8光纤通信系统性能与设计详解

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1、18.1 光纤通信系统的概念8.2 数字光纤通信系统性能与测试8.3 单通道数字光纤通信系统结构与设计8.4 多通道数字光纤通信系统设计2n将一个用户的信息传送给另一个用户的全部设备及将一个用户的信息传送给另一个用户的全部设备及线路通称为通信系统。线路通称为通信系统。n最基本的光纤通信系统是由光发送机、光接收机、最基本的光纤通信系统是由光发送机、光接收机、光纤传输线路、光中继器和各种无源光器件组成的光纤传输线路、光中继器和各种无源光器件组成的信息传输系统。信息传输系统。n光纤通信系统的分类：光纤通信系统的分类：n根据所根据所使用的光波长使用的光波长、传输信号形式传输信号形式、传输光纤类传输光纤

2、类型型、信号的调制方式信号的调制方式、光接收方式光接收方式的不同，光纤通的不同，光纤通信系统可分成信系统可分成:8.1 8.1 光纤通信系统的概念光纤通信系统的概念3光纤通信系统可分成光纤通信系统可分成:分类方式分类方式类别类别特点特点按信号类型按信号类型数字光纤通信数字光纤通信抗干扰能力强，传输质量好抗干扰能力强，传输质量好模拟光纤通信模拟光纤通信对系统要求高，适用于图像传对系统要求高，适用于图像传输输按光波长（通道）个数按光波长（通道）个数单波长（通道）单波长（通道）技术难度小，应用成熟技术难度小，应用成熟多波长（多波长（WDMWDM）传输容量大，距离远传输容量大，距离远按调制方式按调制方

3、式直接强度调制直接强度调制IMIM技术成熟，成本低技术成熟，成本低外调制外调制高速传输，成本较高高速传输，成本较高按接收方式按接收方式直接检测直接检测DDDD技术成熟，成本低，效率高技术成熟，成本低，效率高相干调制相干调制CDCD灵敏度高，传输容量大，距离灵敏度高，传输容量大，距离远远按光纤特性按光纤特性多模光纤多模光纤MMFMMF采用采用850nm850nm波长，距离短波长，距离短单模光纤单模光纤SMFSMF采用采用1310/1550nm1310/1550nm波长，传波长，传输容量大，距离远输容量大，距离远4基本光纤通信系统结构基本光纤通信系统结构n光纤通信系统的主要组成光纤通信系统的主要组

4、成部分：n光发送部分：光源、驱动器和调制器光发送部分：光源、驱动器和调制器n光传输部分：光纤和光纤放大器（或中继器）光传输部分：光纤和光纤放大器（或中继器）n光接收部分：光电检测（波）器光接收部分：光电检测（波）器光接收电端机信号入信号出光发送光传输功率放大器线路放大器前置放大器光源光调制器光检测器电端机SMPI-SR基本光纤通信系统MPI-R点到点光纤通信系统结构（单向传输）点到点光纤通信系统结构（单向传输）n电端机：实现用户信号和适合信道传输的信号之间电端机：实现用户信号和适合信道传输的信号之间的转换。的转换。5基本光纤通信系统结构基本光纤通信系统结构n光纤通信系统的主要组成光纤通信系统的

5、主要组成部分：n光发送部分：光源、驱动器和调制器光发送部分：光源、驱动器和调制器n光传输部分：光纤和光纤放大器（或中继器）光传输部分：光纤和光纤放大器（或中继器）n光接收部分：光电检测（波）器光接收部分：光电检测（波）器光接收电端机信号入信号出光发送光传输功率放大器线路放大器前置放大器光源光调制器光检测器电端机SMPI-SR基本光纤通信系统MPI-R点到点光纤通信系统结构（单向传输）点到点光纤通信系统结构（单向传输）6基本光纤通信系统结构基本光纤通信系统结构n光发送部分：光源、驱动器、调制器n光源是发送部分的关键器件，光纤通信系统要求光源有一定的输出光功率，谱线宽度小、工作稳定可靠、寿命长。n

