光纤通信（第四版）光纤通信系统及设计

光纤通信系统与设计本章内容7.1模拟光纤通信系统概述7.2典型的模拟光纤通信系统7.3PCM数字光纤通信系统7.4IM-DD数字光纤通信系统设计7.4WDM+EDFA光纤通信链路设计一、系统的组成二、主要性能参数7.1模拟光纤通信系统概述虽然数字光纤系统是主流应用，但模拟光纤通信系统仍在广泛的领域应用，因价格优势和技术成熟兼容性好的特点可用于直接传输模拟话音、视频、微波和卫星等信号。一、系统的组成模拟话音信号：基带信号直接进行光强调制IM。微波和卫星等信号。电视等视频信号：基带直接IM、脉冲幅度调制（PAM）、脉冲频率调制（PFM）、脉冲宽度调制（PWM）、脉冲间隔（位置）调制（PPM）。微波和卫星：微波副载波SCM。模拟系统主要由模拟光发送机、光纤（根据需要可采用EDFA）和模拟接收机构成。一、系统的组成视频光端机（光发送机和光接收机统称为光端机）。常用的三种调制方式：对图象信号的传输，一般常用基带电视信号基带直接强度调制；另二种调制方式是先用脉冲宽度调制（PWM）、脉冲间隔（位置）调制（PPM）的方式把基带信号调制到一个电副载波上，再用这个副载波去直接强度调制光源。信噪比（S/N）或载噪比（C/N）输出信号功率与噪声功率之比或载波功率与噪声功率之比。光检测器噪声、电阻热噪声和放大器噪声等引起。线性度或非线性失真度输出的所有谐波功率之和与基波功率之比。光源的非线性和光纤的色散引起，输出的幅值变化特性和相位偏移特性对不同频率的输入有很大的不同，输出端的合成信号在幅值和相位上与输入相比就会有一定程度的失真。二、主要性能参数

模拟信号经过光纤传输，由于系统中存在噪声、非线性以及传输带宽的限制会引起原始信号的波形失真。为了描述恢复信号与原始信号的相似程度通常用线性度、信噪声比以及传输带宽等指标来衡量。单路基带直接IM系统7.2典型的模拟光纤通信系统基带正弦信号，调制作用于光源的线性区，则输出光功率的包络和输入的驱动电流有相同波形。调制指数m定义为输出光功率的峰－峰值Pp和平均发送光功率Pi的比值。7.2典型的模拟光纤通信系统多路副载波IM系统先可以把基带信号用AM，FM，PM等调制方式调制到频率为ƒ1、ƒ2、……ƒN的N个载波（称为副载波）上，然后再把这N个信号频分复用（FDM）合后，调制到一个光源7.2典型的模拟光纤通信系统微波副载波IM系统（SCM光纤通信系统）输入端的N个信道中，既可以承载语音、数据、视频、数字声频，也可以是任何其它形式的模拟和数字信号。由压控振荡器（VCO）产生N个不同的载波频率：SC1、SC2…SCN，频率范围是2～18GHz，将这些独立的模拟或数字信号调制到这N个副载波上，然后形成一个频分复用信号，驱动半导体光源。在接收端，采用宽带的pin光电检测器检测出光信号，并将其转化为微波信号，使用压控振荡器调谐恢复出各路信号。7.2典型的模拟光纤通信系统

ROF系统：射频信号光纤传输技术RoF（RadiooverFiber），或称光载无线通信技术，就是把射频电信号通过直接强度调制为光信号进行传输，其原理框图如图所示。7.3PCM数字光纤通信系统数字光纤通信系统组成数字光纤通信系统性能参数（包括误码率、线路速率或码率等）误码率或误比特率误比特率：在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一时间所收到的数字信号的总比特数之比,就叫做“比特误码率”，也可以叫做“误比特率”。误码率：传输中的误码/所传输的总码数之比。一、系统的组成与主要性能参数电端机PCM电端机PCM（脉冲编制码调制）模拟话音转换成数字话音1路模拟话音（4KHz）转换成数字话音（64kb/s）30路话音和2路信令信2048kb/s简称2M。一、系统的组成与主要性能参数电端机二、PDH光纤通信系统PDH电端机PDH（准同步复接体系）将多路低速率比特流时分复用为一路高速率比特流。SDH电端机SDH（同步复接体系）将多路低速率比特流时分复用为一路高速率比特流。总体考虑7.4IM-DD数字光纤通信系统设计（1）传输距离-中继距离（2）信道带宽-线路码速率（3）系统性能-误码率光端机光发送机：工作波长、码速率、平均发射光功率等。光接收机：接收灵敏度、动态范围等。光纤光缆损耗系数、色散系数等。中继距离设计7.4IM-DD数字光纤通信系统设计损耗限制系统机理：随着距离增加，光纤的传输损耗造成光信号功率不断下降，最终造成信噪比下降到不可接受的程度。色散限制系统机理：随着距离增加，光纤色散造成信号光脉冲不断展宽，最终造成相邻光脉冲之间的严重干扰，导致误码率下降到不可接受的程度。损耗限制系统中继距离计算7.4IM-DD数字光纤通信系统设计

PS-PR=2αc+Nαs+αFL+MM：富余度色散限制系统中继距离计算7.4IM-DD数字光纤通信系统设计对于数字光纤系统，色散增大，意谓着数字脉冲展宽增加，在接收端要发生码间干扰，严重时使系统失去设计的性能。因而，对于传输速率给定的系统，允许的总色散是一定的，据此可计算中继距离。单模光纤：多模光纤：q：0.5-1B1:光纤1Km的带宽B：线路速率ε=0.115（LD），0.306（LED）D：色散系数，光源谱宽举例7.4IM-DD数字光纤通信系统设计工作在1550nm的单模光纤链路，色散系数为D=2.5ps/（km·nm），光纤损耗为0.3dB/km。光源为LD，入纤功率为0dB，谱宽选3.5nm和1nm两种作为对比。接收机使用InGaAs雪崩二极管，其灵敏度为PT=11.5logB-71.0dBm，使用InGaAs-PIN，接收机灵敏度为PT=11.5logB-60.5dBm，其中B为数码速率，单位为Mb/s，图中含8dB的系统功率富余度。波长分配：16通道的WDM的中心频率7.5WDM+EDFA光纤通信链路设计EDFA的间隔7.5WDM+EDFA光纤通信链路设计ITU-T规定不带线路放大器的4路、8路、16路WDM的目标距离为80km（长距离）、120km（甚长距离）、160km（超长距离）。若采用光放大器作为线路放大器，对于长距离应用，可采用5×80km（5个区段，每个区段的目标距离为80km、损耗为22dB）或8×80km；对于甚长距离应用，可采用3×120km（3个区段，每个区段的目标距离为120km，损耗为33dB）或5×120km。系统总带宽（N个信道）7.5WDM+EDFA光纤通信链路设计信道串扰信道内串扰大于信道路间串扰小结光纤通信系统分类单波长：模拟系统（基带直接强度调制、频分多路、微波副载波SCM）和数字系统（PCM、PDH、SDH