第7章光纤通信系统的性能与设计.ppt

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光纤通信系统的性能与设计光纤通信系统的性能与设计光纤通信技术第七章光纤通信技术第七章张方正张方正雷达成像与微波光子教育部重点实验室雷达成像与微波光子教育部重点实验室雷达成像与微波光子教育部重点实验室雷达成像与微波光子教育部重点实验室南京航空航天大学电子信息工程学院南京航空航天大学电子信息工程学院南京航空航天大学电子信息工程学院南京航空航天大学电子信息工程学院第七章第七章光纤通信系统的性能与设计光纤通信系统的性能与设计7.17.1光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构7.27.2光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制7.37.3光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制7.47.4光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响7.57.5信道串扰信道串扰信道串扰信道串扰7.67.6光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算7.1光纤通信系统结构光纤通信系统结构nn光纤通信系统的主要组成单元：

光纤通信系统的主要组成单元：

光纤通信系统的主要组成单元：

光纤通信系统的主要组成单元：

nn光纤光纤光纤光纤nn光器件光器件光器件光器件nn光发送机光发送机光发送机光发送机nn光接收机光接收机光接收机光接收机nn光放大器光放大器光放大器光放大器nn根据光纤系统的应用可分为根据光纤系统的应用可分为根据光纤系统的应用可分为根据光纤系统的应用可分为nn点到点连接点到点连接点到点连接点到点连接nn广播和分配网广播和分配网广播和分配网广播和分配网nn局域网局域网局域网局域网RxRxTxTxRxRxRxRxTxTxTxTx再生器再生器再生器再生器RxRxTxTxAAAA放大器放大器放大器放大器采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接再生器再生器再生器再生器放大器放大器放大器放大器光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机7.1.1点到点的传输系统点到点的传输系统光光光光-电电电电-光中继：

光中继：

光中继：

光中继：

实际上是一个接收机一个发送机对，实际上是一个接收机一个发送机对，实际上是一个接收机一个发送机对，实际上是一个接收机一个发送机对，它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复原光比特流继续沿光纤传输。

原光比特流继续沿光纤传输。

原光比特流继续沿光纤传输。

原光比特流继续沿光纤传输。

光放大器：

光放大器：

光放大器：

光放大器：

将接收到的微弱光比特流信号直接放大而将接收到的微弱光比特流信号直接放大而将接收到的微弱光比特流信号直接放大而将接收到的微弱光比特流信号直接放大而不需将其转换为电信号。

不需将其转换为电信号。

不需将其转换为电信号。

不需将其转换为电信号。

（11RR）光放大器不能无限制级联光放大器不能无限制级联光放大器不能无限制级联光放大器不能无限制级联，因为色散导致的脉冲畸变，因为色散导致的脉冲畸变，因为色散导致的脉冲畸变，因为色散导致的脉冲畸变最终限制了系统的性能最终限制了系统的性能最终限制了系统的性能最终限制了系统的性能。

光光光光-电电电电-光再生中继则不存在光再生中继则不存在光再生中继则不存在光再生中继则不存在这种问题。

这种问题。

这种问题。

这种问题。

7.1.1点到点的传输系统点到点的传输系统nn利用光纤的利用光纤的低损耗、宽带宽低损耗、宽带宽特点特点nn性能指标：

性能指标：

比特率距离积（比特率距离积（BL）nnBL积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性又与波长有关，所以又与波长有关，所以BL积与波长有关。

积与波长有关。

nn第一代光波系统第一代光波系统第一代光波系统第一代光波系统:

0.850.85m,BLm,BL积积积积1（Gb/s）.km1（Gb/s）.kmnn第二代光波系统：

第二代光波系统：

第二代光波系统：

第二代光波系统：

11.3.3m,BLm,BL积积积积100（Gb/s）.km100（Gb/s）.kmnn第三代光波系统：

第三代光波系统：

第三代光波系统：

第三代光波系统：

11.55.55m,BLm,BL积积积积10001000（Gb/s）.km（Gb/s）.km设计问题设计问题nn中继距离的选取：

中继距离的选取：

中继距离的选取：

中继距离的选取：

在级联的在级联的在级联的在级联的EDFAEDFA系统中，系统中，系统中，系统中，ASEASE噪声积累噪声积累噪声积累噪声积累问题是关键所在，设计的关键在于如何设置问题是关键所在，设计的关键在于如何设置问题是关键所在，设计的关键在于如何设置问题是关键所在，设计的关键在于如何设置EDFAEDFA的放大的放大的放大的放大间隔使接收端的间隔使接收端的间隔使接收端的间隔使接收端的OSNROSNR满足要求满足要求满足要求满足要求nn色散补偿技术：

色散补偿技术：

色散补偿技术：

色散补偿技术：

色散补偿方案的选择及设计色散补偿方案的选择及设计色散补偿方案的选择及设计色散补偿方案的选择及设计nn光纤非线性的避免光纤非线性的避免光纤非线性的避免光纤非线性的避免光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机NN112233光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机EDFAEDFA功放功放功放功放线放线放线放线放预放预放预放预放MUXMUXDEMUXDEMUX典型的点对点光纤通信系统典型的点对点光纤通信系统典型的点对点光纤通信系统典型的点对点光纤通信系统11NN33227.1.2光纤分配网光纤分配网nn功能：

