第5章光纖通信系統(tǒng)

第五講光纖通信系統(tǒng)主要內(nèi)容5.1光通信線路組成5.2光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.3光放大器5.4多路信號(hào)復(fù)用5.5波分復(fù)用5.6同步數(shù)字系列（SDH）第5章波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)5.1光纖通信系統(tǒng)新技術(shù)簡(jiǎn)述

5.2波分復(fù)用（WDM）技術(shù)5.3光中繼器

5.3.1光電轉(zhuǎn)換型中繼器

5.3.2全光型中繼器概述

5.3.3摻鉺光纖放大器（EDFA）

5.3.4光纖拉曼放大器（FRA）

5.3.6半導(dǎo)體光放大器（SOA）第6章光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸規(guī)范

6.1光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的兩種主要傳輸制式

6.1.2同步數(shù)字系列（SDH）6.2光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標(biāo)

6.3光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)6.4光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的測(cè)量§5.1光通信線路組成1、點(diǎn)到點(diǎn)單用戶線路光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光纜光纜光端機(jī)光端機(jī)2、點(diǎn)到點(diǎn)多用戶線路多路信號(hào)復(fù)用多路信號(hào)解復(fù)用多路信號(hào)復(fù)用多路信號(hào)解復(fù)用光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)電源公務(wù)、管理3、遠(yuǎn)距離線路光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)中繼站中繼站遠(yuǎn)距離信號(hào)損耗衰減中繼站的作用：補(bǔ)償光纖的損耗和色散1）光信號(hào)放大（補(bǔ)償光纖損耗）2）光信號(hào)脈沖再生（消除補(bǔ)償光纖的色散）中繼方式：1）光信號(hào)直接放大-------光放大器2）光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)中繼器（中繼站）隨著傳輸線路的延長(zhǎng)，會(huì)由于傳輸損耗而使脈沖衰減，同時(shí)加上傳輸線路的失真特性（光纖中的各種色散）產(chǎn)生脈沖波型的失真。因此，需要中繼器來(lái)進(jìn)行修復(fù)。3R：re-amplifying

再放大（光放大器的功能）

re-timing

再定時(shí)（消除時(shí)間抖動(dòng)）

re-shaping

再整形（消除波形畸變）光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)中繼站中繼站通過(guò)這3個(gè)R，得到接近于發(fā)射端的光信號(hào)從而延長(zhǎng)傳輸距離，提高信號(hào)質(zhì)量。3R再生功能放大消除波形畸變消除時(shí)間抖動(dòng)4、遠(yuǎn)距離光通信鏈路終端站中繼站分路站樞紐站（中心站）為了節(jié)約建設(shè)成本，往往是一纜多對(duì)光纖，并行傳輸,m對(duì)為了防止線路故障中斷，往往留有備份線路因此線路中，應(yīng)有線路質(zhì)量檢測(cè)和倒換設(shè)備中間站通信站終端站終端站終端站中間站分路站樞紐站中繼站將一系列點(diǎn)到點(diǎn)光纖線路組合并連起來(lái)，就形成光通信鏈路光通信鏈路也是一種基本的光通信網(wǎng)絡(luò)。復(fù)用段、數(shù)字段中繼段當(dāng)發(fā)生線路故障中斷時(shí)，在該復(fù)用段倒換線路------用備份線路代替工作線路5、光纖通信網(wǎng)絡(luò)光纖通信網(wǎng)絡(luò)是由光傳輸系統(tǒng)連接的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。（1）基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類(lèi)型a)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(b)線形總線網(wǎng)(c)環(huán)形網(wǎng)(d)星形網(wǎng)(e)樹(shù)形網(wǎng)(f)網(wǎng)格形網(wǎng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和線路組成（2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類(lèi)城域/本地網(wǎng)多采用環(huán)形結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)通常是環(huán)形和星形的復(fù)合結(jié)構(gòu)骨干網(wǎng)多采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)按層次劃分：分為骨干網(wǎng)，本地網(wǎng)和接入網(wǎng)按分布區(qū)域劃分：廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)，局域網(wǎng)5.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是:選擇最佳路由和局站設(shè)置傳輸體制和傳輸速率光纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。在技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是確定中繼距離尤其對(duì)長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟1）選定傳輸速率和傳輸制式2）選定工作波長(zhǎng)3）選定光源和光檢測(cè)器件4）選定光纖光纜類(lèi)型5）選定路由、估算中繼距離6）估算誤碼率

S和R兩點(diǎn)之間光纖線路總損耗不能超過(guò)系統(tǒng)的總功率衰減L為中繼距離(km)αf光纖損耗系數(shù)(dB/km)αs光纖平均接頭損耗(dB/km)Pt為平均發(fā)射光功率(dBm)Pr為接收靈敏度(dBmαc

為連接器損耗(dB/對(duì))Me

為系統(tǒng)功率余量(dB)Mm為系統(tǒng)功率代價(jià)(dB)受光纖線路損耗限制的中繼距離為5.2.1中繼距離受損耗的限制光纖總損耗系統(tǒng)允許總衰減

連接器損耗一般為0.3～1dB/對(duì)。光纖損耗系數(shù)αf取決于光纖類(lèi)型和工作波長(zhǎng)，例如單模光纖在1310nm,αf為0.4～0.45dB/km;

