光纖通信課件劉增基第二版第4章

1、第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 第第4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.1 4.1 光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)4.2 4.2 光接收機(jī)光接收機(jī)4.3 4.3 線路編碼線路編碼 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能是把功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號(hào)轉(zhuǎn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路有效注入光纖線路，電，電/ /光轉(zhuǎn)換是光轉(zhuǎn)換是用承載信息的數(shù)字電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用承載信息的數(shù)字電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)制分為直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。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、受調(diào)制的光源特性參

2、數(shù)有功率、 幅度、頻率和相位。幅度、頻率和相位。目前技術(shù)上成熟并在實(shí)際光纖通信系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的是直接目前技術(shù)上成熟并在實(shí)際光纖通信系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的是直接光強(qiáng)光強(qiáng)( (功率功率) )調(diào)制。調(diào)制。 4.14.1光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.1直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理 (a) LED數(shù)字調(diào)制原理； (b) LD的數(shù)字調(diào)制原理 圖4.1示出激光器(LD)和發(fā)光二極管(LED)直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理ttPPIIIth第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 由圖可見(jiàn)由圖可見(jiàn): :1)1)對(duì)對(duì)LDLD施加了偏置電流施加了偏置電流IbIb。當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流大于閾值電流。當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流大于閾值

3、電流IthIth時(shí)，輸出光功率時(shí)，輸出光功率P P和驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)電流I I基本上是線性關(guān)系，輸出光基本上是線性關(guān)系，輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號(hào)反映輸入電信號(hào)。功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號(hào)反映輸入電信號(hào)。2)LED無(wú)需偏置電流，信號(hào)電流直接調(diào)制，輸出光功率無(wú)需偏置電流，信號(hào)電流直接調(diào)制，輸出光功率P P與與I I是是線性關(guān)系，線性關(guān)系，輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號(hào)反輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號(hào)反映輸入電信號(hào)。映輸入電信號(hào)。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.1.14.1.1光發(fā)射機(jī)基本組成光發(fā)射機(jī)基本組成 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖數(shù)字光發(fā)射機(jī)的

4、方框圖如圖4.24.2所示，主要有光源和電路所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實(shí)現(xiàn)電兩部分。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。定著光發(fā)射機(jī)的性能。電路的設(shè)計(jì)電路的設(shè)計(jì)應(yīng)以光源為依據(jù)，應(yīng)以光源為依據(jù)，使輸出使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)。光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 1. 1. 對(duì)光源要求：對(duì)光源要求： (1) (1) 發(fā)射的光波長(zhǎng)應(yīng)和光纖低損耗發(fā)射的光波長(zhǎng)應(yīng)和光纖低損耗“窗口窗口”一致，即中心一致，即中心波長(zhǎng)應(yīng)在波長(zhǎng)應(yīng)在0.85 m0.85 m、 1.31 m1.31 m和和1.55 m1.55

5、m附近。光譜單色性附近。光譜單色性要好，要好， 即譜線寬度要窄，即譜線寬度要窄， 以減小光纖色散對(duì)帶寬的限制。以減小光纖色散對(duì)帶寬的限制。 (2) (2) 電電/ /光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動(dòng)電流下，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(yuǎn)場(chǎng)的輻射角要小，以利于提高光源與光纖之向性要好，即遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射角要小，以利于提高光源與光纖之間的耦合效率。間的耦合效率。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) (3) (3) 允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快，允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速

6、度要快， 以滿足系統(tǒng)的以滿足系統(tǒng)的大傳輸容量的要求。大傳輸容量的要求。 (4) (4) 器件應(yīng)能在常溫下以連續(xù)波方式工作，器件應(yīng)能在常溫下以連續(xù)波方式工作， 要求溫度穩(wěn)定要求溫度穩(wěn)定性好，性好， 可靠性高，壽命長(zhǎng)?？煽啃愿撸瑝勖L(zhǎng)。 (5) (5) 要求器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價(jià)格便宜。要求器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價(jià)格便宜。以上各項(xiàng)中，以上各項(xiàng)中，調(diào)制速率調(diào)制速率、譜線寬度譜線寬度、輸出光功率輸出光功率和和光束方向光束方向性性，直接影響光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸距離，直接影響光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸距離，是是光源光源最重要的技術(shù)指標(biāo)最重要的技術(shù)指標(biāo)。 第第4 4章章

7、光端機(jī)光端機(jī) 2. 2. 調(diào)制電路和控制電路調(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：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(shí)，采用激光器作光源時(shí)，還有偏置電路。還有偏置電路。 對(duì)調(diào)制電路和控制電路的要求如下：對(duì)調(diào)制電路和控制電路的要求如下：(1) (1) 輸出光脈沖的輸出光脈沖的通斷比通斷比( (全全“1”1”碼平均光功率和全碼平均光功率和全“0”0”碼平均光功率的比值，或消光比的倒數(shù)碼平均光功率的比值，或消光比的倒數(shù)) )應(yīng)應(yīng)大于大于1010，以保證以保證足夠的光接收信噪比。足夠的光接收信噪

