話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系

1、話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系第4章 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 本章重點(diǎn)內(nèi)容是：1. 光纖通信的特點(diǎn)；2光纖通信系統(tǒng)的基本組成；3光纖的結(jié)構(gòu)和分類、光纖的導(dǎo)光原理及主要工作特性；4光源、光檢測(cè)器、光無源器件的工作原理和工作特性5光端機(jī)的基本組成及各部分的主要作用；6SDH的基本特點(diǎn)；7SDH的標(biāo)準(zhǔn)速率與幀結(jié)構(gòu)；8我國SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)；9SDH網(wǎng)中的復(fù)用設(shè)備和數(shù)字交叉連接器；10SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。9/23/20222話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系4.3 光端機(jī) 所謂光端機(jī)是光纖通信系統(tǒng)中的光纖傳輸終端設(shè)備。光端機(jī)包括光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)?？驁D如圖4-27光發(fā)送機(jī)的主要作用是將電端

2、機(jī)送來的數(shù)字基帶電信號(hào)變換為光信號(hào)，并藕合進(jìn)光纖線路中進(jìn)行傳輸。 光接收機(jī)的主要作用是將光纖傳輸微弱的光信號(hào)變換為電信號(hào)，并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、整形、再生輸人到電接收端機(jī)。 9/23/20223話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系4.3 光端機(jī) 4.3.1 光發(fā)射機(jī)1、數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能: 電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)； 用耦合技術(shù)注入光纖線路； 用數(shù)字電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制。2、調(diào)制方式：直接調(diào)制和外調(diào)制。 受調(diào)制的光源特性參數(shù)有：功率、 幅度、頻率和相位，廣泛應(yīng)用的是直接光強(qiáng)(功率)調(diào)制。 9/23/20224話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 I I P P輸入電

3、信號(hào)輸出光信號(hào)輸出光信號(hào)輸入電信號(hào) (a) LED數(shù)字調(diào)制原理； (b) LD的數(shù)字調(diào)制原理 當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流大于閾值電流Ith時(shí)，輸出光功率P和驅(qū)動(dòng) 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(hào)反映輸入電信號(hào)。9/23/20225話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系3、光發(fā)射機(jī)基本組成 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖所示，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。 電路的設(shè)計(jì)應(yīng)以光源為依據(jù)，使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)。輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路電信號(hào)輸入光信號(hào)輸出圖 數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖9/23/20226

4、話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系1）光源 對(duì)通信用光源的要求如下 ： 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0.85 m、 1.31 m和1.55 m附近。光譜單色性要好， 即譜線寬度要窄， 以減小光纖色散對(duì)帶寬的限制。 電/光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動(dòng)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，以利于提高光源與光纖之間的耦合效率。 9/23/20227話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快， 以滿足系統(tǒng)的大傳輸容量的要求。 器件應(yīng)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

5、，壽命長(zhǎng)。 此外，要求器件體積小，重量輕，安裝使用方 便，價(jià)格便宜。 9/23/20228話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系2） 調(diào)制電路和控制電路 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。 3）線路編碼電路 電端機(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， 要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。9/23/20229話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 光接收機(jī)1、光接收機(jī)基本組成 直接強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖。 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

6、制(AGC)電路。9/23/202210話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 1） 光檢測(cè)器 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： 波長(zhǎng)響應(yīng)要和光纖低損耗窗口(0.85 m、 和1.55 m)兼容； 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； 噪聲要盡可能低， 能接收極微弱的光信號(hào)； 性能穩(wěn)定， 可靠性高， 壽命長(zhǎng)， 功耗體積小。 目前， 適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有 PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。9/23/202211話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 2）

7、放大器 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。 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。 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 ； 并通過它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，使輸入光信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)， 輸出電信號(hào)保持恒定。 主放大器和AGC決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。 9/23/202212話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 3）均衡和再生 均衡的目的： 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。 再生電路包括：判決電路和時(shí)鐘提取電路9/2

8、3/202213話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 2、 光電集成接收機(jī) 圖中除光檢測(cè)器以外的所有元件都是標(biāo)準(zhǔn)的電子器件， 很容易用標(biāo)準(zhǔn)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2 GHz，甚至達(dá)到10 GHz。 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(jī)，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(cè)器在內(nèi)的全部元件。 9/23/202214話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 在1991年試驗(yàn)成功的單路InGaAs OEIC接收機(jī)，其運(yùn)行速率達(dá)5 Gb/s。 I

