光纖通信報告

系統(tǒng)設計之

系統(tǒng)結構和限制

目錄系統(tǒng)結構損耗限制系統(tǒng)色散限制系統(tǒng)系統(tǒng)結構1光纖通信系統(tǒng)的主要組成單元：光纖光器件(有源和無源)光發(fā)送機光接收機光放大器根據(jù)光纖系統(tǒng)的應用可分為：點到點連接廣播和分配網(wǎng)局域網(wǎng)WDM系統(tǒng)點對點的傳輸系統(tǒng)1光放大器：將接收到的微弱光比特流信號直接放大而不需將其轉換為電信號。(1R)光放大器不能無限制級聯(lián)，因為色散導致的脈沖畸變最終限制了系統(tǒng)的性能。光-電-光再生中繼則不存在這種問題。

光-電-光中繼：實際上是一個接收機一個發(fā)送機對，它將檢測到的微弱變形光信號，變?yōu)殡娦盘枺?jīng)放大整形后變成規(guī)則的電比特流，再調制光發(fā)送機，恢復原光比特流繼續(xù)沿光纖傳輸。全光中繼系統(tǒng)：？點對點的傳輸系統(tǒng)利用光纖的低損耗、寬帶寬特點性能指標：比特率－距離積（BL）BL積與光纖損耗和色散特性有關，而光纖特性又與波長有關，所以BL積與波長有關。

第一代光波系統(tǒng):

0.85μm,BL積1(Gb/s).km第二代光波系統(tǒng)：1.3μm,BL積100(Gb/s).km第三代光波系統(tǒng)：1.55μm,BL積1000(Gb/s).km功能：光纖通信系統(tǒng)不僅要求傳送信息，而且要求將信息分配給多個用戶應用：光纜電話網(wǎng)、公用天線電視(CATV)、寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（B-ISND）特點：傳輸距離較短、帶寬要求寬結構：樹型拓撲、總線拓撲

廣播分配網(wǎng)絡2樹形拓撲結構總線拓撲結構總線型缺點：信號損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總線服務的范圍和用戶數(shù)。若忽略光纖自身的損耗，則第N個分支可得到的功率為：PN----第N個分支功率；PT----發(fā)送功率；C----分路器的功率分路比；δ----分路器的插入損耗；并假設每個分路器的C和δ都相同。若取δ=0.05,C=0.05,

PT=1mW和PN=0.1μW,則N的最大值?在總線上周期地接入光放大器提升功率，可以克服上述限制，只要光纖色散的影響限制在可忽略的程度，允許分配的用戶數(shù)將可大大增加。局域網(wǎng)：在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡中一個局部區(qū)域內（如在一個大學校園內）的大量用戶相互連接，使任何用戶可以隨機地進入網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳送給其他任何用戶。LAN中要求對每個用戶提供隨機的收發(fā)數(shù)據(jù)功能，存在網(wǎng)絡協(xié)議問題。結構：總線型Bus、環(huán)型Ring、星型Star

局域網(wǎng)3環(huán)形拓撲結構5點到點連接將節(jié)點依次相連以形成單個閉合環(huán)。各節(jié)點中均設置有發(fā)送機－接收機對，均可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也用作中繼器。一個令牌（一個預先確定的比特率）在環(huán)內傳遞，每個節(jié)點都監(jiān)視比特率以監(jiān)聽它自己的地址和接收數(shù)據(jù)。隨著光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI的標準接口的出現(xiàn)，光纖LAN開始普遍采用環(huán)形拓撲結構。星形拓撲結構所有節(jié)點都通過點到點連接接到中心站(中樞節(jié)點)上。有源星形結構：所有到達的光信號都通過光接收機轉換為電信號，再將電信號分配以驅動各個節(jié)點的光發(fā)送機。無源星形結構：采用星形耦合器等無源光器件在光域進行分配。由于從一個節(jié)點的輸入被分配到許多輸出節(jié)點，因此傳送到每個節(jié)點的功率將受用戶數(shù)的限制。WDM系統(tǒng)3對于許多點對點光纖通信系統(tǒng)，WDM的作用是簡單地增加總的比特率。DWDM系統(tǒng)主要有四種結構：中間含有（也可能沒有）光分插復用（OADM）器的點對點系統(tǒng)；全連接的網(wǎng)狀網(wǎng)絡；星狀網(wǎng)絡；具有OADM節(jié)點和集線器的環(huán)網(wǎng)；為了降低系統(tǒng)和網(wǎng)絡設計的復雜性，方法一：對不同種類的業(yè)務打包，然后復用它們，在同一個波長上傳輸。方法二：把不同種類的業(yè)務用不同的波長傳輸，如圖8.1.6所示:一個使用星型耦合器的多信道分配網(wǎng)絡，每個信道使用單獨的光載波頻率發(fā)送電信號，所有發(fā)送機的輸出功率復合進無源星型耦合器，并且分配相等的功率到所有的接收機。每個用戶接收所有信道，使用調諧光接收機選擇它們中的一個，這種網(wǎng)絡有時也叫廣播-選擇網(wǎng)絡。如下圖所示：損耗限制系統(tǒng)2光纖的損耗譜特性損耗限制光波系統(tǒng)設發(fā)送機發(fā)出的最大平均功率為Pt，而光接收機的接收靈敏度為Pr，則最大傳輸距離為：

