光纤通信系统及设计.ppt

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1、光纤通信系统及设光纤通信系统及设计计现在学习的是第1页，共43页6.1 6.1 IM-DD数字光纤通信系统设计数字光纤通信系统设计 6.1.1 6.1.1 总体设计考虑总体设计考虑 数字光纤通信系统一般采用强度调制、直接检波的方数字光纤通信系统一般采用强度调制、直接检波的方式，式， 即即IM-DDIM-DD方式。任何复杂的通信系统，其基本单元都方式。任何复杂的通信系统，其基本单元都是是点到点的传输链路点到点的传输链路。它包括三大部分，即光发送机，光。它包括三大部分，即光发送机，光接收机和光纤线路。每一部分都涉及许多的光电器件，所接收机和光纤线路。每一部分都涉及许多的光电器件，所以对链路的设计是

2、一个复杂的工作，而每个元器件的选择以对链路的设计是一个复杂的工作，而每个元器件的选择都要经过若干次的反复。这里仅对原则性的问题作一下介都要经过若干次的反复。这里仅对原则性的问题作一下介绍。绍。 现在学习的是第2页，共43页 光纤通信系统的基本要求有以下几点：光纤通信系统的基本要求有以下几点： (1) (1) 预期的传输距离。预期的传输距离。 (2) (2) 信道带宽或码速率。信道带宽或码速率。 (3) (3) 系统性能（误码率，信噪比）。系统性能（误码率，信噪比）。 为了达到这些要求，需要对以下一些要素进行考虑：为了达到这些要求，需要对以下一些要素进行考虑： 光纤光纤：需要考虑选用单模还是多模

3、光纤，需要考虑的设计参数有：纤芯尺寸、纤芯：需要考虑选用单模还是多模光纤，需要考虑的设计参数有：纤芯尺寸、纤芯折射率分布、光纤的带宽或色散特性、损耗特性。折射率分布、光纤的带宽或色散特性、损耗特性。 光源光源：可以使用：可以使用LEDLED或或LDLD，光源器件的参数有发射功率、发射波长、发射频谱，光源器件的参数有发射功率、发射波长、发射频谱宽度等。宽度等。 检测器：检测器：可以使用可以使用PINPIN组件或组件或APDAPD组件，主要参数有工作波长、组件，主要参数有工作波长、 响应度、响应度、接收灵敏度、响应时间等。接收灵敏度、响应时间等。现在学习的是第3页，共43页6.1.2 6.1.2

4、系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 1.1.网络拓扑、线路路由选择网络拓扑、线路路由选择 一般可以根据网络一般可以根据网络/ /系统在通信网中的位置、功能和作用，根据承载业务的生系统在通信网中的位置、功能和作用，根据承载业务的生存性要求等选择合适的网络拓扑。一般位于存性要求等选择合适的网络拓扑。一般位于骨干网骨干网中的、网络生存性要求较高的中的、网络生存性要求较高的网络适合采用网络拓扑；位于网络适合采用网络拓扑；位于城域网城域网的、网络生存性要求较高的网络适合采用环形拓的、网络生存性要求较高的网络适合采用环形拓扑；位于扑；位于接入网接入网的、网络生存性要求不高而要求成本尽可能低廉的网络适合采

5、用星形拓扑的、网络生存性要求不高而要求成本尽可能低廉的网络适合采用星形拓扑或树形拓扑。或树形拓扑。 节点之间的光缆线路路由选择要服从通信网络发展的整体规划，要兼顾当前和未来的需节点之间的光缆线路路由选择要服从通信网络发展的整体规划，要兼顾当前和未来的需求，而且要便于施工和维护。求，而且要便于施工和维护。 选定路由的原则：线路尽量短直、地段稳定可靠、与其他线路配合最佳、选定路由的原则：线路尽量短直、地段稳定可靠、与其他线路配合最佳、维护管理方便。维护管理方便。现在学习的是第4页，共43页2.2.确定传输体制、网络确定传输体制、网络/ /系统容量的确定系统容量的确定 准同步数字系列准同步数字系列(

6、 (PDHPDH) )：主要适用于中、低速率点对点的传输。：主要适用于中、低速率点对点的传输。同步数字系列同步数字系列( (SDHSDH) )：不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传：不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。输。2020世纪世纪9090年代中期，年代中期，SDHSDH设备已经成熟并在通信网中大量使用，由于设备已经成熟并在通信网中大量使用，由于SDHSDH设备良设备良好的兼容性和组网的灵活性，新建设的骨干网和城域网一般都应选择能够承载多好的兼容性和组网的灵活性，新建设的骨干网和城域网一般都应选择能够承载多业务的下一代业务的下一代SDHSDH设备。设备。网络网