8、比。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) (2) (2) 輸入電脈沖的寬度應(yīng)遠(yuǎn)大于開(kāi)通延遲輸入電脈沖的寬度應(yīng)遠(yuǎn)大于開(kāi)通延遲( (電光延遲電光延遲) )時(shí)間，時(shí)間， 以便在高速率調(diào)制下，輸出的光脈沖能準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入電脈沖的以便在高速率調(diào)制下，輸出的光脈沖能準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形。波形。 (3) (3) 對(duì)激光器應(yīng)施加足夠的偏置電流，以便抑制在較高速對(duì)激光器應(yīng)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)的張弛振蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作。率調(diào)制下可能出現(xiàn)的張弛振蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作。 (4) (4) 應(yīng)采用自動(dòng)功率控制應(yīng)采用自動(dòng)功率控制(APC)(APC)和自動(dòng)溫度控制和自動(dòng)溫度控制(ATC)(A

9、TC)， 以以保證輸出光功率有足夠的穩(wěn)定性。保證輸出光功率有足夠的穩(wěn)定性。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 線路編碼之所以必要，是因?yàn)殡姸藱C(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)是適合線路編碼之所以必要，是因?yàn)殡姸藱C(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，所以要變換電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼，線路編碼的其它原因見(jiàn)為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼，線路編碼的其它原因見(jiàn)4.34.3節(jié)節(jié)所述。所述。 3. 3. 線路編碼電路線路編碼電路第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.1.24.1.2調(diào)制特性調(diào)制特性 半導(dǎo)體激光器是光纖通信的理想光源，但在高速脈沖半導(dǎo)體激光

10、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(huì)出現(xiàn)許多復(fù)雜現(xiàn)象，如常見(jiàn)的調(diào)制下，其瞬態(tài)特性仍會(huì)出現(xiàn)許多復(fù)雜現(xiàn)象，如常見(jiàn)的電光延遲、電光延遲、 張弛振蕩和自脈動(dòng)張弛振蕩和自脈動(dòng)現(xiàn)象。這種特性嚴(yán)重限制現(xiàn)象。這種特性嚴(yán)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(jì)時(shí)要給予系統(tǒng)傳輸速率和通信質(zhì)量，因此在電路的設(shè)計(jì)時(shí)要給予充分考慮。充分考慮。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.3 光脈沖瞬態(tài)響應(yīng)波形 1. 1. 電光延遲和張弛振蕩現(xiàn)象電光延遲和張弛振蕩現(xiàn)象半導(dǎo)體激光器在高速脈沖半導(dǎo)體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖瞬態(tài)調(diào)制下，輸出光脈沖瞬態(tài)響應(yīng)波形如圖響應(yīng)波形如圖4.34.3所示。所示

11、。輸出光脈沖和注入電流脈輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個(gè)初始延遲沖之間存在一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱(chēng)為電光延遲時(shí)間時(shí)間，稱(chēng)為電光延遲時(shí)間tdtd，其數(shù)量級(jí)一般為，其數(shù)量級(jí)一般為nsns。td當(dāng)電流脈沖注入激光器后，當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，漸衰減的振蕩， 稱(chēng)為張弛振蕩，稱(chēng)為張弛振蕩，其振蕩頻率其振蕩頻率frfr(=r/2)(=r/2)一般為一般為0.50.52 GHz2 GHz。r第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 這些特性與激光器有這些特性與激光器有源區(qū)的電子自發(fā)復(fù)合壽命和諧振腔源區(qū)的電子自發(fā)復(fù)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)

12、。內(nèi)光子壽命以及注入電流初始偏差量有關(guān)。 張弛振蕩和電光延遲的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高張弛振蕩和電光延遲的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際使用的光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際使用的最高調(diào)制頻率應(yīng)低于張弛振蕩頻率。最高調(diào)制頻率應(yīng)低于張弛振蕩頻率。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖圖4.4 4.4 碼型效應(yīng)碼型效應(yīng)（a) a) 、(b)(b)碼效應(yīng)波形（碼效應(yīng)波形（c c）改善后波形）改善后波形電 脈 沖光 脈 沖2 ns5 ns2 ns(a)(b)(c)1 2當(dāng)

13、電光延遲時(shí)間當(dāng)電光延遲時(shí)間tdtd與數(shù)字調(diào)制的碼與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時(shí)間元持續(xù)時(shí)間T/2T/2為相同數(shù)量級(jí)時(shí)，會(huì)為相同數(shù)量級(jí)時(shí)，會(huì)使使“0”0”碼過(guò)后的第一個(gè)碼過(guò)后的第一個(gè)“1 1碼的脈碼的脈沖沖寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能使單個(gè)使單個(gè)“”碼丟失，碼丟失， 這種現(xiàn)象稱(chēng)這種現(xiàn)象稱(chēng)為為“碼型效應(yīng)碼型效應(yīng)”。電光延遲要產(chǎn)生碼型效應(yīng)。電光延遲要產(chǎn)生碼型效應(yīng)。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 如圖如圖4.44.4，在兩個(gè)接連出現(xiàn)的，在兩個(gè)接連出現(xiàn)的“1”1”碼中，第一個(gè)脈沖到來(lái)前，碼中，第一個(gè)脈沖到來(lái)前，有較長(zhǎng)的連有較長(zhǎng)的連“0”0”碼，碼， 由于電光延遲時(shí)間長(zhǎng)和光脈沖上升時(shí)

