數(shù)字電視數(shù)字電視光纖傳播系統(tǒng)設(shè)計班級：姓名：學號：指引教師：電子與信息工程學院電子與信息工程學院信息與通信工程系

目錄數(shù)字電視光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計 1摘要 11光纖通信概述 22系統(tǒng)組成 22.1光端機 32.1.1光發(fā)射機 32.1.2光源 32.1.3光接收機 42.1.4光接收機的性能指標 43光纖的選型 54設(shè)計方案及關(guān)鍵技術(shù) 55實現(xiàn)方式 6

數(shù)字電視光纖傳播系統(tǒng)設(shè)計摘要光纖通信是近30年迅猛發(fā)展起來高新技術(shù)，從一開始就顯示出無以倫比優(yōu)越性，引起人們極大興趣和關(guān)注并得到了迅速發(fā)展。自70年代以來，光纖通信技術(shù)不但在電信等民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并且因其獨特頻帶極寬、通信容量大、衰減小等長處，使得光纖通信技術(shù)至今已發(fā)展為舉世矚目、獨立新興產(chǎn)業(yè)，給通信技術(shù)乃至國民經(jīng)濟、國防事業(yè)和人民生活帶來了巨大變革。當前在高速公路、交通、電子警察、監(jiān)控、安防、工業(yè)自動化、電力、海關(guān)、水利、銀行等領(lǐng)域視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話等數(shù)字光纖通信系統(tǒng)開始普遍大量應(yīng)用。用光纖取代電纜，運用光纖頻帶寬、損耗低和抗干擾能力強突出特點，不但可以使系統(tǒng)安裝和接線變得簡樸，更使得可靠性和安全性得到了保障。在當前光纖通信系統(tǒng)中，設(shè)計者普遍是用其她生產(chǎn)廠家光發(fā)送端機和光接受端機以及光纜來構(gòu)成系統(tǒng)。這就需要設(shè)計者在設(shè)計系統(tǒng)時要考慮市面上光端機性能，設(shè)計出來系統(tǒng)要符合光端機各項指標，而各種光端機指標也都是固定，這使得在系統(tǒng)中所傳播信號也有了局限性；并且光端機所用到是專用集成芯片，造價也比較高。這些都限制了光纖通信應(yīng)用。1光纖通信概述光纖通信是運用光作為信息載體、以光纖作為傳播媒質(zhì)通信方式。光纖通信是在信源端需要將電信號轉(zhuǎn)化為光信號，通過光纖傳播到信宿端，再將光信號轉(zhuǎn)化為原始電信號一種過程。實現(xiàn)光纖通信除了需要將老式多樣電信號轉(zhuǎn)換為光信號裝置，還需要有傳播光信號介質(zhì)以及將光信號轉(zhuǎn)換為電信號裝置。因此在光纖通信中有三個重要技術(shù)問題:便于應(yīng)用且性能優(yōu)良光源；能長距離傳播光信號傳播介質(zhì)；敏捷地接受光信號并能把光信號轉(zhuǎn)化為電信號光檢測器。光源是光纖傳播系統(tǒng)心臟部件，它功能是實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，其性能好壞對整個傳播系統(tǒng)質(zhì)量有舉足輕重作用。隨著半導(dǎo)體光器件制造工藝不斷成熟，半導(dǎo)體光源在光纖通信中得以廣泛應(yīng)用。慣用半導(dǎo)體光源有發(fā)光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光器(LD)。LD發(fā)出是激光，亮度高、方向性強、相干性好，工作速度快，適合于傳播容量大，傳播速率高光纖通信系統(tǒng)。而LED發(fā)出是自然光，光功率較小，譜線寬度較寬，調(diào)制頻率較低。但是成本較LD低，平均工作壽命較長，性能穩(wěn)定，并且制造工藝簡樸。因而這種器件合用于中短距離、傳播容量較小系統(tǒng)。當前信息依然最后還是要以電形式體現(xiàn)出來，因此光纖通信依然需要由電光轉(zhuǎn)換到光電轉(zhuǎn)換過程，在發(fā)送端完畢電光轉(zhuǎn)換，在接受端實現(xiàn)電信號還原。