【正文】 光纖通信技術第七章王發(fā)強王發(fā)強 信息光電子科技學院信息光電子科技學院華南師范大學華南師范大學光纖通信系統(tǒng)的性能與設計光纖通信系統(tǒng)的性能與設計第七章 光纖通信系統(tǒng)的性能與設計 光纖通信系統(tǒng)結構 光纖損耗對系統(tǒng)的限制 光纖色散對系統(tǒng)的限制 光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響 信道串擾 光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算1．預期 (或可能 )的傳輸距離2．數(shù)據(jù)速率或信道帶寬；3．誤碼率 (BER)。設計一個系統(tǒng)時所必須考慮的：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)值孔徑或模場直徑為了滿足這些要求，設計人員可以選擇下面的器件及其相關的特性參量： LED或半導體激光器光源 (a)發(fā)射波長 (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)響應度 (b)工作波長 (c)速率 (d)靈敏度確定波長 ：短距離， 850nm 長距離， 1300nm， 1550nm 確定光電檢測器 ： 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)結構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n 光接收機n 光放大器n 根據(jù)光纖系統(tǒng)的應用可分為n 點到點連接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償?shù)狞c到點連接采用再生器和光放大器作為周期性損耗補償?shù)狞c到點連接再生器再生器放大器放大器光發(fā)送機光發(fā)送機光發(fā)送機光發(fā)送機光接收機光接收機光接收機光接收機 點到點的傳輸系統(tǒng)光光 電電 光中繼：光中繼： 實際上是一個接收機一個發(fā)送機對，它實際上是一個接收機一個發(fā)送機對，它將檢測到的微弱變形光信號，變?yōu)殡娦盘枺浄糯笳麑z測到的微弱變形光信號，變?yōu)殡娦盘枺浄糯笳魏笞兂梢?guī)則的電比特流，再調制光發(fā)送機，恢復原形后變成規(guī)則的電比特流，再調制光發(fā)送機，恢復原光比特流繼續(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直接放大而將接收到的微弱光比特流信號直接放大而不需將其轉換為電信號。不需將其轉換為電信號。 (1R)光放大器不能無限制級聯(lián)光放大器不能無限制級聯(lián) ，因為色散導致的脈沖畸變，因為色散導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題。種問題。 點到點的傳輸系統(tǒng)n 利用光纖的 低損耗、寬帶寬 特點n 性能指標： 比特率－距離積（ BL）n BL積與光纖損耗和色散特性有關，而光纖特性又與波長有關，所以 BL積與波長有關。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? 設計問題n 中繼距離的選?。?在級聯(lián)的 EDFA系統(tǒng)中， ASE噪聲積累問題是關鍵所在，設計的關鍵在于如何設置 EDFA的放大間隔使接收端的 OSNR滿足要求n 色散補償技術： 色散補償方案的選擇及設計n 光纖非線性的避免光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機光發(fā)射機 ?N ?1?2?3光接收機光接收機光接收機光接收機光接收機光接收機光接收機光接收機EDFA功放功放 線放線放 預放預放MUX DEMUX典型的點對點光纖通信系統(tǒng)典型的點對點光纖通信系統(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用戶n 應用： 光纜電話網(wǎng)、公用天線電視 (CATV)、 寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ BISND）n 特點： 傳輸距離較短、帶寬要求寬n 結構： 樹型拓撲、總線拓撲Hub HubHubHubHub信道在中心點分配，光纖的作信道在中心點分配，光纖的作用與點到點連接系統(tǒng)類似。用與點到點連接系統(tǒng)類似。?樹形拓撲結構樹形拓撲結構1 432 NBus單根光纖承載整個業(yè)務范圍的多信道光信號，通過光接頭完單根光纖承載整個業(yè)務范圍的多信道光信號，通過光接頭完成分路，光分路器將一小部分功率分送給每個用戶。多路視成分路，光分路器將一小部分功率分送給每個用戶。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。?總線拓撲結構總線拓撲結構?總線拓撲結構n 缺點： 信號損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總線服務的范圍和用戶數(shù)。n 若忽略光纖自身的損耗，則第 N個分支可得到的功率為：n PN第 N個分支功率； PT發(fā)送功率； C分路器的功率分路比； ?分路器的插入損耗；并假設每個分路器的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如何進一步增加分支數(shù)？如何進一步增加分支數(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，允許分配的用戶數(shù)將可大大增加。的程度，允許分配的用戶數(shù)將可大大增加。?總線拓撲結構總線拓撲結構 局域網(wǎng)n 局域網(wǎng)： 在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡中一個局部區(qū)域內（如在一個大學校園內）的大量用戶相互連接，使任何用戶可以隨機地進入網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳送給其他任何用戶。n LAN中要求對每個用戶提供 隨機的收發(fā)數(shù)據(jù)功能，存在網(wǎng)絡協(xié)議問題。n 結構： 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：碰撞檢測的載波偵聽多路存?。▍f(xié)議：碰撞檢測的載波偵聽多路存?。?CSMA/CD））限制：與每個分支的損耗有關，用戶數(shù)不能太多。限制：與每個分支的損耗有關，用戶數(shù)不能太多。1N2N1N 2?環(huán)形拓撲結構環(huán)形拓撲結構 ?點到點連接將節(jié)點依次相點到點連接將節(jié)點依次相連以形成單個閉合環(huán)。各節(jié)連以形成單個閉合環(huán)。各節(jié)點中均設置有發(fā)送機－接收點中均設置有發(fā)送機－接收機對，均可發(fā)送和接收