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光纤通信技术第七章 光纤通信系统的性能与设计 第七章 光纤通信系统的性能与设计 7.1 光纤通信系统结构 7.2 光纤损耗对系统的限制 7.3 光纤色散对系统的限制 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响 7.5 信道串扰 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算 7.1 光纤通信系统结构 光纤通信系统的主要组成单元： 光纤 光器件 光发送机 光接收机 光放大器 根据光纤系统的应用可分为 点到点连接 广播和分配网 局域网 7.1.1 点到点的传输系统 7.1.1 点到点的传输系统 利用光纤的低损耗、宽带宽特点 性能指标：比特率－距离积（BL） BL积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性又与波长有关，所以BL积与波长有关。 第一代光波系统: 0.85?m,BL积 1 (Gb/s).km 第二代光波系统：1.3?m,BL积 100 (Gb/s).km 第三代光波系统：1.55?m, BL积1000 (Gb/s).km 设计问题 中继距离的选取：在级联的EDFA系统中， ASE噪声积累问题是关键所在，设计的关键在于如何设置EDFA的放大间隔使接收端的OSNR满足要求 色散补偿技术：色散补偿方案的选择及设计 光纤非线性的避免 7.1.2 光纤分配网 功能：光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要求将信息分配给多个用户 应用：光缆电话网、公用天线电视(CATV)、宽带综合业务数字网（B-ISND） 特点：传输距离较短、带宽要求宽 结构：树型拓扑、总线拓扑 总线拓扑结构 缺点：信号损耗随分路数指数增加。限制了单根光纤总线服务的范围和用户数。 若忽略光纤自身的损耗，则第N个分支可得到的功率为： PN----第N个分支功率；PT----发送功率；C----分路器的功率分路比；?----分路器的插入损耗；并假设每个分路器的C和?都相同。 7.1.3 局域网 局域网：在光纤通信系统中，要求在网络中一个局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将数据传送给其他任何用户。 LAN中要求对每个用户提供随机的收发数据功能，存在网络协议问题。 结构：总线型Bus、 环型Ring、 星型Star FDDI 星形拓扑结构 第七章 光纤通信系统的性能与设计 7.1 光纤通信系统结构 7.2 光纤损耗对系统的限制 7.3 光纤色散对系统的限制 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响 7.5 信道串扰 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算 7.2 光纤损耗对系统的限制 损耗限制光波系统 设发送机发出的最大平均功率为Pt ，而光接收机的接收灵敏度为Pr ，则最大传输距离为： ?tot (dB/km)为光纤损耗，包括对接损耗和活动连接损耗。 由于接收机灵敏度Pr随比特率B线性变化： 因此传输距离亦与比特率有关。 h?为光子能量， Np为接收机所要求的每比特的平均光子数。 在给定工作波长处，L随比特率B的增加而呈对数关系降低。 第七章 光纤通信系统的性能与设计 7.1 光纤通信系统结构 7.2 光纤损耗对系统的限制 7.3 光纤色散对系统的限制 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响 7.5 信道串扰 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算 三、色散限制 光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。 导致色散限制的物理机制随不同波长而不同。 1. 0.85?m光波系统 第一代光波系统，通常采用低成本的多模光纤作为传输媒质。主要限制因素是模间色散。 2. 1.3?m光波系统 第二代光波系统采用最小色散波长在1.3?m附近的单模光纤，最大的限制因素是由较大的光源谱宽支配的由色散导致的脉冲展宽。 比特率－距离积 BL ?(4|D|??)-1 D为色散， ??为光源的均方根谱宽。 |D| 典型值为 1-2ps/(km-nm) 当取|D| ?? =2ps/km时，BL ? 125 (Gb/s)-km 3. 1.55?m光波系统 第三代光波系统工作在损耗最小的1.55?m波长，光纤色散是系统的主要限制因素。 对普通单模光纤，在1.55?m处D的典型值为17ps/(km-nm)，色散值比较高，由色散导致的脉冲展宽较大，系统处于色散限制状态。采用单纵模半导体光源可大大缓解这种限制。 最终限制为：B2L (16|?2|)-1 式中，?2为群速色散，与色散参数D的关系为： D=-(2?c/?2) ?2 (1)预啁啾技术PCH 光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，将逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲也就越来越宽。 预啁啾是通过在