第08章直接檢測(cè)光波系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能

1、18.1 概概 述述8.2 模擬光纖通信系統(tǒng)模擬光纖通信系統(tǒng)8.3 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)8.4 光纖損耗和色散對(duì)系統(tǒng)性能的限制光纖損耗和色散對(duì)系統(tǒng)性能的限制8.5 光波系統(tǒng)的預(yù)算光波系統(tǒng)的預(yù)算8.6 光接收機(jī)靈敏度惡化和系統(tǒng)功率代價(jià)光接收機(jī)靈敏度惡化和系統(tǒng)功率代價(jià)8.7 8.7 光波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)光波系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2光纖通信系統(tǒng)根據(jù)傳送的信號(hào)可以分光纖通信系統(tǒng)根據(jù)傳送的信號(hào)可以分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。隨著光纖通信技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)的傳隨著光纖通信技術(shù)的進(jìn)步，系統(tǒng)的傳輸容量輸容量(速率速率)越來(lái)越高。越來(lái)越高。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是：遵循建議

2、規(guī)范，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是：遵循建議規(guī)范，采用先進(jìn)、成熟技術(shù)，綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)采用先進(jìn)、成熟技術(shù)，綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本，合理地選用器件和設(shè)備，明確系統(tǒng)成本，合理地選用器件和設(shè)備，明確系統(tǒng)的全部技術(shù)參數(shù)，完成實(shí)用系統(tǒng)的合成。的全部技術(shù)參數(shù)，完成實(shí)用系統(tǒng)的合成。它與工程設(shè)計(jì)主要區(qū)別在于：它與工程設(shè)計(jì)主要區(qū)別在于：首先系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別表現(xiàn)首先系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別表現(xiàn)在復(fù)雜程度上。在復(fù)雜程度上。其次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別表現(xiàn)其次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別表現(xiàn)在它們的任務(wù)不同。在它們的任務(wù)不同。4實(shí)用光纖通信系統(tǒng)組成框圖。實(shí)用光纖通信系統(tǒng)組成框圖。圖圖8-1 光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成

3、 5光纖通信系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成。光纖通信系統(tǒng)由以下五個(gè)部分組成。v（1）光發(fā)信機(jī)：是實(shí)現(xiàn)電）光發(fā)信機(jī)：是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。v（2） 光收信機(jī)：是實(shí)現(xiàn)光光收信機(jī)：是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測(cè)器和光放大器組成。光檢測(cè)器和光放大器組成。v（3） 光纖或光纜：光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。光纖或光纜：光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。v（4）中繼器：中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生）中繼器：中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。電路組成。(補(bǔ)償、整形補(bǔ)償、整形)v（5）光纖連接器、耦合器等無(wú)源

4、器件：由于光纖或）光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件：由于光纖或光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的。6 目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)都采用直接檢波系目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)都采用直接檢波系統(tǒng)。統(tǒng)。 直接檢波系統(tǒng)就是在發(fā)送端直接把信號(hào)調(diào)制直接檢波系統(tǒng)就是在發(fā)送端直接把信號(hào)調(diào)制到光波上，而在接收端用光電檢波管直接把被調(diào)到光波上，而在接收端用光電檢波管直接把被調(diào)治的光波檢波為原信號(hào)的系統(tǒng)。治的光波檢波為原信號(hào)的系統(tǒng)。 電端機(jī)就是一般電信號(hào)設(shè)備，例如載波機(jī)或電端機(jī)就是一般電信號(hào)設(shè)備，例如載波機(jī)或電視圖象

5、發(fā)送與接受設(shè)備等。電視圖象發(fā)送與接受設(shè)備等。 光端機(jī)則是把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)（發(fā)送光光端機(jī)則是把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)（發(fā)送光端機(jī)），或把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（接收光端機(jī)）端機(jī)），或把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（接收光端機(jī)）的設(shè)備。的設(shè)備。7 發(fā)送光端機(jī)的作用是將發(fā)送的電信號(hào)進(jìn)行處發(fā)送光端機(jī)的作用是將發(fā)送的電信號(hào)進(jìn)行處理，加在半導(dǎo)體激光器上，使電信號(hào)調(diào)制光波，理，加在半導(dǎo)體激光器上，使電信號(hào)調(diào)制光波，然后將此已調(diào)制光波送入光導(dǎo)纖維。然后將此已調(diào)制光波送入光導(dǎo)纖維。 已調(diào)制光波經(jīng)光導(dǎo)纖維傳送至接收光端機(jī)的已調(diào)制光波經(jīng)光導(dǎo)纖維傳送至接收光端機(jī)的半導(dǎo)體光電管上檢波。半導(dǎo)體光電管上檢波。 檢波后得到的電信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)

6、處理再送接受檢波后得到的電信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理再送接受電端機(jī)，然后按一般電信號(hào)處理。電端機(jī)，然后按一般電信號(hào)處理。 這就是整個(gè)光纖通信的過(guò)程。這就是整個(gè)光纖通信的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程和這個(gè)過(guò)程和一般無(wú)線電通信過(guò)程是十分相似的。當(dāng)然光線通一般無(wú)線電通信過(guò)程是十分相似的。當(dāng)然光線通信的空間傳輸手段是光導(dǎo)纖維，這與一般無(wú)線電信的空間傳輸手段是光導(dǎo)纖維，這與一般無(wú)線電通信在空間傳輸電波的情況是不同的。通信在空間傳輸電波的情況是不同的。8 直接檢波系統(tǒng)的基本優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡(jiǎn)單，直接檢波系統(tǒng)的基本優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡(jiǎn)單，就當(dāng)前光波技術(shù)水平來(lái)講現(xiàn)實(shí)可行。就當(dāng)前光波技術(shù)水平來(lái)講現(xiàn)實(shí)可行。 同時(shí)由于光波頻率極高，在這樣系統(tǒng)同時(shí)由于光

7、波頻率極高，在這樣系統(tǒng)上傳送上萬(wàn)路電話，幾十路電視并不困難，上傳送上萬(wàn)路電話，幾十路電視并不困難，完全可以滿(mǎn)足目前通信的需要。完全可以滿(mǎn)足目前通信的需要。 因此直接檢波系統(tǒng)是光纖通信當(dāng)前較因此直接檢波系統(tǒng)是光纖通信當(dāng)前較多采用的形式。多采用的形式。9模擬光纖通信系統(tǒng)多采用副載波復(fù)用模擬光纖通信系統(tǒng)多采用副載波復(fù)用技術(shù)。所謂副載波是指射頻電磁波，以區(qū)技術(shù)。所謂副載波是指射頻電磁波，以區(qū)別于光調(diào)制時(shí)的光載波。副載波調(diào)制的電別于光調(diào)制時(shí)的光載波。副載波調(diào)制的電視系統(tǒng)框圖如圖視系統(tǒng)框圖如圖8-2所示。所示。10圖圖8-2 副載波復(fù)用模擬電視傳輸系統(tǒng)副載波復(fù)用模擬電視傳輸系統(tǒng)11作為殘留邊帶調(diào)幅的副載波