在1550nm,αf為0.22～0.25dB/km。平均接頭損耗可取0.05dB/個(gè)，每千米光纖平均接頭損耗αs可根據(jù)光纜生產(chǎn)長(zhǎng)度計(jì)算得到。光纖系統(tǒng)代價(jià)Mm在一個(gè)中繼段總余量不超過(guò)5dB。系統(tǒng)余量Me包括由于時(shí)間和環(huán)境的變化而引起的發(fā)射光功率和接收靈敏度下降，以及設(shè)備內(nèi)光纖連接器性能劣化，Me一般不小于3dB。最大色散/psnm-1最大損耗/dB120（多縱模）2424131015504139.264300（多縱模）282813101550139.264不要求（多縱模）35131034.368不要求4013108.448S和R之間的容限BER110-10標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)/nm標(biāo)稱(chēng)速率/（Mbs-1）

根據(jù)ITU-T(原CCITT)G.955建議，用LD作光源的常規(guī)單模光纖(G.652)系統(tǒng)，在S和R之間數(shù)字光纖線路的容限如表。

5.3.2中繼距離受色散(帶寬)的限制如果系統(tǒng)的傳輸速率較高，光纖線路色散較大，中繼距離主要受色散(帶寬)的限制。為使光接收機(jī)靈敏度不受損傷，保證系統(tǒng)正常工作，必須對(duì)光纖線路總色散(總帶寬)進(jìn)行規(guī)范。對(duì)于數(shù)字光纖線路系統(tǒng)，色散增大，意味著數(shù)字脈沖展寬增加，因而在接收端要發(fā)生碼間干擾，使接收靈敏度降低，或誤碼率增大。嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法通過(guò)均衡來(lái)補(bǔ)償，使系統(tǒng)失去設(shè)計(jì)的性能。不歸零碼歸零碼T不歸零碼歸零碼RZT矩形脈沖高斯脈沖光纖通信傳輸信號(hào)碼型有一定占空比高電平在一個(gè)周期之內(nèi)所占的時(shí)間比率101011高斯脈沖tσ為均方根(rms)脈沖寬度高斯脈沖的碼間干擾定義為相對(duì)rms脈沖寬度τ脈沖半高全寬度(FWHM)τ=σ/0.424713.510-24.410-21.710-23.910-3

3.410-40.500.400.350.300.25a=/T相對(duì)rms脈沖寬度a和碼間干擾的關(guān)系當(dāng)a=0.25時(shí)，碼間干擾δ只有峰值的0.034%，完全可以忽略不計(jì)。當(dāng)a=0.5時(shí)，δ增加到13.5%，此時(shí)功率代價(jià)為7～8dB，難以通過(guò)均衡進(jìn)行補(bǔ)償。一般系統(tǒng)設(shè)計(jì)選取a=0.25～0.35，功率代價(jià)不超過(guò)2dB。對(duì)于寬光譜光源，在非零色散波長(zhǎng)

在這個(gè)基礎(chǔ)上，根據(jù)原CCITT建議，對(duì)于實(shí)際的單模光纖通信系統(tǒng)，受色散限制的中繼距離L可以表示為：σλ為光源譜線寬度(nm)，對(duì)多縱模激光器(MLM-LD)，σλ

為rms寬度，對(duì)單縱模激光器(SLM-LD),σλ

為峰值下降20dB的寬度。ε是與功率代價(jià)和光源特性有關(guān)的參數(shù)，對(duì)于MLM-LD,ε=0.115對(duì)于SLM-LD，ε=0.306a=0.25～0.35

由于光纖制造工藝的偏差，光纖的零色散波長(zhǎng)不會(huì)全部等于標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)值，而是分布在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。

光源的峰值波長(zhǎng)也是分配在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，并不總是和光纖的零色散波長(zhǎng)度相重合。對(duì)于G.652規(guī)范的單模光纖波長(zhǎng)為1285～1330nm，色散系數(shù)D不得超過(guò)±3.5ps/(nm·km))波長(zhǎng)為1270～1340nm,D不得超過(guò)6ps/(nm·km)

(1)光纖通信系統(tǒng)的中繼距離受損耗限制時(shí)從損耗限制和色散限制兩個(gè)計(jì)算結(jié)果中，選取較短的距離，作為中繼距離計(jì)算的最終結(jié)果。(2)中繼距離受色散限制時(shí)對(duì)于MLM-LD,ε=0.115對(duì)于SLM-LD，ε=0.3065.1光通信線路組成5.2光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)估算中繼距離設(shè)系統(tǒng)平均發(fā)射功率Pt=-3dBm,接收靈敏度Pr=-42dBm，功率代價(jià)Mm=6dB，設(shè)備余量Me=3dB，連接器損耗αc=0.3dB/對(duì)，光纖損耗系數(shù)αf=0.35dB/km,光纖平均接頭損耗αs=0.04dB/km。例：計(jì)算140Mb/s單模光纖通信系統(tǒng)中繼距離。得到中繼距離解：線路碼速率fb=140Mb/s,|D|=3.0ps/(nm·km)，MLM-LDσλ=2.5nm。（1）損耗限制系統(tǒng)Pt=-3dBmPr=-42dBmαc=0.3dB/對(duì)Mm=6dBMe=3dBαf=0.35dB/kmαs=0.04dB/km

