睬芭夯瞞憚荒誓第4章光端機第4章光端機58由于噪聲的存在，放大器輸出的是一個隨機過程，圖4.18計算誤碼率的示意圖如圖4.18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。業(yè)比蕉擠惰忻哦磺舟易嘶丟魁葷悔肖廟普瘤翔額購契頭懾顛末素鏟甭照終第4章光端機第4章光端機59圖4.18計算誤碼率的示意圖在“１”碼時，如果在取樣時刻帶有噪聲的電流I1<D，則可能被誤判為“0”碼；在“0”碼時，如果在取樣時刻帶有噪聲的電流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。

光接收機輸出噪聲的概率分布十分復雜，一般假設(shè)噪聲電流(或電壓)的瞬時值服從高斯分布，其概率密度函數(shù)為:式中x是代表噪聲這一高斯隨機變量的取值，其均值為零，方差為σ2。(4.8)株義叔爪血荔濱盼攻湊顱鈉諜南由胸裔繭炳酋桐亞薯虐勒歹燎稠和柔趕菲第4章光端機第4章光端機60在“１”碼時，如果在取樣時刻帶有噪聲的電流I在已知光檢測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)在可以分別計算“0”碼和“１”碼的誤碼率了。在發(fā)“0”碼時，平均噪聲功率N0=NA，NA為前置放大器的平均噪聲功率。這時沒有光信號輸入，光檢測器的平均噪聲功率ND=0(略去暗電流)。由式(4.8)得到發(fā)“0”碼的條件下噪聲的概率密度函數(shù)為:(4.9)活奧擎糧碌心猾涂亮塵薦端竅耪曠斯允達諧沁瘩戀卿漠突候莉材嗽惟隔抑第4章光端機第4章光端機61在已知光檢測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，應等于I0值超過D值的概率，即式中x=I0/在發(fā)“1”碼時，平均噪聲功率N1=NA+ND。ND是在放大器輸出端光檢測器的平均噪聲功率。這時噪聲電流的幅度為I1-Im，判決門限值仍為D，則只要取樣值I1<D，即I1-Im<D-Im，就可能把“１”碼誤判為“0”碼。(4.10a)(I0>D)(4.10b)旁埋尊姆紊柑螟殷啄蝎身窯炬陡料碌榜衰慣叼微滁壽早蓑挫蟲斟松酶禿匣第4章光端機第4章光端機62根據(jù)誤碼率的定義，把“0”碼誤判為“1”碼式中y=(I1-Im)/。

“0”碼和“1”碼的誤碼率一般是不相等的，但對于“0”碼和“1”碼等概率的碼流而言，一般認為Pe,01=Pe,10時，可以使誤碼率達到最小。(4.11a)(Im-I1)>(Im-D)(4.11b)把“1”碼誤判為“0”碼的概率為：筑綸軌刪狐聚腆胯亞浦哭倒怔卷遏聰疙斑導聶閨偏拷絆卞攬?zhí)涤恳此捡R得第4章光端機第4章光端機63式中y=(I1-Im)/。(因此，總誤碼率(BER)可以表示為：(4.12)式中Q=(4.13a)Q=(4.13b)(4.10b)(4.11b)鄰段彼慫絡畔片拒卡罰健骨能展忌墩郵吃蔥董悉未災劫蔡萌撼稚挎制納單第4章光端機第4章光端機64因此，總誤碼率(BER)可以表示為：(4.12)式中(4.1

Q稱為超擾比，含有信噪比的概念。它還表示在對“0”碼進行取樣判決時，判決門限值D超過放大器平均噪聲電流的倍數(shù)。

由此可見，只要知道Q值，就可根據(jù)式(4.12)的積分求出誤碼率，結(jié)果示于圖4.19。例如：Q=6,BER≈10-9，Q≈7，BER=10-12。蔭吏愉稍贓截常役沼問瑪稀葬續(xù)卻寥什褂袁湛瞅隸泳詭濺決扁瑩財殖遭蔗第4章光端機第4章光端機65Q稱為超擾比，含有信噪比的概念。它還表示在對圖4.19誤碼率和Q的關(guān)系卑擦磁啡碧身單躍毗樟鞭坯戌劈媒軀坑拈屏漾廖拜嚷世杖休定膳森琶訊斟第4章光端機第4章光端機66圖4.19誤碼率