6、半导体注入式激光器(LD)和发光二极管(LED)n在短波段(800900nm)，常使用镓铝砷(GaAlAs)LD和LEDn在长波段(10001600nm)，常用铟镓砷磷(InGaAsP)LED7n调制技术：直接强度调制/间接调制n直接调制(IM)的设备简单、成本低、容易实现。n间接调制速度高，调制对光源的工作不产生影响，但设备较为复杂。驱动电路 耦合器调制器光源电信号输入光信号输出8n光传输部分n光纤传输特性主要包括损耗、色散和非线性三个方面。光纤通信系统对光纤传输特性总的要求是有尽可能低的损耗和尽可能小的色散n光放大器：将接收到的微弱光比特流信号直接放大而不需将其转换为电信号，克服了光纤的损

7、耗对系统性能的影响。（色散和非线性特性）9n光-电-光中继：实际上是一个接收机一个发送机对，它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复原光比特流继续沿光纤传输。（电子瓶颈）n光纤放大器：作为光直接放大中继器，通过光纤传输后衰减的光信号可用光纤放大器直接放大继续向前传输，以达到长距离通信的目的。10n光接收部分n光电检波器要求有高的响应度、低噪声和快的响应速度。nPIN光电二极管和雪崩光电二极管APD 短波长段：Si-APD 长波长段：Ge-APD；InGaAsP-APD；PIN 11n接收方式：直接检波方式/外差检测（波）方式n直接检波(DD)

8、的设备简单、经济，是当前实用光纤通信系统普遍采用的接收方式。n 外差检测（波）方式(CD)能大幅度提高光接收机的灵敏度，但设备比较复杂，对光源的频率稳定度和光谱宽度要求很高。解调器光电检测器耦合器光信号输入电信号输出12光纤传输特性对系统的影响n损耗n由于损耗效应，使信号光强度大大减弱，低于接收探测器的灵敏度后系统不能正常工作。n可以通过光放大技术进行补偿。n色散n信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。n对于高速率的系统（10Gb/s及以上）要实现长距离传输，必须采用色散补偿技术。色散补偿光纤(DCF)补偿法、啁啾光纤光栅(DCG)补偿法。13光纤传输特性对系统的影响

9、n非线性效应nFWM、XPM只有多信道系统才能产生。nSBS、SPM在单信道、多信道系统中都会存在。14n损耗n由于损耗效应，使信号光强度大大减弱，低于接收探测器的灵敏度后系统不能正常工作。n可以通过光放大技术进行补偿。1）吸收损耗：主要有三种因素：玻璃组成中的原子缺陷、杂质原子非本征吸收、基本组成原子的本征吸收。15（1）玻璃组成中的原子缺陷 玻璃结构中的分子缺损、原子团高密度聚集、氧原子缺损等等。值得注意的是：辐照条件会增加原子缺陷（2）杂质吸收 由于一般光纤中含有铁、镍、铜、锰、铬、钒、铂等过渡金属和水的氢氧根离子，这些杂质造成的附加吸收损耗称为杂质吸收。p金属离子含量越多，造成的损耗就

10、越大。降低光纤材料中过渡金属的含量可以使其影响减小到最小的程度（目前，光纤中杂质吸收主要由于水的氢氧根离子的振动）。16（3）本征吸收 光纤材料的固有吸收叫做本征吸收，它与电子及分子的谐振有关。对于石英(SiO2)材料，固有吸收区在红外区域和紫外区域。p紫外区中心波长在0.16m附近，尾部拖到lm左右，已延伸到光纤通信波段(即0.8m1.7m的波段)。在短波长范围内，引起的光纤损耗小于1dBkm。在长波长范围内，引起的光纤损耗小0.1dBkm。17p红外区的中心波长在 8m12m 范围内，对光纤通信波段影响不大。对于短波长不引起损耗，对于长波长光纤引起的损耗小于1dB/km。2）散射损耗主要是

11、由折射率的微小变化引起的瑞利散射引起的损耗。材料密度微观变化、成分的起伏、结构上的不完善和制造过程中的缺陷均会引起折射率的起伏。18瑞利散射损耗对光纤来说是其本身固有的，因而它确定了光纤损耗的最终极限。在1.55 m波段，瑞利散射引起的损耗仍达0.120.16 dB/km，是该段损耗的主要原因。3）弯曲损耗n 辐射损耗又称弯曲损耗，包括两类：一是弯曲半径远大于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯。19n 宏弯损耗定性解释：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）于纤芯中的场一起传输。当发生弯曲时，离中心较远的消失场尾部须以较大的速度行进，以便与纤芯中的场一同前进。这有可能要求离纤芯远的