在工程設(shè)計(jì)中，中繼距離應(yīng)取75.3km。

在本例中中繼距離主要受損耗限制。MLM-LD,ε=0.115（2）色散限制系統(tǒng)fb=140Mb/s,|D|=3.0ps/(nm·km)，MLM-LDσλ=2.5nm得到中繼距離中繼距離和傳輸速率的關(guān)系，包括損耗限制和色散限制的結(jié)果Gb/s對(duì)于波長(zhǎng)為0.85μm的多模光纖，由于損耗大，中繼距離一般在20km以內(nèi)。傳輸速率很低，SI光纖的速率不如同軸線，GI光纖的速率在0.1Gb/s以上就受到色散限制。單模光纖在長(zhǎng)波長(zhǎng)工作，損耗大幅度降低，中繼距離可達(dá)100～200km在1.31μm零色散波長(zhǎng)附近，當(dāng)速率超過(guò)1Gb/s時(shí)，中繼距離才受色散限制。在1.55μm波長(zhǎng)上，由于色散大，通常要用單縱模激光器，理想系統(tǒng)速率可達(dá)5Gb/s0.85μm,SIF光纖，fb×L～0.01×1=0.01(Gb/s)·km

0.85μm,GIF光纖，fb×L～0.1×20=2.0(Gb/s)·km

1.31μm,SMF光纖，fb×L～1×125=125(Gb/s)·km

1.55μm,SMF光纖，fb×L～2×75=150(Gb/s)·km

1.55μm,DSF光纖，fb×L～20×80=1600(Gb/s)·km

把反映光纖傳輸系統(tǒng)技術(shù)水平的指標(biāo)：速率×距離(fb×L)乘積大體歸納如下：5.3光放大器

光放大器分類(lèi)

半導(dǎo)體光放大器

摻鉺光纖放大器

光纖拉曼放大器5.3.1光放大器分類(lèi)5.3.2半導(dǎo)體光放大器1半導(dǎo)體光放大器原理2半導(dǎo)體光放大器特性3半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)用(SOA,SemiconductorOpticalAmplifier)半導(dǎo)體光放大器外形半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理與激光器的相同，通過(guò)受激發(fā)射放大入射光信號(hào)。光放大器只是一個(gè)沒(méi)有反饋的激光器，其核心是當(dāng)放大器被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。增益不僅與入射信號(hào)的頻率（或波長(zhǎng)）有關(guān)，而且與放大器內(nèi)任一點(diǎn)的局部光強(qiáng)有關(guān)，該頻率和光強(qiáng)與光增益的關(guān)系又取決于放大器介質(zhì)。1、半導(dǎo)體光放大器原理行波光放大器是一個(gè)沒(méi)有反饋的激光器。其核心是當(dāng)放大器被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。行波半導(dǎo)體光放大器減小半導(dǎo)體激光器腔體界面反射，可使激光器變?yōu)榉糯笃?。放大器就稱(chēng)為F-P放大器。F-P諧振腔反射率R越大，SOA的增益越大。但是，當(dāng)R超過(guò)一定值后，光放大器將變?yōu)榧す馄?。F-PSOA2半導(dǎo)體激光放大器

（SOA）特性增益：芯片3035dB,除810dB的耦合損耗外，還有2225dB的增益；帶寬：很寬，3dB帶寬約為70

nm（9THz）可以對(duì)窄至幾個(gè)ps

的超窄光脈沖進(jìn)行放大；噪聲：典型值為5～7dB；可與光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)一起單片集成在一起；缺點(diǎn)：對(duì)偏振方向非常敏感。

半導(dǎo)體光放大器帶寬和增益頻譜曲線法布里-玻羅放大器(F-PA)和行波放大器(TWA)的帶寬比較行波光放大器的增益與波長(zhǎng)的關(guān)系波長(zhǎng)可調(diào)激光器+光放大

+調(diào)制器集成化器件表幾種商用半導(dǎo)體光放大器（SOA）性能指標(biāo)3半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)用SOA存在增益受偏振影響、信道交叉串?dāng)_以及耦合損耗較大等缺點(diǎn)，所以不能作為在線放大器使用。SOA可以在1.3m光纖系統(tǒng)中作為光放大使用，因?yàn)橐话愕腅DFA不能在該窗口使用。SOA芯片具有高達(dá)30~35dB的增益，除輸入和輸出端存在總共8~10dB的耦合損耗外，還有22~25dB的增益。另外行波半導(dǎo)體光放大器具有很寬的帶寬，可以對(duì)窄至幾個(gè)ps的超窄光脈沖進(jìn)行放大。在DWDM光纖通信中，可作為波長(zhǎng)路由器中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和快速交換器件使用。在OTDM中，也可以用作時(shí)鐘恢復(fù)和解復(fù)用器的非線性器件。在石英光纖中摻入稀土離子作為增益介質(zhì)在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大。放大器的特性主要由摻雜元素決定。5.3.3摻鉺光纖放大器有許多不同的稀土元素，如鉺（Er），鐠（Pr）,鈥（Ho），釹（Nd），釤（Sm），銩（Tm），和鐿（Yb）等。都可用于實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的光放大器，這些波長(zhǎng)覆蓋了從可見(jiàn)光到紅外的很寬范圍，直至2.8μm。ErbiumDopedFiberAmpliferEDFA摻鉺光纖放大器工作于1.55μm具有高增益、高功率和寬帶寬等優(yōu)良特性，一、摻鉺光纖EDFEDF結(jié)構(gòu)和折射率分布二、摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)泵浦光由半導(dǎo)體激光器（LD）提供,與被放大信號(hào)光一起通過(guò)光耦合器或波分復(fù)用耦合器注入摻鉺光纖（EDF）光隔離器用于隔離反饋光信號(hào)，提高穩(wěn)定性。光濾波器用于濾除放大過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。3種構(gòu)成結(jié)構(gòu)---3種配置方式前向泵浦正向泵浦后向或反向泵結(jié)構(gòu)雙向泵結(jié)構(gòu)三、EDFA工作原理1、鉺離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)摻鉺光纖能放大光信號(hào)的基本原理在于鉺離子能吸收泵浦光的能量，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)波長(zhǎng)為1.55μm的信號(hào)光通過(guò)已被激活的摻鉺光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子以受激輻射的方式躍遷到基態(tài)。對(duì)應(yīng)于每一次躍遷，都將產(chǎn)生一個(gè)與激發(fā)該躍遷的光子完全一樣的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光在摻鉺光纖的傳播過(guò)程中不斷放大?；鶓B(tài)亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)有源媒質(zhì)(幾十米左右長(zhǎng)的摻鉺石英光纖，芯徑3～5m,摻雜濃度(25～1000)10–6)(a)EDFA的結(jié)構(gòu);(b)能級(jí);(c)增益譜泵浦光源(990或1480nmLD)三能級(jí)系統(tǒng)放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)譜，帶寬很大(達(dá)20～40nm)，且有兩個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)于1530nm和1550nm。2、自發(fā)輻射譜3、受激輻射四、EDFA的特性

