噪声对系统性能的影响-Read.PPT

分组码 mBnB 特点：将m位二进制比特编成n (nm)位码并在相同的时间长度 内发送出去，即在数据流中引入冗余 优点：能避免长连0和长连1的出现 冗余的引入可以增强纠错能力 缺点：带宽比原来增大了n/m倍 例如：曼彻斯特码、AMI 1 0 1 0 (D)PSK NRZ data Vp 优点：抗色散和非线性效应能 力强，传输性能好 缺点：接收复杂 用于补偿比特的丢失 - 自动请求重发(ARQ)和前向纠错(FEC) 8.3 纠错 信源 发送控制器 编码器 解码器 接收控制器 用户 反馈信道 自动请求重发(ARQ) ARQ 不适合用于对时间敏感的传输任务 辅助信息和主信息同时传输，若主信息丢失或接收到误码，辅助信息可以重构主信息。 常用的纠错码为循环码，并标记为(n, m)，其中n等于原比特数m加上冗余比特数。一些已经得到应用的例子，如汉明码、Reed-Solomon码等。 FEC技术 缺点： 占用额外带宽 传播光功率频谱的不理想和光波导色散之间的各种相互作用导致投射到光检测器中的光功率发生变化，这些变化最终导致光接收机输出噪声，从而导致光功率损伤。这对高速链路的影响尤为严重。这些损伤包括： 1. 模式噪声 (LD + 多模光纤) 2. 模式分配噪声 3. 光源输出波长啁啾 4. 激光器回波导致的频谱展宽 8.4 噪声对系统性能的影响 当将激光器发出的光注入多模光纤，其输出功率会在多模光纤中激励出许多相互相干的传播模式。这些模式之间的相互干涉，在光纤截面出现一定亮度分布的光斑图。在链路随机机械振动的作用下，光斑图随时间发生变化。光斑图的变化造成了入射接收机的光功率随时间发生变化，因此引入模式噪声。 因此，造成模式噪声的因素为： 1. 光源的相干性 (光源谱宽)-1 模间色散时延 (Dv)-1 Ln12D/(n2·c) 2. 光纤链路上的随机振动、微弯 模式噪声 消除模式噪声的措施： 1. 使用LED光源，避免相干性 2. 使用多纵模激光器，这将增加光 斑图的粒状性，从而降低链路中 因机械干扰而引起的光强度起伏 3. 使用数值孔径较大的光纤，因为 它支持很多模式，从而导致光斑 数目增多 4. 使用单模光纤，不存在模式间的 干涉 模式噪声 M -光斑数 中心波长 1200 nm 数据率 280 Mb/s 由于未能有效地抑制激光器 边模，半导体激光器中纵模的强 度起伏相关产生了模式噪声。即 便是激光器输出总功率不变，各 个模式的强度也会发生起伏。 不同的模式之间有微小的波 长差，于是每种模式进入光纤之 后将有不同的损耗和延时 (色散)。 因此在光纤色散的作用下，如果 主模式的功率发生明显起伏，那 么接收端所收到的电平也将发生 明显变化。 模式分配噪声是单模光纤最 主要的噪声。 模式分配噪声 由激光器模式分配噪声导致的功率损伤可以由下式近似表示： 其中x是APD的过剩因子，Q 是信噪比因子，k是模分配噪声因子(一般在 0.6-0.8之间)，B 是数据比特率(Gb/s)，L 是光纤长度(km)，D是光纤色度色散系数(ps/(nm·km))，sl是激光器输出谱宽。为使模式分配噪声带来的功率损伤小于0.5 dB，乘积 可以看出，模式分配噪声在高比特系统中表现得比较明显。 模式分配噪声导致的功率损伤 单模激光器在 CW 工作模式下，当直接调制注入电流时载流子浓度发生变化，导致有源区折射率变化。折射率的变化导致了腔体相位条件的轻微变化，最终带来输出波长的变化。与时间相关的激光频率偏移可以表示为： a 是线宽展宽因子，k是一个与频率无关的因子取决于激光器的结构，P(t)为输出光功率。对于AlGaAs激光器，因子a的取值范围是-3.5到-5.5，而对于AlGaAsP激光器，a取值范围是-6到-8。 后果：激光器的啁啾将带来严重的色散效应。 啁啾 系统损伤与啁啾和信号消光比之间的关系 从上面的式子上看，减小啁啾的办法是提高激光器偏置电流，因为在阈值点附近，P(t)变化最快。但是，提高偏置电流，降低了消光比。消光比的降低也将导致系统性能的下降。 1550 nm 4 Gb/s 100 km 1. 选择使用输出波长接近光纤的零色散波长的激光器 2. 让激光器工作在输出直流光的状态，然后采用外调制的 办法加载数据 解决啁啾的办法 反射噪声带来两种损伤： (1) 光功率反馈回激光器谐振腔， 导致激光器输出频谱展宽 (2) 多条光路径导致接收端出现不