8、光纖傳輸作為殘留邊帶調(diào)幅的副載波光纖傳輸系統(tǒng)，其主要指標(biāo)有：載噪比系統(tǒng)，其主要指標(biāo)有：載噪比(Carrier Noise Ratio，CNR)、組合二階互調(diào)失真組合二階互調(diào)失真(Composite Second Order intermodulation，CSO)、組合三階差拍失真組合三階差拍失真(Composite Triple Beat，CTB)。12載噪比載噪比(CNR)是在規(guī)定的帶寬內(nèi)一個(gè)是在規(guī)定的帶寬內(nèi)一個(gè)頻道中的載波功率頻道中的載波功率(C)與噪聲功率與噪聲功率(N)之比，之比，一般以一般以dB作單位。定義式為：作單位。定義式為：）（9.1lg10NCCNR 13前置放大器的熱噪聲

9、所決定的前置放大器的熱噪聲所決定的(CNR)T為：為：(CNR)T與輸入功率的平方成正比，即與輸入功率的平方成正比，即輸入功率增加輸入功率增加1dB，(CNR)T增加增加2dB。）（9.10)(8222BkTNRPRmTFLrCNR14光電轉(zhuǎn)換散彈噪聲決定的光電轉(zhuǎn)換散彈噪聲決定的(CNR)q為：為：(CNR)q與接收機(jī)輸入功率成正比，輸與接收機(jī)輸入功率成正比，輸入功率增加入功率增加1dB，(CNR)q增加增加1dB。）（9.11)(42eBRPmqrCNR15激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲決定的激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲決定的(CNR)RIN為：為：(CNR)RIN與光接收機(jī)的接收功率無(wú)關(guān)。與光接收機(jī)的接收功率無(wú)

10、關(guān)。）（9.12)(102102RINnBmRINCNR16設(shè)設(shè)N個(gè)頻道的載波幅度均為個(gè)頻道的載波幅度均為I，頻率分頻率分別為別為j，初始相位為初始相位為j，則激光器的驅(qū)動(dòng)則激光器的驅(qū)動(dòng)電流電流i(t)為：為：此時(shí)激光器的輸出功率為：此時(shí)激光器的輸出功率為：P(t)=P(i)）（13. 9)sin()(1NjjjbtIIti17P(i)為非線性函數(shù)，且在為非線性函數(shù)，且在Ib附近連續(xù)可附近連續(xù)可導(dǎo)，因此可以將激光器輸出功率在偏置點(diǎn)導(dǎo)，因此可以將激光器輸出功率在偏置點(diǎn)Ib附近展開(kāi)為泰勒級(jí)數(shù)：附近展開(kāi)為泰勒級(jí)數(shù)：1!1)()(kkbIidiPdkoItiPtPbkk11!115. 9)sin()(

11、kkNjjjIidiPdkotIPtPbkk）（18式中：式中：P0為對(duì)應(yīng)偏置點(diǎn)為對(duì)應(yīng)偏置點(diǎn)i=Ib時(shí)的直流時(shí)的直流光功率，對(duì)式（光功率，對(duì)式（9-15）做三角函數(shù)展開(kāi)可）做三角函數(shù)展開(kāi)可以得到：以得到：k=1時(shí)，頻率仍為時(shí)，頻率仍為j(j=1，2，3N)，對(duì)應(yīng)的是線性放大部分。對(duì)應(yīng)的是線性放大部分。k=2時(shí)，對(duì)應(yīng)二階失真。時(shí)，對(duì)應(yīng)二階失真。k=3時(shí)，對(duì)應(yīng)三階失真。時(shí)，對(duì)應(yīng)三階失真。19 在光纖通信系統(tǒng)中在光纖通信系統(tǒng)中,光源的非線性是產(chǎn)光源的非線性是產(chǎn)生非線性失真的主要因素。生非線性失真的主要因素。 發(fā)光二極管發(fā)光二極管LED或激光二極管或激光二極管LD的的P-I曲線線性度都不太好，曲線線性

12、度都不太好， 為了獲得良好的為了獲得良好的線性，需要進(jìn)行非線性補(bǔ)償。線性，需要進(jìn)行非線性補(bǔ)償。 常用的補(bǔ)償方法有：常用的補(bǔ)償方法有： 負(fù)反饋法，預(yù)失負(fù)反饋法，預(yù)失真法，相移調(diào)制法等。真法，相移調(diào)制法等。 其中預(yù)失真法比較簡(jiǎn)單使用，被廣泛其中預(yù)失真法比較簡(jiǎn)單使用，被廣泛采用。采用。20直接強(qiáng)度調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)的傳輸距直接強(qiáng)度調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)的傳輸距離絕大多數(shù)是損耗限制系統(tǒng)。根據(jù)發(fā)射功率、接離絕大多數(shù)是損耗限制系統(tǒng)。根據(jù)發(fā)射功率、接收機(jī)靈敏度、線路損耗和分光器損耗可以計(jì)算出收機(jī)靈敏度、線路損耗和分光器損耗可以計(jì)算出傳輸距離傳輸距離L：式中：式中：P0為光發(fā)送機(jī)發(fā)射光功率為光發(fā)送機(jī)發(fā)射光功率

13、(dBm)，Pr為接為接收機(jī)的最低接收光功率收機(jī)的最低接收光功率(dBm)，M為系統(tǒng)富余量為系統(tǒng)富余量(dB)；為光纜線路每公里的損耗為光纜線路每公里的損耗(包括每公里光包括每公里光纖損耗、光纖接頭損耗、光纖活動(dòng)連接器的損耗，纖損耗、光纖接頭損耗、光纖活動(dòng)連接器的損耗，單位為單位為dB/km)；Ai為分光器插入損耗為分光器插入損耗(dB)；Ad為為分光器分光損耗分光器分光損耗(dB)。）（9.18diroAAMPPL21如果單從滿(mǎn)足系統(tǒng)的傳輸帶寬來(lái)考慮，如果單從滿(mǎn)足系統(tǒng)的傳輸帶寬來(lái)考慮，只要系統(tǒng)要求的帶寬不大于單模光纖可提只要系統(tǒng)要求的帶寬不大于單模光纖可提供帶寬即可，此時(shí)系統(tǒng)的最大傳輸距離為