EDFA的增益與許多參數(shù)有關(guān)，

Er離子濃度與徑向分布、光纖尺寸、放大器長(zhǎng)度、泵浦功率與輸入信號(hào)功率等

1.增益特性輸入功率（dBm）0-20-1001020輸出功率(dBm)輸出飽和光功率輸入功率（dBm）1.48μm泵浦對(duì)給定的放大器長(zhǎng)度L，放大器增益先隨泵浦功率按指數(shù)增長(zhǎng)，當(dāng)泵浦功率超過(guò)某一值時(shí)，增長(zhǎng)變慢了。EDFA的小信號(hào)增益隨泵浦功率和放大器長(zhǎng)度而變的曲線1.48μm泵浦對(duì)給定的泵浦功率，放大器增益隨長(zhǎng)度變化，并存在一最佳長(zhǎng)度，超過(guò)此長(zhǎng)度后，由于泵浦功率的消耗，最佳點(diǎn)后的鉺光纖不能受到足夠泵浦，而且要吸收已放大的信號(hào)能量，導(dǎo)致增益很快降低。

從圖中曲線可見(jiàn)，采用1.55μm信號(hào)波長(zhǎng)、5mW的泵浦功率，在L＝30m時(shí)已達(dá)到30dB增益，過(guò)長(zhǎng)已無(wú)意義。2、放大器增益隨長(zhǎng)度變化

3、歸一化輸出功率隨歸一化輸入功率的關(guān)系

4、增益隨輸出功率的變化及增益飽和特性

增益系數(shù)增益系數(shù)各種光纖放大器的帶寬比較

GS-EDFA為增益移位EDFA，EDTFA為摻碲(Te)的硅基摻鉺光纖放大器，TDFA為摻銩(Tm)的光纖放大器，GS-TDFA為增益移位摻銩光纖放大器，RFA為喇曼光纖放大器。5.噪聲特性EDFA的輸出光中，除了有信號(hào)光外，還有自發(fā)輻射光，它們一起被放大，形成了影響信號(hào)光的噪聲源。EDFA的噪聲主要有以下四種：①信號(hào)光的散粒噪聲；②被放大的自發(fā)輻射光的散粒噪聲；③自發(fā)輻射光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲；④自發(fā)輻射光譜間的差拍噪聲。以上四種噪聲中，后兩種影響最大，尤其是第三種。噪聲是決定EDFA性能的主要因素。衡量EDFA的噪聲特性可用噪聲指數(shù)F來(lái)度量。EDFA的寬帶放大特性可同時(shí)放大多路信號(hào)。只要多信道的總帶寬小于放大器帶寬。

EDFA亦非常適用于波分復(fù)用（WDM）或光頻分復(fù)用光波通信系統(tǒng)。多路信號(hào)通過(guò)EDFA同時(shí)放大時(shí)一個(gè)重要問(wèn)題是信道間的串音。串音主要起因有兩個(gè)因素：一是四波混頻或互調(diào)制；二是交叉調(diào)制或交叉飽和。