αtot(dB/km)為光纖損耗，包括對接損耗和活動連接損耗。由于接收機靈敏度Pr隨比特率B線性變化：

因此傳輸距離亦與比特率有關。hv為光子能量，Np為接收機所要求的每比特的平均光子數(shù)。在給定工作波長處，L隨比特率B的增加而呈對數(shù)關系降低———損耗限制---------色散限制橫越大西洋的海底光波系統(tǒng)實際陸地光波系統(tǒng)采用色散位移光纖的1550nm，B>10Gb/s的實驗系統(tǒng)色散限制系統(tǒng)3一.光纖色散光纖色散:信號能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引起的信號畸變。色散限制:光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。色散類型模間色散（僅多模光纖有）波導色散材料色散偏振模色散波長色散二.色散與光纖G.652（標準單模光纖SMF）:零色散波長:1300nm1550色散:16~17ps/nm.kmG.653（色散位移光纖DSF）:零色散波長:1550nmG.655（非零色散位移光纖NZDSF）:

1550nm色散:2~6ps/nm.km三.色散限制光纖色散導致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。導致色散限制的物理機制隨不同波長而不同。1.0.85μm光波系統(tǒng)2.1.3μm光波系統(tǒng)3.1.55μm光波系統(tǒng)1、0.85μm光波系統(tǒng)第一代光波系統(tǒng)，通常采用低成本的多模光纖作為傳輸媒質。主要限制因素是模間色散。多模階躍光纖，BL=c/(2n1)。典型值n1=1.46、=0.01，傳輸距離隨比特率的曲線。即使在B1Mb/s的低比特率，也是色散限制的，其傳輸距離限制在10km內。應用：數(shù)據(jù)連接，很少用于光纖通信系統(tǒng)中。

多模漸變光纖，BL=2c/(n12).對于

n1=1.46、=0.01，曲線如圖。當比特率小于100Mb/s時為損耗限制，大于100Mb/s將變?yōu)樯⑾拗?。第一代陸上光通信系統(tǒng)就是采用多模漸變光纖，比特率在50-100Mb/s，中繼距離接近10公里，于1978年投入商業(yè)運營。2、1.3μm光波系統(tǒng)第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長在1.3m附近的單模光纖，最大的限制因素是由較大的光源譜寬支配的由色散導致的脈沖展寬。比特率－距離積

BL(4|D|)-1

D為色散，為光源的均方根譜寬。

|D|典型值為

1-2ps/(km-nm)當取|D|=2ps/km時，BL125(Gb/s)-km當B<1Gb/s時，為損耗限制系統(tǒng)，但當B>1Gb/s時則變?yōu)樯⑾拗葡到y(tǒng)。-------色散限制3、1.55μm光波系統(tǒng)第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的1.55m波長，光纖色散是系統(tǒng)的主要限制因素。對普通單模光纖，在1.55m處D的典型值為17ps/(km-nm)，色散值比較高，由色散導致的脈沖展寬較大，系統(tǒng)處于色散限制狀態(tài)。采用單縱模半導體光源可大大緩解這種限制。最終限制為：B2L<(16|2|)-1

式中，2為群速色散，與色散參數(shù)D的關系為： D=-(2c/2)2普通單模光纖的限制線為：B2L=4000(Gb/s)2-km。對理想的1.55m系統(tǒng)，B2L可達6000(Gb/s)2-km。當B>5Gb/s

時，為色散限制系統(tǒng)。-------色