多模光纤和传输速率带宽的关系

在多模光纤参数中都会有一个带宽（信道带宽）的参数，单位为MHz.km，而有时又会被问到多模光纤的传输速率达到200Mbit/s吗？怎么理解这两者的关系呢？我们先来理解多模光纤的带宽。通常多模光纤的信息容量大小用带宽长度积来度量。单位为什么不是常见的MHz，而是MHz-km？首先要理解多模光纤本身的特性：多模光纤在传输光波导信号过程中附加的群时延、模间色散、材料色散、波导色散等导致信号失真，其中，模间色散是带宽决定性因数，而材料色散、波导色散通常可以忽略，但对于单模光纤的影响却十分显著。上述的因数将造成光波导信号在多模光纤中传输时，其信号在多模光纤中的传输长度与带宽成反比。一般地，传输长度越大，则传输带宽下降。MHz•km为单位正是为了表征多模光纤在1KM内所能传输的容量（前提是信号不失效）。光纤长度是标志性物理参数，一旦确定距离，就可以根才用户现在或将来的带宽需求缩小光纤的选择范围。因此，简单地说多模光纤的实际带宽并无意义，所以必须加上长度来保证信号不失效，因此单位就变成MHz-KM。比如带宽600MHz-KM的在2KM的地方其带宽就只有300M了。对于阶跃折射率多模光纤，多种因数的影响使它的带宽长度积被限定在20MHz.KM，对于梯度型折射率光纤，其带宽长度积可高达2.5GHz.KM，而对于单模光纤的带宽，由于色散小、光源谱宽窄等因数，可以认为其传输带宽是无限的。有研究表明，对于短波长0.85gm，如果光源的均方根谱宽是20nm的话，最好情况的光纤总带宽不过是1GHz・km;对于1.30pm波长，如果剖面指数控制得好的话，最高的带宽可以超过10GHz-kmo（备注信息：就目前而言，LED（发光二极管）的均方根谱宽大约是中心波长的5%，例如，假设LED的发射峰值波长为850nm，则其典型谱宽应为40nm，也就是他发射光的功率大部分集中在830〜870nm的波长范围内。LD（半导体激光器）光源的谱宽则要窄得多，其中多模LD的典谱宽为1〜2nm，而单模LD的典型谱宽仅有0.0001nm。）多模光纤的传输速率跟多模光纤带宽是有一定关联的。首先，数据传输速率（又称码率、比特率或数据带宽）描述通信中每秒传送数据代码的比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s=b/s=bps。信道带宽与数据传输速率的关系可以奈奎斯特（Nyquist）准则与香农（Shanon）定律描述。奈奎斯特准则指出：如果时间间隔为n/3（3=2nf-->2f=w/n），通过理想通信道传输窄脉冲信号，则前后码元之间不产生相互窜扰。因此，对于二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax（单位为bps）与通信信道带宽B（B=f,单位为Hz）的关系可以写为：Rmax=2f。对于二进制数据，若信道带宽B=f=200MHz，则最大数据传输速率为400Mbps，多进制的话速率可增加N倍。奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信噪比之间的关系。香农定理指出：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N的关系为：Rmax=B-log2(1+S/N)式中，Rmax单位为bps，带宽B单位为Hz,信噪比S/N通常以dB(分贝)数表示。若S/N=30(dB),那么信噪比根据公式：S/N(dB)=10-lg(S/N)可得，S/N=1000。若带宽B=3000Hz，则Rmax%30kbpso香农定律给出了一个有限带宽、有热噪声信道的最大数据传输速率的极限值。它表示对于带宽只有3000Hz的通信信道，信噪比在30db时，无论数据采用二进制或更多的离散电平值表示，都不能用越过30kbps的速率传输数据。1、 模拟信道的带宽模拟信道的带宽W=f2-f1其中f2:信道能通过的最高频率f1:信道能通过的最低频率2、 数字信道的带宽信道中能不失真地传输的脉冲序列的最高速率，即单位时间内通过信道传输的码元个数。码元速率也叫波特率，码元速率的单位叫波特(Baud)有限带宽无噪声信道的极限波特率(尼奎斯特定理)：若信道带宽为W，则最大码元速率B=2W其表明：单位每赫兹的带宽，单位时间内所通过的最大码元个数是2个。数字调制技术(在数字信道中如何使用模拟信号表示01码)幅度键控(ASK)频移键控(FSK)相移键控(PSK)数据速率和波特率a、 数据速率和波特率是两个不同的概念，仅当码元取两个离散值时二者才相等。举例：即有时候可以令f1表示11，f2表示00，f3表示01，f4表示10,这样的话，一个码元就携带了2比特的信息。b、 用n表示一个码元携带的信息量，用N表示波可以表示的码元种类数，则n=log2Nc、 所以令R表示数据速率R=n*码元速率，所以无噪声信道数据速率公式为：R=n*B=2Wlog2N，单位是每秒比特(bps或b/s)d、 香农定理(有噪声信道的极限数据速率)C=Wlog2(1+S/N)其中S表示信号的平均功率，N表示噪声的平均功率，S/N叫做信噪比，信噪比值太大，故常取其分贝数dBdB=10log10S/N例如S/N=1000时，信噪比为30dB,所以香农定理跟波所可以表示的码元种类数无关，只要信噪比给定则单位时间内最大信息传输量就确定了，例如：信道带宽为3000HZ，信噪比为30dB则C约等于30000b/s，但这只是一个极限值，只是理论上的，实际上能达到9600b/s就不错了。e、在数字信道上所提到的带宽实际上是信道的最大传输速率，如以太网的10Mb/s,100Mb/s,它与模拟信道的带宽可以通过香农定理互相转换。3、在数字模式和模拟模