14、間由于電光延遲時(shí)間長(zhǎng)和光脈沖上升時(shí)間的影響，因此脈沖變小。第二個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，由于第一個(gè)脈沖的影響，因此脈沖變小。第二個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，由于第一個(gè)脈沖的電子復(fù)合尚未完全消失，有的電子復(fù)合尚未完全消失，有源區(qū)電子密度較高，因此電光延源區(qū)電子密度較高，因此電光延遲時(shí)間短，遲時(shí)間短， 脈沖較大。脈沖較大。 “碼型效應(yīng)碼型效應(yīng)”的特點(diǎn)是，的特點(diǎn)是， 在脈沖序列中較長(zhǎng)的連在脈沖序列中較長(zhǎng)的連“0”0”碼后出碼后出現(xiàn)的現(xiàn)的“1”1”碼，其脈沖明顯變小，而且連碼，其脈沖明顯變小，而且連“0”0”碼數(shù)目越多，調(diào)碼數(shù)目越多，調(diào)制速率越高，這種效應(yīng)越明顯。用適當(dāng)?shù)闹扑俾试礁?，這種效應(yīng)越明顯。用適當(dāng)?shù)摹斑^(guò)調(diào)制過(guò)調(diào)制”補(bǔ)償

15、方法，補(bǔ)償方法， 可以消除碼型效應(yīng)，見(jiàn)圖可以消除碼型效應(yīng)，見(jiàn)圖4.4(c)4.4(c)所示。所示。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 為了進(jìn)一步了解激光器的調(diào)制特性，應(yīng)求出為了進(jìn)一步了解激光器的調(diào)制特性，應(yīng)求出LDLD速率方程組的瞬速率方程組的瞬態(tài)解。由此得到的張弛態(tài)解。由此得到的張弛振蕩頻率振蕩頻率rr及其幅度衰減時(shí)間及其幅度衰減時(shí)間oo和電和電光延遲時(shí)間光延遲時(shí)間tdtd的表達(dá)式為：的表達(dá)式為： 21)1(1thphspjjwjjthspo2thspdjjjln o o: :張弛振蕩幅度衰減到初始值的張弛振蕩幅度衰減到初始值的1/e1/e的時(shí)間的時(shí)間j j：注入電流密度：注入電流密度j jtht

16、h：閾值電流密度：閾值電流密度 sp sp: :電子自發(fā)復(fù)合壽命電子自發(fā)復(fù)合壽命 ph: ph:諧振腔內(nèi)光子壽命諧振腔內(nèi)光子壽命第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 在典型的激光器中，在典型的激光器中，spsp1010-9-9s,s,phph1010-12-12s s，由上式可以看到：由上式可以看到： (3) (3) 電光延遲時(shí)間電光延遲時(shí)間t td d與與spsp為相同數(shù)量級(jí)，并隨為相同數(shù)量級(jí)，并隨j j的增加而的增加而 減小減小(jj(jjthth) )。(1) (1) 張弛振蕩頻率張弛振蕩頻率r r隨隨spsp、phph的減小而增加，隨的減小而增加，隨j j的增加的增加而增加。這個(gè)振蕩頻率決定了

17、而增加。這個(gè)振蕩頻率決定了LDLD的最高調(diào)制頻率。的最高調(diào)制頻率。 (2) (2) 張弛振蕩幅度衰減時(shí)間張弛振蕩幅度衰減時(shí)間o o與與spsp為相同數(shù)量級(jí)，并隨為相同數(shù)量級(jí)，并隨j j 的的增加而減小。增加而減小。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 增加注入電流增加注入電流j j：（1 1）有利于提高張弛振蕩頻率）有利于提高張弛振蕩頻率r r，減小其幅度衰減時(shí)間，減小其幅度衰減時(shí)間o o（2 2）減小電光延遲時(shí)間減小電光延遲時(shí)間tdtd所以，對(duì)所以，對(duì)LDLD施加偏置電流是非常必要的。施加偏置電流是非常必要的。 2. 2. 自脈動(dòng)現(xiàn)象自脈動(dòng)現(xiàn)象某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個(gè)

18、某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，范圍時(shí)，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅等幅的的高頻振蕩高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱(chēng)為，這種現(xiàn)象稱(chēng)為自脈動(dòng)自脈動(dòng)現(xiàn)象，如圖現(xiàn)象，如圖4.54.5所示。所示。 自脈動(dòng)頻率可達(dá)自脈動(dòng)頻率可達(dá)2GHz2GHz，嚴(yán)重影響，嚴(yán)重影響LDLD的高速調(diào)制特性。的高速調(diào)制特性。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 電脈沖光脈沖圖4.5 激光器自脈沖動(dòng)現(xiàn)象 自脈動(dòng)現(xiàn)象是激光器內(nèi)部自脈動(dòng)現(xiàn)象是激光器內(nèi)部不均勻增益或不均勻吸收不均勻增益或不均勻吸收產(chǎn)生的產(chǎn)生的 往往和往往和LDLD的的P - IP - I曲線曲線的非線性有關(guān)，自脈動(dòng)發(fā)的非線性有關(guān)，自脈動(dòng)發(fā)生的

