光纤通信课件第四章1概要.ppt

光纤通信光纤通信第4章 光端机 1 光纤通信光纤通信本章内容和重点本章内容和重点本章内容 光发送机 光接收机 光中继器 光线路码型本章重点 光发送机和光接收机的功能、电路组成和工作原理。光通信常用线路码型。第4章 光端机2 光纤通信光纤通信学习本章目的和要求学习本章目的和要求 掌握光发送机和光接收机的组成框图及工作原理。熟悉光中继器的组成框图及工作原理。掌握光通信常用的线路码型。第4章 光端机3 光纤通信光纤通信第4章 光端机 光发送机与光接收机统称为光端机。光端机位于电端机和光纤传输线路之间，如图4-1所示。图4-1 光纤通信系统组成 光纤通信系统主要包括光纤（光缆）和光端机。每一部光端机又包含光发送机和光接收机两部分，通信距离长时还要加光中继器。光发送机完成E/O转换，光接收机完成O/E转换，光纤实现光信号的传输，光中继器延长通信距离。4 光纤通信光纤通信4.1 光发送机 作用：是把从电端机送来的电信号转变成光信号，并送入光纤线路进行传输。对光发送机的要求：（1）有合适的输出光功率 光发送机的输出光功率，是指耦合进光纤的功率，亦称入纤功率。光源应有合适的光功率输出，一般为0.01mW5mW。（2）有较好的消光比 消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比。可用下式表示 （4-1）式中，P11为全“1”码时的平均光功率；P00为全“0”码时的平均光功率。一般要求EXT10dB。5 光纤通信光纤通信4.1 光发送机 （3）调制特性要好 所谓调制特性好，是指光源的PI曲线在使用范围内线性特性好，否则在调制后将产生非线性失真。除此之外，还要求电路尽量简单、成本低、稳定性好、光源寿命长等。6 光纤通信光纤通信4.1.1 光发送机的基本组成 数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制电路、光源的控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。如图4-2。图4-2数字光发送机原理方框图7 光纤通信光纤通信4.1.1 光发送机的基本组成 （1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。（2）码型变换：将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。（3）复用：用一个大传输信道同时传送多个低速信号的过程。（4）扰码：使信号达到“0”、“1”等概率出现，利于时钟提取。（5）时钟提取：提取PCM中的时钟信号，供给其它电路使用。（6）调制（驱动）电路：完成电/光变换任务。（7）光源：产生作为光载波的光信号。（8）温度控制和功率控制：稳定工作温度和输出的平均光功率。（9）其他保护、监测电路：如光源过流保护电路、无光告警电路、LD偏流（寿命）告警等。8 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制 1光源 光源的作用是产生作为光载波的光信号，对光源的要求是：发送光波的中心波长应在0.85m、1.31m和1.55m附近。光谱的谱线宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制。电/光转换效率高，发送光束方向性好，以提高耦合效率。允许的调制速率要高或响应速度要快，以满足系统大的传输容量。器件的温度稳定性好，可靠性高，寿命长。器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。9 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制 2调制方式 有直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。（1）直接调制 基本概念及调制原理 直接调制就是将电信号直接注入光源，使其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化，又称为内调制。调制原理如图4-3所示。特点 调制简单、损耗小、成本低。但存在波长(频率)的抖动。10 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制图4-3直接光强度数字调制原理图4-4间接调制激光器的结构11 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制 （2）间接调制 基本概念及调制原理 间接调制不直接调制光源，而是利用晶体的电光、磁光和声光特性对LD所发出的光载波进行调制，即光辐射之后再加载调制电压，使经过调制器的光载波得到调制，这种调制方式又称作外调制，如图4-4所示。