14、：供帶寬即可，此時(shí)系統(tǒng)的最大傳輸距離為：式中：式中：D為單模光纖的色散系數(shù)；為單模光纖的色散系數(shù)；為光源的譜為光源的譜線寬度；線寬度；B為系統(tǒng)傳輸信號(hào)帶寬。為系統(tǒng)傳輸信號(hào)帶寬。）（9.1944. 0BDL 22(1) 抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好?？垢蓴_能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。(2) 可以再生，傳輸距離遠(yuǎn)?？梢栽偕?，傳輸距離遠(yuǎn)。(3) 數(shù)字系統(tǒng)采用大量的數(shù)字電路，數(shù)字系統(tǒng)采用大量的數(shù)字電路，容易集成，采用超大規(guī)模集成電路芯片使容易集成，采用超大規(guī)模集成電路芯片使數(shù)字設(shè)備體積小，功耗低。數(shù)字設(shè)備體積小，功耗低。23數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能主要包括誤碼性能、抖數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能主要包括誤碼性能、抖動(dòng)性能

15、和系統(tǒng)的可靠性。動(dòng)性能和系統(tǒng)的可靠性。 為研究通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，往往可以預(yù)先規(guī)為研究通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，往往可以預(yù)先規(guī)定一條假設(shè)的通道，具有確定的長(zhǎng)度及一定的中間和終定一條假設(shè)的通道，具有確定的長(zhǎng)度及一定的中間和終端設(shè)備。在這種特定條件下去研究該通道的傳輸質(zhì)量，端設(shè)備。在這種特定條件下去研究該通道的傳輸質(zhì)量，通常就把這條通信通道稱(chēng)為假設(shè)參考通道。通常就把這條通信通道稱(chēng)為假設(shè)參考通道。兩個(gè)相鄰數(shù)字配線架之間兩個(gè)相鄰數(shù)字配線架之間(或等效設(shè)備之間或等效設(shè)備之間)用來(lái)傳用來(lái)傳送一種規(guī)定速率的數(shù)字信號(hào)的全部裝置構(gòu)成一個(gè)數(shù)字段。送一種規(guī)定速率的數(shù)字信號(hào)的全部裝置構(gòu)成一個(gè)數(shù)字段。24誤碼就是經(jīng)接收判

16、決再生后，數(shù)字碼流的誤碼就是經(jīng)接收判決再生后，數(shù)字碼流的某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，使傳輸信息的質(zhì)量產(chǎn)生了某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，使傳輸信息的質(zhì)量產(chǎn)生了損傷。損傷。它包括各種噪聲源產(chǎn)生的誤碼；定位抖動(dòng)它包括各種噪聲源產(chǎn)生的誤碼；定位抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼；復(fù)用器、交叉連接設(shè)備和交換機(jī)的產(chǎn)生的誤碼；復(fù)用器、交叉連接設(shè)備和交換機(jī)的誤碼。誤碼。一些具有突發(fā)性質(zhì)的脈沖干擾如外部電磁一些具有突發(fā)性質(zhì)的脈沖干擾如外部電磁干擾、靜電放電、設(shè)備故障、電源瞬態(tài)干擾和人干擾、靜電放電、設(shè)備故障、電源瞬態(tài)干擾和人為活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生誤碼。為活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生誤碼。25誤碼性能事件是導(dǎo)出誤碼性能參數(shù)的基誤碼性能事件是導(dǎo)出誤碼性能參數(shù)的基礎(chǔ)，礎(chǔ)，G.82

17、6建議是以塊差錯(cuò)建議是以塊差錯(cuò)(誤塊誤塊)事件為事件為基礎(chǔ)的規(guī)范，它規(guī)范的是運(yùn)行在基群和基礎(chǔ)的規(guī)范，它規(guī)范的是運(yùn)行在基群和基群以上速率數(shù)字通道的誤碼性能事件、基群以上速率數(shù)字通道的誤碼性能事件、參數(shù)和指標(biāo)。參數(shù)和指標(biāo)。26需要說(shuō)明的是需要說(shuō)明的是SES（嚴(yán)重誤碼秒（嚴(yán)重誤碼秒 ）事件）事件并不總是孤立的事件，它可能會(huì)連續(xù)地發(fā)生并不總是孤立的事件，它可能會(huì)連續(xù)地發(fā)生SES。n個(gè)連續(xù)的個(gè)連續(xù)的SES與與n個(gè)孤立的個(gè)孤立的SES對(duì)用戶(hù)對(duì)用戶(hù)感到的性能會(huì)產(chǎn)生很不相同的影響。感到的性能會(huì)產(chǎn)生很不相同的影響。運(yùn)行在運(yùn)行在G.826所包括的速率下的通道是由所包括的速率下的通道是由傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)(數(shù)字段數(shù)字

18、段)來(lái)承載的。來(lái)承載的。誤碼性能指標(biāo)如何應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，目誤碼性能指標(biāo)如何應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，目前前ITU-T還沒(méi)有建議。還沒(méi)有建議。27定時(shí)抖動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能損傷表現(xiàn)在下定時(shí)抖動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能損傷表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：面幾個(gè)方面： 對(duì)數(shù)字編碼的模擬信號(hào)，在解碼后對(duì)數(shù)字編碼的模擬信號(hào)，在解碼后數(shù)字流的隨機(jī)相位抖動(dòng)使恢復(fù)后的樣值具數(shù)字流的隨機(jī)相位抖動(dòng)使恢復(fù)后的樣值具有不規(guī)則的相位，從而造成輸出模擬信號(hào)有不規(guī)則的相位，從而造成輸出模擬信號(hào)的失真，形成所謂抖動(dòng)噪聲；的失真，形成所謂抖動(dòng)噪聲；28 在再生器中，定時(shí)的不規(guī)則性使有效判在再生器中，定時(shí)的不規(guī)則性使有效判決偏離接收眼圖的中心，從而降低了再生器的信決偏

19、離接收眼圖的中心，從而降低了再生器的信噪比余度，直至發(fā)生誤碼；噪比余度，直至發(fā)生誤碼； 在在SDH（同步數(shù)字體系（同步數(shù)字體系Synchronous Digital Hierarchy ）網(wǎng)中，像同步復(fù)用器等配有）網(wǎng)中，像同步復(fù)用器等配有緩存器的網(wǎng)絡(luò)單元，過(guò)大的輸入抖動(dòng)會(huì)造成緩存緩存器的網(wǎng)絡(luò)單元，過(guò)大的輸入抖動(dòng)會(huì)造成緩存器的溢出或取空，從而產(chǎn)生滑動(dòng)損傷。器的溢出或取空，從而產(chǎn)生滑動(dòng)損傷。29 YD/T 12992004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在SDH網(wǎng)絡(luò)節(jié)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（點(diǎn)接口（NNI）上能夠控制的抖動(dòng)和漂移的參數(shù)）上能夠控制的抖動(dòng)和漂移的參數(shù)及相關(guān)指標(biāo)。及相關(guān)指標(biāo)。PDH(Plesiochron