6、多信道放大特性

●多路信號(hào)信道四波混頻或互調(diào)在多路信號(hào)通過(guò)EDFA同時(shí)放大時(shí)，鉺光纖中載流子數(shù)N將受到Ωjk=ωj-ωk的差頻調(diào)制，因此鉺光纖的增益和折射率受到頻率Ωjk的調(diào)制，這種由多路信號(hào)產(chǎn)生的調(diào)制稱(chēng)為增益和折射率光柵，此光柵將部分信號(hào)從一個(gè)信道散射到另一個(gè)信道，稱(chēng)為信道串音，亦可看作是非線性效應(yīng)產(chǎn)生的四波混頻或互調(diào)。通常，當(dāng)Ωjkτsp>>1時(shí)，調(diào)制頻率很高，載流子壽命很長(zhǎng)，相比之下載流子數(shù)因而折射率和增益的變化很慢，信道串音就可忽略。在EDFA中，上能級(jí)載流子的壽命典型值為τsp≈10ms（半導(dǎo)體激光器的載流子壽命為0.5ns），因此信道間隔即使降至Ωjk=10kHz，條件Ωjkτsp>>1也滿足，實(shí)際通信系統(tǒng)中，Ωjk＞10MHz，因此完全可忽略這類(lèi)串音?！窠徊骘柡徒徊骘柡褪侵改程囟ㄐ诺赖捻憫?yīng)不僅是由其自身功率造成（稱(chēng)自飽和），而且也受相鄰信道的功率的影響而引起。這種效應(yīng)引起的串音是所有放大器共有的。但當(dāng)放大器用于非飽和區(qū)時(shí)即可避免這種串音。在EDFA光放大系統(tǒng)中，由于增益恢復(fù)時(shí)間τg較長(zhǎng)，一般不存在圖形效應(yīng)，即使運(yùn)用于飽和區(qū)，由交叉飽和導(dǎo)致的串音亦可忽略。

優(yōu)點(diǎn)（1）工作波長(zhǎng)與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對(duì)應(yīng)。（2）耦合效率高。

（3）增益與偏振態(tài)無(wú)關(guān)。

（5）增益高、輸出功率大。

（4）所需的泵浦功率小。（6）噪聲小Nf=4—7dB(7)對(duì)信號(hào)和傳輸速率透明，兼容各種制式（8）頻帶寬30-35nm（9）WDM串話很小

EDFA具有高增益、高功率、寬帶寬、低噪聲、低串音、低插損等優(yōu)良特性。

五、EDFA的系統(tǒng)應(yīng)用光放大器在光波系統(tǒng)中的可能應(yīng)用EDFA在干線光波系統(tǒng)中的應(yīng)用采用不設(shè)在線EDFA或再生中繼器的方案已使2Gb/s的信號(hào)傳輸距離超過(guò)300km3R中繼器的級(jí)聯(lián)，每段間接入3R混合中繼，以提高系統(tǒng)性能，延長(zhǎng)通信距離。

采用在線多級(jí)1R光中繼器，3R混合中繼器組合系統(tǒng)，以延長(zhǎng)通信距離；

EDFA在寬帶光波分配系統(tǒng)中的應(yīng)用

EDFA在寬帶光波分配系統(tǒng)中的應(yīng)用EDFA在寬帶光波分配系統(tǒng)中的應(yīng)用

(c)

當(dāng)采用1.5μm的光放大器作為AM-FDM光發(fā)送機(jī)的功率提升放大器和分配中心光接收機(jī)的前置放大器時(shí)，傳輸距離可達(dá)20km，而且采用星形耦合器可提供N≈15個(gè)光分路，服務(wù)范圍擴(kuò)大很多（。5.3光放大器

光放大器分類(lèi)

半導(dǎo)體光放大器

摻鉺光纖放大器

光纖拉曼放大器5.3.4光纖拉曼放大器1、分布式拉曼放大器工作原理2、拉曼放大器的增益?zhèn)€帶寬3、拉曼放大器的構(gòu)成利用強(qiáng)泵浦光通過(guò)光纖傳輸時(shí)產(chǎn)生受激拉曼散射，使組成光纖的石英晶格振動(dòng)和泵浦光之間發(fā)生相互作用，產(chǎn)生比泵浦光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的散射光（斯托克斯光）。如果散射光波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)相同，就使弱信號(hào)光得到放大。一、分布式光纖拉曼放大器的工作原理利用非線性光學(xué)效應(yīng)，受激拉曼散射對(duì)信號(hào)光放大如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根光纖中傳輸，產(chǎn)生比泵浦光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的散射光（斯托克斯光），并且弱信號(hào)光的波長(zhǎng)在泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)，

該散射光與波長(zhǎng)相同的信號(hào)光重疊，從而使弱信號(hào)光放大，獲得拉曼增益。對(duì)石英光纖泵浦光波長(zhǎng)與待放大信號(hào)光波長(zhǎng)之間的頻率差大約為13THz，在1.5m波段，它相當(dāng)于約100nm的波長(zhǎng)差。二、拉曼放大器（FRA）組成

可以采用前向泵浦,也可以采用后向泵浦，因后向泵浦減小了泵浦光和信號(hào)光相互作用的長(zhǎng)度，從而也就減小了泵浦噪聲對(duì)信號(hào)的影響，所以通常采用后向泵浦。光纖分布式喇曼放大器（DRA）構(gòu)成

-----后向泵浦三、光纖拉曼放大器的特性1、拉曼增益和帶寬拉曼增益系數(shù)頻譜曲線當(dāng)時(shí)，增益達(dá)到最大。增益帶寬達(dá)到。