19、區(qū)域和生的區(qū)域和P - IP - I曲線扭折曲線扭折區(qū)域相對(duì)應(yīng)。因此在選擇區(qū)域相對(duì)應(yīng)。因此在選擇激光器時(shí)應(yīng)特別注意。激光器時(shí)應(yīng)特別注意。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.1.34.1.3調(diào)制電路和自動(dòng)功率控制調(diào)制電路和自動(dòng)功率控制數(shù)字信號(hào)調(diào)制電路應(yīng)采用電流開(kāi)關(guān)電路，數(shù)字信號(hào)調(diào)制電路應(yīng)采用電流開(kāi)關(guān)電路， 最常用的是差分電最常用的是差分電流開(kāi)關(guān)電路。流開(kāi)關(guān)電路。 圖圖4.64.6示出由三極管組成的共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路，這種簡(jiǎn)單的驅(qū)示出由三極管組成的共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路，這種簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路主要用于以發(fā)光二極管動(dòng)電路主要用于以發(fā)光二極管LEDLED作為光源的光發(fā)射機(jī)。作為光源的光發(fā)射機(jī)。第第4 4章章 光端

20、機(jī)光端機(jī) 圖圖 4.6 4.6 共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路 UCR2LEDC1R1UinV數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)UinUin從三極管從三極管V V的基極的基極輸入，通過(guò)集電極的電流驅(qū)動(dòng)輸入，通過(guò)集電極的電流驅(qū)動(dòng)LEDLED。數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)“0”0”碼和碼和“1”1”碼對(duì)應(yīng)于碼對(duì)應(yīng)于V V的截止和飽和狀態(tài)，的截止和飽和狀態(tài)，電流的大小根據(jù)對(duì)輸出光信號(hào)電流的大小根據(jù)對(duì)輸出光信號(hào)幅度的要求確定。幅度的要求確定。這種驅(qū)動(dòng)電路適用于這種驅(qū)動(dòng)電路適用于10 Mb/s10 Mb/s以下的以下的低速率系統(tǒng)。低速率系統(tǒng)。更高速率系統(tǒng)應(yīng)采用差分電流開(kāi)關(guān)電路。更高速率系統(tǒng)應(yīng)采用差分電流開(kāi)關(guān)電路。 第第4 4章章

21、 光端機(jī)光端機(jī) 圖圖4.74.7是常用的射極耦合驅(qū)動(dòng)電路，適合于激光器系統(tǒng)使用。是常用的射極耦合驅(qū)動(dòng)電路，適合于激光器系統(tǒng)使用。圖圖 4.7 4.7 射極耦射極耦合合LD LD 驅(qū)動(dòng)電路圖驅(qū)動(dòng)電路圖 電流源為由電流源為由V V1 1和和V V2 2組成的差分開(kāi)關(guān)組成的差分開(kāi)關(guān)電路，它提供了恒定的偏置電流。電路，它提供了恒定的偏置電流。在在V V2 2基極上施加直流參考電壓基極上施加直流參考電壓U UB B， V2V2集電極的電壓取決于集電極的電壓取決于LDLD的正向電壓，的正向電壓，U UB B數(shù)字電信號(hào)數(shù)字電信號(hào)U Uinin從從V V1 1基極輸入基極輸入當(dāng)信號(hào)為當(dāng)信號(hào)為“0”0”碼時(shí)，碼

22、時(shí)，V V1 1基極電位比基極電位比U UB B高而搶先導(dǎo)通高而搶先導(dǎo)通,V,V2 2截止，截止， LDLD不發(fā)光不發(fā)光當(dāng)信號(hào)為當(dāng)信號(hào)為“”碼時(shí)，碼時(shí)，V V1 1基極電位比基極電位比U UB B低，低， V2V2搶先導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)搶先導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)LDLD發(fā)光發(fā)光V2V1Ib電流源Io UEUinLDUc第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) V V1 1和和V V2 2處于輪流截止和非飽和導(dǎo)通狀態(tài)，有利于提高調(diào)制速率。處于輪流截止和非飽和導(dǎo)通狀態(tài)，有利于提高調(diào)制速率。當(dāng)三極管截止頻率當(dāng)三極管截止頻率f fr r4.5 GHz4.5 GHz時(shí)，這種電路的調(diào)制速率可達(dá)時(shí)，這種電路的調(diào)制速率可達(dá)300 Mb/s3

23、00 Mb/s。射極耦合電路為恒流源，電流噪。射極耦合電路為恒流源，電流噪聲小，這種電路聲小，這種電路的缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小，功耗較大。的缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小，功耗較大。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 由于溫度變化和工作時(shí)間加長(zhǎng)，由于溫度變化和工作時(shí)間加長(zhǎng)，LDLD的輸出光功率會(huì)發(fā)生的輸出光功率會(huì)發(fā)生變化。為保證輸出光功率的穩(wěn)定，變化。為保證輸出光功率的穩(wěn)定， 必須改進(jìn)電路設(shè)計(jì)。圖必須改進(jìn)電路設(shè)計(jì)。圖4.84.8是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的是利用反饋電流使輸出光功率穩(wěn)定的LDLD驅(qū)動(dòng)電路，其主體驅(qū)動(dòng)電路，其主體和圖和圖4.74.7相同，只是相同，只是由由V V3 3支路為支路為L(zhǎng)DLD提供的偏置電