20、ous Digital Hierarchy,準(zhǔn)準(zhǔn)同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列)信號(hào)在信號(hào)在SDH/PDH邊界處應(yīng)滿(mǎn)足原邊界處應(yīng)滿(mǎn)足原有有PDH網(wǎng)的抖動(dòng)性能要求。網(wǎng)的抖動(dòng)性能要求。 PDH網(wǎng)絡(luò)接口允許的最大輸出抖動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接口允許的最大輸出抖動(dòng) SDH設(shè)備的設(shè)備的PDH支路輸入口抖動(dòng)和漂移容限支路輸入口抖動(dòng)和漂移容限30 SDH網(wǎng)絡(luò)輸出接口允許的最大抖動(dòng)網(wǎng)絡(luò)輸出接口允許的最大抖動(dòng)為了保證不同為了保證不同SDH網(wǎng)元之間的互連而網(wǎng)元之間的互連而不影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，不影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，SDH網(wǎng)絡(luò)輸出接網(wǎng)絡(luò)輸出接口允許的最大抖動(dòng)不應(yīng)超過(guò)表口允許的最大抖動(dòng)不應(yīng)超過(guò)表8.8中所規(guī)定中所規(guī)定的數(shù)字。括號(hào)中數(shù)值為數(shù)

21、字段要求。的數(shù)字。括號(hào)中數(shù)值為數(shù)字段要求。31表8-1 SDH網(wǎng)絡(luò)輸出接口允許的最大抖動(dòng) 網(wǎng)絡(luò)接口限值 測(cè)量濾波器參數(shù) 參數(shù)值 SDH等級(jí) B1(UIp-p) B2(UIp-p) f1 f3 f4 STM-1 1.5(0.75) 0.15 500Hz 65kHz 1.3MHz STM-4 1.5(0.75) 0.15 1000Hz 250kHz 5MHz STM-16 1.5(0.75) 0.15 5000Hz 1000kHz 20MHz 32 SDH設(shè)備的輸入口的抖動(dòng)和漂移容限設(shè)備的輸入口的抖動(dòng)和漂移容限 SDH抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性系統(tǒng)的可靠性一般采用故障統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)的可靠性一般采用故障

22、統(tǒng)計(jì)分析法，即根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)足夠長(zhǎng)時(shí)法，即根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的可用時(shí)間和不可用時(shí)間，然后用可間內(nèi)的可用時(shí)間和不可用時(shí)間，然后用可用性指標(biāo)來(lái)表示。所謂可用性是指可用時(shí)用性指標(biāo)來(lái)表示。所謂可用性是指可用時(shí)間占系統(tǒng)全部運(yùn)營(yíng)時(shí)間的百分比。因?yàn)槭情g占系統(tǒng)全部運(yùn)營(yíng)時(shí)間的百分比。因?yàn)槭墙y(tǒng)計(jì)量，因此統(tǒng)計(jì)時(shí)間越長(zhǎng)，所得結(jié)果越統(tǒng)計(jì)量，因此統(tǒng)計(jì)時(shí)間越長(zhǎng)，所得結(jié)果越精確。精確。33 光波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求最大限度地利用光纖光波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求最大限度地利用光纖的頻帶資源，達(dá)到最高的通信能力或容量，提供的頻帶資源，達(dá)到最高的通信能力或容量，提供最大的通信效益。最大的通信效益。 為此需要研究限制通信

23、能力的因素。光發(fā)送為此需要研究限制通信能力的因素。光發(fā)送機(jī)、中繼器、光接收機(jī)和光纖傳輸媒質(zhì)等光波系機(jī)、中繼器、光接收機(jī)和光纖傳輸媒質(zhì)等光波系統(tǒng)組成單元都對(duì)通信能力的提高產(chǎn)生限制，本節(jié)統(tǒng)組成單元都對(duì)通信能力的提高產(chǎn)生限制，本節(jié)主要討論光纖傳輸媒質(zhì)對(duì)光波通信能力的影響。主要討論光纖傳輸媒質(zhì)對(duì)光波通信能力的影響。 光纖損耗和色散特性是影響光波系統(tǒng)通信容光纖損耗和色散特性是影響光波系統(tǒng)通信容量量(BL積積)的重要因素，而損耗和色散又都隨工作的重要因素，而損耗和色散又都隨工作波長(zhǎng)而變化，因此工作波長(zhǎng)的選擇和光纖特性參波長(zhǎng)而變化，因此工作波長(zhǎng)的選擇和光纖特性參數(shù)對(duì)通信容量的影響程度就成為光波系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)對(duì)

24、通信容量的影響程度就成為光波系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要問(wèn)題。一個(gè)主要問(wèn)題。34 設(shè)光發(fā)送機(jī)發(fā)出的最大平均功率為設(shè)光發(fā)送機(jī)發(fā)出的最大平均功率為PT比特率為比特率為B，而光接收機(jī)的接收靈敏度為而光接收機(jī)的接收靈敏度為Pr，則最大傳輸距離為則最大傳輸距離為式中，式中，為光纖損耗，包括對(duì)接損耗和活為光纖損耗，包括對(duì)接損耗和活動(dòng)連接損耗。動(dòng)連接損耗。 )lg(10rTPPL35 由于接收機(jī)靈敏度由于接收機(jī)靈敏度Pr，隨比特率隨比特率B線性變化：線性變化：Pr =NphB，因此傳輸距離亦與比特率有關(guān)，此因此傳輸距離亦與比特率有關(guān)，此處處h為光子能量，為光子能量，Np為接收機(jī)所要求的每比特的為接收機(jī)所要求的每比特的

25、平均光子數(shù)。由此可見(jiàn)，在給定工作波長(zhǎng)，平均光子數(shù)。由此可見(jiàn)，在給定工作波長(zhǎng)，L隨隨B的增加而呈對(duì)數(shù)關(guān)系降低。的增加而呈對(duì)數(shù)關(guān)系降低。 圖圖8-3中用實(shí)線展示了在中用實(shí)線展示了在=0.85m、1.3m和和1.55m三個(gè)通用工作波長(zhǎng)處傳輸距離三個(gè)通用工作波長(zhǎng)處傳輸距離L隨比特隨比特率率B B的變化，該波長(zhǎng)處光纖損耗分別為的變化，該波長(zhǎng)處光纖損耗分別為=25、04和和025dBkm。 工作波長(zhǎng)()(m)0.851.31.55光纖損耗(dBkm)2.50.40.25光發(fā)送功率(mW)111接收機(jī)所要求的每比特的平均光子數(shù)300500500中繼距離限制(km)3020036圖圖8-3 光纖損耗光纖損耗(

