基于光纤通信系统的光接收机前端电路的设计毕业设计
本科毕业设计（论文）
南通大学毕业设计（论文）
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摘要
随着通信技术产业的迅速发展，光纤通信由于其频带宽、容量大、损耗低、抗辐射等诸多优点成为高速通信系统研究热点。光接收机在整个光纤通信系统中占有重要地位，而前置放大器和限幅放大器是构成光接收机的两个关键电路，所以它们的性能在很大程度上决定了光接收机甚至是光纤通信系统的性能。
为了设计一个满足性能要求、结构简单的光接收机，我们对前置放大器和限幅放大器进行了详细的分析设计，利用电路仿真软件Pspice对跨阻型前置放大器进行了直流分析、交流分析和温度分析等。也对限幅放大器进行了单元电路的设计与仿真。通过对两种电路的分析设计，实现了高增益大带宽的放大目标，可以最大地消除寄生参量的影响，减小混合电路的组装环节，使集成电路的速度性能和可靠性得到显著的提高。
关键词：光接收机，前端放大电路，前置放大器，限幅放大器
ABSTRACT
With the rapid development of communication technology industry, optical fiber communication have become the high-speed communications systems research focus because of its frequency bandwidth, large capacity, low loss, anti-radiation, and many other advantages.Optical receiver plays an important role in the optical communication systems, and the preamplifier and limiting amplifier is the two key circuits which constitute the optical receiver, so their performance largely determines the performance of the optical receiver and even the optical fiber communication systems.
In order to design an optical receiver which meets the performance requirements and has a simple structure, we analyze and design the preamplifier and limiting amplifier in detail, and we use the circuit simulation software Pspice for transimpedance type preamplifier’s DC analysis, AC analysis and temperature analysis. We also design and simulate unit circuit of limiting amplifier.Through the analysis of the two circuit design, we achieve the amplified target of high gain and large bandwidth, it can eliminate the effects of parasitic parameters largely and reduce the assembly of hybrid circuits,so the speed performance and reliability of integrated circuits can be improved significantly.
Keywords:Optical Receiver, Front-end Amplifier, Preamplifier, Limiting Amplifier
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
第一章绪论 (5)
1.1课题背景 (5)
1.2课题的目的和意义 (6)
1.3光接收机概述及其性能指标 (6)
1.3.1 信噪比 (7)
1.3.2 误码率 (8)
1.3.3 灵敏度 (9)
1.3.4 动态范围 (9)
1.4论文组织 (9)
第二章前置放大电路分析与设计 (10)
2.1前置放大器概述 (10)
2.2前置放大器类型 (10)
2.2.1 低阻型前置放大器 (10)
2.2.2 高阻型前置放大器 (11)
2.2.3 跨阻型前置放大器 (12)
2.3跨阻型前置放大器的Pspice仿真 (13)
第三章限幅放大电路分析 (16)
3.1主放大器概述 (16)
3.2主放大器类型选择 (16)
3.3电路系统设计 (16)
3.3.1 电路总体框图设计 (16)
3.3.2 电路性能指标要求 (17)
3.4单元电路设计与仿真 (18)
3.4.1 偏置电路 (18)
3.4.2 使能控制电路 (19)
第四章总结 (22)
参考文献 (23)
致谢 (24)
第一章绪论
1.1 课题背景
可靠地实现信息传输容量和传输距离的最大化是通信系统追求的最终技术目标。对载波调制的频带宽度决定了通信系统的传输容量，频带宽度是随着载波频率的增高而变宽。在通信技术发展的过程中，载波频率不断地提高，同时传输容量也不断增加。光纤通信的载波是光波，它是通过光导纤维进行传输的[1]。光纤通信在现有通信手段中是非常有发展前途的。
在光纤通信系统中，光波频率要比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤，它的损耗比同轴电缆或波导管的损耗低得多[1]。因此相比较于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多优点:(1)容许频带很宽，传输容量很大;(2)损耗很小，可传输的距离很长并且误码率很小;(3)重量相比较而言很轻，体积也相对较小;(4)对电磁干扰有很好的抗性;(5)能很好地对传输信息进行保密;(6)对金属材料的使用率很高，有利于资源合理使用[1]。由于以上的优点，光纤通信在信息社会中将发挥越来越重要的作用，它也被认为是影响21世纪的最新技术。