12、消失场尾部以大于光速的速度前进，由于这是不可能的，因此这部分场将辐射出去而损耗掉。20n 微弯损耗：主要原因是传播模到泄漏模的耦合。n 生产中的不均匀性或者成缆时不均匀的径向压力均可引起围观弯曲。21光纤传输特性对系统的影响n色散n信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。n对于高速率的系统（10Gb/s及以上）要实现长距离传输，必须采用色散补偿技术。色散补偿光纤(DCF)补偿法、啁啾光纤光栅(DCG)补偿法。2223色散概述能够引起畸变的色散包括：模式色散、模内色散、偏振模色散和高阶色散。(1)模间时延（模式色散）：只出现在多模光纤中。模式时延的产生是由于每个模式在每个

13、单一频率都有不同的群速度。p群速度,是指光纤中某一特定模式的能量传播速度。(2)模内色散（色度色散）：是指在一个单独的模式内发生的脉冲展宽。产生这种展宽是因为光源所发射光有一定的谱宽,而群速度是波长的函数,因而也称为群速度色散（GVD)。24p模内色散与波长相关,所以光源的频谱越宽,它对信号畸变的影响就越大。p发光二极管（LED),其谱宽大约是中心波长的4%9%。发光二极管发射的峰值波长为85O nm,则它的谱宽为36nmp半导体激光器（LD）的谱宽则要窄得多,多模激光器的典型谱宽为12nm,单模激光器仅有10-4nm25A.材料色散 纤芯材料的折射率随波长变化导致任何模式的群速度都随波长而变

14、化,这样即使不同波长的光经过完全相同的路径,也会发生脉冲的展宽。B.波导色散原因是只有一部分的光功率在纤芯中传输。在单个传输模式中,光纤中光的分布随波长的不同而变化。较短波长的光更多地通过纤芯来传输,而较长波长的光功率会通过包层来传输（为什么？）。产生模内色散的两个主要原因:26因为包层折射率低于纤芯,所以包层中传输的光功率会快于纤芯中传输的光功率。波导色散的大小取决于光纤的结构。在多模光纤中,波导色散通常能够忽略;而在单模光纤中,波导色散的影响很明显。27偏振模色散：单模光纤中光信号有两个正交的偏振态或偏振模式。由于光纤的材料不完全均匀,两个偏振态之间会产生微小的折射率差,每个偏振态的传播速

15、度会有微小的不同，造成脉冲展宽。28对于低速率系统，由于从时域上看脉冲的调制周期大，光源（激光器+调制器）的色散受限距离很长。因此，对于速率是2.5Gb/s及以下的系统，可以不考虑色散的影响。对于高速率的系统（10Gb/s及以上）要实现长距离传输，必须采用色散补偿技术。色散补偿光纤(DCF)补偿法、啁啾光纤光栅(DCG)补偿法。29色散容限：光纤中光信号传输，其脉冲的前沿和后沿存在红移和蓝移，导致脉冲前后沿的传输速度不一样，从而导致经过长距离传输后信号展宽直至无法判决甚至无法恢复。普通单模光纤在1550nm处色散为17ps/nm/km，光信号经长距离光纤传输，受色散影响，通常表现在接收端的灵敏

16、度下降，工程上以灵敏度和背对背相比下降2dB为色散容限，即承受多大的色散影响会导致系统接收端灵敏度下降2dB。30我们平时说的G.652光缆每公里色散典型值为17ps/nm*km，就是属于色度色散。通常10G的单板色散容限有800ps/nm，1600ps/nm，我们就拿800ps/nm的举例，它在G.652光缆中传递，可以传800/17=47km，也就是说在不用色散补偿的情况下，可以传47km，还可以忍受。但实际工程中，一般是超过30km就进行补偿，比如我们传了20km，我们可以不用色散补偿，传了35km就用35km的色散补偿，传了50KM就补偿50KM，保证信号质量最佳，这是最理想的补偿。3