26、實(shí)線實(shí)線)和色散和色散(虛線虛線)對(duì)光波系統(tǒng)傳輸距離和比特率的限制對(duì)光波系統(tǒng)傳輸距離和比特率的限制一實(shí)際陸地商用光波系統(tǒng)；一實(shí)際陸地商用光波系統(tǒng)；一橫越大西洋的海底光波系統(tǒng)；一橫越大西洋的海底光波系統(tǒng)；一采用色散位移光纖的一采用色散位移光纖的155m，B10Gbs的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 損耗限制損耗限制色散限制色散限制3738光纖色散導(dǎo)致的信號(hào)畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。光纖色散導(dǎo)致的信號(hào)畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。導(dǎo)致色散限制的物理機(jī)制隨不同波長(zhǎng)而不同。導(dǎo)致色散限制的物理機(jī)制隨不同波長(zhǎng)而不同。39 早期發(fā)展的早期發(fā)展的0.85m第一代光波系統(tǒng)中，通第一代光波系統(tǒng)中，通常采用低成本的多模光纖作為傳輸

27、媒質(zhì)。多模光常采用低成本的多模光纖作為傳輸媒質(zhì)。多模光纖的主要限制因素是纖的主要限制因素是模間色散模間色散。 對(duì)于階躍型多模光纖對(duì)于階躍型多模光纖 BL(c/)(n2/n12)利用典型值：利用典型值：nl=1. .46和和=0.01，一個(gè)略嚴(yán)格的一個(gè)略嚴(yán)格的限制條件為限制條件為BL=c(2 nl)此條件已用破折線畫(huà)于圖此條件已用破折線畫(huà)于圖8-3左下角。左下角。 4041 可見(jiàn)，即使在可見(jiàn)，即使在B1Mbs的低比特率，的低比特率，這種多模系統(tǒng)也是色散限制的，其傳輸距這種多模系統(tǒng)也是色散限制的，其傳輸距離限制在離限制在10km內(nèi)。內(nèi)。 基于上述原因，除了一些數(shù)據(jù)連接應(yīng)基于上述原因，除了一些數(shù)據(jù)連

28、接應(yīng)用，多模階躍光纖很少用于光纖通信系統(tǒng)用，多模階躍光纖很少用于光纖通信系統(tǒng)中。中。 使用多模漸變光纖可大大提高使用多模漸變光纖可大大提高BL積，積，這種光纖的模間色散將這種光纖的模間色散將BL積限制在積限制在BL100Mbs將將變?yōu)樯⑾拗?。變?yōu)樯⑾拗啤?第一代陸上光波通信系統(tǒng)就是采用這種第一代陸上光波通信系統(tǒng)就是采用這種多模漸變光纖，比特率在多模漸變光纖，比特率在50l00Mbs范圍范圍內(nèi)，中繼距離接近內(nèi)，中繼距離接近l0km，于于1978年投入商業(yè)年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)。 4344 第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長(zhǎng)在第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長(zhǎng)在13m附近的早期單模光纖，該系統(tǒng)最大附近的

29、早期單模光纖，該系統(tǒng)最大的限制因素是由較大的光源譜寬支配的由的限制因素是由較大的光源譜寬支配的由色散導(dǎo)致的脈沖展寬，這時(shí)比特率一距離色散導(dǎo)致的脈沖展寬，這時(shí)比特率一距離積積BL限制為限制為BL(4|D|)-1式中，式中，D為色散參數(shù)；為色散參數(shù)；為光源的均方根為光源的均方根譜寬。譜寬。 45 |D|的實(shí)際值取決于工作波長(zhǎng)與零色散波的實(shí)際值取決于工作波長(zhǎng)與零色散波長(zhǎng)的偏離程度，其典型值在長(zhǎng)的偏離程度，其典型值在l2ps(nmkm)范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 圖圖8-3中繪出了當(dāng)取中繪出了當(dāng)取|D|=2pskm，使使BL125(Gbs)km時(shí)，時(shí)，13m光波系光波系統(tǒng)的限制條件，從此限制線可見(jiàn)，統(tǒng)的限制條件

30、，從此限制線可見(jiàn)，當(dāng)當(dāng)BIGbs時(shí)，為損耗限制系統(tǒng)；時(shí)，為損耗限制系統(tǒng)；當(dāng)當(dāng)BlGbs時(shí)，為色散限制系統(tǒng)。時(shí)，為色散限制系統(tǒng)。 4647 第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的1.55m波波長(zhǎng)，在這種系統(tǒng)中光纖色散是主要的限制因素。長(zhǎng)，在這種系統(tǒng)中光纖色散是主要的限制因素。 對(duì)普通單模光纖，在對(duì)普通單模光纖，在=1.55m處處|D|的典型的典型值約為值約為15ps/(nmkm)，色散值比較高，由色散導(dǎo)色散值比較高，由色散導(dǎo)致的脈沖展寬較大，系統(tǒng)處于色散限制狀態(tài)。致的脈沖展寬較大，系統(tǒng)處于色散限制狀態(tài)。 采用單縱模窄譜線半導(dǎo)體光源可大大緩解這采用單縱模窄譜線半導(dǎo)體光源可大大

31、緩解這種限制。對(duì)一個(gè)理想的光波系統(tǒng)，其最終限制由種限制。對(duì)一個(gè)理想的光波系統(tǒng)，其最終限制由下式給出下式給出B2L5Gbs，傳輸距離傳輸距離超過(guò)超過(guò)250km時(shí)就成為色散限制系統(tǒng)。時(shí)就成為色散限制系統(tǒng)。 實(shí)際上，直接調(diào)制中產(chǎn)生的光源頻率實(shí)際上，直接調(diào)制中產(chǎn)生的光源頻率啁啾將引起脈沖頻譜展寬，加劇色散限制。啁啾將引起脈沖頻譜展寬，加劇色散限制。 4950 例如將例如將D=16 ps(nmkm)和和=1nm代入，代入，BL積限制將降低到積限制將降低到BL150(Gbs)km，即使損耗限制距離可能超過(guò)即使損耗限制距離可能超過(guò)150km，但考慮光源啁啾后，即使比特率低至但考慮光源啁啾后，即使比特率低至B

