光纖通信-ch10 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第十章光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)10.1概述HFC

(HybridFiber-Coaxial)

光纖同軸混合有線電視網(wǎng)絡(luò)

老一代的有線電視網(wǎng)絡(luò)只采用同軸電纜，新一代的有線電視網(wǎng)絡(luò)為了減少系統(tǒng)噪聲，從頭端到用戶附近的光節(jié)點(diǎn)采用光纖，從光節(jié)點(diǎn)到用戶則采用同軸電纜。一般寬帶網(wǎng)：從光節(jié)點(diǎn)到用戶電腦則采用雙絞線。如：FTTB（fibertothebuilding），F(xiàn)TTH，F(xiàn)TTD等。光纖通信系統(tǒng)：模擬系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)。模擬光纖通信系統(tǒng)：一般只通過HFC網(wǎng)傳送有線電視信號。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)：傳送其他信號。10.2模擬光纖通信系統(tǒng)

模擬光纖通信系統(tǒng)多采用副載波復(fù)用（副載波：射頻電磁波）技術(shù)。每一個(gè)電視頻道的信號被調(diào)制（殘留邊帶幅度調(diào)制，VSB－AM）在一個(gè)特定的射頻副載波上，然后經(jīng)過電復(fù)用合成一路，最后再調(diào)制（電光調(diào)制－光發(fā)射機(jī)）到光波上（1310nmor1550nm），注入光纖傳輸。在光纖接收端，光電檢測器直接將光信號還原成復(fù)用的電信號，再用解調(diào)器從各個(gè)已調(diào)副載波上解調(diào)出各路電視信號。10.2.1系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.載噪比（CarrierNoiseRatio－CNR）C：載波功率

N：噪聲功率假設(shè)流過激光器的某一頻道的載波電流為無失真時(shí)激光器的輸出功率為（dB或dBm）光調(diào)制度為：光電檢測器輸出的光生電流為（無線路和光電轉(zhuǎn)換失真）R為光電檢測器響應(yīng)度，Pr為光接收機(jī)平均接收功率(單位:W)Pb、Pr：傳輸光纖的發(fā)射端和接受端的光功率(單位:W)。半工程半科學(xué)：

P－W

α－dB/kmL-km書上有錯(cuò)載波功率

噪聲功率(PINPD)(單位:A2)（表達(dá)與書上不同）注意：NF：前置放大器噪聲指數(shù)，單位:dB（要化為無單位再計(jì)算）nRIN：激光器相對噪聲系數(shù)，單位:dB/Hz（要化為單位1/Hz再計(jì)算）（書上這里有錯(cuò)）(單位:A2)激光器相對強(qiáng)度噪聲（relativeintensitynoise-RIN)：

在半導(dǎo)體激光器中，輸出光的幅度或強(qiáng)度的起伏產(chǎn)生了光強(qiáng)度噪聲。這種起伏可以因溫度變化或包含于激光輸出中的自發(fā)輻射而產(chǎn)生。這種隨機(jī)的強(qiáng)度波動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱為相對強(qiáng)度噪聲（nRIN）。均方噪聲電流：nRIN的單位為dB/Hz，要化為單位1/Hz再計(jì)算。載噪比：

注意：上式中，平均接收光功率用W表示，不可用dB表示。（無單位）思考：（1）對APD，CNR公式如何表達(dá)？（2）復(fù)雜系統(tǒng)中的計(jì)算？各種噪聲對系統(tǒng)CNR的影響：1.前置放大器的熱噪聲的影響：（無單位）（dB）(CNR)T與接收機(jī)輸入功率的平方成正比。若輸入功率增加1dB，則(CNR)T增加2dB。即便當(dāng)接收機(jī)接受的光功率很小時(shí)，前置放大器的熱噪聲也能占主導(dǎo)地位。2.光電轉(zhuǎn)換散彈噪聲的影響：（無單位）(CNR)q與接收機(jī)輸入功率的成正比。輸入功率增加1dB，(CNR)q增加1dB。當(dāng)接收機(jī)接受的光功率很大時(shí)，光電轉(zhuǎn)換散彈噪聲占主導(dǎo)地位。3.激光器相對強(qiáng)度噪聲的影響：(CNR)RIN與接收機(jī)輸入功率的無關(guān)。注意：10.2.2傳輸距離設(shè)計(jì)根據(jù)損耗設(shè)計(jì)傳輸距離：

P0：光發(fā)送機(jī)發(fā)射平均光功率（dBm）；Pr：光接收機(jī)靈敏度－－最低接收光功率（dBm）；M：系統(tǒng)富余量（隨時(shí)間，系統(tǒng)性能下降）（dB）；Ai：分光器插入損耗（dB）；Ad：分光器分光損耗（dB）；α：光纜線路每公里損耗（dB/km），光纖連接（融接和活動(dòng)連接）損耗計(jì)算在內(nèi)。設(shè)備富余量M(systemmartin)：考慮到隨著使用時(shí)間的增加和環(huán)境的變化（如環(huán)境溫度升高）光發(fā)射功率和光接收靈敏度會(huì)有所下降，光纖連接器性能劣化等因素而預(yù)留的光功率。一般M取3dB。HFC模擬光網(wǎng)絡(luò)：