靈敏度是衡量光接收機性能的綜合指標。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調(diào)整到最佳狀態(tài)時，能夠接收微弱光信號的能力。提高靈敏度意味著能夠接收更微弱的光信號。4.2.4靈敏度(4.14)棍睜俠添仁劫炬躥慢怯乙菌槐灤舵狼真宣烤炳皆稼炯湯幻枉稱雁訖融喲黍第4章光端機第4章光端機67靈敏度是衡量光接收機性能的綜合指標。靈敏度

假設(shè)光檢測器的暗電流為零，放大器完全沒有噪聲，系統(tǒng)可以檢測出單個光子形成的電子-空穴對所產(chǎn)生的光電流，這種接收機稱為理想光接收機。

它的靈敏度只受到光檢測器的量子噪聲的限制，因為量子噪聲是伴隨光信號的隨機噪聲，只要有光信號輸入，就有量子噪聲存在。

1.理想光接收機的靈敏度謗售園弓召方歌渠盧閨靶家熒瑯躺喘由僑泉闊蒂窒贛秒口惰最已僧晚勿裂第4章光端機第4章光端機68假設(shè)光檢測器的暗電流為零，放大器完全沒有首先考慮理想光接收機的誤碼率。當光檢測器沒有光輸入時，放大器就完全沒有電流輸出，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一個光脈沖輸入時，光檢測器沒有產(chǎn)生光電流，放大器沒有電流輸出。這個概率，即“1”碼誤判為“0”碼的概率Pe,10=exp(-n)，n為一個碼元的平均光子數(shù)。

當“0”碼和“1”碼等概率出現(xiàn)時，誤碼率為：(4.15)屈拳絆朋鴛咕梗螟祭否甄燴邏堵盆攘藻聲殖歉再貌者仿氦巢辜愁索拭殺警第4章光端機第4章光端機69首先考慮理想光接收機的誤碼率。當光檢測器沒有現(xiàn)在考慮理想光接收機的靈敏度。設(shè)傳輸?shù)氖欠菤w零碼(NRZ)，每個光脈沖最小平均光能量為Ed，碼元寬度為Tb，一個碼元平均光子數(shù)為n，那么光接收機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=6.628×10-34J·s為普朗克常數(shù)，f=c/λ，f、λ分別為光頻率和光波長，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)換時的量子效率為η。（4.16）10100110忙離侗柯態(tài)勢蓬悸哨磚郝叮僻賢沮郊端愛碘卻軌柴竿組忻礬蚜涵耘釜況磚第4章光端機第4章光端機70現(xiàn)在考慮理想光接收機的靈敏度。設(shè)傳輸?shù)氖欠菤w對于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，一般要求誤碼率Pe≤10-9，根據(jù)式(4.15)得到n≥21。

這表明至少要有21個光子產(chǎn)生的光電流，才能保證判決時誤碼率小于或等于10-9。設(shè)η=0.7，并把相關(guān)的常數(shù)代入式(4.17)，計算出的不同λ和不同fb的Pr值列于表4.1。這是光接收機可能達到的最高靈敏度，這個極限值是由量子噪聲決定的，所以稱為量子極限。由表4.1可明顯看到靈敏度與光波長和傳輸速率的關(guān)系。把這些關(guān)系代入式(4.16)，得到理想光接收機靈敏度:（4.17）蚊恭脅郭詛姨技歇滁傘臉令閣圭卵鋅喧仇棍宗搗鼎藐洶片比糊首云淫瘴巒第4章光端機第4章光端機71對于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，一般要求誤碼率Pe≤-65.7-59.2-71.1-63.8靈敏度pr/dB度fb/(Mb.s-1)1.551.31波長/m表4.1理想光接收機的接收機忠陜耕野住也逼餃槽堵悶詫謊診飽宿鑲雛堤磊厚糧聰乓菜涌極自馬斥保殆第4章光端機第4章光端機72-65.7-59.2-71.1A=(4.22)放大器是一個普通的寬帶高增益放大器，由于前置放大器輸出信號幅度較大，所以主放大器的噪聲通常不必考慮。主放大器一般由多級放大器級聯(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(4.18)得到式中，g為APD倍增因子，ρ為光檢測器的響應度，〈P〉為“0”碼和“1”碼的平均光功率。4.2.5自動增益控制和動態(tài)范圍即覽寄蛔鋼恥諸屜智縣睹竭絳目褲品拖睜車膏肪寸奧溶臣蛙掛囂益褥淫費第4章光端機第4章光端機73A=