17、1但实际情况中，由于站和站的距离不一，也可如此补偿。但色散补偿模块就不好工业化生产，于是人们就设计了固定的色散补偿模块，有20km、40km、60KM、80KM、100KM、120KM，分别用A、B、C、D、E、F来命名，通常我们进行补偿时，还可以有10-15KM的冗余。比如，以G.652光缆为例，如果两个站相距32km，按照我们的规则，可以选择20KM补偿，冗余12KM，因为还有色散容限；再比如两个站相距70KM，我们可以选择60KM补偿，也可选择80KM补偿。32我们国家铺设最多的光缆是G.652，它的色散典型值17PS/nm*km；G.655光缆，它的色散典型值4.5ps/nm*km和6

18、ps/nm*km；如果是G.655光缆，要记住选择G.655的色散补偿模块。色散补偿模块其实就是一段色散为负的光纤，是无源器件。33光纤传输特性对系统的影响n非线性效应nFWM、XPM只有多信道系统才能产生。nSBS、SPM在单信道、多信道系统中都会存在。3435363738394041424344458.2 8.2 数字光纤通信系统性能及测试数字光纤通信系统性能及测试n主要性能指标主要性能指标n误码性能误码性能n平均误码率平均误码率BERBER：在某一规定的观测时间内（如：在某一规定的观测时间内（如2424小时）发生差错的比特数和传输比特总数之比。小时）发生差错的比特数和传输比特总数之比。n

19、误码秒；严重误码秒误码秒；严重误码秒n对对SDHSDH系统，误码性能是以块为单位进行度量的：系统，误码性能是以块为单位进行度量的：误误块秒比块秒比(ESR)(ESR)、严重误块秒比、严重误块秒比(SESR)(SESR)和和背景误块秒比背景误块秒比(BBER)(BBER)46n定时性能定时性能：抖动抖动与与漂移漂移n抖动抖动：数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）：数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于其理想时间位置的短期的，非积累性的偏离。相对于其理想时间位置的短期的，非积累性的偏离。（前后变化的频率大于（前后变化的频率大于10Hz10Hz）n抖动使信号发生失真，系统的误码率上升以及

20、产抖动使信号发生失真，系统的误码率上升以及产生或丢失比特导致帧失步等生或丢失比特导致帧失步等n抖动的单位为抖动的单位为UIUI，即偏差和码元周期之比，即偏差和码元周期之比原来的信号向前抖的信号向后抖的信号数字信号的抖动47n漂移漂移：数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间位：数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间位置的长时间偏移。（前后变化的频率低于置的长时间偏移。（前后变化的频率低于10Hz10Hz）48系统传输性能指标的测试系统传输性能指标的测试n数字光纤通信系统测试仪表数字光纤通信系统测试仪表误码分析仪、误码分析仪、SDHSDH分分析仪析仪n误码分析仪误码分析仪由三大部分组成：发码发生器、误码检

21、由三大部分组成：发码发生器、误码检测器和指示器。测器和指示器。发送部分检测部分发码时钟产生器伪随机序列产生器收码同步检测电路误码检测器本地伪随机序列产生器误码计数器49nSDHSDH分析仪分析仪 不仅能测试不仅能测试PDH/SDHPDH/SDH设备的全部误码性能和抖设备的全部误码性能和抖动性能，而且能分析和检测动性能，而且能分析和检测SDHSDH设备的帧结构和映设备的帧结构和映射复用结构，实现射复用结构，实现PDHPDH到到SDHSDH信号的映射与去映射。信号的映射与去映射。50SDHSDH误码率和接收灵敏度测试误码率和接收灵敏度测试n光接收机灵敏度测试步骤：n按照图接好仪表和光纤；n调节光衰

22、减器，逐步增大衰减值，使SDH分析仪测到的误码尽量接近但不能大于规定的BER（如10-10）；n断开R点，接上光功率计，得到光功率Pminn由公式Pr=10lg(Pmin/1mW)（dBm）计算得到接收灵敏度SDH分析仪光发送机SDH设备发送部分检测部分光功率计光接收机可变光衰减器RSDH光接收机灵敏度测试框图51SDHSDH误码率和接收灵敏度测试误码率和接收灵敏度测试n光接收机动态范围测试步骤：光接收机动态范围测试步骤：n按照图接好仪表和光纤；按照图接好仪表和光纤；n调节光衰减器，逐步增大衰减值，使调节光衰减器，逐步增大衰减值，使SDHSDH分析仪测到的分析仪测到的误码尽量接近但不能大于规定