24、流提供的偏置電流IbIb受到激光受到激光器背向輸出光平均功率和輸入數(shù)字信號(hào)均值器背向輸出光平均功率和輸入數(shù)字信號(hào)均值UinUin的控制的控制。把。把PDPD檢測(cè)器的輸出監(jiān)測(cè)電壓檢測(cè)器的輸出監(jiān)測(cè)電壓U UPDPD、信號(hào)參考電壓、信號(hào)參考電壓UinUin和直流參考電壓和直流參考電壓U UR R施加到運(yùn)算放大器施加到運(yùn)算放大器A A1 1的反相輸入端，經(jīng)的反相輸入端，經(jīng)放大后，控制放大后，控制V V3 3基極基極電壓和偏置電流電壓和偏置電流IbIb，其控制過(guò)程如下：，其控制過(guò)程如下： PLDUPD(UPD+ +UR)UA1IbPLD inU 在反饋電路中引入信號(hào)參考電壓的目在反饋電路中引入信號(hào)參考電

25、壓的目的，是使的，是使LDLD的偏置電的偏置電流流IbIb不受碼流中不受碼流中“0”0”碼和碼和“1”1”碼比例變化的影響。碼比例變化的影響。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.8 4.8 反饋穩(wěn)定反饋穩(wěn)定LDLD驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路V2V1電流源IoUin UV3A1CIbRf信號(hào)參考UR輸出監(jiān)測(cè)PD檢測(cè)器LDUB1UA1Uin由由V V3 3支路為支路為L(zhǎng)DLD提供的偏置提供的偏置電流電流IbIb受到激光器背向輸受到激光器背向輸出光平均功率和輸入數(shù)字出光平均功率和輸入數(shù)字信號(hào)均值信號(hào)均值UinUin的控制。的控制。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.9 APC電路原理 V2V1信號(hào)參考Uin

26、A1A2A3PD直流參考 U UV3IbLD從從LDLD背向輸出的光功率，經(jīng)背向輸出的光功率，經(jīng)PDPD檢測(cè)器檢測(cè)、運(yùn)算放大器檢測(cè)器檢測(cè)、運(yùn)算放大器A A1 1放大后放大后送到比較器送到比較器A A3 3的反相輸入端。同時(shí)，輸入信號(hào)參考電壓和直流參的反相輸入端。同時(shí)，輸入信號(hào)參考電壓和直流參考電壓經(jīng)考電壓經(jīng)A A2 2比較放大后，送到比較放大后，送到A A3 3的同相輸入端。的同相輸入端。A A3 3和和V V3 3組成直流恒組成直流恒流源調(diào)流源調(diào)節(jié)節(jié)LDLD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.1.44.1.4溫度特性和自動(dòng)溫度控制溫度特性和

27、自動(dòng)溫度控制1. 1. 激光器的溫度特性激光器的溫度特性激光器的溫度特性在激光器的溫度特性在3.13.1節(jié)已經(jīng)討論過(guò)，溫度對(duì)激光器輸出光節(jié)已經(jīng)討論過(guò)，溫度對(duì)激光器輸出光功率的影響主要通過(guò)閾值電流功率的影響主要通過(guò)閾值電流I Ithth和外微分量子效率和外微分量子效率d d產(chǎn)生。產(chǎn)生。圖圖4.10(a)4.10(a)和和(b)(b)分別示出溫度通過(guò)閾值電流和外微分量子效率分別示出溫度通過(guò)閾值電流和外微分量子效率引起的輸出光脈沖的變化：溫度升高，閾值電流增加，外微分引起的輸出光脈沖的變化：溫度升高，閾值電流增加，外微分量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降。量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降。 第第4 4

28、章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.10溫度引起的光輸出的變化(a) 閾值電流變化引起的光輸出的變化； (b) 外微分量子效率變化引起的光輸出的變化 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 溫度對(duì)輸出光脈沖的另一個(gè)影響是溫度對(duì)輸出光脈沖的另一個(gè)影響是“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”：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(yīng)稱(chēng)為度的變化，因而使輸出光脈沖的形狀發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱(chēng)為“結(jié)發(fā)熱效應(yīng)結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”。如圖。如圖4.114.11所示，設(shè)所示，設(shè)t=0t=0時(shí)電脈沖到來(lái)，時(shí)電脈沖到來(lái)， 注入注入電流為電

29、流為I I1 1，由于電流的熱效應(yīng)，在脈沖持續(xù)時(shí)間里，結(jié)區(qū)的溫，由于電流的熱效應(yīng)，在脈沖持續(xù)時(shí)間里，結(jié)區(qū)的溫度隨時(shí)間度隨時(shí)間t t而升高，激光器的閾值電流隨而升高，激光器的閾值電流隨t t而增大，使輸出光脈而增大，使輸出光脈沖的幅度隨沖的幅度隨t t而減小。當(dāng)而減小。當(dāng)t=Tt=T時(shí)電流脈沖過(guò)后，注入電流從時(shí)電流脈沖過(guò)后，注入電流從I I1 1減減小到小到I I0 0，電流散發(fā)的熱量減少，結(jié)區(qū)溫度隨，電流散發(fā)的熱量減少，結(jié)區(qū)溫度隨t t而降低，閾值電而降低，閾值電流減小，使輸出光脈沖的幅度增大。流減小，使輸出光脈沖的幅度增大?！敖Y(jié)發(fā)熱效應(yīng)結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”將引起調(diào)將引起調(diào)制失真。制失真。 與調(diào)制速率

