光纤传输系统_201211

1、 光纤传输系统 两种典型应用的光纤传输系统 IM-DD系统:强度调制直接检测系统。 v 模拟直接调制系统：承载信息的模拟基带信号直接对光源进行调制，使光源的输出功率随时间变化的波形与输入模拟信号的波形成正比。 *特点： 简单、低价,对光源线性度要求高 * 应用：短距离、小系统 例子：早期的模拟光纤传输系统 视频信号传输系统 0.85/1.31 um 系统 传输距离：4/ 10km 两种典型应用的光纤传输系统v模拟间接光强调制 * 频率调制(FM): 承载信息的模拟基带信号对高频正弦载波进行调频，然后该调频信号对光源进行光强调制，形成 FM-IM光纤传输系统。 * 脉冲频率调制(PFM): 承载

2、信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化；该脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成 PFM-IM光纤传输系统。 *方波频率调制(SWFM):承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、不等宽的频率受调的脉冲信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化；该方波脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成 SWFM-IM光纤传输系统 两种典型应用的光纤传输系统 频分复用光强调制v 副载波复用(SCM) *光频（波长）载波 *各射频副载波 * SCM：多路模拟基带信号分别对各自指定的射频(RF)进行电信号调幅(AM)

3、或调频(FM),然后用合路器(组合器)把多个预调制RF信号组成多路宽带信号，再用该宽带信号对光源进行光强调幅，形成SCM-IM 光纤传输系统。 * 解调过程：二次解调 1). 光电解调 2). 射频解调 * SCM模拟信号光纤传输系统的优点： 1）一个光载波，多个副载波，有利于承载不同的业务。 2) 灵敏度高，容量大，成本适中 3）兼容性较好 两种典型应用的光纤传输系统v 系统方框图 两种典型应用的光纤传输系统v 调制原理 两种典型应用的光纤传输系统 光发射机v 基本要求： *发射功率 *非线性失真 * 调制指数m *光功率稳定性v 光发射机框图 两种典型应用的光纤传输系统 光接收机v光接收机

4、基本要求 * SNR高 * 幅频特性要好 *带宽要宽v 接收机方框图 两种典型应用的光纤传输系统v模拟基带IM-DD光纤传输系统框图 两种典型应用的光纤传输系统v 副载波复用模拟电视光纤传输系统方框图v调制方式(基带信号对射频的预调制) 残留边带调幅(VSB-AM); 调频 (FM) 两种典型应用的光纤传输系统特性参数v 载噪比CNR * 定义：把满负荷、无调制的等幅载波置于传输系统，在规定的带宽内特定频道的载波功率C与噪声功率Np的比值。 *激光器模拟调制原理 22lg10lg10lg10ncpiiNCCRN均方噪声电流均方载波电流 两种典型应用的光纤传输系统v 光接收机 * VSB-AM光

5、接收机基本要求 1) CNR要求 2）工作带宽和频带平坦要求 * VSB-AM光接收机构成框图 两种典型应用的光纤传输系统q 光发射机光发射机基本组成v 数字光发射机方框图 两种典型应用的光纤传输系统 光源： LED/LD ( FP-LD, DFB-LD,)v 对通信光源的要求： * 波长：光纤的低损耗窗口 * 电/光转换效率高，线性好，方向性好 * 调制速率高 * 温度特性好，可靠性高，寿命长 * 体积小，重量轻 光源的调制电路和控制电路v 调制原理 两种典型应用的光纤传输系统 * 数字IM原理 两种典型应用的光纤传输系统v 对调制和控制电路的要求 * 通断比 * 时延要求： 光脉冲宽度、上

6、升/下降时间、 开通延迟 （光脉冲尽可能重现电脉冲的波形） * 加偏置电流，光脉冲张驰振荡（高频） * 加APC 和 ATC 线路编码 使码型适合于光纤线路传输 电端机码型 光端机码型 两种典型应用的光纤传输系统q 调制特性 电光延迟和张驰振荡v 现象：*电光延迟D*张驰振荡 f r = r /2 两种典型应用的光纤传输系统v 影响：限制调制速率 * 码型效应 *改善方法： 适当的 “过调制” 两种典型应用的光纤传输系统 光脉冲的自脉动现象 *自脉动现象 *自脉动现象 的成因： PI 曲线的非线性 两种典型应用的光纤传输系统q 调制电路和APC 调制电路 *作用: 为光源提供驱动电流，并加入电