23、的误码尽量接近但不能大于规定的BERBER（如（如1010-10-10）；）；n断开断开R R点，接上光功率计，得到光功率点，接上光功率计，得到光功率P Pminminn逐渐减小光衰减器的衰减量，直至误码仪指示的误码率逐渐减小光衰减器的衰减量，直至误码仪指示的误码率为某一要求值，此时接收的光功率为最大输入功率为某一要求值，此时接收的光功率为最大输入功率P Pmaxmax。n由公式由公式D=10lg(PD=10lg(Pminmin/P/Pmaxmax)(dB)(dB)计算得到接收灵敏度计算得到接收灵敏度52SDHSDH抖动性能的测试抖动性能的测试n测试步骤：n如图接好测试系统，但先不将低频信号发

24、生器连接到发送器上，开关K1置1，K2置2，由误码仪发送伪随机码。n调节可变光衰减器的衰减量，使光接收机接收的光功率恰好在无误码的基础上增加1dB；SDH抖动测试框图低频信号发生器发送计数器 误码检测光发射机光接收机 K1 K2 1抖动检测 3 2可变光衰减器误码仪53SDHSDH抖动性能的测试抖动性能的测试n将低频信号发生器发出的低频信号加于误码仪的发送端，调制伪随机码，造成光端机输入信号的抖动，逐渐加大低频信号幅度，直至发生误码为止；n将开关K1置3，测出此时的抖动值，即为此频率下的输入抖动容限；n改变低频测试信号的频率，重复上述过程，逐频点测量，最后画出输入抖动于频率的对应关系。低频信号

25、发生器发送计数器 误码检测光发射机光接收机 K1 K2 1抖动检测 3 2可变光衰减器误码仪54WDMWDM误码率的测试误码率的测试n测试步骤：n按图连接好测试系统，首先从SDH分析仪发送的光信号经过衰减器后接入发端OTU单元，使发端波长转换板接收的功率适中，对端站收端OTU单板加衰减做一个环回，接入反向同一路发端OTU，在本端站收端OTU进行接收，接收下来的信号接入SDH分析仪；SDH分析仪发送部分检测部分OTU可变光衰减器OTUPA可变光衰减器BAOTU可变光衰减器OTUPA可变光衰减器BA55WDMWDM误码率的测试误码率的测试n启动SDH测试仪，设置测试时间为24小时，根据接入信号的速

26、率，设置SDH测试仪的数据结构，进行24小时误码测试。WDM误码率测试框图SDH分析仪发送部分检测部分OTU可变光衰减器OTUPA可变光衰减器BAOTU可变光衰减器OTUPA可变光衰减器BA56WDMWDM网络接口抖动容限测试网络接口抖动容限测试n抖动容限：抖动容限：施加在输入施加在输入STM-NSTM-N信号上能使光设信号上能使光设备产生备产生1dB1dB光功率代价的正弦抖动峰光功率代价的正弦抖动峰-峰值。峰值。n测试步骤：测试步骤：n按图连接好测试配置，选择适当的光衰减器，使按图连接好测试配置，选择适当的光衰减器，使SDHSDH测测试仪和试仪和OTUOTU接收光功率适当；接收光功率适当；n

27、根据波长转换板接入速率，设置根据波长转换板接入速率，设置SDHSDH为为OTUOTU的对应速率，的对应速率，并选择抖动容限测试项；并选择抖动容限测试项；n设置相应的测试频率点和最大抖动值，设置为相应速率设置相应的测试频率点和最大抖动值，设置为相应速率的模板；的模板；n启动测试，观察测试结构是否满足模板的要求。启动测试，观察测试结构是否满足模板的要求。578.3 8.3 单通道数字光纤通信系统结构与设计单通道数字光纤通信系统结构与设计n系统结构系统结构nPCMPCM端机，输入端机，输入/输出接口输出接口n基本组成部分：基本组成部分：光发送光发送/接收端机，光纤线路，光中继器接收端机，光纤线路，光