9、nGaAs OEIC接收機(jī)也可以用混合法實(shí)現(xiàn)。 如圖所示， 電元件集成在GaAs基片上，而光檢測(cè)器集成在InP基片上，兩個(gè)部分通過接觸片連接在一起。 圖 光電集成接收機(jī) 9/23/202215話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系4.3.3 線路編碼 在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)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(fù)光脈沖，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蟆?數(shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼，即“有光脈沖”表示“”碼， “無光脈沖”表示“0”碼。9/23/202216話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系1、簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來如下問題： 在

10、碼流中，出現(xiàn)“”碼和“0”碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的， 因而直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)(基線漂移)， 給光接收機(jī)的判決帶來困難。 在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連“”碼或長(zhǎng)串連“0”碼，這樣可能造成位同步信息丟失，給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。 不能實(shí)現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù))的誤碼檢測(cè)， 不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)。9/23/202217話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 2、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求有： 能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。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(jī)的靈敏度。 能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。因而應(yīng)

11、盡可能減少連“”碼和連“0”碼的數(shù)目，使“1”碼和“0”碼的分布均勻， 保證定時(shí)信息豐富。 能提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。 9/23/202218話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系3、擾碼 為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(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。 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。 擾碼改變了“”碼與“0”碼的分布， 從而改善了碼流的一些特性。 例如： 擾碼前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 擾碼后： 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0

12、1 1 9/23/202219話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系擾碼有下列缺點(diǎn)： 不能完全控制長(zhǎng)串連“”和長(zhǎng)串連“0”序列的出現(xiàn)； 沒有引入冗余， 不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)； 信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大， 不能解決基線漂移。 因?yàn)閿_碼不能完全滿足光纖通信對(duì)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。 9/23/202220話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系4、mBnB碼 mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有m個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。 這種碼型是把mB變

13、換為nB，所以稱為mBnB碼，其中m和n都是正整數(shù)， nm，一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、 8B9B、 17B18B等等。 9/23/202221話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 mBnB碼編碼原理 最簡(jiǎn)單的mBnB碼是1B2B碼，即曼徹斯特碼，這就是把原碼的“”變換為“01”， 把“1”變換為“10”。 因此最大的連“”和連“”的數(shù)目不會(huì)超過兩個(gè)，例如1001和0110。但是在相同時(shí)隙內(nèi)，傳輸1比特變?yōu)閭鬏?比特， 碼速提高了1倍。 9/23/202222話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有（2

14、3 ）8個(gè)碼字， 變換為4B碼時(shí)， 共有(24)16個(gè)碼字，見表。 為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來代替3B碼。 設(shè)計(jì)者根據(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(gè)“0”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“”；在3B碼中有2個(gè)“1”， 變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“0”。而000用0001和1110交替使用； 111用0111和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字， 稱為禁字，例如0000和1111。9/23/202223話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 0111 1111111 0110 1110110 0101 1101101 0100 1100

15、100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B 表 3B和4B的碼字 9/23/202224話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 作為普遍規(guī)則，引入“碼字?jǐn)?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。 所謂“碼字?jǐn)?shù)字和”，是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼， 用“+1”代表“”碼，整個(gè)碼字的代數(shù)和即為WDS。 如果整個(gè)碼字“”碼的數(shù)目多于“0”碼，則WDS為正；如果“0”碼的數(shù)目多于“1”碼， 則WDS為負(fù)；如果“0”碼和“1”碼的數(shù)目相等，則WDS為0。 例如：對(duì)于01

16、11，WDS=+2；對(duì)于0001， WDS=-2；對(duì)于0011，WDS=0。 9/23/202225話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 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(yīng)選擇WDS=0和WDS=2的碼字， 禁止使用WDS=4的碼字。 線路碼（4B）信號(hào)碼（3B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-

17、20100+210110000 表 一種3B4B碼表 9/23/202226話音在光纖通信系統(tǒng)中傳輸任務(wù)話音在光纖通信系 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(gè)碼字，變換6B碼時(shí)共有(26)64個(gè)碼字，其中WDS=0有20個(gè)，WDS=2有15個(gè)，WDS=-2有15個(gè)，共有50個(gè)|WDS|最小的碼字可供選擇。 由于變換為6B碼時(shí)只需32個(gè)碼字，為減少連“”和連“0”的數(shù)目， 刪去： 000011、 110000、 001111和111100。 禁用WDS=4和6的碼字。 表4示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種5B6B碼表，正組和負(fù)組交替使用。 表中正組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=+2，負(fù)組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=-2。 9/23/202227話音在光纖通信系統(tǒng)中