7、络/ /系统容量一般按网络系统容量一般按网络/ /系统运行后的几年里所需能量来确定，而且网络系统运行后的几年里所需能量来确定，而且网络/ /系统系统应方便扩容以满足未来容量需求。目前城域网中系统的单波长速率通常为应方便扩容以满足未来容量需求。目前城域网中系统的单波长速率通常为2.5Gbit/s2.5Gbit/s、骨干网单波长速率通常为、骨干网单波长速率通常为10Gbit/s10Gbit/s，而且根据容量的需求采用，而且根据容量的需求采用几波到几十波的波分复用。几波到几十波的波分复用。 现在学习的是第5页，共43页 3. 3. 工作波长的确定工作波长的确定 工作波长可根据通信距离和通信容量进行选

8、择。工作波长可根据通信距离和通信容量进行选择。 如果是短距离小容量的系统，则可以选择短波长范围，如果是短距离小容量的系统，则可以选择短波长范围，即即800800900n900nm m。 如果是长距离大容量的系统，则选用长波长的传输窗如果是长距离大容量的系统，则选用长波长的传输窗口，即口，即1310n1310nm m和和1550n1550nm m， 因为这两个波长区具有较低的损因为这两个波长区具有较低的损耗和色散。耗和色散。 另外，还要注意所选用的波长区具有可供选择的相应另外，还要注意所选用的波长区具有可供选择的相应器件。器件。现在学习的是第6页，共43页 4. 4. 光纤光纤/ /光缆的选择光

9、缆的选择 光纤有多模光纤和单模光纤，并有阶跃型和渐变型折射率光纤有多模光纤和单模光纤，并有阶跃型和渐变型折射率分布。分布。 对于对于短距离短距离传输和传输和短波长短波长系统可以用系统可以用多模光纤多模光纤。 对于对于长距离长距离传输和传输和长波长长波长系统一般使用系统一般使用单模光纤单模光纤。 目前可选择的单模光纤有目前可选择的单模光纤有G.652G.652，G.653G.653，G.654G.654，G.655G.655等。等。 G.652G.652光纤光纤/ /光缆光缆对于对于1310n1310nm m波段是最佳选择，是目前最常波段是最佳选择，是目前最常用的单模光纤。主要应用于城域网和接入

10、网，不需采用大复用用的单模光纤。主要应用于城域网和接入网，不需采用大复用路数密集波分复用的骨干网也常采用路数密集波分复用的骨干网也常采用G.652G.652光纤光纤/ /光缆。光缆。 现在学习的是第7页，共43页 G.653G.653光纤光纤/ /光缆光缆是是1550n1550nm m波长性能最佳的单模光纤波长性能最佳的单模光纤/ /光光缆；缆；G.653G.653光纤将零色散波长由光纤将零色散波长由1310nm1310nm移到最低衰减的移到最低衰减的1550nm1550nm波长区。主要应用于在波长区。主要应用于在1550nm1550nm波长区开通长距离波长区开通长距离10Gbit/s10Gb

11、it/s以上速率的系统。但由于工作波长零色散区的非线以上速率的系统。但由于工作波长零色散区的非线性影响，不支持波分复用系统，故性影响，不支持波分复用系统，故G.653G.653光纤仅用于单信道光纤仅用于单信道高速率系统高速率系统。目前新建或改建的大容量光纤传输系统均为波。目前新建或改建的大容量光纤传输系统均为波分复用系统，分复用系统，G.653G.653光纤基本不采用。光纤基本不采用。 G.654G.654光纤光纤/ /光缆光缆是是1550n1550nm m波长衰减最小的单模光纤，一波长衰减最小的单模光纤，一般多用于长距离海底光缆系统，陆地传输一般不采用。般多用于长距离海底光缆系统，陆地传输一

