光纤通信-ch10 光纤通信系统设计

第十章光纤通信系统设计10.1概述HFC

(HybridFiber-Coaxial)

光纤同轴混合有线电视网络

老一代的有线电视网络只采用同轴电缆，新一代的有线电视网络为了减少系统噪声，从头端到用户附近的光节点采用光纤，从光节点到用户则采用同轴电缆。一般宽带网：从光节点到用户电脑则采用双绞线。如：FTTB（fibertothebuilding），FTTH，FTTD等。光纤通信系统：模拟系统，数字系统。模拟光纤通信系统：一般只通过HFC网传送有线电视信号。数字光纤通信系统：传送其他信号。10.2模拟光纤通信系统

模拟光纤通信系统多采用副载波复用（副载波：射频电磁波）技术。每一个电视频道的信号被调制（残留边带幅度调制，VSB－AM）在一个特定的射频副载波上，然后经过电复用合成一路，最后再调制（电光调制－光发射机）到光波上（1310nmor1550nm），注入光纤传输。在光纤接收端，光电检测器直接将光信号还原成复用的电信号，再用解调器从各个已调副载波上解调出各路电视信号。10.2.1系统的主要性能指标1.载噪比（CarrierNoiseRatio－CNR）C：载波功率

N：噪声功率假设流过激光器的某一频道的载波电流为无失真时激光器的输出功率为（dB或dBm）光调制度为：光电检测器输出的光生电流为（无线路和光电转换失真）R为光电检测器响应度，Pr为光接收机平均接收功率(单位:W)Pb、Pr：传输光纤的发射端和接受端的光功率(单位:W)。半工程半科学：

P－W

α－dB/kmL-km书上有错载波功率

噪声功率(PINPD)(单位:A2)（表达与书上不同）注意：NF：前置放大器噪声指数，单位:dB（要化为无单位再计算）nRIN：激光器相对噪声系数，单位:dB/Hz（要化为单位1/Hz再计算）（书上这里有错）(单位:A2)激光器相对强度噪声（relativeintensitynoise-RIN)：

在半导体激光器中，输出光的幅度或强度的起伏产生了光强度噪声。这种起伏可以因温度变化或包含于激光输出中的自发辐射而产生。这种随机的强度波动产生的噪声称为相对强度噪声（nRIN）。均方噪声电流：nRIN的单位为dB/Hz，要化为单位1/Hz再计算。载噪比：

注意：上式中，平均接收光功率用W表示，不可用dB表示。（无单位）思考：（1）对APD，CNR公式如何表达？（2）复杂系统中的计算？各种噪声对系统CNR的影响：1.前置放大器的热噪声的影响：（无单位）（dB）(CNR)T与接收机输入功率的平方成正比。若输入功率增加1dB，则(CNR)T增加2dB。即便当接收机接受的光功率很小时，前置放大器的热噪声也能占主导地位。2.光电转换散弹噪声的影响：（无单位）(CNR)q与接收机输入功率的成正比。输入功率增加1dB，(CNR)q增加1dB。当接收机接受的光功率很大时，光电转换散弹噪声占主导地位。3.激光器相对强度噪声的影响：(CNR)RIN与接收机输入功率的无关。注意：10.2.2传输距离设计根据损耗设计传输距离：

P0：光发送机发射平均光功率（dBm）；Pr：光接收机灵敏度－－最低接收光功率（dBm）；M：系统富余量（随时间，系统性能下降）（dB）；Ai：分光器插入损耗（dB）；Ad：分光器分光损耗（dB）；α：光缆线路每公里损耗（dB/km），光纤连接（融接和活动连接）损耗计算在内。设备富余量M(systemmartin)：考虑到随着使用时间的增加和环境的变化（如环境温度升高）光发射功率和光接收灵敏度会有所下降，光纤连接器性能劣化等因素而预留的光功率。一般M取3dB。HFC模拟光网络：

从头端到用户附近的光节点采用光纤，从光节点到用户则采用同轴电缆。光纤部分分为两级：由总前端和分前端构成一级光网络，采用双向自愈环结构；分前端到各个光节点构成二级光网络，采用星型结构。一级光网络的双向自愈环分为：“物理环型，逻辑星型”；“物理环型，逻辑树型”。10.3.2系统设计（1）损耗限制

2.5Gbit/s及以下速率系统的中继距离主要受损耗限制。P0：光发送机发射平均光功率（dBm）；Pr：光接收机灵敏度－－最低接收光功率（dBm）；Me：系统富余量（随时间，系统性能下降）（dB）；Ac：每个活动连接器损耗（dB）；Ad：光通道代价（脉冲波形失真导致的接收机灵敏度下降）（dB）；α：光缆线路损耗系数（dB/km）；αs：每公里光纤平均接头损耗（熔接点）（dB/km）；αm：每公里光纤线路损耗余量（dB/km)。10.3数字光纤通信系统

光通道代价：经光通道传输之后的信号波形失真，引起的接收机灵敏度的下降值。低色散系统：最大通道代价定义为1dB；高色散系统：2dB是允许的。

（2）色散限制

由于色散，必须用电中继器对信号进行再定时、整形、再生，还原出“干净”的规则信号。两个电中继器之间的距离为多少???

δ为码间串扰：当等于“1”码幅度的1/4时，“0”码将会被判为“1”码，发生误码。造成脉冲展宽的原因：色散，频率啁秋，抖动、反射等，但色散是主要的原因。考虑到除色散外的其它因素，一般将色散引起的脉冲展宽产生的码间串扰δ的容限值设定在相对值1/5。用Gauss波形近似展宽后的波形，σ为均方根脉冲宽度。t＝T时，g(t)的值就是码间串扰δ，取串扰的容限δ＝1/5，则→定义脉冲宽度τ为波形的半高全宽（FWHM），→因此，书上有误脉冲的展宽为对单模光纤而言，色散对脉冲的展宽为色散限制的中继距离为fb为光通路传输速率，书上有误书上有误与书上不同系统设计总结（1）（1）损耗限制

无论对于模拟系统还是数字系统，都有：Ad：光通道代价（脉冲波形失真导致的接收机灵敏度下降）（dB）

——仅仅对数字系统才有；Ac：每个活动连接器损耗（dB）；αs：每公里光纤平均接头损耗（熔接点）（dB/km）。思考：系统中有增益为G（dB）的放大器，如何改变上式？系统设计总结（2）（2）色散限制

无论对于模拟系统还是数字系统，都有：色散：带宽：传输距离：单模光纤B单位：模拟系统——Hz；数字系统——bit/s或bps。系统设计总结（3）

对于数字系统，还可以用公式：单模光纤

由色散决定的传输距离是非常大的（特别是对低速系统）。电中继器之间的距离通常为600km左右，远远大于损耗所限制的放大器之间的距离（~100km）。尤其对于2.5Gbit/s及以下速率的系统，中继距离主要受损耗限制。设计原则：对两种距离都进行计算，取短的那一个距离。带宽又叫频宽：

指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹Hertz(Hz)来表示。

补充题：1．有622Mbit/s速率的单模光缆传输系统，应用InGaAs-LD，其It<50mA，标称波长为1310nm，光谱宽度为2nm，发