完整的光纤通信系统如图 1.1 所示，复接器作用是按照某种编码规则将接收到数据速率比较低的并行信号转化成高速串行数据，从而提高光纤通信容量的利用率；激光驱动器是通过产生高强度的电压和电流来将电信号转换为光信号，然后将光信号送入光纤进行传输；光电检测二极管将光脉冲信号转化为微弱的电流信号；前置放大器的作用是将从光电二极管得到的微弱的电流放大并转化成电压信号；限幅放大器将从前置放大器接收到的较小且不稳定的电压信号进行放大，使电压信号到达稳定的幅值并且可满足后续时钟数据恢复电路要求[6]；前置放大器和限幅放大器被合称为前端放大电路，也就是本文的主要设计任务；时钟数据恢复电路将时钟信号提取出来后进行数据的再生；分接器的作用是解串恢复出来的数据，并将得到的数据还原为多路并行数据[4]。
图1.1完整的光纤通信系统
1.2 课题的目的和意义
光接收机作为光纤通信系统的主要器件广泛应用于现实生活中，例如光纤通信、光盘系统、光电检测系统等领域[2]。我们把在一个衬底上集成具有多种功能的光器件、电子器件和光电转换器件所形成的电路称为光电集成电路[12]。光电集成电路能使寄生参量对集成电路的影响降到最低，也能使混合电路的组装简单化，减少其组装环节，它同时还能显著地提高集成电路的速度性能和可靠性。光电集成电路在集成电路行业具有很强的竞争力，是因为光电集成的体积小、成品率高、装配容易，并且其成本低，性价比很高，所以光电集成电路被广泛地应用。
光接收机前端放大电路的前置放大器和主放大器是光纤通信系统的两个关键电路，光接收机的性能在很大程度上受他们的影响[9]。主放大器有自动增益控制（AGC）放大器和限幅放大器两种实现方式，这两种实现方式都有各自的优点,但是限幅放大器比自动增益控制放大器设计更简单、功耗更低、芯片面积更小并且外接元件更少，所以本文经过比较后选择采用限幅放大器来实现光接收机的主放大器[13]。我们设计一个集成电路需要达到的基本目标是不断减少功耗、不断减小芯片尺寸和不断降低芯片成本[9]。
1.3 光接收机概述及其性能指标
光信号在经过光纤传输后，幅度会衰减、波形会展宽，这时就需要光接收机将其转换为电信号，之后再对其进行放大和处理，从而使其恢复为原始的信号。光接收机是由光检测器、放大器和相关电路组成的，它的核心是光检测器，因为只有光检测器的性能好，能较好的把光信号转换成电信号，后续电路才能对从光
检测器中的到的电信号进行放大。光接收机想要有较好的性能，必须要满足下面的要求：光检测器的响应度要高、噪声要低并且响应速度要快。目前PIN光电二极管（PIN-PD）和雪崩光电二极管（APD）在光检测器中比较常见[6]。
在光接收机中，光检测器是在检测完光信号之后再将其装换成电信号的。光检测器的检测有直接检测和外差检测两种方式[7]。用检测器直接把光信号转变成电信号的检测方式称为直接检测。由于直接对光信号进行检测受到信道干扰的影响较严重，我们提出使用中频光信号通过检测器转化为电信号的方法，中频光信号是将本地的振荡光与光纤的输出信号在光混频器产生差拍而产生的，我们把使用本地光振荡器和光混频器提高检测能力的方法称为外差检测[7]。外差检测方式有许多难点，其中比较典型的是它需要一个单模激光源，这个单模激光源需要有一个非常稳定的频率、很窄的谱线宽度，而且他的相位和偏振方向必须是可控的。外差检测方式比直接检测方式的接收灵敏度要高，所以这种方式是很有发展前途的通信方式。目前，直接检测方式由于其简单实用的特点被广泛应用于实用光纤通信系统。
图1.2所示的是采用直接检测方式的数字光接收机方框图，它主要包括光检测器、偏压控制电路、前置放大器、主放大器、AGC电路、时钟提取电路以及取样判决器。
图1.2 数字光接收机方框图
光接收机有很多性能参数，其中最重要的有四个：信噪比，误码率，灵敏度，输入动态范围。
1.3.1信噪比
信噪比（SNR）可以用来定量地对光接收机的性能进行描述[1]。系统总平均噪声功率(均方噪声电流)为
B R kT B I I e i i i L
d T s n 4)(2)()()(222++=+= (1.1) 式中，)(2n i 为散粒噪声的功率，)(2T
i 为热噪声的功率，e 为电子电荷量，I 为光电流强度，d I 为光检测器暗电流强度，B 为等效噪声带宽，kT 为热能量，L R 为光检测器负载电阻[1]。
外差检测的信噪比
)
()(2)(2)()(2222T d L L s n ac I B I p e p p I I SNR ++==ρρ (1.2) 光接收机的噪声强度与光信号功率的大小无关，因为相干光接收机的噪声的强度
主要由本振光功率L p 引入的散粒噪声决定了，因此，上式中d I 和)(2T I 项可以略
去，由此得到
eB p SNR s )
(ρ=。 (1.3)
ρ为光检测器的响应能力，用公式可以表示为：hf e /ηρ=， η为光检测器的量子效率，e 为电子电荷量，hf 光子的能量；其等效噪声带宽2/b f B =，b f 为信号的传输速率[1]。平均信号光功率s p 可以用b p s hff N p =)(即每比特时间内的光子数的多少来表示，由eB p SNR s )
(ρ=和b p s hff N p =)(可得到
p N S N R η2= (1.4)
公式（1.4）是外差检测的信噪比。外差检测的平均信号光功率是零差检测的一半，所以得出零差检测的信噪比为
p N S N R η4= (1.5)
1.3.2 误码率
由于信道中噪声以及设备的干扰，所以放大器输出的是一个原信号与系统随机噪声相加后的一个受了干扰的信号，因为噪声功率是随机的，因此在判决时噪声可能会影响判决结果而导致误判。对码元误判的概率称为误码率。误码率是在足够长时间内传输的大量码流中，通过误判的码元数与接收的总的码元个数的比值来表示。
1.3.3灵敏度
在规定的误码率条件下，接收机正常工作所需要的最小入射光功率称为接收机灵敏度，即正常接收光信号所需的最小平均光功率[8]。光接收机内部的随机噪声的大小决定了信号的影响能力也决定了接收机灵敏度，它对中继器与中继器之间最大延伸距离的实现起着关键作用。
1.3.4 动态范围
对于微弱输入信号，接收机的随机噪声会导致误码，相反，若对于较大的输入信号，会导致脉冲宽度畸变，从而也会导致误码。因此，在一定的误码率要求下，除了需要确定最小输入信号幅度（灵敏度）之外，还需要确定输入信号幅度的上限，在这两个值之间的范围称为输入动态范围。越宽的输入动态范围使得光接收机应用范围越广，越能适应环境的变化，因此输入动态范围也是衡量光接收机的重要指标之一。
此外，设计一个光接收机也要考虑其他的因素，比如说功耗、可靠性、尺寸、性价比，这些因素都能影响到光接收机的性能,想要让接收机的性能达到最优，我们需要在综合考虑各种因素后再进行光接收机前端放大电路的设计[9]。
