第5章 数字光纤通信系统祥解.ppt

第5章 数字光纤通信系统 5.2 系统的性能指标 5.3系 统 的 设 计 图5.17数字光纤线路系统  (a)无中继器； (b) 一个中继器 如果系统传输速率较低，光纤损耗系数较大，中继距离主要受光纤线路损耗的限制。在这种情况下，要求S和R两点之间光纤线路总损耗必须不超过系统的总功率衰减，即 L(αf+αs+αm)≤Pt-Pr-2αc-Me 或  L≤ 式中，Pt 为平均发射光功率(dBm)，Pr为接收灵敏度(dBm)，αc 为连接器损耗(dB/对)， Me 为系统余量(dB)，αf为光纤损耗系数(dB/km), αs为每km光纤平均接头损耗(dB/km), αm为每km光纤线路损耗余量(dB/km), L 为中继距离(km)。 式(5.8)的计算是简单的，式中参数的取值应根据产品技术水平和系统设计需要来确定。平均发射光功率Pt取决于所用光源，对单模光纤通信系统，LD的平均发射光功率一般为-3～-9dBm, LED平均发射光功率一般为-20～-25 dBm。光接收机灵敏度Pr取决于光检测器和前置放大器的类型， 并受误码率的限制，随传输速率而变化。表5.10示出长途光纤通信系统BERav≤1×10-10时的接收灵敏度Pr。 连接器损耗一般为0.3～1 dB/对。设备余量Me包括由于时间和环境的变化而引起的发射光功率和接收灵敏度下降， 以及设备内光纤连接器性能劣化，Me一般不小于3 dB。 光纤损耗系数αf取决于光纤类型和工作波长，例如单模光纤在1310 nm, αf为0.4～0.45 dB/km; 在1550 nm, αf为0.22～0.25 dB/km。光纤损耗余量αm一般为0.1～0.2 dB/km, 但一个中继段总余量不超过5 dB。 平均接头损耗可取0.05 dB/个，每千米光纤平均接头损耗αs可根据光缆生产长度计算得到。 根据ITUT(原CCITT)G.955建议，用LD作光源的常规单模光纤(G.652)系统，在S和R之间数字光纤线路的容限如表5.11 所示。 5.3.2中继距离受色散(带宽)的限制 如果系统的传输速率较高，光纤线路色散较大， 中继距离主要受色散(带宽)的限制。为使光接收机灵敏度不受损伤， 保证系统正常工作，必须对光纤线路总色散(总带宽)进行规范。 我们要讨论的问题是，对于一个传输速率已知的数字光纤线路系统，允许的线路总色散是多少， 并据此计算中继距离。 对于数字光纤线路系统而言，色散增大，意味着数字脉冲展宽增加，因而在接收端要发生码间干扰，使接收灵敏度降低， 或误码率增大。严重时甚至无法通过均衡来补偿，使系统失去设计的性能。 设传输速率为fb=1/T，发射脉冲为半占空归零(RZ)码， 输出脉冲为高斯波形，如图5.18 所示。高斯波形可以表示为  g(t)=exp (5.9) 式中σ为均方根(rms)脉冲宽度。把σ/T=a定义为相对rms脉冲宽度，码间干扰δ的定义如图5.18所示。由式(5.9)和图5.18得到 由式(5.10)得到a和δ的数值关系， 并列于表5.12。 图 5.18 高斯波形的码间干扰 美国Bell实验室S.D.Personick的早期研究中，曾建议采用下列标准来考查光纤线路色散对系统传输性能的限制。 当a=0.25时，码间干扰δ只有峰值的0.034%， 完全可以忽略不计。当a=0.5时，δ增加到13.5%，此时功率代价为7～8dB，难以通过均衡进行补偿。一般系统设计选取a=0.25～0.35，功率代价不超过2 dB。 为确定中继距离和光纤线路色散(带宽)的关系， 把输出脉冲用半高全宽度(FWHM)τ表示，即 式中, τ=σ/0.4247, σ=aT, a为相对rms脉冲宽度，T=1/fb，fb为系统的比特传输速率。Δτf为光纤线路(FWHM)脉冲展宽，取决于所用光纤类型和色散特性。 对于多模光纤系统，色散特性通常用3dB带宽表示，如式(2.47b)所示。因此，Δτf=0.44/B, B为长度等于L的光纤线路总带宽，它与单位长度光纤带宽的关系为B=B1/Lγ。B1为1 km光纤的带宽，通常由测试确定。γ=0.5～1,