32、2Gbs，傳輸距離也不超過(guò)傳輸距離也不超過(guò)75km。 當(dāng)采用色散位移光纖時(shí)，色散和損耗當(dāng)采用色散位移光纖時(shí)，色散和損耗在在155m附近均很低，可大大降低光源附近均很低，可大大降低光源啁瞅?qū)е碌母郊酉拗?。啁瞅?qū)е碌母郊酉拗啤?51 圖圖8-3中亦繪出了中亦繪出了|D|1.6ps(nmkm)時(shí)的系統(tǒng)限制線，這種系統(tǒng)的中繼距離約時(shí)的系統(tǒng)限制線，這種系統(tǒng)的中繼距離約為為80km，比特率可達(dá)比特率可達(dá)20Gbs。 當(dāng)工作波長(zhǎng)接近零色散波長(zhǎng)，當(dāng)工作波長(zhǎng)接近零色散波長(zhǎng)，|D|可進(jìn)可進(jìn)一步減小，一步減小，BL積可進(jìn)一步提高。積可進(jìn)一步提高。 實(shí)際上，采用低啁啾半導(dǎo)體光源和色實(shí)際上，采用低啁啾半導(dǎo)體光源和色散位

33、移光纖，已實(shí)現(xiàn)散位移光纖，已實(shí)現(xiàn)B10Gbs和和L100km的傳輸。的傳輸。 半導(dǎo)體光源一般為負(fù)啁啾，當(dāng)采用預(yù)半導(dǎo)體光源一般為負(fù)啁啾，當(dāng)采用預(yù)啁啾補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，啁啾補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，BL積也可進(jìn)一步提高。積也可進(jìn)一步提高。 5253 上節(jié)討論了光纖損耗與色散對(duì)光波系上節(jié)討論了光纖損耗與色散對(duì)光波系統(tǒng)傳輸距離統(tǒng)傳輸距離L和比特率和比特率B的固有限制，并在的固有限制，并在圖圖8-3中用限制線表示了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考界中用限制線表示了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考界限。限。 在實(shí)際光波系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮許多其在實(shí)際光波系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮許多其他問(wèn)題，如工作波長(zhǎng)、光纖、光發(fā)送機(jī)、他問(wèn)題，如工作波長(zhǎng)、光纖、光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、各種光無(wú)

34、源器件的兼容性、性光接收機(jī)、各種光無(wú)源器件的兼容性、性能價(jià)格比、系統(tǒng)可靠性及擴(kuò)容升級(jí)要求等，能價(jià)格比、系統(tǒng)可靠性及擴(kuò)容升級(jí)要求等，本節(jié)本節(jié)從功率預(yù)算和上升時(shí)間預(yù)算角度從功率預(yù)算和上升時(shí)間預(yù)算角度，并，并通過(guò)實(shí)例來(lái)討論實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)實(shí)例來(lái)討論實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程。 5455 在設(shè)計(jì)過(guò)程開(kāi)始，首先確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)在設(shè)計(jì)過(guò)程開(kāi)始，首先確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)滿(mǎn)足的性能標(biāo)準(zhǔn)，主要的技術(shù)到的技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)滿(mǎn)足的性能標(biāo)準(zhǔn)，主要的技術(shù)指標(biāo)是比特率指標(biāo)是比特率B和傳輸距離和傳輸距離L，而要滿(mǎn)足的系統(tǒng)而要滿(mǎn)足的系統(tǒng)性能是誤碼率，典型要求是性能是誤碼率，典型要求是BER10-9。 根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，接著決定

35、工作波長(zhǎng)，例根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，接著決定工作波長(zhǎng)，例如選用如選用085m波長(zhǎng)波長(zhǎng)BL積小成本亦低，而選用積小成本亦低，而選用1316m波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，BL積高成本亦高。參考圖積高成本亦高。參考圖8-3有助于對(duì)工作波長(zhǎng)作出合理的選擇。有助于對(duì)工作波長(zhǎng)作出合理的選擇。 一般當(dāng)一般當(dāng)B100Mbs，L200Mbs的長(zhǎng)距離電信的長(zhǎng)距離電信系統(tǒng)，必須選擇系統(tǒng)，必須選擇1. .3一一1. .6 m的工作波長(zhǎng)。的工作波長(zhǎng)。 56功率預(yù)算的目的在于使光波系統(tǒng)在整個(gè)壽命期間，確保功率預(yù)算的目的在于使光波系統(tǒng)在整個(gè)壽命期間，確保有足夠的光功率到達(dá)光接收機(jī)以保證系統(tǒng)有穩(wěn)定可靠的有足夠的光功率到達(dá)光接收機(jī)以保證系統(tǒng)有穩(wěn)定可

36、靠的性能。接收機(jī)要求的最小平均功率是接收機(jī)靈敏度性能。接收機(jī)要求的最小平均功率是接收機(jī)靈敏度Pr。平均發(fā)送功率平均發(fā)送功率PT一般對(duì)每個(gè)發(fā)送機(jī)都是給定的，將功率一般對(duì)每個(gè)發(fā)送機(jī)都是給定的，將功率用分貝用分貝(dBm)表示，則功率預(yù)算可表示為表示，則功率預(yù)算可表示為PT=Pr+CL+Ms式中，式中， CL為信道總損耗；為信道總損耗；Ms為系統(tǒng)裕量。保留裕量的目為系統(tǒng)裕量。保留裕量的目的在于分配一定量的功率，給因系統(tǒng)中元器件退化或其的在于分配一定量的功率，給因系統(tǒng)中元器件退化或其他不可預(yù)知的事件引起的功率虧損在系統(tǒng)壽命期內(nèi)的增他不可預(yù)知的事件引起的功率虧損在系統(tǒng)壽命期內(nèi)的增加。在設(shè)計(jì)時(shí)一般取加。在

37、設(shè)計(jì)時(shí)一般取Ms=68dB。信道總損耗信道總損耗CL應(yīng)包括應(yīng)包括所有可能的功率損耗源，包括光纖的分布損耗所有可能的功率損耗源，包括光纖的分布損耗f，連接連接器損耗器損耗c，對(duì)接損耗對(duì)接損耗s等。等。 57confLLCSRTLMPPC)(kmMPPLfconSRT58 在選定系統(tǒng)元部件后，就可估計(jì)最大傳輸距離。在選定系統(tǒng)元部件后，就可估計(jì)最大傳輸距離。 例如要設(shè)計(jì)一工作于例如要設(shè)計(jì)一工作于50Mbs，最大傳輸距離最大傳輸距離8km的光纖鏈路，參照?qǐng)D的光纖鏈路，參照?qǐng)D8-3，若采用漸變型多模光，若采用漸變型多模光纖，系統(tǒng)可設(shè)計(jì)工作在纖，系統(tǒng)可設(shè)計(jì)工作在0.85m，比較經(jīng)濟(jì)。比較經(jīng)濟(jì)。 確定了工作

