1、教学内容教学内容1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成 所谓光端机是光纤通信系统中的光纤传输终端设所谓光端机是光纤通信系统中的光纤传输终端设备。光端机包括光发送机和光接收机。框图如图备。光端机包括光发送机和光接收机。框图如图光发送机的主要作用光发送机的主要作用是将电端机送来的数字基带电信是将电端机送来的数字基带电信号变换为光信号，并藕合进光纤线路中进行传输。号变换为光信号，并藕合进光纤线路中进行传输。光接收机的主要作用光接收机的主要作用是将光纤传输微弱的光信号变换是将光纤传输微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生输人为电信号，并对电信号进行放大、整形、再
2、生输人到电接收端机。到电接收端机。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成光发射机光发射机1 1、数字光发射机、数字光发射机的功能功能:电端机输出的数字基带电端机输出的数字基带信号转换为信号转换为信号；信号；用耦合技术用耦合技术光纤线路；光纤线路；用数字电信号对光源进行用数字电信号对光源进行2 2、调制方式：直接调制和外调制。、调制方式：直接调制和外调制。广泛应用的是直接光强广泛应用的是直接光强(功率功率)调制。调制。4.3.1 4.3.1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成(a)LED(a)LE
3、D数字调制原理；数字调制原理；(b)LD(b)LD的数字调制原理的数字调制原理 当激光器的驱动电流大于阈值电流当激光器的驱动电流大于阈值电流IthIth时，输出光时，输出光功率功率P P和驱动电流和驱动电流I I基本上是基本上是 输出输出和和成正比，输出光信号反映成正比，输出光信号反映输入电信号。输入电信号。4.3.1 4.3.1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成3 3、光发射机基本组成、光发射机基本组成 数字光发射机的方框图如图所示，主要有数字光发射机的方框图如图所示，主要有光源光源和和电电路路两部分。两部分。光源光源是实现电是实现电/光转换的关键器件，在很大程度上光转换
4、的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能。决定着光发射机的性能。电路电路的设计应以的设计应以为依据，使为依据，使准确反准确反映映4.3.1 4.3.1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成输入输入接口接口线路线路编码编码调制调制电路电路光源光源控制电路控制电路电信号输电信号输入入光信号输光信号输出出图图 数字光发射机方框图数字光发射机方框图1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1）光源）光源 ：发射的光波长应和光纤低损耗发射的光波长应和光纤低损耗“窗口窗口”一致，即中一致，即中心波长应在心波长应在0.85 m0.85 m、1.31 m1.31 m和
5、和1.55 m1.55 m附近。光谱单附近。光谱单色性要好，色性要好，即谱线宽度要窄，即谱线宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的以减小光纤色散对带宽的限制。限制。要高，即要求在足够低的驱动电流下，要高，即要求在足够低的驱动电流下，有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束的的，以利于提高光源与光纤之间的，以利于提高光源与光纤之间的。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成调制速率要高或响应速度要快，调制速率要高或响应速度要快，以满足系以满足系统的大传输容量的要求。统的大传输容量的要求。器件应能在常温下以连续波方式工作，器件应
6、能在常温下以连续波方式工作，要求温度要求温度 稳定性好，稳定性好，可靠性高，寿命长。可靠性高，寿命长。此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方 便，价格便宜。便，价格便宜。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成2 2）调制电路和控制电路调制电路和控制电路 直接光强调制的数字光发射机主要电路有：直接光强调制的数字光发射机主要电路有：调制电调制电路、控制电路和线路编码电路路、控制电路和线路编码电路。3 3）线路编码电路）线路编码电路 电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码，而光源不能发射负
7、脉冲，码，而光源不能发射负脉冲，要变换为适合于光纤传要变换为适合于光纤传输的输的1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成光接收机光接收机1 1、光接收机基本组成、光接收机基本组成 直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图示于图。框图示于图。主要包括：主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)(AGC)电电路。路。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成 1 1）光检测器光
8、检测器 光检测器是光接收机实现光光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，电转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。对光检测器的要求如下：对光检测器的要求如下：波长响应要和光纤低损耗窗口波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85 m(0.85 m、1.31m1.31m和和1.55 m)1.55 m)兼容；兼容；响应度要高，响应度要高，在一定的接收光功率下，在一定的接收光功率下，能产生最能产生最大的光电流；大的光电流；1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成 噪声要尽可能低，噪声要尽可能低，能接收极微弱的
9、光信号；能接收极微弱的光信号；性能稳定，性能稳定，可靠性高，可靠性高，寿命长，寿命长，功耗体积小。功耗体积小。目前，目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有适合于光纤通信系统应用的光检测器有 PINPIN光电二极管和雪崩光电二极管光电二极管和雪崩光电二极管(APD)(APD)。4.3.1 4.3.1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成 2 2）放大器）放大器 前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光接收前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。机的灵敏度影响很大。前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种类型前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种类型的前