功能：

功能：

功能：

光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要求将信息分配给多个用户求将信息分配给多个用户求将信息分配给多个用户求将信息分配给多个用户nn应用：

应用：

应用：

应用：

光缆电话网、公用天线电视光缆电话网、公用天线电视光缆电话网、公用天线电视光缆电话网、公用天线电视（CATV）CATV）、宽带宽带宽带宽带综合业务数字网（综合业务数字网（综合业务数字网（综合业务数字网（B-ISNDB-ISND）nn特点：

特点：

特点：

特点：

传输距离较短、带宽要求宽传输距离较短、带宽要求宽传输距离较短、带宽要求宽传输距离较短、带宽要求宽nn结构：

结构：

结构：

结构：

树型拓扑、总线拓扑树型拓扑、总线拓扑树型拓扑、总线拓扑树型拓扑、总线拓扑HubHubHubHubHub信道在中心点分配，光纤的信道在中心点分配，光纤的信道在中心点分配，光纤的信道在中心点分配，光纤的作用与点到点连接系统类似。

作用与点到点连接系统类似。

作用与点到点连接系统类似。

作用与点到点连接系统类似。

树形拓扑结构树形拓扑结构1432NBus单根光纤承载整个业务范围的多信道光信号，通过光接头完单根光纤承载整个业务范围的多信道光信号，通过光接头完单根光纤承载整个业务范围的多信道光信号，通过光接头完单根光纤承载整个业务范围的多信道光信号，通过光接头完成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。

多路视成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。

多路视成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。

多路视成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。

多路视频信道分配频信道分配频信道分配频信道分配CATVCATV系统；高清晰度电视系统；高清晰度电视系统；高清晰度电视系统；高清晰度电视HDTVHDTV。

总线拓扑结构总线拓扑结构总线拓扑结构总线拓扑结构nn缺点：

缺点：

信号损耗随分路数指数增加。

限制信号损耗随分路数指数增加。

限制了单根光纤总线服务的范围和用户数。

了单根光纤总线服务的范围和用户数。

nn若忽略光纤自身的损耗，则第若忽略光纤自身的损耗，则第若忽略光纤自身的损耗，则第若忽略光纤自身的损耗，则第NN个分支可得到的个分支可得到的个分支可得到的个分支可得到的功率为：

功率为：

功率为：

功率为：

nnPPNN-第第第第NN个分支功率；个分支功率；个分支功率；个分支功率；PPTT-发送功率；发送功率；发送功率；发送功率；C-C-分路器的功分路器的功分路器的功分路器的功率分路比；率分路比；率分路比；率分路比；-分路器的插入损耗；并假设每个分路器分路器的插入损耗；并假设每个分路器分路器的插入损耗；并假设每个分路器分路器的插入损耗；并假设每个分路器的的的的CC和和和和都相同。

都相同。

都相同。

都相同。

若取若取若取若取=0.05,=0.05,C=0.05,PC=0.05,PTT=1mW=1mW和和和和PPNN=0.1=0.1W,W,则则则则NN的最大值的最大值的最大值的最大值?

N=61如何进一步增加分支数？

如何进一步增加分支数？

在总线上周期地接入光放大器提升功率，可以克在总线上周期地接入光放大器提升功率，可以克在总线上周期地接入光放大器提升功率，可以克在总线上周期地接入光放大器提升功率，可以克服上述限制，只要光纤色散的影响限制在可忽略服上述限制，只要光纤色散的影响限制在可忽略服上述限制，只要光纤色散的影响限制在可忽略服上述限制，只要光纤色散的影响限制在可忽略的程度，允许分配的用户数将可大大增加。

的程度，允许分配的用户数将可大大增加。

的程度，允许分配的用户数将可大大增加。

的程度，允许分配的用户数将可大大增加。

总线拓扑结构总线拓扑结构7.1.3局域网局域网nn局域网：

局域网：

局域网：

局域网：

在光纤通信系统中，要求在网络中一个在光纤通信系统中，要求在网络中一个在光纤通信系统中，要求在网络中一个在光纤通信系统中，要求在网络中一个局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将数据传送给其他任何用户。

数据传送给其他任何用户。

数据传送给其他任何用户。

数据传送给其他任何用户。

nnLANLAN中要求对每个用户提供中要求对每个用户提供中要求对每个用户提供中要求对每个用户提供随机的收发数据功能，随机的收发数据功能，随机的收发数据功能，随机的收发数据功能，存在网络协议问题。

存在网络协议问题。

存在网络协议问题。

存在网络协议问题。

nn结构：

结构：

结构：

结构：

总线型总线型总线型总线型BusBus、环型环型环型环型RingRing、星型星型星型星型StarStar例子：

例子：

例子：

例子：

“以太网以太网以太网以太网”协议：

碰撞检测的载波侦听多路存取（协议：

碰撞检测的载波侦听多路存取（协议：

碰撞检测的载波侦听多路存取（协议：

碰撞检测的载波侦听多路存取（CSMA/CDCSMA/CD）限制：

与每个分支的损耗有关，用户数不能太多。

限制：

与每个分支的损耗有关，用户数不能太多。

限制：