特点 调制系统比较复杂、损耗大、而且造价也高。但谱线宽度窄，可以应用于2.5Gbit/s的高速大容量传输系统之中，而且传输距离也超过300km以上。12 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制 3调制特性电光延迟n电光延迟激光器在高速调制下，输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在的一个初始延迟时间。其数量级一般为ns。电光延迟会引入码型效应。当电光延迟时间与数字调制信号的码元持续时间为相同数量级时，会使“0”码后的第一个“1”码脉冲宽度变窄，幅度变小，严重时使单个“1”码丢失，这种现象即“码型效应”。码型效应的特点是在脉冲序列中较多的“0”之后出现的“1”码，其脉冲明显变小，而且连“0”数越多，调制速率越高，该效应越明显。用适当的“过调制”补偿，可以消除码型效应。13 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制张弛振荡现象n张弛振荡现象当电流脉冲注入激光器时，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡现象。其振荡频率一般为0.5到2GHz。该现象和电光延迟都会影响调制速率。当最高调制频率接近张弛振荡频率时，波形严重失真，会使接收机在抽样判决时增加误码率，故实际调制频率应小于张弛振荡频率。自脉动现象自脉动现象当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅高频振荡的现象。它是由于激光器内部不均匀增益或不均匀吸收产生的，与P-I特性的扭折区域相对应。自脉动频率可达2GHz，严重影响LD的高速调制。14 光纤通信光纤通信n电光延迟、张弛振荡频率 和幅度衰减时间 的表达式为：n n 其中 是电子复合寿命，是谐振腔内光子寿命，是注入电流密度，是阈值电流密度，是张弛振荡幅度衰减到初始值的1/e时的时间。4.1.2 光源的调制15 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制 3调制特性 （1）电光延迟和张弛振荡现象 半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲瞬态响应波形如图4-5所示。输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间td，其数量级一般为ns。当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡。张弛振荡和电光延迟的后果是限制调制速率。图4-5 光脉冲瞬态响应波形 16 光纤通信光纤通信4.1.2 光源的调制 （2）码型效应 电光延迟要产生码型效应。当电光延迟时间td与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个“”码丢失，这种现象称为“码型效应”，如图4-6（a）、（b）所示。用适当的“过调制”补偿方法，可以消除码型效应，如图4-6（c）所示。图4-6码型效应17 光纤通信光纤通信4.1.3 调制电路及自动功率控制 （1）共发射极LED驱动电路 图4-7所示为由三极管组成的共发射极驱动电路，这种驱动电路主要用于以LED作为光源的数字光发射机。适用于10 Mbit/s以下的低速率系统。（2）射极耦合跟随器LD驱动电路 图4-8是射极耦合跟随器LD驱动电路，适合于LD系统使用。这种电路为恒流源，电流噪声小，缺点是动态范围小，功耗较大。（3）反馈稳定LD驱动电路 图4-9是利用反馈电流使输出光功率稳定的LD驱动电路，其控制过程如下：18 光纤通信光纤通信4.1.3 调制电路及自动功率控制图4-8射极耦合LD驱动电路图 图4-7 共发射极驱动电路 19 光纤通信光纤通信4.1.3 调制电路及自动功率控制 该电路主要用于以LED为光源的光发送机。数字信号Uin从三极管V的基极输入，通过集电极的电流驱动LED发光。数字信号“1”和“0”码分别对应于V的截止和饱和状态，电流的大小根据输出光信号幅度的要求确定。这种驱动电路适用于10Mb/s以下的低速率系统。共发射极驱动电路20 光纤通信光纤通信4.1.3 调制电路及自动功率控制 射极耦合LD驱动电路n该电路适合激光器系统使用。