小信號(hào)光在長(zhǎng)光纖內(nèi)的喇曼增益泵浦功率為200mW時(shí)，最大增益值為7.78dB泵浦功率為100mW時(shí)，最大增益值為3.6dB。在增益峰值附近的增益帶寬約為7~8THz。2、多波長(zhǎng)泵浦增益帶寬增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，選擇適當(dāng)?shù)谋闷止獠ㄩL(zhǎng)，可得到任意波長(zhǎng)的光信號(hào)放大。分布式光纖拉曼放大器的增益頻譜是每個(gè)波長(zhǎng)的泵浦光單獨(dú)產(chǎn)生的增益頻譜疊加的結(jié)果，所以它是由泵浦光波長(zhǎng)的數(shù)量和種類(lèi)決定的。5個(gè)泵浦波長(zhǎng)單獨(dú)泵浦時(shí)，產(chǎn)生的增益頻譜和總的增益頻譜曲線。3、多波長(zhǎng)泵浦增益頻譜§5.5多路信號(hào)復(fù)用技術(shù)1、多路信號(hào)復(fù)用方式的分類(lèi)FDMTDMCDM多路電信號(hào)復(fù)用方式多路光信號(hào)復(fù)用方式WDM----DWDM(OFDM)OTDMOCDM頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用碼分復(fù)用密集波分復(fù)用2、TDM

同步時(shí)分復(fù)用準(zhǔn)同步時(shí)分復(fù)用異步時(shí)分復(fù)用在頻域劃分子信道在時(shí)域劃分子信道正交編碼，不同信道碼型正交收發(fā)同步時(shí)鐘時(shí)鐘同步時(shí)分復(fù)用異步時(shí)分復(fù)用PDHSDHATMIP3、PDH速率等級(jí)數(shù)字復(fù)用等級(jí)包含64Kb/s信道的數(shù)目數(shù)據(jù)率（Mb/s）北美歐洲日本010.0640.0640.0641（次群）241.5541.554302.048483.1523.1522（次群）966.3126.3121208.4483（次群）48034.36832.06467244.376134491.053144097.7284（次群）1920139.2644032274.1765760397.200一次群二次群三次群四次群4、PDH數(shù)字復(fù)接正碼速調(diào)整速率調(diào)整同步復(fù)用定時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘幀同步發(fā)生器分路恢復(fù)定時(shí)提取低速碼流高速碼流§5.6波分復(fù)用技術(shù)WDM，WavelengthDivisionMultiplexing1光波分復(fù)用的基本概念和分類(lèi)2WDM系統(tǒng)的特點(diǎn)3WDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4光波分復(fù)用系統(tǒng)的技術(shù)要求5WDM多信道信號(hào)傳輸性能光波分復(fù)用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）技術(shù)是在一根光纖上能同時(shí)傳送多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。一、光波分復(fù)用的基本概念與分類(lèi)在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)（復(fù)用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)（解復(fù)用）并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)送入不同的終端。因此，此項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為光波長(zhǎng)分割復(fù)用，簡(jiǎn)稱(chēng)光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。單模光纖的帶寬100nm100nmDWDM把在光纖同一低損耗窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用稱(chēng)為密集波分復(fù)用。兩個(gè)波長(zhǎng)之間的間隔為0.8nm、1.6nm或更低。密集波分復(fù)用DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing1550nm波長(zhǎng)WDM系統(tǒng)的基本形式1.雙纖單向傳輸2.單纖雙向傳輸3.光分路插入傳輸雙纖單向傳輸單纖雙向傳輸光分路插入傳輸TTTRR波分復(fù)用器（也稱(chēng)合波器Multiplexer）解復(fù)用器(也稱(chēng)為分波器De-multiplexer)WDM系統(tǒng)的分類(lèi)稀疏或粗波復(fù)用CWDM，通道數(shù)2個(gè)～8個(gè)，

通道間隔10nm～100nm,間隔最大的為1310/1550nm復(fù)用器。(2)密集波分復(fù)用DWDM，通道數(shù)8個(gè)～32個(gè)，

通道間隔1nm～10nm，

現(xiàn)在商用系統(tǒng)較多采用8個(gè)、16個(gè)和32個(gè)復(fù)用通道。(3)致密波分復(fù)用或稱(chēng)光頻分復(fù)用OFDM，

通道數(shù)40個(gè)～1000個(gè)，

通道間隔0.1nm～1nm，是進(jìn)一步發(fā)展的方向。二、WDM系統(tǒng)的特點(diǎn)

充分利用光纖的帶寬資源可以在一根光纖同時(shí)傳輸多種電信業(yè)務(wù)可實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸節(jié)省大量光纖降低器件的超高速要求適用于多種網(wǎng)絡(luò)形式引入寬帶業(yè)務(wù)方便高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性三、

WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)光波長(zhǎng)的分配目前在SiO2光纖上，光信號(hào)的傳輸都在光纖的兩個(gè)低損耗區(qū)段，即1310nm和1550nm。但由于目前常用的EDFA的工作波長(zhǎng)范圍為1530～1565nm。因此，光波分復(fù)用系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)應(yīng)該在1530～1565nm。在這有限的波長(zhǎng)區(qū)內(nèi)如何有效地進(jìn)行通路分配，關(guān)系到提高帶寬資源的利用率及減少相鄰?fù)烽g的非線性影響等。標(biāo)稱(chēng)中心頻率和最小通路間隔為了保證不同WDM系統(tǒng)之間的橫向兼容性，必須對(duì)各個(gè)通路的中心頻率進(jìn)行規(guī)范。標(biāo)稱(chēng)中心頻率是指光波分復(fù)用系統(tǒng)中每個(gè)通路對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)。目前國(guó)際上規(guī)定的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz，最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。16通路和8通路WDM系統(tǒng)中心頻率通路分配表光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)N123光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)N123復(fù)用器解復(fù)用器EDFA波長(zhǎng)穩(wěn)定、窄線寬高速、小啁啾調(diào)制窄帶、小串話、穩(wěn)定濾波增益平坦、寬帶、較高輸出功率高靈敏度寬動(dòng)態(tài)范圍四、復(fù)用系統(tǒng)的技術(shù)要求（1）．光纖／光纜為避免1550nm處的高色散產(chǎn)生的色散展寬和非線性四波混頻FWM效應(yīng)引起的信道間串?dāng)_，應(yīng)采用非零色散位移光纖NZDSF（即G.655光纖）。G.655光纖能同時(shí)克服G.652光纖在1550nm波長(zhǎng)處高色散展寬和G.653光纖在同一波長(zhǎng)處的非線性FWM導(dǎo)致的信道間的串?dāng)_。DWDM復(fù)用系統(tǒng)需要提供幾項(xiàng)重要的配套條件（2）．光發(fā)送和接收機(jī)技術(shù)性能為在實(shí)際摻鉺光纖放大器EDFA35nm或更寬的波譜寬度的增益譜寬內(nèi)減小信道間隔，增加復(fù)用波長(zhǎng)通道數(shù)，要求：