1.4 论文组织
本文的文章结构如下：
第一章为绪论部分，阐述课题背景、目的和意义，以及对光接收机作了简要的介绍。
第二章为前置放大电路分析与设计，简要介绍了前置放大器的三种类型，并对本论文使用的跨阻型前置放大器进行了Pspice仿真。
第三章为限幅放大电路分析，简要地介绍了限幅放大器的各个单元模块，然后从中选取了几个单元电路进行了仿真。
第四章为总结。
第二章 前置放大电路分析与设计
2.1 前置放大器概述
光接收机作为光纤通信系统的关键模块，它的性能对光纤通信系统的各种性能指标有直接的影响[9]。光接收机的任务就是把从发送端检测出来的微弱光信号，放大再生成原来的电信号。设计一个性能优异的光纤通信系统需要光接收机的输出信噪比要高，带宽要足够，幅频特性要好[13]。
前置放大器是光接收机的一个重要组成部分，它的性能对光接收机的设计和最终技术指标有直接影响。在光电器件和电路结构已经确定的情况下，前置放大器的第一级就有了一个有固定数值的输入电容，因此在依照系统要求，选择适当的电路时，前置放大器第一级输入电阻和偏置电阻的大小就成了我们需要考虑的主要对象。我们一般使前置放大器的第一级采用场效应晶体管（FET ）或双极型晶体管（BJT ）。这两者不论选用哪一种作为前置放大器的第一级，并联源电阻i b S R R R // 产生的热噪声都会存在于前置放大器的噪声中。从上式中我们可以看出，为了使前置放大器的噪声尽可能地小，我们需要加大光电检测器的偏置电阻b R 和放大器的输入电阻i R 。但是，为了使输入电阻变大，输入端的时间常数就会相应的变大，从而导致放大器的高频特性变差，带宽变窄。因此，我们应该根据系统的具体要求，选择适当的电路形式来实现前置放大器，从而使前置放大器能够满足噪声和带宽两方面要求。
2.2 前置放大器类型
前置放大器的电路类型主要有三种：低阻型前置放大器，高阻型前置放大器和跨阻型前置放大器。但由于在本设计中，需要前置放大电路具有较低的输入阻抗，我选取的是跨阻型前置放大器，因此下面对跨阻型前置放大器进行仿真。
2.2.1 低阻型前置放大器
低阻型前置放大电路如图2.1所示，它的第一级是双极型晶体管（BJT ）放大器，它的输入阻抗较低。采用这种电路是希望光电转换器和前置放大器所构成的输入电路的时间常数小于信号脉冲宽度，这样就能防止码间干扰。
E
图2.1 低阻型前置放大电路
这种前置放大器选择偏置电阻b R 是从带宽B 的要求出发的, 电阻b R 应该满足
T
b BC R π21<< (2.1) 其中，T C 是总输入电容。这种电路线路简单，一个简单的均衡电路就能满足接收机的需求，并且它有很大的动态范围。但是，这种前置放大器的噪声偏大，并且灵敏度较差，所以很少被用在实际当中。
2.2.2 高阻型前置放大器
高阻型前置放大电路如图2.2所示。这种电路由于电阻b R 很大，所以称之为高阻型前置放大器。场效应晶体管（FET ）放大器作为它的第一级，这种放大电路有比较大的输入阻抗，所以它的噪声比较小。在这个电路中我们应尽量加大偏置电阻来降低前端电路的噪声，提高接收机的灵敏度。
E
图2.2 高阻型前置放大电路
高阻型前置放大器的带宽公式如下：
T
T HZ C R B π21= (2.2) 其中b i T R R R //=,i R 是前置放大器的输入电阻，T C 是总输入电容。因此上式又可写成
T
b i b i HZ C R R R R B π2+= (2.3) 由于i R 和b R 都很大，其带宽B 较窄，所以信号脉冲失真严重。因而均衡器在这种电路中将会起到非常重要的作用，用均衡器来补偿在前端电路中受到失真的信号脉冲，这样接收机就能输出一个有利于判决的升余弦函数波形。
这种放大器在低码率工作时所引入的放大器噪声比低阻型前置放大器要小得多，但是它有比较高的输入阻抗，较大的输入电路时间常数，较小的动态范围，因此这种电路只适用于在中低速率系统[8]。
2.2.3 跨阻型前置放大器
上面已经介绍了两种放大器，在上述两种放大器中引入负反馈，可以使它们成为跨阻型前置放大器。在跨阻型前置放大器中，电路的噪声特性并不会和前面两种放大器有不同，虽然噪声特性不变，但在引入负反馈后前置放大器的带宽会提高，这非常有利于高阻型前置放大器的设计[14]。FET 跨阻型前置放大器在接收电路中的应用比较广泛。但由于高阻型前置放大器的噪声随工作码率的增加而增加的速度比低阻型前置放大器变化的速度大，因此在高码率和超高码率条件
下，应该采用BJT跨阻型前置放大器。BJT跨阻型前置放大器在中低速码率工作时，其引入的噪声比FET跨阻型前置放大器大，但这种电路价廉且耐用，容易买到且更牢固，不易损坏。
图2.3 跨阻型前置放大电路
跨阻型前置放大器频带宽度的增加实质上是以增益下降为代价的（高阻型前置放大器的增益是跨阻型前置放大器增益的1.4倍）[5]。适当地降低放大器的增益对其稳定性有很大的好处。
2.3 跨阻型前置放大器的Pspice仿真
由于Pspice仿真软件十分先进，对电路的很多繁琐工作都可以由计算机完成。我们所做的工作是根据所选用的工艺设计出的初略的电路，进行初步的理论估算，然后再对每个管子的参数进行调整，直至仿真出来的结果满足性能要求。本文采用Pspice对MOS管尺寸仿真调整，经过多次仿真与参数修改，不断的分析总结，最后得到可满足要求的一套电路参数，如表2.1。
表3.1 元件参数表
下面就针对以上参数，对图2.3的电路进行直流分析、交流小信号分析。
一、直流分析
图2.4 前置放大器直流特性模拟结果
由图2.4所示，横坐标为对输入电流的扫描，纵坐标为输出电压。从图中可以看出在0~10uA范围内均是线性的，可见跨阻型前置放大器的线性还是比较好的。在I=0时，V=3.2V，满足指标要求。
二、交流小信号分析
图2.3的电路只需要把直流电流源I2换成交流电流源就可以进行交流小信号分析。
图2.5 前置放大器交流特性模拟结果
图 2.5所示的是前置放大器交流特性模拟结果，由图中可知-3dB带宽为3.55MHz，满足指标要求。
第三章限幅放大电路分析
3.1 主放大器概述
在光纤通信系统中，光信号在经过超长距离的光纤传输后，接收端只能接收到微弱的光信号。为了满足后续电路的需求，我们需要将接收端接收到的微弱的光信号转换为电信号，并放大该微弱的电信号，使其到达一个稳定的幅度，然后把该电信号用作时钟恢复和数据判决电路的输入信号，这是对光接收机前端放大电路的要求[10]。为了满足这个要求，光接收机的前端通常设置前置放大器单元和主放大器单元两个放大单元。