电流源由V1和V2组成的差分开关电路，它提供恒定的偏置电流。在V2基极上施加直流参考电压UB，V2集电极的电压取决于LD的正向偏压，数字电信号Uin从V1的基极输入。当信号为“0”时，V1的基极电位比UB高而先导通，V2截止，LD 不发光。当信号为“1”时，V1的基极电位比UB低，而V2先导通，驱动LD 发光。V1和V2轮流处于截止和非饱和导通状态，有利于提高调制 速率。该电路的调制速率可达到300Mb/s,电流噪声小，但动态范围小，功耗较大。21 光纤通信光纤通信4.1.3 调制电路及自动功率控制图4-9反馈稳定LD驱动电路22 光纤通信光纤通信4.1.3 调制电路及自动功率控制 （4）带自动功率控制的LD驱动电路 更加完善的带自动功率控制（APC）的电路如图4-10所示。图4-10 APC电路原理23 光纤通信光纤通信4.1.3 调制电路及自动功率控制n从LD的背向输出光功率，经PD检测器检测、运算放大器A1放大后送到比较器A3的反相输入端，同时，输入信号参考电压和直流参考电压经A2比较放大后送到A3的同相端，A3和V3组成的直流恒流源调节LD的偏置电流Ib，使LD输出光功率稳定。自动功率控制电路原理24 光纤通信光纤通信4.1.4 温度特性及自动温度控制 1激光器的温度特性 温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流Ith和外微分量子效率d产生，如图图4-11（a）和（b）所示。当温度升高，阈值电流增加，外微分量子效率减小，输出光脉冲幅度下降。温度对输出光脉冲的另一个影响是“结发热效应”。即使环境温度不变，由于调制电流的作用，引起激光器结区温度的变化，因而使输出光脉冲的形状发生变化，这种效应称为“结发热效应”。如图4-12所示“结发热效应”将引起调制失真。25 光纤通信光纤通信4.1.4 温度特性及自动温度控制图4-11温度引起的光功率输出的变化图4-12结发热效应26 光纤通信光纤通信4.1.4 温度特性及自动温度控制 2光源的自动温度控制（ATC）（1）温度控制装置的组成 温度控制装置由致冷器、热敏电阻和控制电路组成，图4-13示出了温度控制装置的方框图。图4-13自动温度控制原理方框图27 光纤通信光纤通信4.1.4 温度特性及自动温度控制 （2）自动温度控制（ATC）原理 图4-14示出ATC电路原理图。控制过程可以表示如下：图4-14ATC电路原理28 光纤通信光纤通信4.1.4 温度特性及自动温度控制n温度控制装置由制冷器TEC、热敏电阻RT、和控制电路组成。由热敏电阻和R1、R2、R3组成的“换能电桥”，通过电桥将温度变化转换为电流的变化。运算放大器的差动输入端跨接在电桥的对端，用于改变三极管的基极电流。在设定温度（如20）时，调节R3使电桥平衡，A、B点间无电位差，故流过制冷器TEC的电流为零。当环境温度升高时，LD的温度升高，使具有负温度系数的热敏电阻阻值变小，电桥失去平衡，使B点电位低于A点电位，运算放大器输出电压升高，V的基极电流增大，制冷器的电流也增大，制冷端温度降低，LD的温度也降低，保持温度恒定。控制过程可表示为：nT（环境）T（LD）RT I（制冷器）T（LD）自动温度控制（ATC）原理29 光纤通信光纤通信4.1.4 温度特性及自动温度控制 注：温度控制只能控制温度变化引起的输出光功率的变化，不能控制由于器件老化而产生的输出功率的变化。对于短波长激光器，一般只需加自动功率控制电路即可。对于长波长激光器，由于其阀值电流随温度的漂移较大，因此，一般还需加自动温度控制电路，以使输出光功率达到稳定。30 光纤通信光纤通信4.2 数字光接收机 光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。31 光纤通信光纤通信4.2.1 光接收机的基本组成 1光电检测器 光电检测器是把光信号变换为电信号的关键器件，对其要求是：在系统的工作波长上要有足够高的响应度，即对一定的入射光功率，光电检测器能输出尽可能大的光电流。波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容。有足够高的响应速度和足够的工作带宽。产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号。光电转换线性好，保真度高。工作性能稳定，可靠性高，寿命长。功耗和体积小，使用简便。