實現(xiàn)電信號還原由半導(dǎo)體光電二極管來完畢。她們運用半導(dǎo)體物理吸取光子后形成電子一空穴對把光功率轉(zhuǎn)化為電流。當前廣泛使用光電轉(zhuǎn)換器件重要有兩種類型:PIN光電二極管(PIN-PD)和雪崩光電二極管兩種(APD)。一種完整光通信系統(tǒng)，除光纖、光源和光檢測器外，還需要許多其他光器件，特別是無源器件。這些器件對光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成、功能擴展或性能提高，都是不可缺少。2系統(tǒng)構(gòu)成一種光纖通信系統(tǒng)光傳播某些，涉及最基本構(gòu)成部件:光收發(fā)端機、光纖線路、編解碼電路和數(shù)據(jù)傳播控制電路。這幾某些是光纖通信系統(tǒng)核心某些，其性能好壞直接影響到光纖通信質(zhì)量。2.1光端機光端機涉及光發(fā)射機和光接受機，是光纖傳播系統(tǒng)重要部件。數(shù)字光發(fā)射機功能是把電端機輸出數(shù)字基帶電脈沖信號轉(zhuǎn)換為光脈沖信號，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路。系統(tǒng)中，用承載信息數(shù)字電信號對光源進行調(diào)制來實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，受調(diào)制光源特性參數(shù)有功率、幅度、頻率和相位。在該系統(tǒng)中采用直接光強調(diào)制，技術(shù)簡樸、易行。數(shù)字光接受機功能是以最小附加噪聲及失真把經(jīng)光纖傳播后幅度被衰減、波形被展寬薄弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大解決，恢復(fù)為原發(fā)射數(shù)字序列。因而光接受機輸出特性綜合反映了整個光纖通信某些性能。2.1.1光發(fā)射機線路編碼線路編碼驅(qū)動電路光源溫度控制功率控制保護電數(shù)字信號光信號輸出圖2-1數(shù)字光發(fā)射機構(gòu)成在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，光發(fā)射機方框圖如圖2-1所示，重要由光源和電路兩某些構(gòu)成，而電路某些又分為調(diào)制電路、控制電路和線路編碼電路。光源是實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換核心器件，在很大限度上決定著光發(fā)射機性能，電路某些設(shè)計應(yīng)以光源為根據(jù)。調(diào)制電路使輸出光信號精確反映輸入電信號，線路編碼電路使輸出光信號適合于光信道傳播，同步控制電路可以保證光源可靠穩(wěn)定地工作。2.1.2光源在光纖通信系統(tǒng)中，作為產(chǎn)生光信號光源，應(yīng)滿足如下規(guī)定：1)體積小，與光纖之間有較高耦合效率。2)發(fā)射光波波長應(yīng)位于光纖三個低損耗窗口，即0.85um，1.31um和1.55um波段。3)可以進行光強度調(diào)制。4)可靠性高，規(guī)定它工作壽命長、工作穩(wěn)定性好，具備較高功率穩(wěn)定性、波長穩(wěn)定性和光譜穩(wěn)定性。5)發(fā)射光功率足夠高，以便可以傳播較遠距離。6)溫度穩(wěn)定性好。2.1.3光接受機光發(fā)送機輸出光信號，在光纖中傳播時不但幅度會受到衰減，并且脈沖波形也會被展寬。光接受機任務(wù)就是以最小附加噪聲及失真恢復(fù)出由光纖傳播、光載波所攜帶信息，因而光接受機輸出特性綜合反映了整個光纖通信系統(tǒng)性能。光光檢測器前置放大器主放大器濾波器判決電路時鐘恢復(fù)電路自動增益控制電路數(shù)字光信號圖2-2數(shù)字光接受機構(gòu)成光電檢測器是光接受機第一種核心部件，其作用是把接受到光信號轉(zhuǎn)化成電信號。