光發(fā)送機(jī)的發(fā)光波長(zhǎng)要可調(diào)，穩(wěn)定性要高，譜線要窄，消光比要高，輸出功率可調(diào)控。

光接收機(jī)的信噪比OSNR和靈敏度要高，動(dòng)態(tài)范圍和電帶寬要寬。99（3）．光放大器的技術(shù)性能對(duì)于在目前應(yīng)用較多的C波段（1530nm～1565nm）復(fù)用系統(tǒng)中，應(yīng)采用寬帶EDFA，對(duì)于L波段（1570nm～1610nm）的復(fù)用系統(tǒng)則采用增益移位的GS-EDFA，而對(duì)于S波段（1490nm～1530nm）的復(fù)用系統(tǒng)可采用增益移位摻銩光纖放大器GS-TDFA，亦可以采用分布式超寬帶喇曼放大器RFA。不管使用哪一類(lèi)OA，均要求有良好的增益平坦特性，低的噪聲指數(shù)，并具有增益鎖定和自定增益控制功能。1001985年Bellcore

提出了SONETSynchronousOpticalNetwork1988年CCITT接受了SONET更名為SDHSynchronousDigitalHierarchyPDHPseudosynchronousDigitalHierarchy5.6光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)（SDH）SDH的速率SDH的幀結(jié)構(gòu)與開(kāi)銷(xiāo)功能SDH的主要設(shè)備1.標(biāo)準(zhǔn)速率SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的接口速率。SDH以同步傳送模塊（STMSynchromousTransportmodule）的形式傳輸。最基本的同步傳送模塊是STM-1速率是155.520Mbit/s更高等級(jí)的STM-N模塊可以近似看作是將N個(gè)基本模塊STM-1按同步復(fù)用，經(jīng)過(guò)字節(jié)間插后的結(jié)果。STM-N的速率是STM-1速率155.520Mbit/s的N倍，N值只能是4的整數(shù)次冪，目前SDH僅支持N＝1，4，16，64和256。STM-NN=4i，i=0,1,2,3,4SDH標(biāo)準(zhǔn)速率（表1.2）103SDHSONET等級(jí)速率（Mbit/s）等級(jí)（光載波／電信號(hào)）速率（Mbit/s）STM-051.840OC-1STS-151.840STM-1155.520OC-3STS-3155.520OC-9STS-9466.560STM-4622.080OC-12STS-12622.080OC-18STS-18933.120OC-24STS-241244.160OC-36STS-361866.240STM-162488.320OC-48STS-482488.320OC-96*STS-96*4976.640STM-649953.280OC-192STS-1929953.280STM-25639813.120OC-576STS-57639813.1202．幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)是一種按規(guī)律有序排列的重復(fù)性圖案。STM-N幀由270×N列、9行字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)為8比特。幀周期是125μs，即幀的重復(fù)頻率為8000Hz，這與話音信號(hào)的取樣頻率一致。104再生段開(kāi)銷(xiāo)RSOH復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)MSOH管理單元指針AUPTR幀周期2進(jìn)制數(shù)據(jù)流POHPathOverhead3．段開(kāi)銷(xiāo)的字節(jié)安排與功能豐富的段開(kāi)銷(xiāo)是SDH的一個(gè)重要特點(diǎn)。105段開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)幀定位字節(jié)：A1、A2再生段蹤跡字節(jié)：J0BIP-8字節(jié)：B1公務(wù)字節(jié)：E1、E2使用者通路字節(jié)：F1DCC字節(jié)：D1～D12BIP-N×24字節(jié)：B2APS字節(jié)：K1、K2同步狀態(tài)字節(jié)：S1復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯(cuò)指示字節(jié)：M1STM-1段開(kāi)銷(xiāo)A1=11110110,A2=00101000D1-D3:192kbit/s,D4-D12:575kbit/s6.4.4SDH設(shè)備SDH網(wǎng)絡(luò)由一系列SDH網(wǎng)元組成，SDH網(wǎng)元的物理實(shí)體就是SDH設(shè)備。SDH設(shè)備包括四類(lèi)：終端復(fù)用器（TM）用于將PDH或其他業(yè)務(wù)信號(hào)復(fù)用進(jìn)STM-N幀信號(hào)，或是用于將速率較低的STM-N信號(hào)組合成一個(gè)速率較高的STM-M（M≥N）信號(hào)。分插復(fù)用器（ADM）能夠在無(wú)需分接或終結(jié)整個(gè)STM-N信號(hào)的前提下，分出和插入STM-N信號(hào)中的任何支路信號(hào)，數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）是一種具有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)接口，并可以對(duì)任何端口之間接口速率信號(hào)（和∕或其子速率信號(hào)）提供可控的VC透明連接和再連接的設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸，在適當(dāng)距離上需要加入再生器（REG）。106終端復(fù)用器（TM）分插復(fù)用器（ADM）數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）再生器（REG）TM多路低速信號(hào)一路高速信號(hào)高速信號(hào)高速信號(hào)低速信號(hào)ADM選路，路由，交叉連接信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)5.1光通信線路組成5.2光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.3光放大器5.4多路信號(hào)復(fù)用5.5波分復(fù)用5.6ＳＤＨ§5.4光通信線路性能指標(biāo)誤碼性能和抖動(dòng)性能