30、對(duì)激光器瞬態(tài)特性的影響相反，低調(diào)制速率的與調(diào)制速率對(duì)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(yīng)結(jié)發(fā)熱效應(yīng)”更加明顯。這是更加明顯。這是因?yàn)殡S著調(diào)制速率的提高，碼因?yàn)殡S著調(diào)制速率的提高，碼元時(shí)間間隔縮短，使結(jié)區(qū)溫度來(lái)不及發(fā)生變化。元時(shí)間間隔縮短，使結(jié)區(qū)溫度來(lái)不及發(fā)生變化。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.11 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) 電流脈沖光脈沖t0t TI1I0第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 2. 2. 自動(dòng)溫度控制自動(dòng)溫度控制 半導(dǎo)體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)半導(dǎo)體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度更加敏感。為保證輸出特性的穩(wěn)定，對(duì)激光器體激光

31、器對(duì)溫度更加敏感。為保證輸出特性的穩(wěn)定，對(duì)激光器進(jìn)行溫度控制是十分必要的。進(jìn)行溫度控制是十分必要的。 溫度控制裝置一般由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成，溫度控制裝置一般由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成， 圖圖4.124.12示出溫度控制裝置的方框圖。致冷器的冷端和激光器的熱示出溫度控制裝置的方框圖。致冷器的冷端和激光器的熱沉接觸，熱敏電阻作為傳感器，探測(cè)激光器結(jié)區(qū)的溫度，并把沉接觸，熱敏電阻作為傳感器，探測(cè)激光器結(jié)區(qū)的溫度，并把它傳遞給控制電路，通過(guò)控制電路改變致冷量，使激光器輸出它傳遞給控制電路，通過(guò)控制電路改變致冷量，使激光器輸出特性保持恒定。特性保持恒定。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī)

32、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(dǎo)第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖圖4.134.13示出自動(dòng)溫度控制示出自動(dòng)溫度控制(ATC)(ATC)電路原理圖。由電路原理圖。由R R1 1、R R2 2、 R R3 3和和熱敏電阻熱敏電阻RTRT組成組成“換能換能”電橋，通過(guò)電橋把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電橋，通過(guò)電橋把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化。運(yùn)算放大器電量的變化。運(yùn)算放大器A A的差動(dòng)輸入的差動(dòng)輸入端跨接在電橋的對(duì)端，端跨接在電橋的對(duì)端，用以改變?nèi)龢O管用以改變?nèi)龢O管V V的基極電流。的基極電流。 4.13 ATC電路原理 AR4TECtRTLDPIN24681357 UR1R2R

33、3BA UV第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 在設(shè)定溫度在設(shè)定溫度( (例如例如20 )20 )時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)R3R3使電橋平衡，使電橋平衡，A A、B B兩兩點(diǎn)沒(méi)有電位差，傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器點(diǎn)沒(méi)有電位差，傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器A A的信號(hào)為零，流過(guò)致冷器的信號(hào)為零，流過(guò)致冷器TECTEC的電流也為零。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，的電流也為零。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，LDLD的管芯和熱沉溫度的管芯和熱沉溫度也升高，使具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻也升高，使具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RTRT的阻值減小，電橋失的阻值減小，電橋失去平衡。這時(shí)去平衡。這時(shí)B B點(diǎn)的電位低于點(diǎn)的電位低于A A點(diǎn)的電位，運(yùn)算放大器點(diǎn)的電位，運(yùn)算放大器A

34、A的輸出的輸出電壓升高，電壓升高，V V的基極電流增大，致冷器的基極電流增大，致冷器TECTEC的電流也增大的電流也增大 致冷致冷端溫度降低，熱沉和管芯的溫度也降低，因而保持溫度恒定。端溫度降低，熱沉和管芯的溫度也降低，因而保持溫度恒定。這個(gè)控制過(guò)程可以表示如下：這個(gè)控制過(guò)程可以表示如下： T(環(huán)境)T(LD、熱沉) RT I(致冷器) T(LD) 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.2 光接收機(jī)光接收機(jī)4.2.1光接收機(jī)基本組成光檢測(cè)器偏壓控制前置放大器AGC電路均衡器判決器時(shí)鐘提取再生碼流主放大器光信號(hào)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)增益控制

35、(AGC)電路。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) (1) 波長(zhǎng)響應(yīng)要在光纖低損耗窗口(0.85 m、 1.31 m和1.55 m)1. 1. 光檢測(cè)器光檢測(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：(2) 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(3) 噪聲要盡可能低， 能接收極微弱的光信號(hào)(4) 性能穩(wěn)定， 可靠性高， 壽命長(zhǎng)， 功耗和體積小目前，光檢測(cè)器有：PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 2. 2. 放大器放大器 圖 4.17光接收機(jī)的前置級(jí)放大電路(a) 雙極

36、型晶體管； (b) 場(chǎng)效應(yīng)管； (c) 跨阻型 偏壓(a)偏壓(b)偏壓(c)Rf1) 前置放大器：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(lèi)型，目前有三種類(lèi)型的前放可供選擇第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 2) 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(guò)它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，以使輸入光信號(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。 3. 3. 均衡和再生均衡和再生均衡的目的：是對(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