前置放大器在上一章节中我们已经讨论过了，这一章节我们主要讨论主放大器。主放大器的作用是将接收端接收到的微弱的光信号转换为电信号，并放大该微弱的电信号，使其到达一个稳定的幅度，然后把该电信号用作时钟恢复和数据判决电路的输入信号。主放大器除了高速度和高增益的要求之外，还有另一个重要的性能指标，就是在较大的输入动态范围内，使输出电平保持在恒定的幅度。
3.2 主放大器类型选择
在前文中我们知道了主放大器有两种实现方式：自动增益控制放大器和限幅放大器。下面我们对两种放大器进行比较来确定本论文选取哪种放大器来实现光接收机中的主放大器。
光接收机主放大器的两种实现方式各自有各自的特点。自动增益控制放大器在模拟信号接收系统这方面应用的比较广泛，它通过反馈环路来自动调节放大器的增益，从而能够稳定地输出信号。自动增益控制放大器稳定工作的时间比较长，并且它有很复杂的电路形式，所以它占用的芯片面积就比较大。
限幅放大器对输入数据的每个脉冲进行直接限幅，也就是说限幅放大器可以抑制数据信号幅度的变化，不管其数据信号是强还是弱，它都能很好地对其有一个抑制作用，自动增益控制放大器存在时间常数问题，而限幅放大器却不存在这个问题[11]。此外，限幅放大器还取消了增益控制环路，它的电路设计比较简单，芯片面积相对较小，并且它的外界元器件较少，所以芯片移植容易。限幅放大器还有其他的优点，这里就不全部介绍了。
由于以上优点，在本课题的设计中，我们采用了限幅放大器来实现光接收机
的主放大器。
3.3 电路系统设计
3.3.1 电路总体框图设计
限幅放大器的总体结构框图如图3.1，该电路主要包括偏置电路、使能控制电路、宽带放大电路、输出缓冲电路、直流失调补偿电路和阈值可编程的丢失信号检测电路等[9]。限幅放大器的总体结构框图如图3.1所示。
图3.1 限幅放大电路的总体结构框图
偏置电路主要的任务分为两部分：一是产生电路所需求的不受温度影响的参考电压；二是为限幅放大器的其他模块提供所需的电流源。使能控制电路主要控制输出缓冲电路。宽带放大电路主要任务一是对输入的小信号进行放大，二是为限幅放大器提供与传输数率相适应的带宽。输出缓冲电路的主要目的一是为限幅放大器提供合适的输出阻抗以实现输出匹配，二是产生稳定的信号输出。直流失调补偿电路为限幅放大器抑制由于工艺等因素产生的失配引起电路信号的失真。丢失信号检测电路主要是检测输入信号的幅度值是否有效，如果认为输入信号无效，则开启使能控制电路，抑制限幅放大器真实数据的输出，并发出告警信号。
3.3.2 电路性能指标要求
在光接收机中为了满足对信号的放大作用，在光检测器之后设置了前置放大器和主放大器两个放大单元。一般情况下，为了使噪声降低到最小，人们将前置
放大器的带宽设置成大约是数据速率的70%。这样，在实际的应用中，为了满足带宽的要求，将设计的限幅放大器的带宽设置为至少数据数率一样。对于本课题，为了使限幅放大器能够满足155Mbps传输数率，它的带宽至少要与传输速率一致；为了能够给后续数据处理电路提供所需要的输入电平，该限幅放大器的增益至少要达到43dB；另外由于光接收机前端电路的输出信号在一定的范围内变化，要求限幅放大器能够有足够宽的输入动态范围。在设计的调研过程中，为了使课题研究项目更加的贴近实际，符合市场需求，参考了许多相关产品或课题的性能指标要求，来设计工作于155Mbps速率标准下的限幅放大器。下面是本课题所研究的155Mbps光接收机限幅放大器的性能指标：
（1）基于CHARTERED 0.35μm CMOS工艺设计
（2）端口描述差分输入，差分输出
（3）电源电压3.3V/5V
（4）电流≤30mA
（5）小信号带宽≥155MHz
（6）中频增益约为50dB
（7）输入电压范围18mVpp~1800mVpp
（8）差分输出电压摆幅800mVpp~1200mVpp
（9）差分输出波形上升或下降时间≤1000ps
（10）输入丢失信号检测范围5mVpp~50mVpp
3.4 单元电路设计与仿真
3.4.1 偏置电路
偏置电路在限幅放大器电路中的主要任务一是为电路产生一个具有低温漂系数的基准电压；二是为限幅放大器电路中的其他模块提供相应的电流源。本课题中用到的基准电压生成电路如图3.2。
光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。
光纤通信论文毕业设计
光纤通信 专业: 通信技术班级: 0701 姓名: 学号: 完成日期: 2009 年11 月30 日
摘要本文简要介绍了光纤通信发展的历史及现状,较全面的向大家展现了制作"光缆开剥与接续"多媒体课件的过程。与此同时,还对课件制作过程中使用的工具和器材及作者的心得体会作了基本介绍,希望能给读者以启发. 一、前言 光纤通信自问世以来,通过其通信容量大、传输距离长、抗电磁干扰、保密性好、重量轻、资源丰富等优点,已经广泛应用于市内局间中继,长途通信和海底通信等公用通信网以及铁道、电力等专用通信网,同时在公用电话、广播和计算机专用网中得到应用.并已逐渐用于用户系统.光缆将取代过去用户系统无法实现宽频信息传输的传统线路,这样便可提供高质量的电视图像和高速数据等新业务,以满足人们广泛的生活和业务的需要. 光缆线路,是光纤通信系统组成的重要部分.光缆线路的建设质量是确保光通信系统性能良好和长期稳定的关键,而光缆开剥接续则是光缆线路施工中工程量大,技术要求复杂的一道重要工序,其质量好坏直接影响线路的传输质量和寿命,光缆开剥、接续、封合的快慢将影响整个工期的进程,对于20
芯以上光缆的接续不仅要求施工人员技术熟练,而且要求施工组织严密,在保证质量的前提下,确保施工的时间。 . 二、光纤通信的发展概况及动向 2-1发展概况 光波是人们最熟悉的电磁波,其波长在微米级,频率为100000亿HZ数量级.由电磁波谱中可以看出,紫外线、可见光、红外线均属于光波的范畴.目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区内,即波长为0.8-1.8um可分短波长波段和长波长波段,短波长波段是指波长为0.85um,长波长波段是指1.31um和1.51um,这是目前采用的三个通信窗口. 利用光导纤维作为光的传输介质的光纤通信其发展只有二、三十年的历史,它的发展以1960年美国人Mainman发明的红宝石激光器和1966年英籍华人高琨博士提出利用SIO2石英玻璃可制成低损耗光纤的设想为基础,直到1970年美国康宁公司研制出损耗为20db/km的光纤,才使光纤进行远距离传输成为可能.自此以后,光纤通信在世界范围内展开并得到迅猛发展,在短短的一、二十年的时间中,以从0.85um短波长多模光纤发展到1.31um-1.55um的长波长单模光纤,同时开发出许多新型光电器件,激光器寿命已达十万小时甚至百万小时,许多国家相继建成了长距离的光纤通信系统.