32 光纤通信光纤通信4.2.1 光接收机的基本组成 强度调制直接检波（IM-DD）的光接收机如图4-15所示图4-15 数字光接收机方框图线性通道时钟提取与数据再生（CDR）前端性能指标性能指标:接收灵敏度、误码率或信噪比接收灵敏度、误码率或信噪比33 光纤通信光纤通信一、前端一、前端1、作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流，然后进、作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流，然后进行预放大（电流电压转换），以便后级作进一步处理。行预放大（电流电压转换），以便后级作进一步处理。2、要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽。、要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽。3、类型：、类型：A、低阻抗前端：、低阻抗前端：从频带要求出发选择偏置电阻从频带要求出发选择偏置电阻 优点优点：电路简单，不需要或只需要很少的均衡，动态范围较大。：电路简单，不需要或只需要很少的均衡，动态范围较大。缺点：缺点：灵敏度低，噪声较高灵敏度低，噪声较高B、高阻抗前端：、高阻抗前端：尽量加大偏置电阻，把噪声减小至尽可能小的值尽量加大偏置电阻，把噪声减小至尽可能小的值 优点优点：噪声较低：噪声较低 缺点缺点：动态范围小、高频分量损失太大，对均衡电路提出了很高要求：动态范围小、高频分量损失太大，对均衡电路提出了很高要求,多用于低多用于低速系统速系统.C、跨（互）阻抗前端跨（互）阻抗前端：电压并联负反馈放大器（电流：电压并联负反馈放大器（电流-电压转换器）电压转换器）优点：优点：宽频带（等效输入电阻很小）、低噪声（反馈电阻可以取得很大）、灵敏宽频带（等效输入电阻很小）、低噪声（反馈电阻可以取得很大）、灵敏度高、动态范围大等综合优点，被广泛采用。度高、动态范围大等综合优点，被广泛采用。4.2.1 光接收机的基本组成34 光纤通信光纤通信图4-16 光接收机前端的等效电路 a 低阻抗前端 b 跨阻抗前端 由于跨阻型前置放大器不仅具有宽频带、低噪声的优点，而且其动态范围也比高阻型前置放大器改善很多，因此在光纤通信中得到广泛的使用。4.2.1 光接收机的基本组成35 光纤通信光纤通信二、线性通道二、线性通道1、主放、主放：具有：具有AGC功能功能,可根据输入信号（平均值）大小自动调整可根据输入信号（平均值）大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大接收机的动态范围。放大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大接收机的动态范围。有时用限幅放大器（有时用限幅放大器（LA）替代）替代AGC.主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。4.2.1 光接收机的基本组成36 光纤通信光纤通信2、均衡滤波器：、均衡滤波器：接收机噪声正比于接收带宽，因此，采用低通滤接收机噪声正比于接收带宽，因此，采用低通滤波来减低噪声。通常滤波器带宽波来减低噪声。通常滤波器带宽 f比特率比特率B（常取为（常取为0.60.8B)，这将引起脉冲展宽，而导致码间干扰。因此，对滤波器提出要求，这将引起脉冲展宽，而导致码间干扰。因此，对滤波器提出要求，使展宽的脉冲无（或小的）码间干扰，满足这一要求的滤波器成为使展宽的脉冲无（或小的）码间干扰，满足这一要求的滤波器成为均衡滤波器（或匹配滤波器）均衡滤波器（或匹配滤波器）拖尾拖尾现现象象 采用均衡器来使经过其后的波形，在本码判决时刻，其瞬时值应为最大值；而这个本码波形的拖尾在邻码判决时刻的瞬时值应为零。这样，即使经过均衡后的输出波形仍有拖尾，但是这个拖尾在邻码判决的这个关键时刻为零，从而不干扰对邻码的判决。4.2.1 光接收机的基本组成37 光纤通信光纤通信3、无码间干扰条件、无码间干扰条件 判决时刻，被判码元的瞬判决时刻，被判码元的瞬时值最大，而相邻码元在此时时值最大，而相邻码元在此时刻的瞬时值为零刻的瞬时值为零.4、研究表明：当输出脉冲具有、研究表明：当输出脉冲具有升余弦频谱（相频为线性）时，升余弦频谱（相频为线性）时，满足无码间干扰条件满足无码间干扰条件.5自动增益控制（自动增益控制（AGC）AGC就是用反馈环路来控制主就是用反馈环路来控制主放大器的增益。作用是增加了光接放大器的增益。作用是增加了光接收机的动态范围，使光接收机的输收机的动态范围，使光接收机的输出保持恒定出保持恒定。4.2.1 光接收机的基本组成38 光纤通信光纤通信4.2.1 光接收机的基本组成未经均衡出现的脉冲拖尾现象39 光纤通信光纤通信 单个脉冲均衡前后波形的比较 4.2.1 光接收机的基本组成40 光纤通信光纤通信三、时钟提取与数据再生（三、时钟提取与数据再生（CDR）1、功能：将均衡器输出的升余弦、功能：将均衡器输出的升余弦信号恢复成数字信号，包括：时信号恢复成数字信号，包括：时钟提取电路、判决电路钟提取电路、判决电路.