光纤通信_第6章 光发送机与光接收机.ppt

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1、第6章光发射机和光接收机6.1调制信号的格式6.2直接调制IM光发送机6.3外调制6.4光接收机6.5相干接收习题六6.1调制信号的格式为了有利于信息在信道中传输和接收时便于处理，我们往往先对数字信号进行编码，再对光信号进行调制。光信号除了可调制光载波信号的幅度、频率、相位外，还可调制光强。由于光强不同于电信号的电压或电流有正值与负值，它只有正值（即光强或光功率没有负值），因此称它为单极性信号，而电压信号称为双极性信号。6.1.1单极性与双极性单极性信号是二电平信号，它在零与正电平之间摆动。单极性信号可以看成是用电或

2、光信号表示的开关信号。在光纤通信中，单极性信号也称为开关键控。它与双极性信号的最大区别是，传送线路上产生的直流分量DC不为零。双极性信号由于在正电平与负电平之间交替变化，因此在传输线路上产生的DC分量为零。单极性与双极性信号的编码如图6.1所示。图6.1单极性与双极性信号6.1.2归零(RZ)与不归零(NRZ)光纤通信中常用的调制方案为开关键控，这种调制方案中编码“1”表示对应比特周期内有一光脉冲或光源LD或LED处于开状态，编码“0”表示对应的比特周期内无光脉冲或光源LD或LED处于关状态。光脉冲的宽度为比特周期的

3、持续时间。对于一个1Gb/s的数据速率，光脉冲时间宽度为1ns。编码既可以采用直接将光源调谐在开或关两种状态的方法来完成，也可以用数字比特通过外调制器方法来完成，下面将具体介绍。开关键控调制可以采用许多信号格式，最常用的为NRZ、RZ和短脉冲三种格式。NRZ称为不归零码，编码“1”对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期，“0”对应无光脉冲出现。如果是连续两个“1”比特，则光脉冲持续两个比特周期。RZ码称为归零码，“1”比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的一半，“0”对应无光脉冲出现。短脉冲是由RZ变化而来的，其“

4、1”比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的很小一部分，“0”对应无光脉冲出现。它们的信号格式如图6.2所示。图6.2开关键控数据调制格式NRZ码与其他格式相比，其主要优点是占据的频带宽度窄，只是RZ码的一半，缺点是当出现长连“1”或“0”时，光脉冲没有“有”和“无”的交替变化，这对于接收时对比特时钟的提取是不利的。RZ码克服了这个问题，解决了连“1”的问题，但长连“0”问题仍然存在。以上所有格式都存在直流分量DC波动即不平衡问题。开关键控调制方案获得DC平衡是很重要的，这使得接收时设计判决阈值变得容易，有利于数字

5、处理的恢复。为了保证光信号有足够的交替变化和提供DC平衡，系统中常采用扰码和分组码方案。6.1.3扰码扰码是一个比特流与另一个比特流的一到一的映射，即将一个待发送的数据比特流在发送之前一对一地映射为另一比特流。在发送端，扰码器将输入的比特流与经过仔细挑选的另一个比特流进行异或运算，另一比特流序列的选取原则是应尽量使输出比特的长连“1”或“0”出现的概率尽可能地小。在接收端通过解扰器，使其输出的码流中将原比特流恢复出来。扰码最大的优点是不占用额外的带宽，缺点是并不能保证DC平衡，也不能保证序列中不出现长连“1”或“0”

6、。但扰码中出现长连“1”或“0”和不平衡的概率是很小的，只要认真选取映射关系就能保证这一点。6.1.4线路码（5B/6B、8B/10B）另一个解决DC不平衡的方法是采用分组码，有许多不同类型的分组码。二进制的线性分组码的一种形式为：将k个比特变换成n个比特，然后再发送出去，接收端将n比特再映射成原来的k个比特。分组码经过设计可使DC平衡，能提供足够多的信号交替变化。这种分组码的典型例子是（8，10）、（5，6）,表示为8B10B，5B6B。分组码提高了速率，因而占用了额外的带宽，对于4B5B，则k=4，n=5，意味着

7、原来的1Gb/s比特率在编码之后增加到1.25Gb/s，就是说要多付出25%的带宽开销。6.2直接调制IM光发送机直接强度调制是光纤通信中最简单、最经济、最容易实现的调制方式，适用于半导体激光器LD和发光二极管LED，这是因为它们的输出功率与注入电流成正比（LD阈值以上），只需通过改变注入电流就可实现光强度调制。光功率的变化能够响应注入电流信号的高速变化。6.2.1模拟调制所谓模拟信号的直接调制，就是让LED或LD的注入电流跟随输入的模拟量变化，从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如图6.3所示。图6.3

8、LED和LD的模拟调制图6.4数字IM调制原理6.2.2数字调制数据信号的光强度调制原理如图6.4所示。6.3外调制6.3.1电折射调制器电折射调制器利用了晶体材料的电光效应，常用的晶体材料有：铌酸锂晶体（LiNbO3）、钽酸锂晶体（LiTaO3）和砷化镓（GaAs）。电光效应是指由外加电压引起的晶体的非线性效应，具体讲是指晶体的折射率发生了变