数字电视光纤传输系统设计样本

数字电视数字电视光纤传播系统设计班级：姓名：学号：指引教师：电子与信息工程学院电子与信息工程学院信息与通信工程系

目录数字电视光纤传输系统设计 1摘要 11光纤通信概述 22系统组成 22.1光端机 32.1.1光发射机 32.1.2光源 32.1.3光接收机 42.1.4光接收机的性能指标 43光纤的选型 54设计方案及关键技术 55实现方式 6

数字电视光纤传播系统设计摘要光纤通信是近30年迅猛发展起来高新技术，从一开始就显示出无以伦比优越性，引起人们极大兴趣和关注并得到了迅速发展。自70年代以来，光纤通信技术不但在电信等民用领域得到了广泛应用，并且因其独特频带极宽、通信容量大、衰减小等长处，使得光纤通信技术至今已发展为举世瞩目、独立新兴产业，给通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。当前在高速公路、交通、电子警察、监控、安防、工业自动化、电力、海关、水利、银行等领域视频图像、音频、数据、以太网、电话等数字光纤通信系统开始普遍大量应用。用光纤取代电缆，运用光纤频带宽、损耗低和抗干扰能力强突出特点，不但可以使系统安装和接线变得简朴，更使得可靠性和安全性得到了保障。在当前光纤通信系统中，设计者普遍是用其她生产厂家光发送端机和光接受端机以及光缆来构成系统。这就需要设计者在设计系统时要考虑市面上光端机性能，设计出来系统要符合光端机各项指标，而各种光端机指标也都是固定，这使得在系统中所传播信号也有了局限性；并且光端机所用到是专用集成芯片，造价也比较高。这些都限制了光纤通信应用。1光纤通信概述光纤通信是运用光作为信息载体、以光纤作为传播媒质通信方式。光纤通信是在信源端需要将电信号转化为光信号，通过光纤传播到信宿端，再将光信号转化为原始电信号一种过程。实现光纤通信除了需要将老式多样电信号转换为光信号装置，还需要有传播光信号介质以及将光信号转换为电信号装置。因此在光纤通信中有三个重要技术问题:便于应用且性能优良光源；能长距离传播光信号传播介质；敏捷地接受光信号并能把光信号转化为电信号光检测器。光源是光纤传播系统心脏部件，它功能是实现电光转换，其性能好坏对整个传播系统质量有举足轻重作用。随着半导体光器件制造工艺不断成熟，半导体光源在光纤通信中得以广泛应用。惯用半导体光源有发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)。LD发出是激光，亮度高、方向性强、相干性好，工作速度快，适合于传播容量大，传播速率高光纤通信系统。而LED发出是自然光，光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。但是成本较LD低，平均工作寿命较长，性能稳定，并且制造工艺简朴。因而这种器件合用于中短距离、传播容量较小系统。当前信息依然最后还是要以电形式体现出来，因此光纤通信依然需要由电光转换到光电转换过程，在发送端完毕电光转换，在接受端实现电信号还原。实现电信号还原由半导体光电二极管来完毕。她们运用半导体物理吸取光子后形成电子一空穴对把光功率转化为电流。当前广泛使用光电转换器件重要有两种类型:PIN光电二极管(PIN-PD)和雪崩光电二极管两种(APD)。一种完整光通信系统，除光纤、光源和光检测器外，还需要许多其他光器件，特别是无源器件。这些器件对光纤通信系统构成、功能扩展或性能提高，都是不可缺少。2系统构成一种光纤通信系统光传播某些，涉及最基本构成部件:光收发端机、光纤线路、编解码电路和数据传播控制电路。这几某些是光纤通信系统核心某些，其性能好坏直接影响到光纤通信质量。2.1光端机光端机涉及光发射机和光接受机，是光纤传播系统重要部件。数字光发射机功能是把电端机输出数字基带电脉冲信号转换为光脉冲信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。系统中，用承载信息数字电信号对光源进行调制来实现电光转换，受调制光源特性参数有功率、幅度、频率和相位。在该系统中采用直接光强调制，技术简朴、易行。数字光接受机功能是以最小附加噪声及失真把经光纤传播后幅度被衰减、波形被展宽薄弱光信号转换为电信号，并放大解决，恢复为原发射数字序列。因而光接受机输出特性综合反映了整个光纤通信某些性能。2.1.1光发射机线路编码线路编码驱动电路光源温度控制功率控制保护电数字信号光信号输出图2-1数字光发射机构成在数字光纤通信系统中，光发射机方框图如图2-1所示，重要由光源和电路两某些构成，而电路某些又分为调制电路、控制电路和线路编码电路。