用于从放大器输出的信号和噪 声混合的波形中提取码元时钟，并逐个对波形进行取样判决，以得到原发送的码流。图4-19 信号再生示意图4.2.1 光接收机的基本组成41 光纤通信光纤通信4.2.2 光接收机的噪声特性 光接收机的噪声包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。这些噪声的分布如图4-20所示。光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；电路噪声主要是前置放大器的噪声。前置放大器的噪声包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。图4-20接收机的噪声及其分布42 光纤通信光纤通信4.2.2 光接收机的噪声特性 （1）量子噪声：是指当一个光电检测器受到外界光照，其光子激励而产生的光生载流子是随机的，从而导致输出电流的随机起伏。这是检测器固有的噪声。（2）暗电流噪声 暗电流是指无光照射时光电检测器中产生的电流。由于激励出的暗电流是浮动的，就产生了噪声，称为暗电流噪声。（3）雪崩管倍增噪声 由于雪崩光电二极管的雪崩倍增作用是随机的，这种随机性，必然要引起雪崩管输出信号的浮动，从而引入噪声。（4）光接收机的电路噪声 主要指前置放大器噪声，其中包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。43 光纤通信光纤通信4.2.3 光接收机的主要指标 数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。（1）光接收机的灵敏度 光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下(BER=10 9)，光接收机所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分贝（dBm）来表示，即 (4-2)（2）光接收机的动态范围 光接收机的动态范围是指在保证系统误码率指标的条件下，接收机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率（dBm）之差（dB）。即 (4-3)44 光纤通信光纤通信4.2.3 光接收机的主要指标 （3）自动增益控制（AGC）AGC就是利用反馈环路来控制主放大器的增益。AGC的作用是增加了光接收机的动态范围。自动增益控制（AGC）电路原理框图如图4-21所示。图4-21 自动增益控制电路原理框图45 光纤通信光纤通信4.3 光中继器 光信号在传输过程会出现两个问题：光纤的损耗特性使光信号的幅度衰减，限制了光信号的传输距离；光纤的色散特性使光信号波形失真，造成码间干扰，使误码率增加。以上两点不但限制了光信号的传输距离，也限制了光纤的传输容量。为增加光纤的通信距离和通信容量，必须设置光中继器。光中继器的功能是补偿光能量损耗，恢复信号脉冲形状有：补偿衰减的光信号；对畸变失真的信号波形进行整形。光中继器主要有两种：一种是传统的光中继器（即光电中继器），另一种是全光中继器。46 光纤通信光纤通信4.3.1 光电中继器 1光电中继器的构成 传统的光中继器采用光电光（O-E-O）转换形式的中继器。如图4-18所示。图4-18典型的数字光中继器原理方框图 2光电中继器的结构形式 有的设在机房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光缆在电杆上。47 光纤通信光纤通信4.3.2 全光中继器 目前全光放大器主要是掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器是一个直接对光波实现放大的有源器件，其工作原理如图4-22所示。用掺铒光纤放大器作中继器的优点是，设备简单，没有光电光的转换过程，工作频带宽。缺点是，光放大器作中继器时，对波形的整形不起作用。图4-22 掺铒光纤放大器用作光中继器的原理框图48 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码 PCM通信系统中的接口速率和码型，如表4-1所示。表4-1 PDH接口码速率与接口码型 PCM系统中的这些码型并不都适合在数字光纤通信系统中传输。为此，在光端机中必须进行码型变换。