38、波長(zhǎng)后，必須確定合適的光發(fā)送機(jī)確定了工作波長(zhǎng)后，必須確定合適的光發(fā)送機(jī)和接收機(jī)。和接收機(jī)。GaAs光發(fā)送機(jī)可用半導(dǎo)體激光器或發(fā)光光發(fā)送機(jī)可用半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管作為光源。類(lèi)似地，可采用二極管作為光源。類(lèi)似地，可采用PIN或或APD硅接硅接收機(jī)設(shè)計(jì)，從降低成本考慮，可選擇收機(jī)設(shè)計(jì)，從降低成本考慮，可選擇PIN接收機(jī)。接收機(jī)。 在目前工藝水平下，為保證誤碼率在目前工藝水平下，為保證誤碼率BERBcr，則系統(tǒng)是受色散限制則系統(tǒng)是受色散限制的。而在色散限制下的最大中繼距離為的。而在色散限制下的最大中繼距離為 acrWB)/(411aBL/11max)4(174 對(duì)單模光纖，不存在模式色散，對(duì)單模光

39、纖，不存在模式色散，D=DM+Dw，隨光纖長(zhǎng)度成比例增大，系統(tǒng)不受色散限制的臨隨光纖長(zhǎng)度成比例增大，系統(tǒng)不受色散限制的臨界比特率為界比特率為Bcr =1(4)=1(4(O O2 2+D D2 2)1/2)O O為輸入脈沖均方根脈寬，為輸入脈沖均方根脈寬，D D=|D|L為色散為色散引起的脈沖展寬，對(duì)很窄的脈沖，引起的脈沖展寬，對(duì)很窄的脈沖，D D=|D|L為輸入脈沖均方根譜寬，因此有為輸入脈沖均方根譜寬，因此有Bcr =l(4|D|L)。由此可得色散限制下的最大中繼距由此可得色散限制下的最大中繼距離為離為L(zhǎng)max=1/(4B|D|L)只有當(dāng)系統(tǒng)要求的傳輸距離只有當(dāng)系統(tǒng)要求的傳輸距離LLmax時(shí)

40、，才能滿(mǎn)足時(shí)，才能滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 75 光纖損耗和色散均影響光波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和光纖損耗和色散均影響光波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能。性能。 引起接收機(jī)靈敏度降低的因素包括模噪聲、引起接收機(jī)靈敏度降低的因素包括模噪聲、色散展寬、碼間干擾、模式分配噪聲、頻率啁啾色散展寬、碼間干擾、模式分配噪聲、頻率啁啾及反射反饋等。及反射反饋等。 76 在多模光纖中，由于振動(dòng)和微彎等機(jī)械擾動(dòng)，在多模光纖中，由于振動(dòng)和微彎等機(jī)械擾動(dòng)，各傳輸模式間的干涉在光檢測(cè)器受光面上產(chǎn)生了各傳輸模式間的干涉在光檢測(cè)器受光面上產(chǎn)生了一個(gè)斑紋圖樣，稱(chēng)為斑圖。一個(gè)斑紋圖樣，稱(chēng)為斑圖。 與斑圖相關(guān)的強(qiáng)度不均勻分布自身是無(wú)害的，與斑圖

41、相關(guān)的強(qiáng)度不均勻分布自身是無(wú)害的，因?yàn)榻邮諜C(jī)性能由探測(cè)器面積分所得總功率決定。因?yàn)榻邮諜C(jī)性能由探測(cè)器面積分所得總功率決定。 然而如果斑圖隨時(shí)間波動(dòng)，將導(dǎo)致接收功率然而如果斑圖隨時(shí)間波動(dòng)，將導(dǎo)致接收功率的波動(dòng)并附加到總的接收機(jī)噪聲中，導(dǎo)致信噪比的波動(dòng)并附加到總的接收機(jī)噪聲中，導(dǎo)致信噪比降低，這種波動(dòng)稱(chēng)為模噪聲。降低，這種波動(dòng)稱(chēng)為模噪聲。 77 另外，對(duì)接和連接器起空間濾波器的作用，另外，對(duì)接和連接器起空間濾波器的作用，使任何瞬時(shí)變化都變成斑點(diǎn)波動(dòng)，亦增加了模噪使任何瞬時(shí)變化都變成斑點(diǎn)波動(dòng)，亦增加了模噪聲。聲。 光源譜寬光源譜寬也嚴(yán)重影響模噪聲，當(dāng)相干時(shí)也嚴(yán)重影響模噪聲，當(dāng)相干時(shí)間間Tcl長(zhǎng)于模間

42、時(shí)延長(zhǎng)于模間時(shí)延T，即即Tl時(shí)亦將產(chǎn)生模干涉。對(duì)時(shí)亦將產(chǎn)生模干涉。對(duì)LED光發(fā)送機(jī)，光發(fā)送機(jī)，v足夠足夠大大(5THz)，可避免這類(lèi)模噪聲的影響?？杀苊膺@類(lèi)模噪聲的影響。 當(dāng)同時(shí)采用多模光纖和半導(dǎo)體激光器時(shí)，模當(dāng)同時(shí)采用多模光纖和半導(dǎo)體激光器時(shí)，模噪聲成為嚴(yán)重問(wèn)題。通常將模噪聲加到接收機(jī)其噪聲成為嚴(yán)重問(wèn)題。通常將模噪聲加到接收機(jī)其他噪聲中計(jì)算誤碼率，以估計(jì)模噪聲導(dǎo)致的靈敏他噪聲中計(jì)算誤碼率，以估計(jì)模噪聲導(dǎo)致的靈敏度降低和系統(tǒng)功率代價(jià)。度降低和系統(tǒng)功率代價(jià)。 78 色散導(dǎo)致脈沖展寬，限制了光波系統(tǒng)的色散導(dǎo)致脈沖展寬，限制了光波系統(tǒng)的BL積。積。 當(dāng)脈沖展寬至超過(guò)分配給它們的時(shí)隙時(shí)，一當(dāng)脈沖展寬至

43、超過(guò)分配給它們的時(shí)隙時(shí)，一部分脈沖能量進(jìn)人相鄰時(shí)隙而導(dǎo)致碼間干擾部分脈沖能量進(jìn)人相鄰時(shí)隙而導(dǎo)致碼間干擾(ISI)。 而本時(shí)隙內(nèi)脈沖能量降低，使判決電路的而本時(shí)隙內(nèi)脈沖能量降低，使判決電路的SNR降低。降低。 為維持接收機(jī)靈敏度和系統(tǒng)性能不變，應(yīng)提為維持接收機(jī)靈敏度和系統(tǒng)性能不變，應(yīng)提高功率預(yù)算，從而產(chǎn)生了色散導(dǎo)致的功率代價(jià)。高功率預(yù)算，從而產(chǎn)生了色散導(dǎo)致的功率代價(jià)。 79對(duì)高斯形光脈沖，功率代價(jià)可近似寫(xiě)成對(duì)高斯形光脈沖，功率代價(jià)可近似寫(xiě)成d=10lgfd式中，式中，fd=0 0為色散導(dǎo)致的脈沖展寬因?yàn)樯?dǎo)致的脈沖展寬因子。子。 用上式可估計(jì)同時(shí)采用單模光纖和多縱用上式可估計(jì)同時(shí)采用單模光纖和

