强度调制直接检测（IM-DD）光纤通信系统的调制方式

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基本结构

20世纪70年代以来，光纤通信开始进入实用阶段。 各种光纤通信系统在世界各地如雨后春笋般涌现，并逐渐成为电信传输网络的主要传输方式。 光纤通信的各种新技术、新系统发展较快，在全球信息高速公路建设热潮中发挥着重要作用。 最常用的方法是强度调制直接检测（IM-DD）光纤通信系统。 强度调制直接检测（IM-DD光纤通信系统是数字光通信系统最常用的方法。基本结构包括PCM终端、输入接口、光发射机、光纤线路、光中继器、光接收机、输出接口等。

IM-DD（强度调制直接检测）光传输系统在成本、可靠性等方面具有显着优势，在传统的高速、长距离光通信系统中得到了广泛的应用。 随着高速城域和接入光传输的需求不断增长，基于IM-DD的光通信技术在城域、接入等领域的应用潜力更加明显。

IM-DD 两种调制方式广播

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IM-DD系统是发送端利用信号对光载波强度进行调制，接收端利用检测器直接检测光信号的光纤通信系统。 具体实现方式有两种——外调制和内调制。

内部调制适用于半导体光源（LD、LED）。 它将要传输的信息转换成电流信号并注入光源装置。 经过电光转换后，得到相应的光信号输出。 输出光波幅度与调制信号成正比且呈线性关系。 根据调制信号的形式，内部调制可分为模拟调制和数字调制。 模拟调制直接使用连续的模拟信号（如语音或视频信号）来调制光源； 数字是指 PCM 编码调制。 首先，使用连续的模拟信号来调制光源。 将变化的模拟信号通过采样、量化和编码转换成一组二进制脉冲码来表示信号，实现调制。 可见，内调制方式本质上是电场中的调制方式，系统受到电调制速率的限制。

当光纤通信向大容量、高速率发展时，内调制已不能满足要求，必须采用外调制。 外调制是在光源外对光源发出的光载波进行调制，即利用晶体的电光、磁光和声光效应来调制光波。 具体实现方法为：在激光器输出的光路上放置光调制器，向调制器施加调制电压，从而对经过调制器的光载波进行调制。 对于光调制器，可以使用铌酸锂调制器、电吸收调制器或III-V族干涉调制器。 由于外调制对光载波进行调制，因此不仅可以调制光强，还可以对相位、偏振和波长进行调制，一般用于高速、大容量的光孤子系统或相干系统中[1] 。

IM-DD直接检测广播

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将直接检测与外差接收检测进行比较。 它是指用探测器直接检测光信号，不经过任何变换，将其转换为电信号。 该信号通常非常微弱，需要首先放大和再生。 如果原始信号是模拟信号，则仅需要滤波器进行再生。 如果是数字信号，则必须添加判断、时钟提取和自动增益控制等电路。

IM-DD数字光纤广播通信系统

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光纤传输系统是数字通信的理想通道。 与模拟通信相比，数字通信具有灵敏度高、传输质量好等优点。 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。

在光纤通信系统中，光纤中传输的二进制光脉冲“0”码和“1”码是由二进制数字信号对光源进行开关调制而产生的。 对连续变化的模拟信号进行采样、量化和编码产生数字信号，称为PCM（pulse code），即脉冲编码调制。 该数字电信号称为数字基带信号，由 PCM 电端子生成。

数字光纤通信系统一般采用强度调制和直接检测，即IM-DD。 它由三部分组成，即光发射机、光接收机和光纤线路。 每个部分都涉及许多光电器件，因此链路设计是一项复杂的任务。

IM-DD数字光纤通信系统广播基本要求

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IM-DD光纤通信系统的基本要求如下：

(1) 预期传输距离

(2) 信道带宽或码率

(3)系统性能（误码率、信噪比）

为了满足这些要求，需要考虑以下一些要素：

光纤：需要考虑选择单模光纤还是多模光纤。 需要考虑的设计参数有：光纤纤芯尺寸、纤芯折射率分布、光纤带宽或色散特性以及衰减特性。

光源：可采用LED或LD。 光源装置的参数包括发射功率、发射波长、发射光谱宽度、图案等。

探测器：可采用PIN元件或APD元件。 主要器件参数包括工作波长、响应度、接收灵敏度、响应时间等[2]。

数字光纤通信广播的基本组成

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(1)光发射机

光发射机是实现电/光转换的光收发器。 它由光源、驱动器和调制器组成。 其作用是用电端子发出的电信号调制光源发出的光波，成为调制光波，然后将调制光信号耦合到光纤或光缆上进行传输。 终端是一种传统的电子通信设备。

(2)光接收器

光接收机是实现光/电转换的光收发器。 它由光电探测器和光电放大器组成。 其作用是通过光电探测器将光纤或光缆传输来的光信号转换为电信号，然后通过放大器电路将微弱的电信号放大到足够的电平，发送到接收端的电端子。

(3)光纤或光缆

光纤或光缆构成光的传输路径。 其作用是将发送端的调光信号通过光纤或光缆远距离传输后耦合到接收端的光探测器，完成传输信息的任务。

(4) 中继器

该中继器由光电探测器、光源和判决再生电路组成。 它有两个作用：一是补偿光信号在光纤中传输时的衰减；二是补偿光信号在光纤中传输时的衰减。 二是整形脉冲波形的近线失真。

(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到光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，光纤的拉制长度也受到限制（如1Km）。 因此，光纤线路在连接多条光纤时可能会出现问题。 因此，光纤之间的连接、光纤与光终端之间的连接和耦合对于光纤连接器、耦合器等无源器件的使用来说是必不可少的。