當前，在光纖通信系統(tǒng)中廣泛使用光電檢測器是PIN光電二極管和雪崩光電二極管APD。由于光檢測器產(chǎn)生光電流非常薄弱，必要先經(jīng)前置放大器進行低噪聲放大，光電檢測器和前置放大器合起來稱作接受機前端，其性能優(yōu)劣是決定接受機敏捷度重要因素。為此，前置放大器必要是低噪聲、寬頻帶放大器。定期提取電路和判決再生電路，它們功能是從放大器輸出信號與噪聲混合波形中提取碼元時鐘，并逐個地對碼元波形進行取樣判決，以得到與原發(fā)送端相似碼流。2.1.4光接受機性能指標1.接受敏捷度接受敏捷度是數(shù)字光接受機最重要指標，它直接決定光纖通信系統(tǒng)中中繼距離和通信質(zhì)量。數(shù)字光接受機敏捷度定義如下：在指定誤碼率或信噪比時最小接受信號光功率Pmin(mW),通慣用dBm表達Pr=10logPminPr越小，意味著數(shù)字光接受機接受薄弱信號能力就越強，敏捷度越高，此時當發(fā)射機功率一定期，則保證通信質(zhì)量中繼通信距離就越長。因而，提高數(shù)字光接受機敏捷度，可以延長光纖通信中繼距離和增長通信質(zhì)量。2.動態(tài)范疇在實際光纖通信系統(tǒng)中，由于中繼距離、光纖損耗、連接器及熔接頭損耗不同，發(fā)送功率隨溫度變化及老化等因素，接受光功率有一定范疇。數(shù)字光接受機動態(tài)范疇(DR)定義如下:在限定誤碼率條件下，光接受機所能承受最大平均接受光功率Pmax和Pmin比值，用dB表達。DR=10logP動態(tài)范疇是光接受機性能另一種重要指標，它表達光接受機接受光強能力。寬動態(tài)范疇對系統(tǒng)機構(gòu)來說更以便靈活，使同一種接受機可用于不同長度中繼距離。3光纖選型當前，光纖通信系統(tǒng)中所采用光纖種類諸多，光纖是用于約束并傳導(dǎo)光信號一種介質(zhì)光波導(dǎo)。由于損耗低、帶寬容量大、重量輕、容易鋪設(shè)以及便于大批量制造等優(yōu)良性使其能成為通信中重要傳播介質(zhì)。光波在光纖中傳播遵循全反射原理，光纖正是運用這種原理進行導(dǎo)光。光纖依照光在介質(zhì)中傳播模式不同分為單模光纖和多模光纖，單模光纖只能傳播一種模式，多模光纖可以傳播各種模式，單模光纖與多模光纖相比，帶寬極寬，適合于大容量、長距離通信系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中用就是單模光纖，這樣，不但保證傳播信道有很寬帶寬，并且，尚有助于器件兼容，由于當前光器件發(fā)展趨勢就是單?；?。光纖通信系統(tǒng)設(shè)計中最重要問題是如何計算出傳播距離，或如何擬定中繼距離。中繼距離重要由如下四個因素決定:一是發(fā)送端進入光纖平均光功率;二是在給定誤碼率規(guī)定下，接受機敏捷度:三是光纖線路總損耗:四是光纖線路總帶寬。在此狀況下，計算光纖中繼距離公式為:L=Pi-P4設(shè)計方案及核心技術(shù)長距離傳播時，光纖色散和非線性效應(yīng)對系統(tǒng)指標產(chǎn)生很大劣化。光纖非線性效應(yīng)涉及SBS（受激布里淵散射）和SPM（自相位調(diào)制）。SBS重要發(fā)生在65km此前光路上超過65km后來，SBS趨于穩(wěn)定，不再增長。但是，此時SPM影響逐漸顯現(xiàn)，在65～80km范疇SPM緩慢增長，超過80km后SPM明顯增長，到達120km這個臨界距離后，SPM急劇增長，光發(fā)射機SBS閾值越大，輸入光纖光功率也相應(yīng)增長，使SPM增長越快導(dǎo)致CSO急劇劣化。在長距離1550nm光傳播系統(tǒng)中，要合理預(yù)置光發(fā)射機SBS閾值，合理分派各級EDFA輸入功率。超長距離光纖可插入喇曼光放大器進行小信號放大，同步對光纖色散合理地進行補償，這些技術(shù)辦法對保證系統(tǒng)指標是十分有效。由于傳播鏈路總長達500km，該方案采用光纖色散補償技術(shù)。光纖色散補償技術(shù)原理為：常規(guī)G.652光纖在1550nm波長附近色散為17ps/nm/km。在數(shù)字信號傳播