44、多縱模激光器或發(fā)光二極管的光波系統(tǒng)的功率模激光器或發(fā)光二極管的光波系統(tǒng)的功率代價(jià)。當(dāng)代價(jià)。當(dāng)B14時(shí)，可以忽略時(shí)，可以忽略ISI(碼間串?dāng)_)的影響。當(dāng)?shù)挠绊?。?dāng)=14B時(shí)，功率代價(jià)可時(shí)，功率代價(jià)可近似表示為近似表示為d=-5lg 1-(4BLD) )2 2 80 多縱模半導(dǎo)體激光器在調(diào)制時(shí)，其各個(gè)模式多縱模半導(dǎo)體激光器在調(diào)制時(shí)，其各個(gè)模式一般是不穩(wěn)定的，即使各模式功率的總和一般是不穩(wěn)定的，即使各模式功率的總和(總功總功率率)不隨時(shí)間而變，但各個(gè)模式的功率卻隨時(shí)間不隨時(shí)間而變，但各個(gè)模式的功率卻隨時(shí)間呈隨機(jī)波動(dòng)。呈隨機(jī)波動(dòng)。 當(dāng)不存在色散時(shí)，所有模式在傳輸和檢測(cè)中當(dāng)不存在色散時(shí)，所有模式在傳輸和

45、檢測(cè)中保持同步，這種波動(dòng)是無(wú)害的。保持同步，這種波動(dòng)是無(wú)害的。 但在實(shí)際有色散的光纖中，工作于不同波長(zhǎng)但在實(shí)際有色散的光纖中，工作于不同波長(zhǎng)的不同模式將以不同的速度傳播，造成各模式間的不同模式將以不同的速度傳播，造成各模式間不同步，引起接收機(jī)電流附加的隨機(jī)波動(dòng)，信噪不同步，引起接收機(jī)電流附加的隨機(jī)波動(dòng)，信噪比降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為模式分配噪聲，需要付出比降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為模式分配噪聲，需要付出功率代價(jià)，以維持功率代價(jià)，以維持SNR不變。不變。81可計(jì)算得到功率代價(jià)為可計(jì)算得到功率代價(jià)為d=-5lg (1-Q2 2r rmpmp2 2)式中，式中，Q參數(shù)由式參數(shù)由式(649)給出；給出；r rmpm

46、p為考慮模式為考慮模式分配噪聲時(shí)接收到的相對(duì)噪聲功率電平。分配噪聲時(shí)接收到的相對(duì)噪聲功率電平。 當(dāng)激光器在連續(xù)波工作時(shí)總功率保持不變，當(dāng)激光器在連續(xù)波工作時(shí)總功率保持不變，平均模式功率為按均方根脈寬為平均模式功率為按均方根脈寬為的高斯分布的高斯分布分配，接收機(jī)判決電路的脈沖形狀用余弦函數(shù)描分配，接收機(jī)判決電路的脈沖形狀用余弦函數(shù)描述時(shí)，述時(shí)，r rmpmp可近似寫(xiě)為可近似寫(xiě)為 )(exp122BLDkrmp8283 頻率啁啾是限制光波系統(tǒng)性能的重要因素，頻率啁啾是限制光波系統(tǒng)性能的重要因素，即使用高邊模扼制比即使用高邊模扼制比(MSR)的單縱模半導(dǎo)體激光的單縱模半導(dǎo)體激光器來(lái)產(chǎn)生數(shù)字比特流，這

47、種影響亦是不可忽視的。器來(lái)產(chǎn)生數(shù)字比特流，這種影響亦是不可忽視的。 對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行調(diào)制時(shí)，有源區(qū)的折射對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行調(diào)制時(shí)，有源區(qū)的折射率、傳播常數(shù)及光脈沖的相位均發(fā)生變化，這種率、傳播常數(shù)及光脈沖的相位均發(fā)生變化，這種由調(diào)幅到調(diào)相的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致光由調(diào)幅到調(diào)相的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致光(頻頻)譜的加寬，稱(chēng)為譜的加寬，稱(chēng)為頻率啁啾。頻率啁啾。 帶有頻率啁啾的光脈沖在色散光纖中傳輸時(shí)，帶有頻率啁啾的光脈沖在色散光纖中傳輸時(shí)，脈沖形狀將發(fā)生變化。頻率啁啾分量主要出現(xiàn)在脈沖形狀將發(fā)生變化。頻率啁啾分量主要出現(xiàn)在前沿和后沿，使前沿出現(xiàn)藍(lán)移，后沿出現(xiàn)紅移。前沿和后沿，使前沿出現(xiàn)藍(lán)移，后沿出現(xiàn)紅移。 84 由于光譜移

48、動(dòng)，當(dāng)脈沖在光纖中傳輸時(shí)，包由于光譜移動(dòng)，當(dāng)脈沖在光纖中傳輸時(shí)，包含在脈沖啁啾分量的部分功率將逸出比特時(shí)隙。含在脈沖啁啾分量的部分功率將逸出比特時(shí)隙。 該功率損耗降低了接收機(jī)的該功率損耗降低了接收機(jī)的SNR，導(dǎo)致了功導(dǎo)致了功率代價(jià)，其大小可近似表示為率代價(jià)，其大小可近似表示為d=-10lg (1-4BLDc c) )式中，式中，c c為與頻率啁啾相關(guān)的譜移量。為與頻率啁啾相關(guān)的譜移量。 上式的適用條件為上式的適用條件為L(zhǎng)Dc ctc， tc為啁啾脈為啁啾脈沖寬度，取決于弛豫振蕩周期，約為半個(gè)振蕩周沖寬度，取決于弛豫振蕩周期，約為半個(gè)振蕩周期，其典型值為期，其典型值為100200ps。 85隨著光纖放大器的大量實(shí)用，數(shù)字光纖通隨著光纖放大器的大量實(shí)用，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般分為無(wú)光纖放大器系統(tǒng)和有光纖放大信系統(tǒng)一般分為無(wú)光纖放大器系統(tǒng)和有光纖放大器系統(tǒng)。器系統(tǒng)。在技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是確定中在技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是確