12、般不采用。 G.655G.655光纤光纤是非零色散位移单模光纤，适合应用于采用是非零色散位移单模光纤，适合应用于采用密集波分复用的大容量的骨干网中。密集波分复用的大容量的骨干网中。现在学习的是第8页，共43页 光纤光纤/ /光缆是传输网络的基础，光缆网的设计规划必须光缆是传输网络的基础，光缆网的设计规划必须要考虑在未来要考虑在未来15-2015-20年的寿命期内仍能满足传输容量和速率年的寿命期内仍能满足传输容量和速率的发展需要。的发展需要。 另外，光纤的选择也与光源有关，另外，光纤的选择也与光源有关，LEDLED与单模光纤的耦与单模光纤的耦合率很低，所以合率很低，所以LEDLED一般用多模光纤

13、，但一般用多模光纤，但1310n1310nm m的边发光二的边发光二极管与单模光纤的耦合取得了进展。极管与单模光纤的耦合取得了进展。 另外，对于传输距离为数百米的系统，可以用塑料光纤另外，对于传输距离为数百米的系统，可以用塑料光纤配以配以LEDLED。 现在学习的是第9页，共43页 5. 5. 光源的选择光源的选择 选择选择LEDLED还是还是LDLD，需要考虑一些系统参数，比如色散、码，需要考虑一些系统参数，比如色散、码速率、传输距离和成本等。速率、传输距离和成本等。LEDLED输出频谱的谱宽比起输出频谱的谱宽比起LDLD来宽来宽得多，这样引起的色散较大，使得得多，这样引起的色散较大，使得L

14、EDLED的传输容量较低，限的传输容量较低，限制在制在25002500（Mb/s）km以下（以下（1310nm1310nm）；而）；而LDLD的谱线较窄，的谱线较窄，传输容量可达传输容量可达500500（Gb/s）km（1550nm1550nm）。）。 典型情况下，典型情况下，LDLD耦合进光纤中的光功率比耦合进光纤中的光功率比LEDLED高出高出101015d15dB, B, 因此会有更大的无中继传输距离。但是因此会有更大的无中继传输距离。但是LDLD的价格比较的价格比较昂贵，发送电路复杂，并且需要自动功率和温度控制电路。昂贵，发送电路复杂，并且需要自动功率和温度控制电路。而而LEDLED价

15、格便宜，线性好，对温度不敏感，线路简单。设计价格便宜，线性好，对温度不敏感，线路简单。设计电路时需要综合考虑这些因素。电路时需要综合考虑这些因素。 现在学习的是第10页，共43页 6. 6. 光检测器的选择光检测器的选择 选择检测器需要看系统在满足特定误码率的情况下所选择检测器需要看系统在满足特定误码率的情况下所需的最小接收光功率，即接收机的灵敏度，此外还要考虑需的最小接收光功率，即接收机的灵敏度，此外还要考虑检测器的可靠性、成本和复杂程度。检测器的可靠性、成本和复杂程度。 PIN-PDPIN-PD比比APDAPD结构简单，温度特性更加稳定，成本低结构简单，温度特性更加稳定，成本低廉，廉，低速

16、率小容量系统采用低速率小容量系统采用LED+PIN-PDLED+PIN-PD组合组合。 若要检测极其微弱的信号，还需要灵敏度较高的若要检测极其微弱的信号，还需要灵敏度较高的APDAPD，高速率大容量系统采用高速率大容量系统采用LD+APDLD+APD组合组合。现在学习的是第11页，共43页 7. 7. 估算中继距离估算中继距离 估算中继距离：根据影响传输距离的主要因素（损耗和估算中继距离：根据影响传输距离的主要因素（损耗和色散）来估算。色散）来估算。 以上是设计步骤的主要内容，另外还有光纤以上是设计步骤的主要内容，另外还有光纤线路码型线路码型设设计的问题。计的问题。 中心问题：确定中继距离。中

17、心问题：确定中继距离。尤其对长途光纤通信系统，尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。 现在学习的是第12页，共43页 6.1.3 6.1.3 最大中继距离光传输的设计方法最大中继距离光传输的设计方法 光纤通信系统的设计：光纤通信系统的设计：最坏值设计法最坏值设计法和和统计设计法统计设计法。 使用最坏值设计时，所有考虑在内的参数都以最坏的情况考虑。使用最坏值设计时，所有考虑在内的参数都以最坏的情况考虑。用这种方法设计出来的指标一定满足系统要求，系统的可靠性较高，用这种方法设计出来的指标一定满足系统要求，