在PDH系统中，常用的线路编码有分组码mBnB，1B2B码（CMI、DMI和双相码等）和插入码，SDH光纤通信系统中广泛使用的是加扰的NRZ码。各种码的编码规律、传输速率如表4-2所示。基 群二 次 群三 次 群四 次 群接口码速率(Mbit/s)2.0488.44834.368139.264接口码型HDB3HDB3HDB3CMI49 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码光纤对所传信号码型的要求光纤对所传信号码型的要求:n1、能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频率分量。n2、能给光接收机提供足够的定时信息。n3、能提供一定的冗余码，实现主辅信号同时传输。简单二电平码带来的问题：简单二电平码带来的问题：在码流中，出现“1”码和“0”码的个数是随机变化的，因而直流分量也会发生了随机波动（基线漂移），给光接收机的判决带来困难。在随机码流中，容易出现长串连“1”码或长串连“0”码，这样可能造成位同步信息丢失，给定时提取造成困难或产生较大的定时误差。不能实现在线的误码检测，不利于长途通信系统的维护。50 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码 1分组码 分组码常用mBnB表示，它是把输入码流每m比特分成一组，然后把每组编成n比特输出。每组的m个二进制码，记为mB，变换为n个二进制码，记为nB，因此称为mBnB码，其中m和n都是正整数，通常nm，一般选取n=m+1。常用的mBnB码有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B和17B18B等。常用光纤线路码型51 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码 最简单的mBnB码是1B2B码，它是把原信息码的“0”变换为“01”，把“1”变换为“10”。因此最大的连“0”和连“1”的数目不会超过两个，例如1001和0110。但是码速率提高了1倍。mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难。特点：n1）码流中“1”“0”码概率相等，连“1”“0”的数目减少，定时信息丰富。n2）高低频分量少，基线漂移小。n3）码流中引入一定冗余度，便于在线误码监测。52 光纤通信光纤通信4.4 4.4 光线路编码光线路编码 2插入码 插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特（mB）为一组，然后在每组mB码末尾按一定的规律插入一个码，组成m+1个码为一组新的线路码流。根据插入码的用途不同，可以分为mB1C码、mB1H码和mB1P码等。n优点：码速提高不大，误码增值小；可实现在线误码监测、区间通信和辅助信息传送。n缺点：码流的频谱特性不如mBnB码，但在扰码后在进行mB1X码变换，就可以满足通信系统的要求。53 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码 （2）mB1H码 mB1H码是由mB1C码演变而成的，即在mB1C码中，扣除部分C码，并在相应的码位上插入一个混合码（H码），所以称为mB1H码。所插入的H码可以根据不同用途分为三类：第一类是C码，它是第m位码的补码，用于在线误码率监测；第二类是L码，用于区间通信；第三类是G码，用于帧同步、公务、数据、监测等信息的传输。（1）mB1C码 mB1C码的编码原理是，把原始码流分成每m比特（mB）为一组，然后在每组mB码的末尾插入1比特补码，这个补码称为C码，所以称为mB1C码。例如：mB码100110001101mBlC码100111010010101054 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码mB码100000001110mBlP码1000000100101101 （3）mB1P码 在mBlP码中，P码称为奇偶校验码，P码有以下两种情况。P码为奇校验码时，其插入规律是使m+1个码内“1”码的个数为奇数，例如：P码为偶校验码时，其插入规律是使m+1个码内“1”码的个数为偶数，例如：mB码100000001110mBlP码100100000011110055 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码 31B2B码 （1）CMI码 CMI码又称传号反转码，它是一种1B2B码。其变换规则是原码的“0”码用“01”码代替，原码的“1”码用“00”或“11”交替代替。