2023年数字光纤通信系统的系统设计.doc

：数字光纤通信是现代新兴的通信系统传输技术,相比于模拟光纤通信具有很多优势。数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。本文就数字光纤通信系统的组成及设计进行了介绍,并对数字光纤通信的特点及参数进行了优劣分析。 数字光纤通信系统的系统设计 1.总体考虑 a.传输距离 b.传输带宽或码速 c.系统保真性 d.可靠性与经济性 2.系统部件的选择 〔1〕光检测器的选择 a.长距离，大容量的系统采用APD、PIN-FET或APD-FET b.中距离，中小容量的系统采用PIN或PIN-FET c.大多数综合首选PIN或PIN-FET 〔2〕光源的选择 LD：输出功率高，谱线窄，与光纤耦合效率高 LED:寿命长，价格低，灵敏性低，稳定并且调制简单 3.功率预算和色散预算 a.最大中继器距离的影响因素(1)发送耦合入光纤的平均功率PT (dBm)越大，传输距离越远。(2)灵敏度Prec =(dBm)越小。传输距离越长。(3)色散大，那么波形失真严重。 b.损耗限制系统的功率预算 损耗限制系统的功率预算可表示为： PT Prec=ƏT +M ƏT:总损耗 M：系统充裕度 又 ƏT=rƏc +( ƏS + ƏF)L ƏS:光纤固定熔接头平均损耗 ƏF:光纤每千米损耗 Əc:光纤连接器损耗 ∴ PT – Prec =nƏc +( ƏS + ƏF)L+M n:光纤活动连接器个数 ∴ L= 而 M=Me+Mc Me:设备充裕度 Mc：光缆充裕度 ∴ L= C.色散限制系统上升时间的预算 tT 、tF、tR 分别为发送机、中继段光纤、光接收机引起的10%---90%的上升时间 数字光纤通信系统的组成 〔1〕光发信机 光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。 〔2〕光收信机 光收信机是实现光/电转换的光端机。 它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。 〔3〕光纤或光缆 光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。 〔4〕中继器 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。 〔5〕光纤连接器、耦合器等无源器件 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的〔如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。 数字光纤通信系统的构成 最根本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器那么负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最根本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机那么接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。其图形如下： 数字光纤通信系统的优点 〔1〕抗干扰能力强，传输质量好。数字光纤通信采用二进制信号，信息不包含在脉冲波形中，而以脉冲的“有〞和“无〞表示。因此，噪声一般不影响传输质量，只有在取样和判决过程中，当噪声超过一定阈值时，才产生误码率。 〔2〕可以用再生中继，传输距离长。数字通信系统可以用不同方式再生传输信号，消除传输过程中的噪声累积，恢复原信号，延长传输距离。 〔3〕可以适用各种业务的传输，灵活性打。在数字通信系统中，语音、图像等各种信息都可以转换为二进制数字信号，可以吧传输技术和交换技术结合起来，有利于实现综合业务。 〔4〕容易实现高强度的保密通信，只需将明文与密钥序列逐位模二次方相加，就可以实现保密通信。 〔5〕数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低本钱。 数字光纤通信系统传输特性的研究 a 取样 所谓取样是指以固定的时间间隔T，分别取出模拟信号的瞬时幅度值(简称样值) 的过程。要想实现模拟/ 数字(A/ D) 变换，首先要进行取样。 b 量化 所谓量化指的是将幅度为无限多个连续样值变成有限多个离散样值的处理过程。具体来说，就是将样值的幅度变化范围划分成假设干个小间隔，每一个小间隔称之为一个量化级,当某一样值落入在某一个小间隔内时，可采用“四舍五入〞的方法分级取整 近似看成某一规定的标准数值。 c 编码 所谓编码指的是用一组组合方式不同的二进制码来替代量化后的样值信号的处理过程。对于标准PCM技术，其编码信号的信噪比根本上与下面三个参数有关：量化电平数 ；编码器压缩系数 ；输入信号与量化器电平值比拟的幅度或幅度统计值。 各组件的类型和主要参数介绍如下  1.    信号源：对于语音通信系统来说，其信号源就是声音信号，因为人的声音信号的频谱范围是300～3400Hz ,所以对于语音通信系统来说其接受信号的带宽主要应该在300～3400Hz范围内。 2.    信号采集转换设备: 对语音信号的接收和采集设备，就是指 或话筒等声音采集设备，由于本次设计的系统是双工语音通信系统，所以采用普通的 机即可。 3.    信源编码译码：  将模拟信号转换为数字信号的过程就是信源编码。由于语音信号的振幅特性，振幅变化平缓。所以采用差值脉冲编码〔DPCM〕比拟适宜。也可以减少码字长度，从而提高信息传输速率。 4.    调制方法：即在激光上加载语音信息的过程，这里调制方式选择直接调制。这种调制方法的优点是结构简单经济实用便于实现。 5.    光源：光发送机是指将电信号转换成光信号是设备。光发送机由光源、驱动器和光调制器组成，这里的光源采用半导体激光器〔LD〕。它具有发射功率稳定，灵敏度高等特点。 6.    光纤线路：光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和连接器组成。 7.    光检测器：光检测器是光接收机的核心。这里的光检测器选择本征光电二极管，它具有灵敏度高，使用时间长等特点。 8.    检测方法：对于检测方法这里选择直接检测法。这样调制的优点是结构简单经济实用。是用检测器直接将信号转换为电信号。 9.    滤波器:这个系统中总共用了两个滤波器。在光检测器后端设置一个带通滤波器它的中心频率在32KHz带宽为40Hz就可以很好的率除带外噪声。第二个滤波器设置在信源解码的后面主要作用使提高模拟信号的波形恢复情况。它采用截至频率为3500Hz的低通滤波器即可以起到作用。 10.   信宿：语音通信系统的信宿的作用是把模拟的电信号转换成声音信号的器件，在本次设计中采用的是 。 结束语 光纤通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中起到重要作用。从现代通信开展趋势来看，数字光纤通信几乎完全代替模拟通信的趋势，而数字光纤通信涉及的技术问题很多，这就提出了等多的难度问题及更高的要求，不仅要扎实根底，还要独创性，为我国的通信做出奉献。 参考文献： 【1】郭玉斌 光纤通信技术 西安电子科技大学出版社 【2】强世锦等 数字通信原理 清华大学出版社 【3】樊玉昌等 通信原理 国防工业出版社 【4】张明德, 孙小菡.现代光纤通信技术.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社