数字光接收机的研究与设计

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1、数字光接收机的研究与设计第1章绪论光纤通信是通信领域的重大技术革命，光纤通信以其独特的优越性，已成为现代通信发展的主流方向。没有光纤通信，就没有今天国际互联网的巨大规模，现代信息社会的发展也就不可能这样快速。而对光纤通信系统中的重要组成部分——数字光接收机的研究与设计也显得非常有意义。1.1光纤通信的概念各种电信号对光波进行调制后，通过光纤进行传输的通信方式，称为光纤通信。光纤通信不同于有线电通信，后者是利用金属媒体传输信号，光纤通信则是利用透明的光纤传输光波。虽然光和电都是电磁波，但频率范围相差很大。一般通信电缆

2、最高使用频率约9-24兆赫(106Hz)，光纤工作频率在1014-1015Hz之间。1.2光纤通信的发展1.2.1光纤通信发展的历史和现状1966年，英籍华裔学者高锟博士(K.C.Kao)在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章——《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析和证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波导结(即阶跃光纤)。更重要的是他科学地预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能

3、制造用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在1000dB/km以上。制造衰耗在20dB/km以下的光纤，被认为是可望不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆预言的正确性，所以这篇文章被誉为光纤通信的里程碑。1970年，美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学汽相沉淀法(MCVD法)制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。45数字光接收机的研究与设计从光纤的衰耗看，1970年是20dB/km，1972是4dB/km，1974年是1.1dB/km，1976年

4、是0.5dB/km，1979年是0.2dB/km，1990年是0.14dB/km，已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。从光器件看，1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器(DFB)以及多量子阱激光器(MQW)。光接收机器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达90%的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光二极管APD。1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个

5、实用化光纤通信系统，码率为45Mbit/s，中继距离为10km。1980年，多模光纤通信系统商用化(140Mbit/s)，并着手单模光纤通信系统的现场实验工作。1990年，单模光纤通信系统进入商用化阶段(565Mbit/s)，并开始进行零色散移位光纤和波分复用及相干通信的现场试验，而且陆续制定出数字同步体系(SDH)的技术标准。1993年，SDH产品开始商用化(622Mbit/s以下)。1995年，2.5Gbit/s的SDH产品进入商用化阶段。1996年，10Gbit/s的SDH产品进入商用化阶段。1997年，采用

6、波分复用技术(WDM)的20Gbit/s和40Gbit/s的SDH产品试验取得重大突破。此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也正在取得巨大进展。1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm发展到1.31μm和1.55μm，传输速率从几十兆比特每秒发展到几十吉比特每秒。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大：从初期的市话局间中继到长途干线，进一步延伸

7、到用户接入网，从数字电话到有线电视(CATV)，从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。1.2.2光纤通信的发展方向光纤通信的潜力是巨大的，目前的光纤通信应用水平据分析仅仅是其能力的1%～2%左右。光纤通信作为现代通信的主要支柱之一，在现代通信网中起着重要的作用。光纤通信具有以下几个发展趋势：45数字光接收机的研究与设计1.波分复用技术(WDM)2.相干光通信3.超长波长光纤通信4.光集成技术5.光孤子通信6.实现超大容量通信的近期趋

8、势(1)时分复用(TDM)(2)波分复用(WDM)(3)光时分复用(OTDM)(4)光放大技术(5)色散补偿技术1.3光纤通信的特点光纤通信之所以发展迅猛，主要源于它具有以下特点：(1)通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。