（2）双相码 双相码又称分相码。也是一种1B2B码。其变换规则是原码的“0”码用“01”码代替，原码的“1”码用“10”代替。（3）DMI码 DMI码又称不同模式反转码，它是一种1B2B码。其变换规则是原码的“1”码用“00”或“11”交替代替。原码的“0”码，若前二个码为“01”，“11”时用“01”代替，前二个码为“10”，“00”时用“10”代替。56 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码码 型码型变换规则传输速率误码监测适用系统1B2B码CMI“1”：11,00交替“0”：012fi按编码规则检查PDH双相码“1”：10“0”：012fi同上DMI“1”：11,00交替“0”：01（前二个码为01，11时）10（前二个码为10，00时）2fi同上分组码mBnB在nB码中选择不均等值小的码作公共码；正负模式交替nfi/m（1）查禁用码字（2）利用DRS插入码mB1P（1）P码满足奇校验规则（2）P码满足偶校验规则(m+1)fi/m奇偶校验mB1C(m+1)fi/m模2和=0mB1H加扰NRZ给输入NRZ序列加扰fi无SDH表4-2常用的线路编码57 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码 4扰码 SDH光纤通信系统中广泛使用的是加扰的NRZ码，它是利用一定规则对信号码流进行扰码，经过扰码后使线路码流中的“0”和“1”出现的概率相同，因此码流中不会出现长连“0”或长连“1”的情况，从而有利于接收端提取时钟信号。信号序列扰乱方法有：用一个随机序列与输入信号序列进行逻辑加，这样就能把任何输入信号序列变换为随机序列，但完全随机的序列不能再现。用伪随机序列来代替完全随机序列进行扰码与解扰的作用。图4-20所示为一个五级扰码器和解扰器的构成。58 光纤通信光纤通信4.4 光线路编码图4-20 扰乱器与解扰器的构成59 光纤通信光纤通信4.5 光端机辅助系统 主要内容n一、光端机辅助系统的作用。n二、各种辅助系统的功能及基本工作原理。60 光纤通信光纤通信光端机辅助系统的作用n辅助系统的作用是为光纤通信系统可靠的实现信号的传输提供保障支撑。包括倒换、告警、监控、公务通信等系统。4.5 光端机辅助系统61 光纤通信光纤通信监控系统n监控系统具有对系统集中实时监测、控制等功能。常见监控系统组成方式有三种：n 一级监控系统在一个数字段对光纤传输设备及相关数字复接设备进行监控。n二级监控系统在具有多个方向的单个数字段距离内传输及复接设备进行监控。n三级监控系统对跨数字段的传输设备进行集中监控。4.5 光端机辅助系统公务系统n公务系统又称公务电话，是在光纤传输系统中专门为维护人员建立便捷迅速的公务语音联络的保障设施。62 光纤通信光纤通信倒换系统n倒换系统的主要作用是根据对系统的监控结果，控制实施信号在主用和备用系统之间的切换。n倒换系统的基本结构：1：1结构 n：1结构4.5 光端机辅助系统告警系统n告警系统是将在设备工作过程中检测到的故障以声音或灯光的形式直观地通知维护人员的相关声、光驱动电路。n告警分两类：紧急告警 非紧急告警63 光纤通信光纤通信小结 1光发射机与光接收机统称为光端机。光发射机实现E/O，光接收机实现O/E转换。2数字光发射机基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制（驱动）电路、光源的控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。3对光源进行强度调制的方法分为两类，即直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。通常直接调制适用于速率小于2.5Gbit/s的系统。间接调制适合于高速大容量的系统。4数字光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路。64 光纤通信光纤通信小结 5光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；电路噪声主要是前置放大器的噪声。6数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。7光中继器的主要功能有：补偿衰减的光信号；对畸变失真的信号波形进行整形。有两种类型的中继器，传统的光电中继器和全光中继器。8在PDH光纤通信系统中，常使用的线路编码有分组码mBnB，1B2B（CMI、双相码）和插入码。在SDH光纤通信系统中广泛使用的是加扰的NRZ码。65