誤碼率與通話質(zhì)量誤碼率通話質(zhì)量10－6感覺(jué)不到干擾10－5在低話音電平范圍內(nèi)感覺(jué)輕微干擾10－4在低話音電平范圍內(nèi)有個(gè)別“咯咯”聲10－3在低話音電平范圍內(nèi)都感覺(jué)有干擾10－2強(qiáng)烈干擾，聽(tīng)懂程度明顯下降0.5幾乎聽(tīng)不懂如何測(cè)試SERIESG:TRANSMISSIONSYSTEMSANDMEDIADigitaltransmissionsystems–Digitalnetworks–QualityandavailabilitytargetsErrorperformanceofaninternationaldigitalconnectionoperatingatabitratebelowtheprimaryrateandformingpartofanintegratedservicesdigitalnetwork低于基群速率的國(guó)際數(shù)字連接的誤碼性能ITU-TRecommendationG.821INTERNATIONALTELECOMMUNICATIONUNIONITU-TG.821TELECOMMUNICATION

STANDARDIZATIONSECTOR

OFITU(08/96)1、HRX HypotheticalReferenceConnection2、Parameters

erroredsecond(ES)Itisaone-secondperiodinwhichoneormorebitsareinerrorseverelyerroredsecond(SES)Itisaone-secondperiodwhichhasabiterrorratio>

1.10-3erroredsecondratio(ESR)TheratioofEStototalsecondsinavailabletimeduringafixedmeasurementinterval

severelyerroredsecondratio(SESR)

TheratioofSEStototalsecondsinavailabletimeduringafixedmeasurementinterval

AvailableandunavailabletimeAperiodofunavailabletimebeginswhenthebiterrorratio(BER)ineachsecondisworsethan1

.

10-3foraperiodoftenconsecutiveseconds.Thesetensecondsareconsideredtobeunavailabletime.AnewperiodofavailabletimebeginswiththefirstsecondofaperiodoftenconsecutivesecondseachofwhichhasaBERbetterthan10-3.

Itshouldbenotedthattotalobservationtime(Stotal)issplitintotwoparts,namely,timeforwhichtheconnectionisdeemedtobeavailable(Savail)andthattimewhenitisunavailable(Sunavail).Errorperformanceshouldonlybeevaluatedwhilsttheconnectionisintheavailablestate.3、Performanceobjectives

PerformanceclassificationObjective(Notes1,2)SeverelyErroredSecondRatio

0.002ErroredSecondRatio

0.08NOTES1 Theratiosarecalculatedovertheavailabletime.Theobservationtimehasnotbeenspecifiedsincetheperiodmaydependupontheapplication.Aperiodoftheorderofanyonemonthissuggestedasareference.2 Annex

B

illustrateshowtheoverallperformanceshouldbeassessed.4、Allocationoftheobjectives

forthethree-circuitclassifications

CircuitclassificationAllocationoftheobjectivesgiveninTable1Localgrade

(2ends)15%blockallowancetoeachend

(Notes2,5and6)Mediumgrade

(2ends)15%blockallowancetoeachend

(Notes3,5and6)Highgrade40%(equivalenttoconceptualqualityof0.0016%perkmfor25000km)

(Notes4,7and8)AllocationofErroredSecondRatioobjectiveCircuitclassificationNetworkperformanceobjectives

ESRLocalgrade0.012Mediumgrade0.012Highgrade0.032INTERNATIONALTELECOMMUNICATIONUNION

ITU-TG.826TELECOMMUNICATION

STANDARDIZATIONSECTOR

OFITU(02/99)SERIESG:TRANSMISSIONSYSTEMSANDMEDIA,DIGITALSYSTEMSANDNETWORKSDigitaltransmissionsystems–Digitalnetworks–QualityandavailabilitytargetsErrorperformanceparametersandobjectivesforinternational,constantbitratedigitalpathsatorabovetheprimaryrateITU-TRecommendationG.826基群及更高速率的國(guó)際數(shù)字通道的誤碼性能1、HypotheticalReferencePath

2、Errorperformanceparameters

ErroredBlock(EB):Ablockinwhichoneormorebitsareinerror.

ErroredSecond(ES):Aone-secondperiodwithoneormoreerroredblocksoratleastonedefect.

SeverelyErroredSecond(SES):Aone-secondperiodwhichcontains30%erroredblocksoratleastonedefect.SESisasubsetofES.

ErroredSecondRatio(ESR):TheratioofEStototalsecondsinavailabletimeduringafixedmeasurementinterval.

Severely