18、系统的可靠性较高，但由于在实际应用中所有参数同时取最坏值的概率非常小，所以这但由于在实际应用中所有参数同时取最坏值的概率非常小，所以这种方法的种方法的富余度较大，总成本偏高。富余度较大，总成本偏高。 统计设计方法是按各参数的统计分布特性取值的，即通过事先确定统计设计方法是按各参数的统计分布特性取值的，即通过事先确定一个系统的可靠性代价来换取较长的中继距离。这种方法考虑各参数统一个系统的可靠性代价来换取较长的中继距离。这种方法考虑各参数统计分布时较复杂，计分布时较复杂，系统可靠性不如最坏值法，但成本相对较低，中继距离可系统可靠性不如最坏值法，但成本相对较低，中继距离可以有所延长。以有所延长。 现

19、在学习的是第13页，共43页 另外也可以综合考虑这两种方法，部分参数值按最坏值另外也可以综合考虑这两种方法，部分参数值按最坏值处理，部分参数取统计值，从而得到相对稳定，成本适中，处理，部分参数取统计值，从而得到相对稳定，成本适中， 计算简单的系统。计算简单的系统。( (联合设计法联合设计法) ) 中继距离的设计分两种情况讨论：中继距离的设计分两种情况讨论： 一个光纤链路，如果损耗是限制光中继距离的主要因素，一个光纤链路，如果损耗是限制光中继距离的主要因素，则这个系统就是则这个系统就是损耗受限的系统损耗受限的系统；如果光信号的色散展宽最；如果光信号的色散展宽最终成为限制系统中继距离的主要因素，则

20、这个系统就是终成为限制系统中继距离的主要因素，则这个系统就是色散色散受限的系统受限的系统。 现在学习的是第14页，共43页 T, T:T, T: 光端机和数字复接分接设备的接口；光端机和数字复接分接设备的接口；Tx:Tx: 光发射机或中继器发射端；光发射机或中继器发射端；Rx:Rx: 光接收机或中继器接收端；光接收机或中继器接收端；C C1 1, C, C2 2: : 光纤连接器；光纤连接器；S:S: 靠近靠近TxTx的连接器的连接器C C1 1的接收端；的接收端；R:R: 靠近靠近RxRx的连接器的连接器C C2 2的发射端；的发射端；S-R:S-R: 光纤线路，包括接头。光纤线路，包括接头

21、。1. 1. 中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制 图示出了无中继器和中间有一个中继器的数字光纤线路系统的示意图: (a)(a)无中继器；无中继器； (b)(b)一个中继器一个中继器 TxRxC1SR(a)TTTxRxC1SR(b)TTRC2中继器C1SC2C2现在学习的是第15页，共43页 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。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 式中，P Pt t为平均发射光功率平均发射光功率(dBm)(dBm)，P P

22、r r为接收灵敏度接收灵敏度(dBm)(dBm)，c c 为连连接器损耗接器损耗(dB/(dB/对对) )，M Me e为系统余量系统余量(dB)(dB)，f f为光纤损耗系数光纤损耗系数(dB/km)(dB/km),s s为每每kmkm光纤平均接头损耗光纤平均接头损耗(dB/km)(dB/km),m m为每每kmkm光纤线路损耗光纤线路损耗余量余量(dB/km)(dB/km), L L为中继距离为中继距离(km)(km)。ecrtmsfMppL2或2trcefsmppML现在学习的是第16页，共43页 平均发射光功率平均发射光功率P Pt t取决于所用光源取决于所用光源，对单模光纤通信系统，

23、对单模光纤通信系统，LDLD的平均发射光功率一的平均发射光功率一般为般为-3-3-9dBm, LED-9dBm, LED平均发射光功率一般为平均发射光功率一般为-20-20-25dBm-25dBm。 光接收机灵敏度光接收机灵敏度P Pr r取决于光检测器和前置放大器的类型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，并受误码率的限制，随传输速率而变化。表输速率而变化。表: :示出长途光纤通信系统示出长途光纤通信系统BERBERavav111010-10-10时的接收灵敏度时的接收灵敏度P Pr r。-30-33PIN-FETAPD13104 139.264-37-42PIN-FET

24、APD1310139.264-41PIN-FET131034.368-49PIN13108.448灵敏度灵敏度Pr/dBm光检测器光检测器标称波长标称波长/nm传输速率传输速率/（Mb s-1）现在学习的是第17页，共43页 连接器损耗一般为连接器损耗一般为0.30.31dB/1dB/对。对。设备余量设备余量M Me e包括由于时间和环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，器性能劣化，M Me e一般不小于一般不小于3dB3dB。 光纤损耗系数光纤损耗系数f f取决于光纤类型和工作