28、中继器光发送端机输入接口PCM端机输入电信号光信号光中继器光信号PCM端机输出接口光接收端机电信号输入光纤线路光纤线路 IM-DD系统的组成原理图58PCMPCM端机和输入端机和输入/输出接口输出接口nPCMPCM端机端机n在输入侧，在输入侧，PCMPCM端机的把模拟信号转换为数字信号（端机的把模拟信号转换为数字信号（A/DA/D变换），变换），PCMPCM编码，把多路复接，合路，从而输出高比特的编码，把多路复接，合路，从而输出高比特的数字信号。数字信号。n在输出侧，在输出侧，PCMPCM端机将光信号变换为电信号，放大、再生，端机将光信号变换为电信号，放大、再生，恢复出原来传输的信号并输出用户

29、端。恢复出原来传输的信号并输出用户端。n输入输入/输出接口输出接口n实现光发送实现光发送/接收端机与接收端机与PCMPCM端机之间码型、电平和阻抗端机之间码型、电平和阻抗的匹配。的匹配。59PCMPCM端机和输入端机和输入/输出接口输出接口nPCMPCM编码编码n抽样抽样过程就是以一定的抽样频率过程就是以一定的抽样频率f f或时间间隔或时间间隔T T对模拟信对模拟信号进行取样，把原信号的瞬时值变成一系列等距离的不连号进行取样，把原信号的瞬时值变成一系列等距离的不连续脉冲。续脉冲。n量化量化过程就是用一种标准幅度量出抽样脉冲的幅度值，过程就是用一种标准幅度量出抽样脉冲的幅度值，并用四舍五入的方法

30、把它分配到有限个不同的幅度电平上并用四舍五入的方法把它分配到有限个不同的幅度电平上n编码编码过程就是用一组组合方式不同的二进制脉冲代替量过程就是用一组组合方式不同的二进制脉冲代替量化信号。化信号。60模拟信号367512抽样量化编码0246011110111101001010（3）（6）（7）（5）（1）（2）TPCMPCM编码过程编码过程例如，电话、语音信号的最高速率为4 kHz，取抽样频率为f=8 kHz，抽样周期T=125s每个量化信号用8个比特二进制代码替代。(一个PCM语音信号的速率为88=64kbit/s)单极性二进制码HDB3码，CMI码非归零码(NRZ)或归零码(RZ)61系统

31、基本组成部分n光发送端机n光源、驱动器、调制器和功率放大器n光接收端机n光检测器、前置放大、整形放大、定时恢复、判决再生电路器n光纤线路n光中继器n(OOO)方式，(OEO)方式62光纤通信系统设计的总体考虑光纤通信系统设计的总体考虑n点对点光纤通信系统基本要求n达到预期的传输距离；n满足光纤传输容量；n满足系统的传输性能要求；n系统的安全性、可靠性；n价格、经济因素；n还应该考虑到系统的结构、规模、容量能否满足未来若干年发展的趋势，即可持续性63系统设计具体考虑的因素系统设计具体考虑的因素n系统的制式、速率nPDH，SDH；STM-1STM-256，WDMSDHn光纤选型nG.652光纤、G

32、.653光纤、G.654光纤、G.655光纤n光源的选择n主要考虑信号的色散、码速、传输距离和成本等参数nLD、LEDn光检测器的选择n根据系统的码速及传输距离nPIN、APDn工作波长的选择n根据通信距离和容量n850nm、1300nm、1550nmn中继段距离确定n损耗受限；色散受限64单通道系统中继距离设计n损耗受限系统：最大中继距离受光纤损耗的限制n色散受限系统：最大中继距离受到光纤传输色散的限中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制，明显随传输速率的增加而减小。n中继距离的设计有三种方法n 最坏情况法(参数完全已知)n 统计法(所有参数都是统计定义)n 半统计法(只有某些参数是统计