外调制光纤通信系统设计
课程设计题目：外调制光纤通信系统设计 学院：信息科学与工程学院 年级专业：09级光电子1班 学号：xxxxxxxx 学生姓名：xxxxx 指导教师：xxx
一、设计要求 设计10Gpb速率的外调制光纤链路，保证链路能正常通信，误码率BER小于10-12，对应的品质因数Q大于7 二、设计技术参数 1）DFB-LD（SLM），光源中心波长λ0=1552.5nm（193.1Thz），谱线宽度Δλ=0.1 nm(12.5GHz) 2)光纤传输距离120km 3)光发射机发射光功率范围：10dBm～13dBm，可取10dBm 4)APD光接收机灵敏度范围：-25dBm～-9dBm ，可取-18dBm 5) G.652标准单模光纤，光纤的衰减系数α=0.2dB/km，色散系数D=17ps/nm/km 6) 色散补偿光纤衰减系数α=0.5dB/km, 色散系数D=-100ps/(nm.km) 7) 线路编码为NRZ 8) 连接器损耗α=1dB/个 二、设计要点 链路采用外调制的模式，系统通过电信号（NRZ码）控制光调制器产生光信号。产生的光信号通过光纤传输至信号接收端，经光电探测器转换为电信号，完成链路的传输。 衰减：在实际工作中，光纤有一个衰减系数，光信号会随着传输而衰减。为了使光信号传输到探测器时，信号的功率在光电探测器的灵敏度范围之内，链路设计放大模块将信号放大。 色散：不同频率的光波在光纤中传播的速度不同，频率较小的光传播速度快，频率较大的光传播速度慢。由于链路采用的光源激光器存在一定的带宽，因而光信号在传输过程中会产生色散，传输距离越长，色散现象越严重。针对色散问题，链路设计了色散补偿光纤来消除色散。 因此，设计链路所需要解决的主要问题是色散和衰减。通过改变色散光纤的长度和放大器的放大方法来消除传输中带来的色散问题和衰减问题。另外，在设计时，系统的噪声因素也应考虑在内。 三、链路设计 1.根据要求设计链路 通信链路由信号源、线路编码器、光源、连接器、光纤、必要补偿单元、连接器、光接收机组成。设计时，使用伪随机码发生器充当信号源，用连续波激光器和M-Z调制器组成外调制型光源，用1dB衰减器充当连接器，使用不同参数的光纤分别充当传输光纤和色散补偿光纤，使用7dB衰减器充当系统衰减富余量，使用眼图分析仪来观察链路传输的眼图、分析链路的误码率和品质因数。设计链路，初始时不添加色散光纤（色散光纤长度为0）和增益，检测系统的眼图和品质因数。如下图所示：
光纤通信系统与网络
本实验指导书为《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》课程的实验用书，其有关内容也可以配合《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》等课程教材使用。 本实验指导书用于光纤数字传输系统性能测试和光纤传输网络的设备与网络管理操作几方面的必做实验，主要是光纤数字线路系统传输性能测试、SDH 设备认识和SDH网络管理系统及操作。其中光纤数字线路系统传输性能测试是最基本的实验项目。 光纤数字线路系统包括光端机、光中继机和光纤线路等，其性能参数包括设备和系统光接口参数和电接口传输性能，光接口参数主要是光设备光接口参数、光通道（光纤线路）传输特性，电接口传输性能主要包括误码性能、定时性能和可用性等，需要测试的项目较多，涉及多种测试仪表和测试方法。本指导书重点介绍光纤线路接续和接续损耗的监测、光纤衰减测试实验、光接口参数测试和光纤数字传输系统的传输性能测试实验。 选做实验的指导书另行编写。
实验一光纤接续和监测 1 实验二光纤衰减测试 3 实验三光接口参数测试 5 实验四电接口传输性能测试10 实验五SDH设备认识17 实验六SDH网络管理系统及操作19
实验一 光纤的接续和监测 一． 试验目的 掌握光纤接续原理 掌握光纤接续损耗的测试原理 学习使用熔接机和了解光纤接续过程 二．试验原理 光纤接续的常用方法有热熔法和冷接法等，热熔法的主要步骤如下：连接光纤端面的制备，端面的定位和对准，熔接。 光纤接续损耗A s 的定义为 t r s p p A lg 10?= （dB ） 式中 p t 为发射光纤发出的光功率，W p r 为接收光纤接收的光功率，W 监测光纤接续损耗的方法有多种，如：光时域反射计(OTDR)监测和四功率法测试等，目前都采用光时域反射计监测法，其测试系统原理土如图1.1所示。 测试时OTDR 发出测试光脉冲，并测得连接光纤的背向色散曲线如图1.2所示，根据所得曲线设置五个测试点（即采用五点法）即得到接续损耗值。 三． 试验仪器和设备 1.TYPE35SE 光纤熔接机， 1台 2.光时域反射计， 1台 3.光纤， 2盘，2Km/盘 四． 测试步骤
光纤通信波分复用系统的研究与设计
武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文） 光纤通信波分复用系统的研究与设计 Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 学生姓名谭辉 学号1030210221 专业班级通信技术1002（光纤通信方向） 指导教师陈义华 2013年5月
作者声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。 特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： ____年___月___日
摘要 20世纪90年代以来光纤通信得到了迅速的发展，光纤通信中的新技术也在不断涌现，其中波分复用技术就是光纤通信中重要的技术之一。波分复用(WDM)是在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。 本文首先介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和发展状况，其中重点介绍了稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点及其应用。其次深入分析了波分复用技术的基本原理与基本结构，同时深入分析了WDM系统的基本形式和主要特点及存在的问题，最后对现在的WDM的发展方向和前景做了进一步的探讨。 关键词：光纤通信；波分复用；技术研究
光纤通信系统设计实例
光纤通信系统设计 1 概述 图 1.1 标准光纤通信系统架构 2 模拟系统设计 光纤系统中，各组件的累加损耗应足够低以符合探测器的阈值要求。模拟系统中，充足的功率意味着高SNR，另外，组件的组合应该提供足够的带宽以通过较高的调制频率，因此，应对单个器件的损耗和带宽进行分析，并计算整个系统的功率分配和带宽预算。 2.1 系统规格 2.1.1 初始方案 以设计简单的点对点视频系统为例，电视广播信号的带宽为6MHz，要求SNR为50dB。 表2.1 系统方案一：窄带宽和低功率 Carrier Source LED0.8-0.9um Information Channel MMF (SI or GRIN) Detector PIN-PD 表2.2 系统方案二：高带宽和高功率 Carrier Source LD 1.3um Information Channel SMF Detector APD 2.1.2 负载电阻计算 已知PIN-PD的电容和传输带宽，根据方程 求得负载电阻
取近似值，计算得为6.24MHz。 2.2 功率预算 2.2.1 平均光功率计算 标准的SNR方程是 由于使用PIN-PD作为光电探测器，假设系统是热噪声限系统，调制系数m为100%，SNR方程简化为 由于放大器噪声的存在，将实际温度T替换为等效噪声温度，假设环境温度T为300K，放大器噪声系数F为2，则，又已知PD响应率为，计算平均光功率P为 取P近似值为。 2.2.2 平均光电流计算 根据平均光功率P为，计算得PIN-PD的平均光电流，远大于暗电流（几个纳安），因此系统中暗电流的影响可以忽略，计算热噪声电流均方值 散粒噪声电流均方值 可以得到，热噪声功率是散粒噪声功率的近7倍，符合最开始采用热噪声限模型的假设。 预测平均光电流为时，并没有驱动探测器进入非线性区，最大饱和电流等于偏置电压与负载电阻的比值，使用5V偏压时，最大允许电流为（或），远远大于，系统不存在饱和问题。 2.2.3 详细方案 光源SE LED SI MMF
光纤通信系统总体设计的一些考虑
