光纤通信原理与系统_《通讯原理》基本内容_通信信号处理技术(2)

负载电阻上的输出电压峰值 U m 可利用图中阴影线三角形 MHQ 的数值关系计算。其中：Um ?在图中线段 MH 上有电流关系：Im GL ? Gb(3)I m ? SE Em ? GU m负载电阻 RL 上的输出功率 PL 为：(4)PL ?S E Em GL [ ]2 2 Gb ? GL ? G(5)3最大功率输出条件的直流偏置电阻 Rb 0 和电源电压 U b 可用解析法计算如下：

静态工作点的电流值：IQ ? (Ub ? UQ )Gb解得：(6)UQ ?GbU b ? S E E0 G ? Gb(7)其中，在电压轴上工作点 Q 处的电压 U Q 为：U Q ? U m0 ? U M ?故可计算出直流偏置电阻 Rb 0 为：S E Em ?UM 2(G ? Gb )(8)Rb 0 ?2(U b ? U M ) S E ( Em ? 2 E0 ) ? 2GU m(9)2.2 光纤通信原理光纤通信是通信技术与光电技术的结合，它涉及了光在光纤波导中传输的方式及信号传 输时遵守的协议。2.2.1 光纤波导原理光纤是由两层光学性质不同的材料组成，当光线以临界角由光密介质入射到光疏介质 时，会发生全反射现象，而光纤通信就是利用光信号在光纤中以全反射的方式不断向前传输 的。光是一种电磁波，它满足麦克斯韦方程组的解，其中每一特解能代表一种独立的电磁波 分布，即一种模式。由麦克斯韦方程导出的电场波动方程的解如下：E( ? ,? , z, t ) ? E( ? ,? )e j ( wt ?? z )(10)其中， E ( ? , ? ) 为幅度因子， ? 为电磁波在 Z 方向传播的速度，不同的 ? 值就代表不同的模 式。2.2.2 信号传输原理由于基带信号中包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道不能传输低频 或者直流的信号。因此，必须先对信号进行调制。当光线在光纤中传输时，经调制后，有光 脉冲相当于 1，没有光脉冲相当于 0。而在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，如果4传输速率过大就会出现严重的码间串扰问题，为了尽可能高地提高信道的利用率，可以尽量 地提高信噪比。由香农定理信道的极限传输速率 C 为：C ? Wl o g (? S / )b( s ) 1 N / 2其中 W 为带宽。

S / N 为信号的平均功率和噪声功率的比值。(11)3. 分析结果3.1. 光电转换的分析根据对光电信号输入电路的静态及动态计算，我们必须合理地选择电路的参数来提高电 路的稳定性。在静态计算中，当偏置电压 U b 不变时，对于同样的输入光通量 ?0 ? ?? ，负载 电阻的减小会增大输出信号电流，而使输出电压减小。同时就根据光通量的变化范围和输出 信号的幅度，来得到最大不失真输出电压，并保证其不高于器件最大工作电压。3.2. 信息传输的分析在信号开始传输之前，首先要对信号进行调制，这样不仅能够提高信号的传输量，而且 还能够减小信号传输过程中出现的干扰和噪声。同时，香农定理指出了只要在信息传输速率 低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种方法来实现无差错传输。这样就能致力 于寻找更加可靠的信号传输方法。4. 光纤通信的具体应用光纤具有带宽大，抗干扰能力强，传输速率高等特点。因此，它主要应用在高速的网络 通信中。

如由国际电子电气工程师协会提出的 IEEE802.3z 标准。

而对于传输速率高达 10Gb/s 的以太网来说，只有光纤才能够满足如此高的传输速率。因此光纤通信的发展趋势主要有以 下几种：

1. 向超高速系统的发展：

传统光纤通信的发展始终按照电的时分 复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高 4 倍， 传输每比特的成本大约下降 30％～ 40％：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。2. 向超大容量 WDM 系统的发展：

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