DR=10lg(4.23)

動態(tài)范圍(DR)的定義是：在限定的誤碼率條件下，光接收機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)定義動態(tài)范圍是光接收機性能的另一個重要指標，它表示光接收機接收強光的能力，數(shù)字光接收機的動態(tài)范圍一般應大于15dB。

由于使用條件不同，輸入光接收機的光信號大小要發(fā)生變化，為實現(xiàn)寬動態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用直流運算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來實現(xiàn)。對于APD光接收機，AGC控制光檢測器的偏壓和放大器的輸出；對于PIN光接收機，AGC只控制放大器的輸出。醉油嶼嚏藩鯉嘿陜澤躬柱壯烴繃瞧蟹簇偉顱突驅(qū)憐殆屎徹軋?zhí)┾o亦昔蚊峨第4章光端機第4章光端機74動態(tài)范圍(DR)的定義是：在4.3線路編碼在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負光脈沖，因此必須進行碼型變換，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)普遍采用二進制二電平碼，即“有光脈沖”表示“１”碼，“無光脈沖”表示“0”碼?；币m鹽予碟凝娘抽奸估廟濘便渾筐牡衍寅羹鄰井詣欽牛驅(qū)掐搭煌攝森帆考第4章光端機第4章光端機754.3線路編碼在光纖通信系統(tǒng)中，從電端

?在碼流中，出現(xiàn)“１”碼和“0”碼的個數(shù)是隨機變化的，因而直流分量也會發(fā)生隨機波動(基線漂移)，給光接收機的判決帶來困難。

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

?不能實現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務)的誤碼檢測，不利于長途通信系統(tǒng)的維護。簡單的二電平碼會帶來如下問題：脈佬吭肢矽樟邯晚螞次嗜躥伸亥諾如豪亭橫帚猖兩劇浦娥責豺盲須迂擊樸第4章光端機第4章光端機76?在碼流中，出現(xiàn)“１”碼和“0”碼的個數(shù)(1)能限制信號帶寬，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的靈敏度。(2)能給光接收機提供足夠的定時信息。因而應盡可能減少連“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)測和公務通信。但對高速光纖通信系統(tǒng)，應適當減少冗余碼，以免占用過大的帶寬。

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍裕唧w要求有：

良厄賺瓶捷致驟廖豆菲灰礎(chǔ)僥夾炯攔握交肋蔡糧賞淫捏函佐札磅樊刨薛芝第4章光端機第4章光端機77(1)能限制信號帶寬，減小功率譜中的高低頻分

4.3.1擾碼為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射機的調(diào)制器前，需要附加一個擾碼器，將原始的二進制碼序列加以變換，使其接近于隨機序列。相應地，在光接收機的判決器之后，附加一個解擾器，以恢復原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對應的前饋移位寄存器實現(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…廣瞧漣蠶告鄭榆鍍胰勾紀介派澈鄧擅回汞漿聯(lián)澄捅褒霸賺頹戌丸絹選疇劇第4章光端機第4章光端機784.3.1擾碼例如：擾碼前：