光纤通信系统总体设计的一些考虑 内蒙古铁通通信工程公司 师林 摘 要：当设计一个光纤通信系统（例如一个数字段）时，首先要弄清所设计系统的整体情况，它所处的地理位置，当前和未来3～5年内对容量的要求，ITU—T的各项建议及系统的各项性能指标，以及当前设备和技术的成熟程度等。在弄清楚情况的基础上，对下述问题进行具体的考虑和设计。 关键词：光纤通信系统，总体设计。 一、选择路由，设置局站 对于一个需要设计的系统，首先要在两个终端站之间选择最合理的路由、设置中继站（或转接站和分路站）。选择路由一般以直、近为依据，同时应考虑不同级别线路（例如一级干线和二级干线）的配合，以达到最高的线路利用效率和覆盖面积。 中间站的设置（中继站、转接站和分路站）既要考虑上下话路的需要，又要考虑信号放大再生的需要。由于光纤通道的衰减和色散使传输距离受限，需要在适当的距离上设置光再生器以恢复信号的幅度和波形，从而实现长距离传输的目的。 传统的O/E/O实再生器具有所谓的3R功能，即再整形（Reshaping）、再定时（Retiming）和再生（Regenerating）功能。这种再生器相当于光接收机和光发射机的组合，设备较复杂，成本很高，耗电也大。目前，在1.55μm波段运行的系统，已普遍采用掺铒光纤放大器（EDFA）代替传统的O/E/O再生器。虽然国际上也在研究具备3R功能的EDFA，但目前实用的EDFA只具备光放大的功能。因此，对高速率、长距离光纤通信系统，当使用级联EDFA时，须考虑对色散的补偿和对放大的自发辐射（ASE）噪声的抑制。 二、确定系统的制式、速率 20世纪90年代中期，SDH设备已经成熟并在通信网中大量使用，考虑到SDH设备良好的兼容性和组网的灵活性，新建设的长途干线和大城市的市话通信一般都应选择SDH设备，长途干线已采用STM－16、多路波分复用的2.5Gbit/s系统、甚至10Gbit/s系统。 对于农话线路，为了节省投资，也可采用速率为34Mbit/s，140 Mbit/s的PDH系统。 三、光纤选型 目前可选择的光纤类型有G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤及大有效面积光纤。G.652光纤是目前已大量敷设。在1.3μm波段性能最佳的单模光纤，该光纤设计简单、工艺成熟、成本底。但这种光纤工作在1.55μm波段时，有＋17ps/km﹒nm左右的色散， 109
(通信企业管理)第章_光纤通信系统的设计精编
（通信企业管理）第章_光纤通信系统的设计
第7章光纤通信系统 于前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件。于这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来见，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信于计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不壹样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有壹全面了解。 6.1设计原则 6.1.1工程设计和系统设计 光纤通信系统的设计包括俩方面的内容：工程设计和系统设计。 工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路敷设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、
光纤通信毕业设计(论文)
学位论文 基于光纤通信实验平台的计算机数据传输实现 作者姓名： 学科专业： 学号： 指导教师： 完成日期：
诚信申明 本人申明： 本人所提交的毕业设计（论文）《基于光纤通信实验平台的计算机数据传输实现》的所有材料是本人在指导教师指导下独立研究、写作、完成的成果，设计（论文）中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在设计（论文）中加以说明；有关教师、同学和其他人员对我的设计（论文）的写作、修订提出过并为我在设计（论文）中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。 本设计（论文）和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 特此申明。 本人签名： 年月日
基于光纤通信实验平台的计算机数据传输实现 摘要 随着计算机技术和光纤通信技术各自的进步，以及社会对于将计算机结成网络以实现资源共享的要求日益增长，计算机技术与光纤通信技术也已紧密地结合起来，成为了社会的强大物质技术基础。现代社会，计算机光纤通信已经越来越多地应用到了社区及办公局域网中。 光纤通信系统最重要的部分是光发射机、信道和光接受机三个模块。串口通信的关键是电路和通信协议。在实验室条件下，虽然串口的通信速度不高，但是用作实验研究计算机之间的光纤通信的工具已经足够。因此，本设计选定串口作为通信口，设计了光线通信系统的部分重要电路，并着重编写了一个用来调试和监控串口工作状态的串口调试工具。最后在实际的实验电路中验证了系统的合理性。 关键词：光纤通信技术，计算机通信技术，接口技术，RS-232
The realization of computer data exchange based on optical fiber communication experimental platform ABSTRACT With the development of Computer Technology and Optical-fiber Communication Technology and the great need of computer net working and sharing resources, these two techs have dynamically combined together and become the vital material fundamental of the society. In modern times, computer-optical-fiber communication is widely applied into the local area network of communities and offices. The most important modules of an Optical-fiber Communication System are optical transmitter, tunnel and optical receiver. And the key to Serial Port Communication is the circuits and protocols. Though the speed of serial port is not fast, it’s still enough for experimental research. So this design chose serial port as the communication port, and we designed the key circuits of those three modules, and then focused on programming software which would debug and monitor the serial port in VB language. At last verified the system in real circuits. Key words: Optical-fiber communication tech, computer communication tech, Interface technology, RS-232
光纤通信系统与网络试卷及答案教学提纲
光纤通信系统与网络试卷及答案
浙江师范大学《光纤通信》考试卷 （2013----2014 学年第一学期） 考试形式闭卷使用学生 sample 考试时间120分钟出卷时间2013年12月27日 说明：考生应将全部答案都写在答题纸上，否则作无效处理。 一、选择题（10％） 1 半导体光源中，由以下哪个电路模块解决其对温度变化敏感的问题（B） A.APC B.ATC C.过流保护 D.时钟控制 2 ECL激光器是利用以下哪个器件对工作波长进行选择。（A） A.光栅 B.棱镜 C.透镜 D.波导 3 STM-16的标准速率为（C） A.155Mb/s B.622Mb/s C. 2.5Gb/s D.10Gb/s
4.下列哪些指标是系统可靠性指标（D） A.HRDL B.HRDS C.BER D.MTTR 5如果原始码序列为100010001，采用3B1P奇校验进行编码，则变换后的码序列为（C） A.100101010010 B.100101000010 C.100001000010 D.1000100010 二、是非判断题(28％) 1.由于LED具有阈值电流，所以不适合模拟调制 2.光纤通信系统的带宽主要由其色散所限制 3.光纤通信系统所采用的波长的发展趋势是向短波方向转移的 4.激光是光纤通信系统所采用的主要光源 5.在通信中，我们通常使用弱导光纤 6.本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体 7.光纤的数值孔径越大，集光能力越强，所以在通信中我们采用大数值孔 径光纤 8.在光纤中，比光波长大的多的粒子引起的散射称为瑞利散射 9.光电效应产生的条件是入射波长大于截止波长 10.SRS现象总是由于光信号和介质中的声子相作用产生 11.OXC节点和OADM节点是全光网中的核心节点
