光纖傳輸系統(tǒng)_201211

1、 光纖傳輸系統(tǒng) 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) IM-DD系統(tǒng):強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)。 v 模擬直接調(diào)制系統(tǒng)：承載信息的模擬基帶信號(hào)直接對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，使光源的輸出功率隨時(shí)間變化的波形與輸入模擬信號(hào)的波形成正比。 *特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單、低價(jià),對(duì)光源線性度要求高 * 應(yīng)用：短距離、小系統(tǒng) 例子：早期的模擬光纖傳輸系統(tǒng) 視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng) 0.85/1.31 um 系統(tǒng) 傳輸距離：4/ 10km 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v模擬間接光強(qiáng)調(diào)制 * 頻率調(diào)制(FM): 承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)高頻正弦載波進(jìn)行調(diào)頻，然后該調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成 FM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。 * 脈沖頻率調(diào)制(PFM): 承載

2、信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)脈沖載波進(jìn)行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅、等寬的頻率受調(diào)的脈沖信號(hào)，其脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬時(shí)值而變化；該脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成 PFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。 *方波頻率調(diào)制(SWFM):承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)脈沖載波進(jìn)行調(diào)頻，產(chǎn)生等幅、不等寬的頻率受調(diào)的脈沖信號(hào)，其方波脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的幅度而變化；該方波脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，形成 SWFM-IM光纖傳輸系統(tǒng) 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) 頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制v 副載波復(fù)用(SCM) *光頻（波長(zhǎng)）載波 *各射頻副載波 * SCM：多路模擬基帶信號(hào)分別對(duì)各自指定的射頻(RF)進(jìn)行電信號(hào)調(diào)幅(AM)

3、或調(diào)頻(FM),然后用合路器(組合器)把多個(gè)預(yù)調(diào)制RF信號(hào)組成多路寬帶信號(hào)，再用該寬帶信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)幅，形成SCM-IM 光纖傳輸系統(tǒng)。 * 解調(diào)過程：二次解調(diào) 1). 光電解調(diào) 2). 射頻解調(diào) * SCM模擬信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 1）一個(gè)光載波，多個(gè)副載波，有利于承載不同的業(yè)務(wù)。 2) 靈敏度高，容量大，成本適中 3）兼容性較好 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v 系統(tǒng)方框圖 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v 調(diào)制原理 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) 光發(fā)射機(jī)v 基本要求： *發(fā)射功率 *非線性失真 * 調(diào)制指數(shù)m *光功率穩(wěn)定性v 光發(fā)射機(jī)框圖 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) 光接收機(jī)v光接收機(jī)

4、基本要求 * SNR高 * 幅頻特性要好 *帶寬要寬v 接收機(jī)方框圖 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v模擬基帶IM-DD光纖傳輸系統(tǒng)框圖 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v 副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖v調(diào)制方式(基帶信號(hào)對(duì)射頻的預(yù)調(diào)制) 殘留邊帶調(diào)幅(VSB-AM); 調(diào)頻 (FM) 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)特性參數(shù)v 載噪比CNR * 定義：把滿負(fù)荷、無調(diào)制的等幅載波置于傳輸系統(tǒng)，在規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載波功率C與噪聲功率Np的比值。 *激光器模擬調(diào)制原理 22lg10lg10lg10ncpiiNCCRN均方噪聲電流均方載波電流 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v 光接收機(jī) * VSB-AM光

5、接收機(jī)基本要求 1) CNR要求 2）工作帶寬和頻帶平坦要求 * VSB-AM光接收機(jī)構(gòu)成框圖 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)q 光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)基本組成v 數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) 光源： LED/LD ( FP-LD, DFB-LD,)v 對(duì)通信光源的要求： * 波長(zhǎng)：光纖的低損耗窗口 * 電/光轉(zhuǎn)換效率高，線性好，方向性好 * 調(diào)制速率高 * 溫度特性好，可靠性高，壽命長(zhǎng) * 體積小，重量輕 光源的調(diào)制電路和控制電路v 調(diào)制原理 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) * 數(shù)字IM原理 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v 對(duì)調(diào)制和控制電路的要求 * 通斷比 * 時(shí)延要求： 光脈沖寬度、上

6、升/下降時(shí)間、 開通延遲 （光脈沖盡可能重現(xiàn)電脈沖的波形） * 加偏置電流，光脈沖張馳振蕩（高頻） * 加APC 和 ATC 線路編碼 使碼型適合于光纖線路傳輸 電端機(jī)碼型 光端機(jī)碼型 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)q 調(diào)制特性 電光延遲和張馳振蕩v 現(xiàn)象：*電光延遲D*張馳振蕩 f r = r /2 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)v 影響：限制調(diào)制速率 * 碼型效應(yīng) *改善方法： 適當(dāng)?shù)?“過調(diào)制” 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) 光脈沖的自脈動(dòng)現(xiàn)象 *自脈動(dòng)現(xiàn)象 *自脈動(dòng)現(xiàn)象 的成因： PI 曲線的非線性 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)q 調(diào)制電路和APC 調(diào)制電路 *作用: 為光源提供驅(qū)動(dòng)電流，并加入電