光源是实现电光转换核心器件，在很大限度上决定着光发射机性能，电路某些设计应以光源为根据。调制电路使输出光信号精确反映输入电信号，线路编码电路使输出光信号适合于光信道传播，同步控制电路可以保证光源可靠稳定地工作。2.1.2光源在光纤通信系统中，作为产生光信号光源，应满足如下规定：1)体积小，与光纤之间有较高耦合效率。2)发射光波波长应位于光纤三个低损耗窗口，即0.85um，1.31um和1.55um波段。3)可以进行光强度调制。4)可靠性高，规定它工作寿命长、工作稳定性好，具备较高功率稳定性、波长稳定性和光谱稳定性。5)发射光功率足够高，以便可以传播较远距离。6)温度稳定性好。2.1.3光接受机光发送机输出光信号，在光纤中传播时不但幅度会受到衰减，并且脉冲波形也会被展宽。光接受机任务就是以最小附加噪声及失真恢复出由光纤传播、光载波所携带信息，因而光接受机输出特性综合反映了整个光纤通信系统性能。光光检测器前置放大器主放大器滤波器判决电路时钟恢复电路自动增益控制电路数字光信号图2-2数字光接受机构成光电检测器是光接受机第一种核心部件，其作用是把接受到光信号转化成电信号。当前，在光纤通信系统中广泛使用光电检测器是PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD。由于光检测器产生光电流非常薄弱，必要先经前置放大器进行低噪声放大，光电检测器和前置放大器合起来称作接受机前端，其性能优劣是决定接受机敏捷度重要因素。为此，前置放大器必要是低噪声、宽频带放大器。定期提取电路和判决再生电路，它们功能是从放大器输出信号与噪声混合波形中提取码元时钟，并逐个地对码元波形进行取样判决，以得到与原发送端相似码流。2.1.4光接受机性能指标1.接受敏捷度接受敏捷度是数字光接受机最重要指标，它直接决定光纤通信系统中中继距离和通信质量。数字光接受机敏捷度定义如下：在指定误码率或信噪比时最小接受信号光功率Pmin(mW),通惯用dBm表达Pr=10logPminPr越小，意味着数字光接受机接受薄弱信号能力就越强，敏捷度越高，此时当发射机功率一定期，则保证通信质量中继通信距离就越长。因而，提高数字光接受机敏捷度，可以延长光纤通信中继距离和增长通信质量。2.动态范畴在实际光纤通信系统中，由于中继距离、光纤损耗、连接器及熔接头损耗不同，发送功率随温度变化及老化等因素，接受光功率有一定范畴。数字光接受机动态范畴(DR)定义如下:在限定误码率条件下，光接受机所能承受最大平均接受光功率Pmax和Pmin比值，用dB表达。DR=10logP动态范畴是光接受机性能另一种重要指标，它表达光接受机接受光强能力。宽动态范畴对系统机构来说更以便灵活，使同一种接受机可用于不同长度中继距离。3光纤选型当前，光纤通信系统中所采用光纤种类诸多，光纤是用于约束并传导光信号一种介质光波导。由于损耗低、带宽容量大、重量轻、容易铺设以及便于大批量制造等优良性使其能成为通信中重要传播介质。光波在光纤中传播遵循全反射原理，光纤正是运用这种原理进行导光。光纤依照光在介质中传播模式不同分为单模光纤和多模光纤，单模光纤只能传播一种模式，多模光纤可以传播各种模式，单模光纤与多模光纤相比，带宽极宽，适合于大容量、长距离通信系统。在本系统中用就是单模光纤，这样，不但保证传播信道有很宽带宽，并且，尚有助于器件兼容，由于当前光器件发展趋势就是单模化。光纤通信系统设计中最重要问题是如何计算出传播距离，或如何拟定中继距离。中继距离重要由如下四个因素决定:一是发送端进入光纤平均光功率;二是在给定误码率规定下，接受机敏捷度:三是光纤线路总损耗:四是光纤线路总带宽。在此状况下，计算光纤中继距离公式为:L=Pi-P4设计方案及核心技术长距离传播时，光纤色散和非线性效应对系统指标产生很大劣化。光纤非线性效应涉及SBS（受激布里渊散射）和SPM（自相位调制）。SBS重要发生在65km此前光路上超过65km后来，SBS趋于稳定，不再增长。但是，此时SPM影响逐渐显现，在65～80km范畴SPM缓慢增长，超过80km后SPM明显增长，到达120km这个临界距离后，SPM急剧增长，光发射机SBS阈值越大，输入光纤光功率也相应增长，使SPM增长越快导致CSO急剧劣化。在长距离1550nm光传播系统中，要合理预置光发射机SBS阈值，合理分派各级EDFA输入功率。超长距离光纤可插入喇曼光放大器进行小信号放大，同步对光纤色散合理地进行补偿，这些技术办法对保证系统指标是十分有效。由于传播链路总长达500km，该方案采用光纤色散补偿技术。光纤色散补偿技术原理为：常规G.652光纤在1550nm波长附近色散为17ps/nm/km。在数字信号传播