基于光纤通信系统的光接收机前端电路的设计毕业设计
本科毕业设计（论文）
南通大学毕业设计（论文） 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 本论文使用授权说明 本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 学生签名：指导教师签名：日期： 2
摘要 随着通信技术产业的迅速发展，光纤通信由于其频带宽、容量大、损耗低、抗辐射等诸多优点成为高速通信系统研究热点。光接收机在整个光纤通信系统中占有重要地位，而前置放大器和限幅放大器是构成光接收机的两个关键电路，所以它们的性能在很大程度上决定了光接收机甚至是光纤通信系统的性能。 为了设计一个满足性能要求、结构简单的光接收机，我们对前置放大器和限幅放大器进行了详细的分析设计，利用电路仿真软件Pspice对跨阻型前置放大器进行了直流分析、交流分析和温度分析等。也对限幅放大器进行了单元电路的设计与仿真。通过对两种电路的分析设计，实现了高增益大带宽的放大目标，可以最大地消除寄生参量的影响，减小混合电路的组装环节，使集成电路的速度性能和可靠性得到显著的提高。 关键词：光接收机，前端放大电路，前置放大器，限幅放大器
ABSTRACT With the rapid development of communication technology industry, optical fiber communication have become the high-speed communications systems research focus because of its frequency bandwidth, large capacity, low loss, anti-radiation, and many other advantages.Optical receiver plays an important role in the optical communication systems, and the preamplifier and limiting amplifier is the two key circuits which constitute the optical receiver, so their performance largely determines the performance of the optical receiver and even the optical fiber communication systems. In order to design an optical receiver which meets the performance requirements and has a simple structure, we analyze and design the preamplifier and limiting amplifier in detail, and we use the circuit simulation software Pspice for transimpedance type preamplifier’s DC analysis, AC analysis and temperature analysis. We also design and simulate unit circuit of limiting amplifier.Through the analysis of the two circuit design, we achieve the amplified target of high gain and large bandwidth, it can eliminate the effects of parasitic parameters largely and reduce the assembly of hybrid circuits,so the speed performance and reliability of integrated circuits can be improved significantly. Keywords:Optical Receiver, Front-end Amplifier, Preamplifier, Limiting Amplifier
数字光纤通信系统课程设计
~~~~~~学院课程设计报告 课程名称：通信系统课程设计 院部：电气与信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间：2010 年12 月31日 报告成绩：
高速数字光纤通信系统的设计
目录 (3) 摘要 (4) 关键词 (4) Abstract (5) 第一章数字光纤通信系统的整体设计 (6) 1.1数字光纤通信系统的简介 (6) 1.2 数字光纤通信系统的基本设计思想 (7) 1.3 数字光纤通信系统设计的方案分析 (7) 第二章数字光纤通信系统的具体设计 (8) 2.1 A—E的工程分站设计 (8) 2.2 系统部件的选择 (8) 2.2.1光源的选择 (8) 2.2.2光纤的选择 (8) 2.2.3光电检测器的选择 (9) 2.2.4光接口规范的选择 (9) 2.3 应用代码的选择 (9) 2.4 衰耗预算 (10) 2.4.1无光放大器系统的衰耗预算 (10) 2.4.2带光放大器系统的衰耗预算 (10) 2.5色散预算 (11) 2.5.1码间干扰与频率啁啾的功率代价 (11) 2.5.2色散相关参数的确定 (12) 2.5.3色散的具体计算 (12) 第三章数字光纤通信系统设计结果 (14) 总结 (16) 参考文献 (17)
当今世界，计算机与通信技术高度结合，光纤通信有了长足发展。纵观当今电信的主要技术，光纤和广波的变革极大的提高着信息的传输。进入1993年以后，我国光纤通信已处于持续大反战时期。其特征是大量新技术，特别是网络技术、高速介质接入网（HMAV）光时分复用接入（OTMMA）和波分复用接入（WDMA）、光孤子（solition）、掺铒光纤放大器（EDFA）、SDH产品等开发实用实用化开展大量、深入研究工作。同时，各种专用光纤系统组成及其系统参数测量技术现状，无论是对光纤通信的业主、经销商，还是对光纤通信的广大用户都是重要的。 20世纪70年代末，光纤通信开始进入实用化阶段，各种各样的光纤通信系统如雨后春笋在世界各地建立起来，逐渐成为电信传送网的主要传送手段。近几年来，光纤通信中的各种新技术，新系统也日新月异地发展着，在全球信息高速公路建设中扮演重要角色。 光纤通信是以光波为载波，光纤为传输媒介的通信方式。本次课程设计论文主要介绍光纤系统的基本组成，性能指标，还要对损耗和色散进行预算，用最坏值设计方法来设计高速数字光纤系统。 关键词：光纤通信系统、光纤、损耗、色散、光缆
空间光通信技术简介
空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。
毕业设计100光纤通信+课程设计报告
课程设计报告 课程名称光纤通信 课题名称通信系统综合实验 一、设计内容与设计要求 1、设计内容 1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现 2）多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现3）*多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现 2、设计目的 掌握变速率时分复用的原理、实现方法； 学习并掌握计算机RS232通信技术； 掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用； 实现数字和语音同时通信。 3、实验仪器与设备 1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。 3.波分复用器2个。 4.电话2部。 I
5.FC/FC光纤跳线2根。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。 7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。 8.摄像头1个。 9.监视器1个（或用电话代替）。 4、设计原理 《多路数据＋多路电话光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法； 《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识； 《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。 5、设计要求 掌握结构化系统设计的主体思想，以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能，并按要求测试相关参数、波形等实验数据，以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。 (1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。 (2)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。并用A4纸打印并装订； II