7、調(diào)制信號(hào) * 調(diào)制電路： 共發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) APC電路 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)q溫度特性和自動(dòng)溫度控制 LD 的溫度特性 * 溫度對(duì)閾值和外微分量子效率的影響 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) * “結(jié)發(fā)熱效應(yīng)” 的影響 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)自動(dòng)溫度控制（ATC) * 控制方法： 采用半導(dǎo)體致冷器（利用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)） * 溫度控制框圖 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) * ATC 電路原理 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng)q 光接收機(jī)基本組成v 數(shù)字光接收機(jī)框圖 EDFA+WDM系統(tǒng) *單纖雙向傳輸 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) 兩種典型應(yīng)用的光纖傳輸系統(tǒng) * 雙向E

8、DFAWDM系統(tǒng) 其它光纖傳輸系統(tǒng)v 相干光通信技術(shù) * 相干光通信: 發(fā)射端發(fā)射端對(duì)光載波進(jìn)行幅度、頻率或相位調(diào)制；在接收端，則采用零差檢測(cè)或外差檢測(cè)，這種檢測(cè)技術(shù)稱為相干檢測(cè)。* 相干光: 光場(chǎng)具有空間疊加、相互干涉性質(zhì)的激光* 實(shí)現(xiàn)相干光通信的關(guān)鍵：激光器 頻率穩(wěn)定、相位和偏振方向可控的窄譜線激光器* 相干光通信的優(yōu)點(diǎn)： a). 靈敏度高 ； b). 信道間距可以很窄其它光纖傳輸系統(tǒng)相干檢測(cè)原理 *相干檢測(cè)原理方框圖 其它光纖傳輸系統(tǒng)v相干檢測(cè)原理 a) 接收機(jī)的信號(hào)光場(chǎng)： (7.26)AS、S、S分別為光載波的幅度、頻率和相位。 b) 本振光的光場(chǎng)： (7.27)AL、L、L分別為光載

9、波的幅度、頻率和相位. c) 本振光的頻率應(yīng)滿足： L=S- IF 或 L=S+ IF IF 為中頻信號(hào)的頻率。)(expsSSStiAE)(expLLLLtiAE 其它光纖傳輸系統(tǒng) d)光檢測(cè)器輸出的光功率 設(shè)：本振光與信號(hào)光的偏振方向相同，光檢測(cè)器輸出的光功率P為 (7.29) (7.30) 2LSEEKP)(cos2)(LSIFLSLStPPPPtP 其它光纖傳輸系統(tǒng)v 相干檢測(cè)方式 1) 零差檢測(cè) 選擇L=S , 即IF=0. 濾去直流分量，中頻信號(hào)產(chǎn)生的光電流為： (7.31) 為光檢測(cè)器的響應(yīng)度。 2) 外差檢測(cè) 選擇LS , 即IF0. 中頻信號(hào)的光電流為： )cos(2)(LS

10、LSPPtI)(cos)(2)(LSIFLSactPtPtI 其它光纖傳輸系統(tǒng)調(diào)制和解調(diào)v 調(diào)制方式 模擬信號(hào)：幅度調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)、相位調(diào)制(PM). 數(shù)字信號(hào)：幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)v 相干檢測(cè)的解調(diào)方式 同步解調(diào)：本振光的頻率和信號(hào)光的頻率相同，本振光的相位鎖定在信號(hào)光的相位上。 異步解調(diào)：本振光的頻率和信號(hào)光的頻率/相位不相同同 其它光纖傳輸系統(tǒng) * 外差同步解調(diào)接收機(jī)方框圖其它光纖傳輸系統(tǒng)n * 外差異步解調(diào)接收機(jī)方框圖 其它光纖傳輸系統(tǒng)v 不同調(diào)制方式外差接收機(jī)量子極限誤碼率 其它光纖傳輸系統(tǒng) * 優(yōu)點(diǎn)： 1). 靈敏度提高1020

11、dB,線路功率損耗可增加到50dB； 2). 相干光的信道選擇性和靈敏度，與光頻分復(fù)用相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)大容量傳輸 *關(guān)鍵技術(shù)相干光系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是： 1) 必須使用頻率穩(wěn)定度和頻譜純度都很高的激光器作為信號(hào)光源和本振光源。 2) 匹配技術(shù)(空間匹配、波前匹配、偏振方向匹配) 其它光纖傳輸系統(tǒng)光孤子通信v 光孤子(Soliton)是經(jīng)光纖長(zhǎng)距離傳輸后，其幅度和寬度都不變的超短光脈沖(ps數(shù)量級(jí))。v 光孤子的形成是光纖的群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡的結(jié)果。利用光孤子作為載體的通信方式稱為光孤子通信。其它光纖傳輸系統(tǒng)v 光孤子的形成 *強(qiáng)光下光纖中的折射率： n=n0+n2E2 *自相位調(diào)制(SPM, Self-phase modulation) 1)光強(qiáng)感應(yīng)折射率變化所引起的相位變化： (7.20) 這種使脈沖不同部位產(chǎn)生相移的特性，稱為自相位調(diào)制. 2) SMP引起的頻率變化： (7.21) )(2)()(tnLLtnct)(2)()(tnLttt 其它光纖傳輸系統(tǒng)v 由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的啁啾被