37、誤碼率。 再生電路包括判決電路和時(shí)鐘提取電路，它的功能是從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼元時(shí)鐘，并逐個(gè)地對(duì)碼元波形進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 光接收機(jī)的噪聲：一部分是外部電磁干擾產(chǎn)生的， 這部分噪聲的危害可以通過(guò)屏蔽或?yàn)V波加以消除；另一部分是內(nèi)部產(chǎn)生的，這部分噪聲是在信號(hào)檢測(cè)和放大過(guò)程中引入的隨機(jī)噪聲，只能通過(guò)器件的選擇和電路的設(shè)計(jì)與制造盡可能減小， 一般不可能完全消除。我們下面要討論的噪聲是指內(nèi)部產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲。 4.2.24.2.2噪聲特性噪聲特性第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 光接收機(jī)噪聲的主要來(lái)源是：前置級(jí)輸入的是微弱信號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪

38、比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級(jí)放大的信號(hào)，只要前置級(jí)增益足夠大，主放大器引入的噪聲就可以忽略。 光檢測(cè)器的噪聲 前置放大器的噪聲。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 放大器Rin0SISECRSddSqqip放大器光電檢測(cè)器0噪聲等效模型：光檢測(cè)器的量子噪聲， Sq功率譜密度：暗電流噪聲產(chǎn)生的均方噪聲電流(等效噪聲功率)， Sd功率譜密度2d2qiiip、R和C分別為光檢測(cè)器的輸出光生電流、偏置電阻和電容放大器分解為理想放大器和等效噪聲電流源i20和電壓源u20，其相應(yīng)的功率譜密度分別表示為SI和SE，Rin是放大器的輸入電阻第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) (a) 雙極型晶體管； (b) 場(chǎng)效

39、應(yīng)管； (c) 跨阻型 偏壓(a)偏壓(b)偏壓(c)Rf(1) 雙極型晶體管前置放大器的主要特點(diǎn)是輸入阻抗低， 電路時(shí)間常數(shù)RC小于信號(hào)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(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的主要特點(diǎn)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(diǎn)是改善了帶寬特性和動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.2.34.2.3誤碼率誤碼率光接收機(jī)對(duì)碼元誤判的概率稱(chēng)為誤碼率(在二元制的情況下，等于誤比特率，BER)， 用較長(zhǎng)時(shí)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(lái)表示碼元被誤判

40、的概率，可以用噪聲電流(壓)的概率密度函數(shù)來(lái)計(jì)算第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.18 計(jì)算誤碼率的示意圖 tIsImI1(t)I0(t)判決門(mén)限D(zhuǎn)0I1是“1”碼的電流，I0是“0”碼的電流。 Im是“”碼的平均電流，“0”碼的平均電流為0。D為判決門(mén)限值，一般取D=Im/2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1.在“”碼時(shí)，如果在取樣時(shí)刻帶有噪聲的電流I1D，則可能被誤判為“”碼第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 光接收機(jī)輸出噪聲的概率分布十分復(fù)雜假設(shè)噪聲電流(或電壓)的瞬時(shí)值服從高斯分布，其概率密度函數(shù)為2exp21)(22xxf式中x：噪聲的隨機(jī)取值， 其均值

41、為零，方差為2。 在發(fā)“0”碼時(shí)， 平均噪聲功率N0=NA，NA為前置放大器的平均噪聲功率。這時(shí)沒(méi)有光信號(hào)輸入，光檢測(cè)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 2exp21)(02000NINIf第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 發(fā)“0”碼時(shí)，光檢測(cè)器的噪聲功率為0,光接收機(jī)的判決噪聲功率為前置放大器的平均噪聲功率N0NA，誤碼率即為I0 D的概率0020001,2exp21dININPDe00202exp21NIxdxxND，發(fā)“1”碼時(shí)，光檢測(cè)器的平均噪聲功率為ND,光接收機(jī)的判決噪聲功率為前置放大器的平均噪聲功率N1NAND ，誤碼率即

42、為Im-I1 Im-D或I1-Im m，一般選取n=m+1。 1. mBnB1. mBnB碼編碼原理碼編碼原理 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”。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 因此最大的連“”和連“”的數(shù)目不會(huì)超過(guò)兩個(gè)。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。 以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有(23)8個(gè)碼字， 變換為4B碼時(shí)， 共有(24)16個(gè)碼字，見(jiàn)表4.2。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(lái)代替3B碼。 設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)使連“”和連“”的數(shù)目最少原則來(lái)選擇

43、碼表。第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 表 4.23B和4B的碼字 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) “碼字?jǐn)?shù)字和”(WDS):描述碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來(lái)保證線路碼的傳輸特在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。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。表4.3 示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種3B4B碼表，表中正組和負(fù)組交替使用。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 表表 4.3 一種一種3B4B碼表碼表 第第4 4章章

44、光端機(jī)光端機(jī) mBnB碼是一種分組碼，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)傳輸特性的要求確定某種碼表。mBnB碼的特點(diǎn)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(shí)信息豐富。 (2) 高低頻分量較小，信號(hào)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(cè)。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 2. 2. 編譯碼器編譯碼器 有兩種編譯碼電路：一種是組合邏輯電路，就是把整個(gè)編譯碼器都集成在一小塊芯片上，組成一個(gè)大規(guī)模專(zhuān)用集成塊， 國(guó)外設(shè)備大多采用這種方法；另一種是把設(shè)計(jì)好的碼表全部存儲(chǔ)到一塊只讀存儲(chǔ)器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成，國(guó)內(nèi)設(shè)備一般采用這種方法。 以3B4