第6章 光纤通信系统的设计
第6章光纤通信系统的设计 在前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件。在这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来看，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信在计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不一样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有一全面了解。 6.1 设计原则 6.1.1 工程设计与系统设计 光纤通信系统的设计包括两方面的内容：工程设计和系统设计。 工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路敷设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、系统结构和传输体制等。 例如，目前在骨干网和城域网中普遍选择同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)作为系统制式，在设计SDH体制的光纤通信系统时，首先要掌握其标准和规范，SDH的传输速率分为STM-1(155.52Mb/s)、STM-4(622.08Mb/s)、STM-16(2.5Gb/s)和STM-64(10Gb/s)等四个级别。ITU-T对每个级别（STM-64正在研究中）所使用的工作波长范围、光纤通道特性、光发射机和接收机的特性都作了规定，并对其应用给出了分类代码，表6.1给出了STM-1标准光接口的主要指标，其中应用分类代码中的符号I表示距离不超过2km的局内应用，S表示距离在15km的局间短距离应用，L表示距离在40～80km的局间长距离应用，符号后的数字表示STM的速率等级和工作波长（1310nm）。 又例，对于局域网(LAN)的设计，IEEE、TIA/EIA等组织也有相关的标准，见表6.2，对数据速率、波长作了规定。表6.3表示了波长范围以及相应技术的要求。对于数据速率为10Mbit/s或100Mbit/s的LAN系统，其光缆的长度可以查阅IEEE802.3u和TIA/EIA568A标准。表6.4为其建议的最大光缆长度。 虽然光纤通信系统的形式多样，但在设计时，不管是否有有成熟的标准可循，以下几点是必须考虑的：①传输距离。②数据速率或信道带宽。③误码率（数字系统）或载噪比和非线性失真（模拟系统）。在作过相关的分析后，我们要决定：是采用多模光纤还是单模光纤，并涉及到纤芯尺寸、折射率剖面、带宽或色散、损耗、数值孔径或模场直径等参数的选取；是采用LED还是LD光源，涉及到波长、谱线宽度、输出功率、有效辐射区、发射方向图、发射模式数量等指标的确定；是采用PIN还是APD接收器，它涉及到响应度、工作波长、
光纤通信系统的原理与分析
光纤通信论文 光纤通信论文 光纤通信系统工程设计 摘要 根据课堂所学内容的原理，这次我们设计的任务是34MB/S光纤通信系统工程,具体设计是从实训楼D339到数学A楼弱电间之间开通一套34MB光纤系统。 要求设计当中要选择合适的路线，并计算总长度以及光纤的长度、光纤的使用芯数，而且要选择合适的光纤、光缆和光端机。并写出具体的实施及方案、工程造价、光通路保护、光端机安装后的系统调测，并说明如何对工程施工质量进行控制。 目录 前言 (1) 第1章概论 (2) 1.1 光纤通信发展的历史 (2) 1.2光纤通信发展的现状 (2) 1.3光纤通信的发展趁势 (3) 第2章光通信系统 (5) 2.1 光纤的介绍 (5) 2.1.1光纤概念 (5) 2.1.2光纤传输原理分析 (5) 2.1.3光纤的传输特性 (5)
2.1.4光纤的型号介绍 (7) 2.2光缆的介绍 (8) 2.2.1光缆历史 (8) 2.2.2光缆的种类 (8) 2.2.3光缆网是信息高速路的基石 (9) 2.3光端机的介绍 (9) 2.3.1模拟光端机 (10) 2.3.2数字光端机 (10) 2.4光纤通信的介绍 (11) 2.5光纤通信技术与产业发展中几个值得思考的问题 (11) 2.5.1积极创新开发具有自主知识产权的新技术 (12) 2.5.2开发具有先进技术水平、与使用环境、施工技术相配套的新产品 (12) 第3章材料选择 (13) 3.1距离测量 (13) 3.2光纤、光缆选择 (13) 3.3光端机选择 (14) 第4章具体的实施及方案 (17) 4.1光缆线路的施工程序 (17) 4.2光缆的直埋敷设 (18) 4.3 用光纤将发送与接收连接 (18) 第5章光通路保护 (19) 第6章光端机安装后的系统调测 (21) 6.1光发送机参数测试 (21)
OptiSystem仿真实例
OptiSystem 仿真实例 目录 1光发送机（Optical Transmitters）设计 1.1光发送机简介 1.2光发送机设计模型案例：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器的啁啾（Chirp） 分析 2光接收机（Optical Receivers）设计 2.1光接收机简介 2.2光接收机设计模型案例：PIN光电二极管的噪声分析 3光纤（Optical Fiber）系统设计 3.1光纤简介 3.2光纤设计模型案例：自相位调制（SPM）导致脉冲展宽分析 4光放大器（Optical Amplifiers）设计 4.1光放大器简介 4.2光放大器设计模型案例：EDFA的增益优化 5光波分复用系统（WDM Systems）设计 5.1光波分复用系统简介 5.2光波分复用系统使用OptiSystem设计模型案例：阵列波导光栅波分复用器（AWG ） 的设计分析 6光波系统（Lightwave Systems）设计 6.1 光波系统简介 6.2 光波系统使用OptiSystem设计模型案例：40G单模光纤的单信道传输系统设计 7色散补偿（Dispersion Compensation）设计 8.1 色散简介 8.2 色散补偿模型设计案例：使用理想色散补偿元件的色散补偿分析 8孤子和孤子系统（Soliton Systems） 9.1 孤子和孤子系统简介 9.2 孤子系统模型设计案例： 9结语
1 光发送机（Optical Transmitters ）设计 1.1 光发送机简介 一个基本的光通讯系统主要由三个部分构成，如下图1.1所示： 作为一个完整的光通讯系统，光发送机是它的一个重要组成部分，它的作用是将电信号转变为光信号，并有效地把光信号送入传输光纤。光发送机的核心是光源及其驱动电路。现在广泛应用的有两种半导体光源：发光二级管（LED ）和激光二级管（LD ）。其中LED 输出的是非相干光，频谱宽，入纤功率小，调制速率低；而LD 是相干光输出，频谱窄，入纤功率大、调制速率高。前者适宜于短距离低速系统，后者适宜于长距离高速系统。 一般光发送机由以下三个部分组成： 1) 光源（Optical Source ）：一般为LED 和LD 。 2) 脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator ）：提供数字量或模拟量的电信号。 3) 光调制器（Optical Modulator ）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以 光源和调制器的关系来看，可划分为光源的内调制和光源的外调制。采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。 图1.2为一个基本的外调制激光发射机结构：在该结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator 模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ 脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator 转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder 调制器，通过电光 图1.1 光通讯系统的基本构成 1）光发送机 2） 传输信道 3）光接收机 图2 外调制激光发射机