25、波长，取决于光纤类型和工作波长，例如单模光纤在例如单模光纤在1310nm,1310nm,f f为为0.40.40.45dB/km; 0.45dB/km; 在在1550nm,1550nm,f f为为0.220.220.25dB/km0.25dB/km。 光纤损耗余量光纤损耗余量m m一般为一般为0.10.10.2dB/km, 0.2dB/km, 但一个中继段总余量不超但一个中继段总余量不超过过5dB5dB。平均接头损耗可取。平均接头损耗可取0.05dB/0.05dB/个，每千米光纤平均接头损耗个，每千米光纤平均接头损耗s s可根可根据光缆生产长度计算得到。据光缆生产长度计算得到。现在学习的是第1

26、8页，共43页 2. 2. 中继距离受色散中继距离受色散( (带宽带宽) )的限制的限制 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色散( (带宽带宽) )的限制。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，必须对光纤对光纤线路总色散线路总色散( (总带宽总带宽) )进行规范。进行规范。 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，或误码率增加

27、，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。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。现在学习的是第19页，共43页 g(t)=exp )2(22t12ln(1/ )aT 式中式中为为均方根均方根(rms)(rms)脉冲宽度脉冲宽度。把。把/T=a/T=a定义为定义为相对均方根脉冲相对均方根脉冲宽度宽度，码间干扰，码间干扰的定义如图所示。得到：的定义如图所示。得到： 设传输速率为设传输速率为f fb b=1/T=1/T，发射脉冲为半占空归零，发射脉冲为半占空归零(RZ)(RZ)码，输出脉冲码，输出脉冲为高斯波形

28、，如图所示。高斯波形可以表示为：为高斯波形，如图所示。高斯波形可以表示为： 高斯波形的码间干扰 )(tgtT121现在学习的是第20页，共43页 美国美国BellBell实验室的早期研究中，曾建议采用下列标准来考查光纤实验室的早期研究中，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。线路色散对系统传输性能的限制。 当当a=0.25a=0.25时，码间干扰时，码间干扰只有峰值的只有峰值的0.034%0.034%，完全可以忽略不计，完全可以忽略不计。当。当a=0.5a=0.5时，时，增加到增加到13.5%13.5%，此时功率代价为，此时功率代价为7 78dB8dB，难以通过，难以通过均

29、衡进行补偿。一般系统设计选取均衡进行补偿。一般系统设计选取a=0.25a=0.250.350.35，功率代价不超过，功率代价不超过2dB2dB。现在学习的是第21页，共43页 为确定中继距离和光纤线路色散为确定中继距离和光纤线路色散( (带宽带宽) )的关系，把输出脉冲用的关系，把输出脉冲用半高全宽度半高全宽度(FWHM)(FWHM)表示，即表示，即22()()2fT 式中式中, =/0.4247,=aT, a, =/0.4247,=aT, a为相对均方根（为相对均方根（rmsrms）脉冲宽度，）脉冲宽度，T=1/fT=1/fb b，f fb b为系统的比特传输速率。为系统的比特传输速率。f

30、f为为光纤线路脉冲展宽光纤线路脉冲展宽(FWHM) (FWHM) ，取决于所用光纤类型和色散特性。，取决于所用光纤类型和色散特性。现在学习的是第22页，共43页 对于多模光纤系统多模光纤系统，色散特性通常用3dB带宽表示( )。因此，f=0.44/B, B B为长度等于为长度等于L L的光纤线路总带宽的光纤线路总带宽，它与单位长度光纤带宽的关系为B=B1/L。 B B1 1为为1km1km光纤的带宽，通常由测试确定。光纤的带宽，通常由测试确定。=0.51, 称为串接串接因子因子，取决于系统工作波长，光纤类型和线路长度。把这些关系代入式：并取a=0.250.35，得到光纤线路总带宽B和速率fb的

31、关系为： B=(0.830.56)fb 22()()2fT 现在学习的是第23页，共43页 中继距离中继距离L L与与1km1km光纤带宽光纤带宽B B1 1的关系的关系为B1=BL, 所以 L=（1.211.78）1/fb1/ 由此可见，中继距离中继距离L L与传输速率与传输速率f fb b的乘积取决于的乘积取决于1km1km光纤的带宽光纤的带宽( (色散色散) )，这个乘积反映了光纤通信系统的技术水平。，这个乘积反映了光纤通信系统的技术水平。或写成 Lfb=(1.211.78)B1 现在学习的是第24页，共43页 对于单模光纤系统，对于单模光纤系统，f=2.355f, f为光纤线路均方根（