7、调制信号 * 调制电路： 共发射驱动电路 两种典型应用的光纤传输系统 APC电路 两种典型应用的光纤传输系统q温度特性和自动温度控制 LD 的温度特性 * 温度对阈值和外微分量子效率的影响 两种典型应用的光纤传输系统 * “结发热效应” 的影响 两种典型应用的光纤传输系统自动温度控制（ATC) * 控制方法： 采用半导体致冷器（利用半导体材料的帕尔贴效应） * 温度控制框图 两种典型应用的光纤传输系统 * ATC 电路原理 两种典型应用的光纤传输系统q 光接收机基本组成v 数字光接收机框图 EDFA+WDM系统 *单纤双向传输 两种典型应用的光纤传输系统 两种典型应用的光纤传输系统 * 双向E

8、DFAWDM系统 其它光纤传输系统v 相干光通信技术 * 相干光通信: 发射端发射端对光载波进行幅度、频率或相位调制；在接收端，则采用零差检测或外差检测，这种检测技术称为相干检测。* 相干光: 光场具有空间叠加、相互干涉性质的激光* 实现相干光通信的关键：激光器 频率稳定、相位和偏振方向可控的窄谱线激光器* 相干光通信的优点： a). 灵敏度高 ； b). 信道间距可以很窄其它光纤传输系统相干检测原理 *相干检测原理方框图 其它光纤传输系统v相干检测原理 a) 接收机的信号光场： (7.26)AS、S、S分别为光载波的幅度、频率和相位。 b) 本振光的光场： (7.27)AL、L、L分别为光载

9、波的幅度、频率和相位. c) 本振光的频率应满足： L=S- IF 或 L=S+ IF IF 为中频信号的频率。)(expsSSStiAE)(expLLLLtiAE 其它光纤传输系统 d)光检测器输出的光功率 设：本振光与信号光的偏振方向相同，光检测器输出的光功率P为 (7.29) (7.30) 2LSEEKP)(cos2)(LSIFLSLStPPPPtP 其它光纤传输系统v 相干检测方式 1) 零差检测 选择L=S , 即IF=0. 滤去直流分量，中频信号产生的光电流为： (7.31) 为光检测器的响应度。 2) 外差检测 选择LS , 即IF0. 中频信号的光电流为： )cos(2)(LS

10、LSPPtI)(cos)(2)(LSIFLSactPtPtI 其它光纤传输系统调制和解调v 调制方式 模拟信号：幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM). 数字信号：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)v 相干检测的解调方式 同步解调：本振光的频率和信号光的频率相同，本振光的相位锁定在信号光的相位上。 异步解调：本振光的频率和信号光的频率/相位不相同同 其它光纤传输系统 * 外差同步解调接收机方框图其它光纤传输系统n * 外差异步解调接收机方框图 其它光纤传输系统v 不同调制方式外差接收机量子极限误码率 其它光纤传输系统 * 优点： 1). 灵敏度提高1020

11、dB,线路功率损耗可增加到50dB； 2). 相干光的信道选择性和灵敏度，与光频分复用相结合，可实现大容量传输 *关键技术相干光系统的关键技术是： 1) 必须使用频率稳定度和频谱纯度都很高的激光器作为信号光源和本振光源。 2) 匹配技术(空间匹配、波前匹配、偏振方向匹配) 其它光纤传输系统光孤子通信v 光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。v 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。其它光纤传输系统v 光孤子的形成 *强光下光纤中的折射率： n=n0+n2E2 *自相位调制(SPM, Self-phase modulation) 1)光强感应折射率变化所引起的相位变化： (7.20) 这种使脉冲不同部位产生相移的特性，称为自相位调制. 2) SMP引起的频率变化： (7.21) )(2)()(tnLLtnct)(2)()(tnLttt 其它光纤传输系统v 由于非线性效应产生的啁啾被