①不能完全控制長串連“１”和長串連“0”序列的出現(xiàn)；②沒有引入冗余，不能進行在線誤碼監(jiān)測；③信號頻譜中接近于直流的分量較大，不能解決基線漂移。因為擾碼不能完全滿足光纖通信對線路碼型的要求，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：促突傀辨篆達捅握烙弧潭乓椅幸皇凹迭踩瑰二楚拎甚氨不怯牧斌駁流費掠第4章光端機第4章光端機79①不能完全控制長串連“１”和長串連“0”

mBnB碼是把輸入的二進制原始碼流進行分組，每組有m個二進制碼，記為mB，稱為一個碼字，然后把一個碼字變換為n個二進制碼，記為nB，并在同一個時隙內(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、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等等。

4.3.2mBnB碼達涕蠢監(jiān)炕斟向愈論漫鹽塢詹荊擠兄鵬旗阜沖主抖瀾吵紀林餐謄饞緒旨井第4章光端機第4章光端機80mBnB碼是把輸入的二進制原始碼流進行分組，最簡單的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)目不會超過兩個，例如1001和0110。但是在相同時隙內(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101001101001100101101001獎櫥俱崎啞類阻后光逾艱伺硯固忻蠟栗植獸吠滑總罵病毗咀斌鋼勉側(cè)陋治第4章光端機第4章光端機81最簡單的mBnB碼是1B2B碼，即曼徹斯特碼

輸入的原始碼流3B碼，共有(23)=8個碼字

變換為4B碼時共有(24)=16個碼字，見表4.2。

以3B4B碼為例說明編碼原理

0111

11111110110111011001011101101010011001000011101101100101010010

00011001001

0000

10000004B3B寐扶吉味佩擯接據(jù)窗田隙摩拂圖臘蕪擰挺幢傭潭翱陵佳瘧徐竊靖噎棠咎信第4章光端機第4章光端機82輸入的原始碼流3B碼，共有(23)=8個碼字

為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個碼字中挑選8個碼字來代替3B碼。設(shè)計者應根據(jù)最佳線路碼特性的原則來選擇碼表。例如：在3B碼中有2個“0”4B碼時補1個“１”；

在3B碼中有2個“1”4B碼時補1個“0”

；

而0000001和1110交替使用；

1110111和1000交替使用。

規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱為禁字，例如0000和1111。朝瑩域植題哀異倫酥彈讓酌吁喇怕吟炙輪榨擦曰匯仙湃鍺舊濟褲斷服罵陜第4章光端機第4章光端機83為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個碼字作為普遍規(guī)則，引入“碼字數(shù)字和”(WDS)來描述碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來保證線路碼的傳輸特性。

碼字數(shù)字和是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼，用“+1”代表“１”碼，整個碼字的代數(shù)和即為WDS。

如果整個碼字“１”碼的數(shù)目多于“0”碼，則WDS為正；如果整個碼字“0”碼的數(shù)目多于“1”碼，則WDS為負；

如果整個碼字“0”碼和“1”碼的數(shù)目相等，則WDS為0。例如：對于0111，WDS=+2；對于0001，WDS=-2；對于0011，WDS=0?！按a字數(shù)字和”的引入致究暇砒煌湊副繞鵲頭禁病上耕灤夜儡鯨例投嬸墨領(lǐng)編目葦討薄幻思醋瞄第4章光端機第4章光端機84作為普遍規(guī)則，引入“碼字數(shù)字和”(WDS)來

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3B4B為例，應選擇WDS=0和WDS=±2的碼字，禁止使用WDS=±4的碼字。表4.3示出根據(jù)這個規(guī)則編制的一種3B4B碼表，表中正組和負組交替使用。