32、rms）脉冲展宽。 f=|C0|L, C0=C(0)为在光源中心波长0光纤的色散光纤的色散(ps/(nm(ps/(nmkm)km)，为光源谱线宽度光源谱线宽度(nm)(nm)，L为光纤线路长度光纤线路长度(km)(km)。 把这些关系式代入式 得到一个简明的公式。设取a=/T=0.25，得到中继距离：600.226 10bLf c22()()2fT 现在学习的是第25页，共43页 在这个基础上，根据原CCITT建议，对于实际的单模光纤通信系统对于实际的单模光纤通信系统，受色散限制的中继距离，受色散限制的中继距离L L可以表示为：可以表示为：0610CFLb 式中, 是线路码速率线路码速率(Mb

33、/s)(Mb/s)，与系统比特速率不同，它要随线路码型的不同而有所变化。C C0 0是光纤的色散系数光纤的色散系数(ps/(nm(ps/(nmkm)km)，它取决于工作波长附近的光纤色散特性。为光源谱线宽度光源谱线宽度(nm)(nm)，对多多纵模激光器纵模激光器(MLM-LD)(MLM-LD)，为rms宽度，对单纵模激光器单纵模激光器(SLM-LD)(SLM-LD), 为峰值下降20dB的宽度。是与功率代价和光源特性有关的参数，对于MLM-LD,=0.115, 对于SLM-LD，=0.306。bF现在学习的是第26页，共43页 3.3.举例举例 光纤通信系统的中继距离受损耗限制时由式 确定；

34、中继距离受色散限制时； 多模光纤： 单模光纤： 确定。 从损耗限制和色散限制两个计算结果中，选取较短的距离，作为中继距离计算的最终结果。2trcefsmppML0610CFLb1/1(1.211.78)/bLBf现在学习的是第27页，共43页以以140 Mb/s140 Mb/s单模光纤通信系统为例计算中继距离单模光纤通信系统为例计算中继距离 设系统平均发射功率Pt=-3dBm, 接收灵敏度Pr=-42dBm，设备余量Me=3dB，连接器损耗c=0.3dB/对，光纤损耗系数f=0.35dB/km, 光纤余量m=0.1dB/km，每km光纤平均接头损耗s=0.03dB/km。根据这些数据，得到中继

35、距离：)(741 . 003. 035. 03 . 023)42(3kmL现在学习的是第28页，共43页 又设线路码型为5B6B, 线路码速率b=140(6/5)=168 Mb/s,|C0|=3.0ps/(nmkm)，=2.5nm。根据这些数据得到中继距离：60.115 1091()168 3.0 2.5Lkm 在工程设计中，中继距离应取74km。在本例中中继距离主要受损耗在本例中中继距离主要受损耗限制。限制。 但是，如果假设|C0|=3.5ps/(nmkm)，=3nm，而上述其他参数不变，计算得到的中继距离L65 km，则此时中继距离主要受色此时中继距离主要受色散限制，散限制，中继距离应确定

36、为65km。现在学习的是第29页，共43页6.2 6.2 WDM+EDFA数字光纤链路数字光纤链路 光波分复用光波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing）技术是高速全光通信中传输容量潜力最大的一种多信道复用技术是高速全光通信中传输容量潜力最大的一种多信道复用方式。它可以在一根光纤中传输多个波长的光信号。其方式。它可以在一根光纤中传输多个波长的光信号。其基本基本原理原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，耦合到光缆是在发送端将不同波长的光信号组合起来，耦合到光缆线路中在同一根光纤上传输，在接收端将组合的光波长分开，线路中在同一根光纤上传输，在接收端将组合

37、的光波长分开，不同波长的信号送入不同的终端。不同波长的信号送入不同的终端。 EDFAEDFA是这种多波长系统走向实用化的关键技术，它可是这种多波长系统走向实用化的关键技术，它可以在几个太赫兹的波长范围内同时给多个波长提供增益。以在几个太赫兹的波长范围内同时给多个波长提供增益。 现在学习的是第30页，共43页 1. 1. 波分复用系统的基本形式波分复用系统的基本形式 WDMWDM系统的组成结构基本上有以下两种形式。系统的组成结构基本上有以下两种形式。 1) 1) 多路复用双纤单向传输多路复用双纤单向传输 如图示，如图示，N N个不同波长的发送机经过复用器个不同波长的发送机经过复用器M M耦合到一