33、定义)采用最坏情况设计法，用这种方法得到的结果，设计的可靠性为100%，但要牺牲可能达到的最大长度。65损耗受限系统n损耗受限系统：光纤通信的中继距离受诸传输损耗参数的限制，如光发送机的平均发光功率、光缆的损耗系数、光接收机灵敏度等。n功率预算：使光纤通信系统在整个寿命期间，确保有足够的光功率到达光接收机，以保证系统有稳定可靠的性能。Pt-Pr=AT+M+PP66AT=2AC+L(+s)线路总损耗包括：光纤损耗(dB/km)传输距离:)(2kmaaMAPPPLscprtl传输距离(km)损耗受限系统连接器损耗（20.5dB)每公里熔接损耗(0.025dB/km)67例题：某140Mbit/s光

34、纤通信系统的参数为：光发送机最大发光功率Pmax=-2 dBm 光接收机灵敏度Pr=-43 dBm 光纤损耗系数=0.4 dB/km 系统富余度M=6dB 活接头损耗AC=0.5dB 每公里接续损耗 s=0.025dB/km 无需中继器，所能传输的最长距离？（不考虑色散代价）因码率较低，可以不考虑光通道功率代价如果采用NRZ码调制，则光发送机平均发送光功率Pr应该是最大发光功率的一半损耗受限系统损耗受限系统68 解答：n比特率为140 Mbit/s 最大允许链路损耗=Pt-Pr=-5(-43)=38dB 光纤损耗(光纤+熔接)=(0.4dB+0.025dB)x L 连接器损耗=1dB(2个连接

35、器,每个0.5 dB)系统余量=6 dB 因此，总体链路损耗=(0.425L+1+6)dB最大传输距离=(38-1-6)/0.425=72.9 km损耗受限系统69色散受限系统n色散受限系统：由于系统中光纤的色散、光源的谱宽等因素的影响，限制了光纤通信的中继距离。n单模光纤的色散主要表现在材料色散与波导色散的影响n光源器件为多纵模激光器(MLM)或发光二极管BDL)(d610708.4 8.4 多通道数字光纤通信系统设计多通道数字光纤通信系统设计n系统设计中应注意的问题n色散与信道串扰色散在时域上造成光脉冲的展宽信道串扰导致功率从一个信道转移到另一个信道n功率一般只对传输网络中相邻的两个设备作

36、功率预算n光信噪比ASE噪声积累对系统的OSNR产生影响，误码率随光放大器数目的增加而劣化。n非线性效应71WDMEDFA系统中继距离设计nWDM系统设计的时序：先作色散预算，确定是否需要色散补偿，并求出色散受限系统最大中继距离；再作功率预算，得到损耗受限系统最大中继距离；最后根据实际目标确定是否需要光放大器进行增益。n色散预算n码间干扰(ISI)：n模分配噪声(MPN):n啁啾声(Chirp)：n偏振模色散(PMD)：6 62 2ISIISI1010BDLBDL/2 25lg15lg1P P e eQ Q(1 1 K K 0 0.5 51 10 0l lg g 1 1P P2 2M MP P

37、N N2 22 2 D DL LB B2 2.5 5t tl lg g 1 11 12 21 10 0P P2 2C CC C72例题：设计一个点对点的WDM+EDFA系统，光纤传输速率达到20Gbit/s，传输距离100km。复用路数和工作波长的选择；光纤的选择；主要器件的选择；色散预算；功率预算；放大器增益实例分析EDFA节点 1MUX发送机节点2DEMUX接收机73n复用路数和工作波长的选择：中心波长为1550nm的C-band，系统中共使用8个通道，通道间隔为0.8nm。n光纤的选择：单波长传输速率为2.5Gb/s，G.652光纤系数：衰耗=0.193dB/km；色散=16.72 ps/nmkm。n主要器件的选择：输出功率-0.26dBm接收灵敏度-32.5dBm波分复用器插入损耗8.0dB，信道的串扰量30dBWDMWDMEDFAEDFA系统设计实例系统设计实例74WDMEDFA系统设计实例n色散预算：偏振模色散和码间干扰的功率代价n偏振模色散功率代价的核算n码间干扰的功率代价的核算nLd=126.17kmn损耗功率预算：nL1=96.96kmn损耗受限系统n放大器增益：G=Pr-Pt+At=0.5dB