10、放可供选择。的前放可供选择。一般是多级放大器，它的作用是：一般是多级放大器，它的作用是：提供足够的增益提供足够的增益 ；并通过它实现自动增益控制并通过它实现自动增益控制(AGC)(AGC)，使输入光信号，使输入光信号在一定范围内变化时，在一定范围内变化时，输出电信号保持恒定。输出电信号保持恒定。主放大器和主放大器和AGCAGC决定着光接收机的动态范围。决定着光接收机的动态范围。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成 3 3）均衡和再生）均衡和再生 均衡的目的：均衡的目的：对经光纤传输、光对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变电转换和放大后已产生畸变(失真失真)的电信号
11、进行补偿；的电信号进行补偿；使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，减小误码率。减小误码率。再生电路包括：再生电路包括：判决电路和时钟提取电路判决电路和时钟提取电路1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成2 2、光电集成接收机光电集成接收机 图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电子图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电子器件，器件，很容易用标准的集成电路很容易用标准的集成电路(IC)(IC)技术将它们集成在技术将它们集成在同一芯片上。同一芯片上。不论是硅不论是硅(Si)(Si)还是砷化镓还是砷化镓(GaAs)IC(GaAs
12、)IC技术都能够使集技术都能够使集成电路的工作带宽超过成电路的工作带宽超过2 GHz2 GHz，甚至达到，甚至达到10 GHz10 GHz。为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力开为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力开发单片光接收机，即用发单片光接收机，即用“光电集成电路光电集成电路(OEIC)(OEIC)技术技术”在在同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元件。同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元件。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成 无源光器件 在光纤通信的传输系统中，在传输线路中还需要各种辅助器件以实现光纤与光纤之间或光纤与光端机之间的连接、耦合、合分路、
13、线路倒换以及保护等多种功能。主要的无源器件有光纤连接器、光缆连接器、光纤耦合器、光开关、光复用器(合波器和分波器)、光分路器、光隔离器、光衰耗器、光滤波器等等 1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成（1 1）光纤连接器）光纤连接器 光纤连接器又叫光纤活动连接器。这是用于连接光纤连接器又叫光纤活动连接器。这是用于连接两根光纤或光缆形成连续光通路的可以可拆卸重复使两根光纤或光缆形成连续光通路的可以可拆卸重复使用的光用的光“无源器件无源器件”，被广泛应用在光纤传输线路、光，被广泛应用在光纤传输线路、光纤配线架和光纤测试仪器、仪表中，也是目前使用数纤配线架和光纤测试仪器、仪表中，
14、也是目前使用数量最多的光无源器件。量最多的光无源器件。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成光纤连接器特性的参数主要是光纤连接器特性的参数主要是：插入损耗、回波损：插入损耗、回波损耗、重复性和互换性等。耗、重复性和互换性等。插入损耗：插入损耗：即连接损耗，是指光纤中的光信号通过即连接损耗，是指光纤中的光信号通过光纤连接器，其输出光功率与输入光功率的比的分光纤连接器，其输出光功率与输入光功率的比的分贝数贝数 。回波损耗回波损耗：指在光纤连接处，后向反射光功
15、率与输：指在光纤连接处，后向反射光功率与输入光功率的比的分贝数。回波损耗越大越好入光功率的比的分贝数。回波损耗越大越好 重复性和互换性重复性和互换性 ：重复性是指光纤连接器多次插拨重复性是指光纤连接器多次插拨后插入损耗的变化，用分贝后插入损耗的变化，用分贝(dB)(dB)表示。互换性是指表示。互换性是指连接器各部件互换时插入损耗的变化，也用分贝连接器各部件互换时插入损耗的变化，也用分贝(dB)(dB)表示。表示。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成（2）耦合器件 光耦合器是一种用于传送和分配光信号的无源器件。通常，光耦合器在光纤局域网、光纤有线电视网、干涉型光纤传感器和
16、某些测量仪表中有广泛的应用。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成耦合器特性的主要参数是：耦合器特性的主要参数是：插入损耗、功率耦合系数、分光比和隔离度。插入损耗：是指某一输出端口的光功率与全部输入光功率的比的分贝数。隔离度：是指光耦合器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。分光比：为耦合器各输出端口输出功率与总输出功率的比值，.功率耦合系数：为耦合器输出功率与输入光功率之比.1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成光波分复用器（光波分复用器（WDMWDM）是对光波波长进行分离与合成是对光
17、波波长进行分离与合成的光无源器件。的光无源器件。复用器复用器用在光纤通信系统的发送端，其作用是将不同频用在光纤通信系统的发送端，其作用是将不同频率的光信号组合起来，送入一根光纤。率的光信号组合起来，送入一根光纤。解复用器解复用器用在接收端，其作用是将光纤送来的多路信号用在接收端，其作用是将光纤送来的多路信号按频率一一分开。按频率一一分开。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成（3 3）光衰减器）光衰减器 能够使传输线路中的光信号产生定量衰减的器件能够使传输线路中的光信号产生定量衰减的器件称称为光衰减器。为光衰减器。（4 4）光开关）光开关 光开关是使传输通路中的光路控制器
18、件，起着控光开关是使传输通路中的光路控制器件，起着控制光信号通、断或转换光路的作用。制光信号通、断或转换光路的作用。1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成1 1 典型通信系统设备选用和集成典型通信系统设备选用和集成2 2案例介绍案例介绍京沪高速公路通信系统京沪高速公路通信系统3 3成乐路通信系统改建工程设计成乐路通信系统改建工程设计4.3.34.3.3成乐路通信系统改建工程设计成乐路通信系统改建工程设计3 3成乐路通信系统改建工程设计成乐路通信系统改建工程设计4.3.34.3.3成乐路通信系统改建工程设计成乐路通信系统改建工程设计 提问与思考提问与思考小结小结