nB碼的選擇原則追酣學缸們啦微眨煞皂梆從似塌茄安堆順訖鍛侮馳隴形膝倍樊鉚點朗亢坐第4章光端機第4章光端機85nB碼的選擇原則是：盡可能選擇|WDS|最小線路碼（4B）信號碼（3B）模式2（負組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000表4.3一種3B4B碼表3、12、0、15沒有使用世喲魂際易禹純救棄代涼訪誅秒名抵渾南遮削猴偉文繃喜揣耐扒狄核謊拄第4章光端機第4章光端機86線路碼（4B）信號碼（3B）模式2（負組）模式1（正組）WD我國3次群和4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個碼字，變換6B碼時共有(26)64個碼字，其中WDS=0有20個，WDS=＋2有15個，WDS=-2有15個，共有50個|WDS|最小的碼字可供選擇。由于變換為6B碼時只需32個碼字，為減少連“１”和連“0”的數(shù)目，刪去：000011、110000、001111和111100。當然禁用WDS=±4和±6的碼字。表4.4示出根據(jù)這個規(guī)則編制的一種5B6B碼表，正組和負組交替使用。表中正組選用20個WDS=0和12個WDS=+2，負組選用20個WDS=0和12個WDS=-2。瑞抵杏蹤醚翹龍騎亂鐮灣篷鍬膝簧揣犁呢釋引漿沙種評橡炎盜斌換痔往濺第4章光端機第4章光端機87我國3次群和4次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線路mBnB碼是一種分組碼，設(shè)計者可以根據(jù)傳輸特性的要求確定某種碼表。mBnB碼的特點是：(1)碼流中“0”和“1”碼的概率相等，連“0”和連“1”的數(shù)目較少，定時信息豐富。(2)高低頻分量較小，信號頻譜特性較好，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。mBnB碼的缺點是傳輸輔助信號比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)備中，不宜用這種碼型。烙冊慢俘侍雄陳櫻咸顧且咋謄荒吶號獻仙捏禹署臟牌囂巋撕縮麥叁諸穗煤第4章光端機第4章光端機88mBnB碼是一種分組碼，設(shè)計者可以根據(jù)傳輸特有兩種編譯碼電路：

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

?一種是碼表法，把設(shè)計好的碼表全部存儲到一塊只讀存儲器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成，國內(nèi)設(shè)備一般采用這種方法。以3B4B碼為例，碼表存儲編碼器的工作原理示于圖4.22。首先把設(shè)計好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信號碼流通過串-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)存儲的碼表，輸出與地址對應的并行4B碼，再經(jīng)過并-串變換電路，讀出已變換的4B碼流。

2.編譯碼器溉研撲孽鞘鄉(xiāng)裙目蚜滓聽梭傣巖馭打據(jù)盧蘋均陵斯翠豪螺桌續(xù)貧望窟升仔第4章光端機第4章光端機89有兩種編譯碼電路：2.編譯碼器溉研撲孽鞘圖4.22碼表存儲編碼器原理010薦奎掀握芝帶簧紋氏埠茶采卜控魚妓攜沾薊膿由胯休戰(zhàn)俘礙珍掄邀災安使第4章光端機第4章光端機90圖4.22碼表存儲編碼器原理010薦奎掀握芝帶簧紋氏圖中A、B、C三條線為組別控制控制線，當WDS=±2時，從A、B分別送出控制信號，通過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，把送來的已變換的4B信號碼流，每4比特并聯(lián)為一組，作為PROM的地址，然后讀出3B碼，再經(jīng)過并-串變換還原為原來的信號碼流。其他的mBnB碼編譯碼電路原理相同，只是電路復雜程度有所區(qū)別而已。瓦串謎趁鑄枯拷壬緝曠癱末四久奎測維碑年熊暫氟柬對教壺翔普釘蓮鎬坐第4章光端機第4章光端機91圖中A、B、C三條線為組別控制控制線，當WD插入碼是把輸入二進制原始碼流分成每m比特(mB)一組，然后在每組mB碼末尾按一定規(guī)律插入一個碼，組成m+1個碼為一組的線路碼流。根據(jù)插入碼的規(guī)律，可以分為mB1C碼、mB1H碼和mB1P碼。

4.3.3插入碼

這雍何匝葷爪爸昔胳鎊汰浴鋪姿解臉食佰睜獲沛勝蝸譜赫云帥弘象天檬紛第4章光端機第4章光端機92插入碼是把輸入二進制原始碼流分成每m比特(

mB1C碼的編碼原理是，把原始碼流分成每m比特(mB)一組，然后在每組mB