[科普中国]-光再生中继器

定义

光再生中继器是一种用来接收光数字信号并能按规定要求再生光数字信号的光纤中继器，在设计光再生中继器时应该要满足性能稳定、可靠性高、工作寿命长、功能完善、维护方便、成本合理。

在长途光纤通信线路中，为了使发送出去的脉冲在接收端能够正确的被判决，应当在适当的传输间隔内设置再生中继器。传统数字光纤通信中的再生中继器是光电检测器、放大器（包括前置放大和主放大）、均衡器、判决再生电路、光源与驱动电路、APC和AGC电路等组成的所谓光/电/光中继器，其基本功能是均衡放大、时钟提取和识别再生。取这三个功能的英文字头，统称为“3R”功能。把因衰减和失真而恶化的脉冲放大到能够判决的程度的过程称为均衡放大；把设定判决时刻的过程称为时钟提取；把测定波形的幅度，并当其值超过某判决电平时就产生脉冲的过程称为识别再生。经再生后的输出脉冲，完全消除了附加的噪声和畸变，即使在线路中由多个中继器组成的系统中，再生和畸变也不会积累，这就是数字通信长距离传输时的优点。另外，一种直接可对光信号进行放大的掺铒光纤放大器（EDFA）已广泛应用在WDM系统中，它可以作为IR继中器（仅放大）来代替上述再生中继器构成全光通信系统；或应用在超长距离、高速光通信系统中，并可与传统3R中继器构成混合中继方式，简化系统结构，降低成本1。

作用在光纤传输线路上，除有光缆外，还有线路的中间设备，即光再生中继器。由于光纤的固有吸收和散射，会造成光能量的衰减。同时光纤在模式、材料和结构上的色散，会使信号脉冲产生展宽畸变，从而增加传输线路的噪声和误码，使信息传输质量降低、距离缩短。因而在长距离光纤传输系统中，每隔一定距离需设置一个再生中继器2。

光再生中继器的功能是补偿光能的衰减，恢复信号脉冲的形状。采用光-电-光的转换方式，即先将接收光纤的已衰减光信号用光电检测器接收，经放大和定时再恢复原来数字电信号，再对光源进行驱动，产生光信号送入光纤2。

构成光端机是产生和发送光波、检测和接收光波的设备，由光发送机和光接收机组成，其主要作用是进行电/光及光/电的转换，还包括一些信号变换和处理电路以及为使系统稳定工作而设的自动控制电路和监测电路。光再生中继器除了没有接口设备和码型变换以及控制设备以外，其他部件与光端机相同。

光发送机1.光发送机的作用

光发送机的作用是将电信号转换为光信号，将光信号射入光纤。其核心器件是将电信号转换为光信号的器件：发光二极管（LED）和激光二极管（LD）3。

2.对发送机的要求是：

（1）有合适的输出光功率。光发送机的输出功率是指耦合进光纤的功率，又称为入纤功率。光源应有合适的光功率输出，一般为0.01~5mW3。

（2）有较好的消光比（EXT）。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。一般要求EXT不小于10dB3。

（3）调制特性好，所谓调制特性是指待传输的电信号与光功率之间有较好的线性关系。即光源的P-I曲线在使用的范围内线性特性好，否则在调制后将产生非线性失真3。

除此之外，还要求电路简单、成本低、稳定性好和光源的寿命长等3。

3.光发送机的构成

数字光发送机的基本组成包括：均衡放大、复用、扰码、时钟提取、光源及光源的调制电路、光源的控制电路（ATC和APC）、光源的监测和保护电路等3。

（1）均衡放大：来自电端机的信号首先经过均衡放大电路，简称均放。其作用是补偿由电缆传输所造成的衰减和畸变。

（2）复用（又称为复接）：将多个低速信号复用到一个高速通道上传输，并加入开销消息，以提高信道的利用率和对设备的监控和管理。复用的方式有PDH准同步数字体系和SDH同步数字体系。

（3）扰码：有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，使信号达到“0”、“1”等概率出现，利于时钟提取。

（4）时钟提取提取数字码流中的时钟信号，供给其他电路使用。

（5）调制（驱动）电路：完成电/光转换。经过扰码后的数字信号对光源进行调制。使光源发出的光信号随电信号码流变化，形成相应的光脉冲送入光纤。依据光源不同调制电路的结构和原理不同。它是发送机的核心电路。

（6）光源：产生作为光载波的信号。用于光纤通信的光源主要是发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。

（7）温度控制和功率控制：LD器件对温度比较敏感，温度和老化的作用使输出光功率发生变化，影响了光通信的质量，因此，设有自动温度控制电路（ATC）和自动功率控制电路（APC），稳定LD的工作温度和输出的平均光功率。

（8）其它保护、监测电路：用于对光源的保护与维修的电路。如光源过流保护电路、无光告警电路、LD偏流（寿命）告警电路等3。

光源的调制按照调制信号的形式，光调制可分为两大类：模拟调制和数字调制。模拟调制又有两类：一类是用模拟基带信号对光源进行强度调制；另一类是采用连续或脉冲的射频波作为副载波，模拟基带信号先对它的幅度、频率或相位等进行调制，再用该受调制的副载波对光源进行强度调制。按照调制方式与光源的关系来分，光调制又可分为直接调制和间接调制两种。

（1）直接调制

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，即直接调制半导体激光器的注入电流。直接调制是光纤通信中最常用的通信方式，又称为内调制。直接调制方式原理简单、实现方便，在光纤通信系统中得到最广泛的应用。然而由于光源的发光及调制都集中在PN结区完成，使载流子和光子的作用关系变的更加复杂。调制的瞬态变化会影响到谐振腔的振荡性能，引起明显的动态光谱展宽4。

（2）间接调制

间接调制是利用晶体的电光效应、磁光效应和声光效应等性质来实现对激光辐射的调制。这种调制方式适应于各种类型的激光光源4。

间接调制与直接调制的本质区别在于光源的发光和调制功能是分离进行的，即在激光形成以后才加载调制信号，两者只有光路的连接而没有电路之间的互相影响，因此，不会因为调制而影响到激光器的工作4。

光接收机1.分类

光接收机分为模拟光接收机和数字光接收机两种。模拟光接收机主要用于接收模拟信号，如光纤CATV信号。当前的通信系统大多采用数字信号，因而主要用的是数字光接收机5。

2.组成

光接收机可以分为以下三部分：

（1）光检测器和前置放大器合起来称为接收机前段；

（2）主放大器、均衡滤波器和自动增益控制组成的线性通道；

（3）判决器、译码器和时钟恢复组成光接收机的时钟提取与数据再生部分5。

结构要求关于光再生中继器的结构要求视安装地点而不同。

（1）安装于机房的光再生中继器在结构上应与机房原有的光传输设备配套。供电电源种类，引出线端子设置，设备工作环境要求也应统一2。

（2）埋设于地下人孔和架空线路上的无人维护光再生中继器要求箱体密封、防水、防腐蚀等。光中继器应有远供接收设备、遥测、遥控等性能，还有能和有人维护站进行业务联络的功能。应能满足无人维护的要求。

如果光再生中继器在直埋状态下，则要求更严格2。

现在，工程中应用的光再生中继器采用集成结构的光收发模块，并能监控纳入网格管理系统，其结构简单、维护方便2。