【正文】 光纖通信技術(shù)第七章王發(fā)強(qiáng)王發(fā)強(qiáng) 信息光電子科技學(xué)院信息光電子科技學(xué)院華南師范大學(xué)華南師范大學(xué)光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì)第七章 光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì) 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 光纖損耗對(duì)系統(tǒng)的限制 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響 信道串?dāng)_ 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功率預(yù)算1．預(yù)期 (或可能 )的傳輸距離2．?dāng)?shù)據(jù)速率或信道帶寬；3．誤碼率 (BER)。設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)所必須考慮的：多模光纖或單模光纖 (a)纖芯尺寸 (b)纖芯折射率剖面 (c)帶寬或色散 (d)損耗 (e)數(shù)值孔徑或模場(chǎng)直徑為了滿(mǎn)足這些要求，設(shè)計(jì)人員可以選擇下面的器件及其相關(guān)的特性參量： LED或半導(dǎo)體激光器光源 (a)發(fā)射波長(zhǎng) (b)譜線寬度 (c)輸出功率 (d)有效輻射區(qū) (e)發(fā)射方向圖 (f)發(fā)射模式數(shù)量 PIN或雪崩光電二極管 (a)響應(yīng)度 (b)工作波長(zhǎng) (c)速率 (d)靈敏度確定波長(zhǎng) ：短距離， 850nm 長(zhǎng)距離， 1300nm， 1550nm 確定光電檢測(cè)器 ： PIN， APD，參考圖 確定光源選擇合適的光纖系統(tǒng)考慮 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n 光纖通信系統(tǒng)的主要組成單元：n 光纖n 光器件n 光發(fā)送機(jī)n 光接收機(jī)n 光放大器n 根據(jù)光纖系統(tǒng)的應(yīng)用可分為n 點(diǎn)到點(diǎn)連接n 廣播和分配網(wǎng)n 局域網(wǎng)RxTx RxRxTxTx再生器再生器RxTx A A放大器放大器采用再生器和光放大器作為周期性損耗補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)到點(diǎn)連接采用再生器和光放大器作為周期性損耗補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)到點(diǎn)連接再生器再生器放大器放大器光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī) 點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)光光 電電 光中繼：光中繼： 實(shí)際上是一個(gè)接收機(jī)一個(gè)發(fā)送機(jī)對(duì)，它實(shí)際上是一個(gè)接收機(jī)一個(gè)發(fā)送機(jī)對(duì)，它將檢測(cè)到的微弱變形光信號(hào)，變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大整將檢測(cè)到的微弱變形光信號(hào)，變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大整形后變成規(guī)則的電比特流，再調(diào)制光發(fā)送機(jī)，恢復(fù)原形后變成規(guī)則的電比特流，再調(diào)制光發(fā)送機(jī)，恢復(fù)原光比特流繼續(xù)沿光纖傳輸。光比特流繼續(xù)沿光纖傳輸。光放大器：光放大器： 將接收到的微弱光比特流信號(hào)直接放大而將接收到的微弱光比特流信號(hào)直接放大而不需將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。不需將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 (1R)光放大器不能無(wú)限制級(jí)聯(lián)光放大器不能無(wú)限制級(jí)聯(lián) ，因?yàn)樯?dǎo)致的脈沖畸變，因?yàn)樯?dǎo)致的脈沖畸變最終限制了系統(tǒng)的性能最終限制了系統(tǒng)的性能 。 光光 電電 光再生中繼則不存在這光再生中繼則不存在這種問(wèn)題。種問(wèn)題。 點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)n 利用光纖的 低損耗、寬帶寬 特點(diǎn)n 性能指標(biāo)： 比特率－距離積（ BL）n BL積與光纖損耗和色散特性有關(guān)，而光纖特性又與波長(zhǎng)有關(guān)，所以 BL積與波長(zhǎng)有關(guān)。n 第一代光波系統(tǒng) : ?m,BL 積 1 (Gb/s).kmn 第二代光波系統(tǒng)： ?m,BL 積 100 (Gb/s).kmn 第三代光波系統(tǒng)： ?m, BL 積 1000 (Gb/s).km? 