45、B碼為例，碼表存儲(chǔ)編碼器的工作原理示于圖4.22。 首先把設(shè)計(jì)好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信號(hào)碼流通過(guò)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(chǔ)的碼表， 輸出與地址對(duì)應(yīng)的并行4B碼，再經(jīng)過(guò)并 - 串變換電路，讀出已變換的4B碼流。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.22 碼表存儲(chǔ)編碼器原理 并串PROMB1B2B3B4b1b2b3串并組別變換ABC變前時(shí)鐘已變換的輸出4B碼流變換時(shí)鐘待變換輸入信號(hào)碼流第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖中圖中A A、B B、C C三條線為組別控制控制線，當(dāng)三條線為組別控制控制線，當(dāng)W

46、DS=WDS=2 2時(shí)，時(shí)， 從從A A、B B分別送出控制信號(hào)，分別送出控制信號(hào)， 通過(guò)通過(guò)C C線決定組別。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。譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。 譯譯碼時(shí)，把送來(lái)的已變換的碼時(shí)，把送來(lái)的已變換的4B4B信號(hào)碼流，每信號(hào)碼流，每4 4比特并聯(lián)為一組，比特并聯(lián)為一組， 作為作為PROMPROM的地址，然后讀出的地址，然后讀出3B3B碼，再經(jīng)過(guò)并碼，再經(jīng)過(guò)并 - - 串變換還原串變換還原為原來(lái)的信號(hào)碼流。為原來(lái)的信號(hào)碼流。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 4.3.34.3.3插入碼插入碼 插入碼是把輸入二進(jìn)制原始碼流分成每m比特

47、(mB)-一組，然后在每組mB碼末尾按一定規(guī)律插入一個(gè)碼，組成m+1個(gè)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。 1. 1. 插入碼的編碼原理插入碼的編碼原理 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碼的末尾插入1比特補(bǔ)碼，這個(gè)補(bǔ)碼稱(chēng)為C碼， 所以稱(chēng)為mB1C碼。補(bǔ)碼插在mB碼的末尾，使連“0”碼和連“1”碼的數(shù)目最少。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) mB1C碼的結(jié)構(gòu)如圖4.23所示，例如： mB碼為：100 110 001 101 mB1C碼為： 1001 1101 0010 1010 C碼的作用是引入冗余碼，可以

48、進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測(cè)； 同時(shí)改善了“0”碼和“1”碼的分布，有利于定時(shí)提取。 mB1H碼是mB1C碼演變而成的，即在mB1C碼中，扣除部分C碼，并在相應(yīng)的碼位上插入一個(gè)混合碼(H碼)，所以稱(chēng)為mB1H碼。所插入的H碼可以根據(jù)不同用途分為三類(lèi)：第一類(lèi)是C碼，它是第m位碼的補(bǔ)碼，用于在線誤碼率監(jiān)測(cè)；第二類(lèi)是L碼，用于區(qū)間通信；第三類(lèi)是G碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)等信息的傳輸。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 圖 4.23 mB1C碼的結(jié)構(gòu)mBCmBCmBCC第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 常用的插入碼是mB1H碼，有1B1H碼、4B1H碼和8B1H碼。以4B1H碼為例，它的優(yōu)點(diǎn)是碼速提高不大，誤碼

49、增值??； 可以實(shí)現(xiàn)在線誤碼檢測(cè)、區(qū)間通信和輔助信息傳輸。缺點(diǎn)是碼流的頻譜特性不如mBnB碼。但在擾碼后再進(jìn)行4B1H變換， 可以滿足通信系統(tǒng)的要求。 在mB1P碼中，P碼稱(chēng)為奇偶校驗(yàn)碼， 其作用和C碼相似， 但P碼有以下兩種情況： (1) P碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)， 其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)， 例如： 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) mB碼為： 100 000 001 110 mB1P碼為： 1000 0001 0010 1101 當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)“”碼為奇數(shù)時(shí)，則認(rèn)為無(wú)誤碼。 (2) P碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如： m B碼為：100 000 001 110 mB1P碼為： 1001 0000 0011 1100 當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)“”碼為偶數(shù)時(shí)， 則認(rèn)為無(wú)誤碼。 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 第第4 4章章 光端機(jī)光端機(jī) 線路編碼小結(jié)線路編碼小結(jié)電信號(hào)是雙極性碼，而光信號(hào)只能用電信號(hào)是雙極性碼，而光信號(hào)只能用“有光脈沖有光脈沖”和和“沒(méi)有光脈沖沒(méi)有光脈沖”來(lái)表示二進(jìn)來(lái)表示二進(jìn)制二電平碼制二電平碼 “1”和和“0”碼，因此電信號(hào)要經(jīng)過(guò)碼型轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行光信號(hào)發(fā)送碼，因此電信號(hào)要經(jīng)過(guò)碼型轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行光信號(hào)發(fā)送簡(jiǎn)單的二電平碼帶來(lái)的問(wèn)題簡(jiǎn)單的二電平碼帶來(lái)