38、根光纤中进行传输。在接收耦合到一根光纤中进行传输。在接收端经过解复用器端经过解复用器D D把不同波长分离开，送到不同的光接收机。把不同波长分离开，送到不同的光接收机。 光纤光纤光发光发射机射机光复用器光复用器光发光发射机射机光发光发射机射机12N 光纤光纤光接光接收机收机光解复用器光解复用器12N 光放大器光放大器光接光接收机收机光接光接收机收机现在学习的是第31页，共43页 2) 2) 光双向单纤传输光双向单纤传输 如图所示，在一根光纤中实现两个方向信号的同时传如图所示，在一根光纤中实现两个方向信号的同时传输。输。MDMD是具有波长选路功能的复用是具有波长选路功能的复用/ /解复用器。其中解

39、复用器。其中1 1和和2 2是两个不同方向的光信号。也可以实现是两个不同方向的光信号。也可以实现1 1, , ，n n为为一个方向，而一个方向，而n+1n+1，,2n2n为另一个方向的多波长双向传为另一个方向的多波长双向传输。输。 T1R1MDR1T2MD121212现在学习的是第32页，共43页 根据波分复用器和系统应用需求的不同，可以复用的波长数也不同，可分为三类：l稀疏或粗波复用CWDM，通道数28个，通道间隔10100nm；l密集波分复用DWDM，通道数832个，通道间隔110nm，现在商用系统较多使用8个、16个和32个复用通道；l致密波分复用或称光频分复用OFDM，通道数40100

40、0个，通道间隔0.11nm，是进一步发展的方向。现在学习的是第33页，共43页 2. 2. 波分复用系统的技术波分复用系统的技术特点特点 (1) (1) 提高了光纤的频带利用率。过去的通信系统只能提高了光纤的频带利用率。过去的通信系统只能在一根光纤中传输一个光波长的信号，但在一根光纤中传输一个光波长的信号，但光纤本身在长波光纤本身在长波长区具有很宽的低损耗区长区具有很宽的低损耗区，而波分复用技术提高了低损耗，而波分复用技术提高了低损耗区的利用率，降低了传输成本。区的利用率，降低了传输成本。 (2) (2) 对不同的信号具有很好的兼容性。利用对不同的信号具有很好的兼容性。利用WDMWDM技术，技

41、术，不同性质的信号（音频、视频、数据、文字、图像等）可不同性质的信号（音频、视频、数据、文字、图像等）可以调制在不同的波长上，以调制在不同的波长上，各个波长相互独立各个波长相互独立，对数据格式、，对数据格式、速率的传输是透明的，因此可以同时进行传输。速率的传输是透明的，因此可以同时进行传输。 现在学习的是第34页，共43页 (3) (3) 节约投资。可以实现单根光纤的双向传输，对于节约投资。可以实现单根光纤的双向传输，对于全双工通信可以全双工通信可以节约大量的线路资源节约大量的线路资源，并且如果现有线路，并且如果现有线路的富余度允许，可以在现有的线路上方便地实现扩容，而的富余度允许，可以在现有

42、的线路上方便地实现扩容，而不必对原系统做较大改动。不必对原系统做较大改动。 (4) (4) 降低光电器件的超高速要求。使用降低光电器件的超高速要求。使用WDMWDM技术，可适技术，可适当降低对器件高速响应的要求而同时又实现大容量传输。当降低对器件高速响应的要求而同时又实现大容量传输。 (5) (5) 可以可以灵活组网灵活组网。使用。使用WDMWDM技术选路，可以在不改变技术选路，可以在不改变光纤设施的条件下，调整光通信系统的网络结构，在通信光纤设施的条件下，调整光通信系统的网络结构，在通信网设计中具有灵活性和自由度，便于对系统功能和应用范网设计中具有灵活性和自由度，便于对系统功能和应用范围的扩

43、展。围的扩展。 现在学习的是第35页，共43页 3. WDM3. WDM系统的基本结构系统的基本结构 实际的实际的WDMWDM系统主要由五部分组成：系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统光监控信道和网络管理系统，如下图所示。光转发器 1光合波器光转发器 nBA1n1n光纤光监控信道接收/发送LA光纤接收 1光分波器接收 nPA1n1n光监控信道发送器ssss光监控信道接收器网络管理系统光中继放大光接收机光发射机现在学习的是第36页，共43页 位于WDM系统的发送端。 在发送端首先将来自终端设备(如SDH端机)输出的光信号，

