光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

-----WORD格式-----WORD格式--可編輯--專業(yè)資料---------完整版學(xué)習(xí)資料分享----光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述TRANSMITTERMESSAGEORIGINTRANSMITTERMESSAGEORIGINMODULATORCARRIERSOURCECHANNELCOUPLERFIBERINFORMATIONCHANNELOPTICALAMPLIFIERREPEATERORAMPOPTICALAMPLIFIERFIBERDETECTORAMPLIFERPROCESSINGMESSAGEOUTRECEIVER模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1.1標(biāo)準(zhǔn)光纖通信系統(tǒng)架構(gòu)EquationChapter2Section模擬系統(tǒng)中，充足的功率意味著高SNR，另外，組件的組合應(yīng)該提供足夠的帶寬以通過(guò)較高的調(diào)制頻率，因此，應(yīng)對(duì)單個(gè)器件的損耗和帶寬進(jìn)行分析，并計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的功率分配和帶寬預(yù)算。系統(tǒng)規(guī)格初始方案以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻系統(tǒng)為例，電視廣播信號(hào)的帶寬為6MHz，要求SNR為50dB。CarrierSourceLED0.8-0.9umInformationChannelCarrierSourceLED0.8-0.9umInformationChannelMMF(SIorGRIN)DetectorPIN-PD表2.2系統(tǒng)方案二：高帶寬和高功率CarrierSourceCarrierSourceLD1.3umInformationChannelSMFDetectorAPD負(fù)載電阻計(jì)算已知PIN-PD的電容C 和傳輸帶寬f ，根據(jù)方程d 3dB求得負(fù)載電阻RL

f3dB

12RCL d

(2.1)R 2CL d

f3dB

12510126106

(2.2)5305取R 近似值，計(jì)算得f 為6.24MHz。L 3dB功率預(yù)算平均光功率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的SNR方程是M2eRfIM2eRfILnephf 4kTfN

m22M

hf2R

(2.3)L DPIN-PD作為光電探測(cè)器，假設(shè)系統(tǒng)是熱噪聲限系統(tǒng)，調(diào)制系數(shù)m100%，SNR程簡(jiǎn)化為S 0.5P2R L

(2.4)N 4kTfe由于放大器噪聲的存在，將實(shí)際溫度T替換為等效噪聲溫度Te

，假設(shè)環(huán)境溫度T為300K，放大器噪聲系數(shù)F為2，則Te

FT600K，又已知PD響應(yīng)率為W，計(jì)算平均光功率441.3810236006.241061050.50.525100P5.7W

(2.5)取P近似值為6W。平均光電流計(jì)算P為6WPIN-PD的平均光電流IP，遠(yuǎn)大于暗電流（幾個(gè)納安，因此系統(tǒng)中暗電流的影響可以忽略，計(jì)算熱噪聲電流均方值i2

4kTf4

1.381023

6.24106NT RL

5100

(2.6)散粒噪聲電流均方值

40.5144nA2i2 2eIfNS 21.61019 3106 6.24106

(2.7)5.9904nA2可以得到，熱噪聲功率是散粒噪聲功率的近7倍，符合最開始采用熱噪聲限模型的假設(shè)。預(yù)測(cè)平均光電流為載電阻的比值，使用5V偏壓時(shí)，最大允許電流為51009.8104A（或980A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，系統(tǒng)不存在飽和問題。詳細(xì)方案光源光源SELED0.85m,P 1mW,tdc12ns,f35nm,d50mriseSIMMFNA0.24,f L33MHzkm,5dBkm,r 50m3dB core光纖GRINNA0.24,fMMFL500MHzkm,5dBkm,r 50m3dB core功率分配與鏈路長(zhǎng)度計(jì)算使用dBm單位進(jìn)行功率計(jì)算，光源功率為0dB（1m-22.2dB（W，意味著從光源到光探測(cè)器間各組件總損耗不應(yīng)超過(guò)22.2dBNA2(2.8)根據(jù)方程

NA22

(2.9)3dBGRIN15.4dB，在光纖的入射端和出射端分別存在0.2dB的反射損耗。假設(shè)光纖鏈路只有兩個(gè)連接器（收機(jī)1dBSIGRIN4.4dB。850nm5dB/kmSI7.45/5=1.48km，1公里長(zhǎng)的光纖還剩余2.4dB的空間；對(duì)于GRIN光纖最大鏈路長(zhǎng)度為4.4/5=0.88km=880m。帶寬預(yù)算帶寬預(yù)算應(yīng)結(jié)合光源、光纖和光探測(cè)器的特性進(jìn)行綜合計(jì)算，通常根據(jù)上升時(shí)間和帶寬信息來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)。上升時(shí)間計(jì)算系統(tǒng)、光源、光纖和光探測(cè)器的上升時(shí)間，通過(guò)以下方程聯(lián)系t2t2S

t2F

t2PD

(2.10)對(duì)于系統(tǒng)和光纖來(lái)說(shuō)，從上升時(shí)間到帶寬的轉(zhuǎn)換通過(guò)以下方程實(shí)現(xiàn)f3dB

0.35t

(2.11)r由于系統(tǒng)的信號(hào)帶寬為6MHz，則系統(tǒng)的上升時(shí)間t 0.35610658.3ns。s根據(jù)上升時(shí)間（PN結(jié)自由電子遷移稱為轉(zhuǎn)移時(shí)間）的計(jì)算方程得到PIN-PD的上升時(shí)間為

t 2.19RCr L d

(2.12)t 2.19RCPD L

2.1951005101255.8ns (2.13)PD的上升時(shí)間遠(yuǎn)大于典型的器件的轉(zhuǎn)移時(shí)間限制（約1n，因此該探測(cè)器是電路限制。在本例中接收機(jī)電路占用了大部分上升時(shí)間預(yù)算這種分配方式可以通過(guò)降低負(fù)載電阻R 改（但L這樣做會(huì)降低接收機(jī)靈敏度，增加功率要求LED的上升時(shí)間是12n纖的上升時(shí)間范圍t2