設(shè)計(jì)問(wèn)題n 中繼距離的選取： 在級(jí)聯(lián)的 EDFA系統(tǒng)中， ASE噪聲積累問(wèn)題是關(guān)鍵所在，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何設(shè)置 EDFA的放大間隔使接收端的 OSNR滿(mǎn)足要求n 色散補(bǔ)償技術(shù)： 色散補(bǔ)償方案的選擇及設(shè)計(jì)n 光纖非線性的避免光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī) ?N ?1?2?3光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)EDFA功放功放 線放線放 預(yù)放預(yù)放MUX DEMUX典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)?1?N ?3?2 光纖分配網(wǎng)n 功能： 光纖通信系統(tǒng)不僅要求傳送信息，而且要求將信息分配給多個(gè)用戶(hù)n 應(yīng)用： 光纜電話網(wǎng)、公用天線電視 (CATV)、 寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ BISND）n 特點(diǎn)： 傳輸距離較短、帶寬要求寬n 結(jié)構(gòu)： 樹(shù)型拓?fù)?、總線拓?fù)銱ub HubHubHubHub信道在中心點(diǎn)分配，光纖的作信道在中心點(diǎn)分配，光纖的作用與點(diǎn)到點(diǎn)連接系統(tǒng)類(lèi)似。用與點(diǎn)到點(diǎn)連接系統(tǒng)類(lèi)似。?樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1 432 NBus單根光纖承載整個(gè)業(yè)務(wù)范圍的多信道光信號(hào)，通過(guò)光接頭完單根光纖承載整個(gè)業(yè)務(wù)范圍的多信道光信號(hào)，通過(guò)光接頭完成分路，光分路器將一小部分功率分送給每個(gè)用戶(hù)。多路視成分路，光分路器將一小部分功率分送給每個(gè)用戶(hù)。多路視頻信道分配頻信道分配 CATV系統(tǒng)；高清晰度電視系統(tǒng)；高清晰度電視 HDTV。?總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)n 缺點(diǎn)： 信號(hào)損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總線服務(wù)的范圍和用戶(hù)數(shù)。n 若忽略光纖自身的損耗，則第 N個(gè)分支可得到的功率為：n PN第 N個(gè)分支功率； PT發(fā)送功率； C分路器的功率分路比； ?分路器的插入損耗；并假設(shè)每個(gè)分路器的C和 ?都相同。若取若取 ?=, C=, PT =1mW 和和 PN=?W,則則 N的最大值的最大值 ? N=61如何進(jìn)一步增加分支數(shù)？如何進(jìn)一步增加分支數(shù)？在總線上周期地接入光放大器提升功率，可以克在總線上周期地接入光放大器提升功率，可以克服上述限制，只要光纖色散的影響限制在可忽略服上述限制，只要光纖色散的影響限制在可忽略的程度，允許分配的用戶(hù)數(shù)將可大大增加。的程度，允許分配的用戶(hù)數(shù)將可大大增加。?總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 局域網(wǎng)n 局域網(wǎng)： 在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)（如在一個(gè)大學(xué)校園內(nèi)）的大量用戶(hù)相互連接，使任何用戶(hù)可以隨機(jī)地進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳送給其他任何用戶(hù)。n LAN中要求對(duì)每個(gè)用戶(hù)提供 隨機(jī)的收發(fā)數(shù)據(jù)功能，存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議問(wèn)題。n 結(jié)構(gòu)： 總線型 Bus、 環(huán)型 Ring、 星型 Star例子：例子： “以太網(wǎng)以太網(wǎng) ”協(xié)議：碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路存?。▍f(xié)議：碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路存?。?CSMA/CD））限制：與每個(gè)分支的損耗有關(guān)，用戶(hù)數(shù)不能太多。限制：與每個(gè)分支的損耗有關(guān)，用戶(hù)數(shù)不能太多。1N2N1N 2?環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ?點(diǎn)到點(diǎn)連接將節(jié)點(diǎn)依次相點(diǎn)到點(diǎn)連接將節(jié)點(diǎn)依次相連以形成單個(gè)閉合環(huán)。各節(jié)連以形成單個(gè)閉合環(huán)。各節(jié)點(diǎn)中均設(shè)置有發(fā)送機(jī)－接收點(diǎn)中均設(shè)置有發(fā)送機(jī)－接收機(jī)對(duì)，均可發(fā)送和接收