44、利用光转发器光转发器(OTU)(OTU)把符合ITU-T G.957建议的非特定波长的光信号转换成符合ITU-T G.692建议的具有稳定的特定波长的光信号。 对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的SDH信号，其输出端满足G.692的光接口，即标准的光波长和满足长距离传输要求的光源；利用合波器合成多路光信号；通过光功率放大器光功率放大器(BA(BA：Booster Booster Amplifier)Amplifier)放大输出多路光信号。 要求：发光波长可调，稳定性高，谱线窄，消光比高，输出功率可调控。现在学习的是第37页，共43页 用掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)(E

45、DFA)对光信号进行中继放大中继放大。 在应用时可根据具体情况，将EDFA用作“线放线放(LA(LA：Line Line Amplifier)Amplifier)”, “功放功放(BA)(BA)”和“前放前放(PA(PA：Preamplifier)Preamplifier)”。 在WDM系统中，对EDFA必须采用增益平坦技术增益平坦技术，使得EDFA对不同波长的光信号具有接近相同的放大增益。与此同时，还要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种情况，保证光信道的增益竞争不影响传输性能。 在接收端，光前置放大器光前置放大器(PA)(PA)放大经传输而衰减的主信道光信号，分波器从主信道光信号中分出特定

46、波长的光信号。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的带宽。 现在学习的是第38页，共43页 光光监控信道监控信道(Optical Supervisory Channel)(Optical Supervisory Channel)的主要功能是：的主要功能是： 监控系统内各信道的传输情况，在发送端，插入本节点产生的波长为监控系统内各信道的传输情况，在发送端，插入本节点产生的波长为s(1510nm)s(1510nm)的光监控信号，与主信道的光信号合波输出；在接收端的光监控信号，与主信道的光信号合波输出；在接收端，将接收

47、到的光信号分离，输出，将接收到的光信号分离，输出s(1510nm)s(1510nm)波长的光监控信号和业务信波长的光监控信号和业务信道光信号。道光信号。 帧同步字节、公务字节帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节网管所用的开销字节等都是通过光监控信道等都是通过光监控信道来传送的。来传送的。 通过光监控信道物理层传送开销字节到其他节点或接收来自其他节点的开销字节对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性配置管理、故障管理、性能管理和安全管理能管理和安全管理等功能，并与上层管理系统相连。现在学习的是第39页，共43页 目 前 国 际 上 已 商 用 的 系 统 有 ：目 前 国 际 上 已

48、 商 用 的 系 统 有 ：4 2 . 5 G b / s ( 1 0 G b / s ) , 82.5Gb/s(20Gb/s),162.5Gb/s(40Gb/s),402.5Gb/s(100Gb/s), 3210 Gb/s(320 Gb/s), 4010 Gb/s(400 Gb/s)。 实验室实验室已实现了8240Gb/s(3.28Tb/s)的速率，传输距离达3100km=300km。 OFC2000(Optical Fiber Communication Conference)OFC2000(Optical Fiber Communication Conference)提供的情况有：提供的

49、情况有： Bell Labs:Bell Labs:82路40 Gb/s=3.28Tb/s在3100 km=300 km的True Wave(商标)光纤(即G.655光纤)上，利用C和L两个波带联合传输； 日本日本NEC:NEC:16020 Gb/s=3.2 Tb/s，利用归零信号沿色散平坦光纤，经过增益宽度为64 nm的光纤放大器，传输距离达1500 km; 现在学习的是第40页，共43页 日本富士通日本富士通(Fujitsu):(Fujitsu):128路10.66Gb/s，经过C和L波带注：C波带为15251565nm，L波带为15701620nm。用分布喇曼放大(DRA: Distrib

50、uted Raman Amplification),传输距离达6140km=840km 日本日本NTTNTT30路42.7Gb/s，利用归零信号，经过增益宽度为50nm的光纤放大器，传输距离达3125 km376 km 美国美国Lucent Tech:Lucent Tech:100路10 Gb/s=1 Tb/s，各路波长的间隔缩小到25GHz,利用L波带，沿NZDF光纤(G.655光纤)传输400km 美国美国MciworldcomMciworldcom和加拿大和加拿大Nortel:Nortel:100路10Gb/s=1Tb/s，沿NZDF光纤在C和L波带传输4段，约200km 美国美国Qte