從頭端到用戶附近的光節(jié)點(diǎn)采用光纖，從光節(jié)點(diǎn)到用戶則采用同軸電纜。光纖部分分為兩級：由總前端和分前端構(gòu)成一級光網(wǎng)絡(luò)，采用雙向自愈環(huán)結(jié)構(gòu)；分前端到各個(gè)光節(jié)點(diǎn)構(gòu)成二級光網(wǎng)絡(luò)，采用星型結(jié)構(gòu)。一級光網(wǎng)絡(luò)的雙向自愈環(huán)分為：“物理環(huán)型，邏輯星型”；“物理環(huán)型，邏輯樹型”。10.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）損耗限制

2.5Gbit/s及以下速率系統(tǒng)的中繼距離主要受損耗限制。P0：光發(fā)送機(jī)發(fā)射平均光功率（dBm）；Pr：光接收機(jī)靈敏度－－最低接收光功率（dBm）；Me：系統(tǒng)富余量（隨時(shí)間，系統(tǒng)性能下降）（dB）；Ac：每個(gè)活動(dòng)連接器損耗（dB）；Ad：光通道代價(jià)（脈沖波形失真導(dǎo)致的接收機(jī)靈敏度下降）（dB）；α：光纜線路損耗系數(shù)（dB/km）；αs：每公里光纖平均接頭損耗（熔接點(diǎn)）（dB/km）；αm：每公里光纖線路損耗余量（dB/km)。10.3數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

光通道代價(jià)：經(jīng)光通道傳輸之后的信號波形失真，引起的接收機(jī)靈敏度的下降值。低色散系統(tǒng)：最大通道代價(jià)定義為1dB；高色散系統(tǒng)：2dB是允許的。

（2）色散限制

由于色散，必須用電中繼器對信號進(jìn)行再定時(shí)、整形、再生，還原出“干凈”的規(guī)則信號。兩個(gè)電中繼器之間的距離為多少???

δ為碼間串?dāng)_：當(dāng)?shù)扔凇?”碼幅度的1/4時(shí)，“0”碼將會(huì)被判為“1”碼，發(fā)生誤碼。造成脈沖展寬的原因：色散，頻率啁秋，抖動(dòng)、反射等，但色散是主要的原因?？紤]到除色散外的其它因素，一般將色散引起的脈沖展寬產(chǎn)生的碼間串?dāng)_δ的容限值設(shè)定在相對值1/5。用Gauss波形近似展寬后的波形，σ為均方根脈沖寬度。t＝T時(shí)，g(t)的值就是碼間串?dāng)_δ，取串?dāng)_的容限δ＝1/5，則→定義脈沖寬度τ為波形的半高全寬（FWHM），→因此，書上有誤脈沖的展寬為對單模光纖而言，色散對脈沖的展寬為色散限制的中繼距離為fb為光通路傳輸速率，書上有誤書上有誤與書上不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)（1）（1）損耗限制

無論對于模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)，都有：Ad：光通道代價(jià)（脈沖波形失真導(dǎo)致的接收機(jī)靈敏度下降）（dB）

——僅僅對數(shù)字系統(tǒng)才有；Ac：每個(gè)活動(dòng)連接器損耗（dB）；αs：每公里光纖平均接頭損耗（熔接點(diǎn)）（dB/km）。思考：系統(tǒng)中有增益為G（dB）的放大器，如何改變上式？系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)（2）（2）色散限制

無論對于模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)，都有：色散：帶寬：傳輸距離：單模光纖B單位：模擬系統(tǒng)——Hz；數(shù)字系統(tǒng)——bit/s或bps。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)（3）

對于數(shù)字系統(tǒng)，還可以用公式：單模光纖

由色散決定的傳輸距離是非常大的（特別是對低速系統(tǒng)）。電中繼器之間的距離通常為600km左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于損耗所限制的放大器之間的距離（~100km）。尤其對于2.5Gbit/s及以下速率的系統(tǒng)，中繼距離主要受損耗限制。設(shè)計(jì)原則：對兩種距離都進(jìn)行計(jì)算，取短的那一個(gè)距離。帶寬又叫頻寬：

指在固定的的時(shí)間可傳輸?shù)馁Y料數(shù)量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。在數(shù)字設(shè)備中，頻寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數(shù)。在模擬設(shè)備中，頻寬通常以每秒傳送周期或赫茲Hertz(Hz)來表示。

補(bǔ)充題：1．有622Mbit/s速率的單模光纜傳輸系統(tǒng)，應(yīng)用InGaAs-LD，其It<50mA，標(biāo)稱波長為1310nm，光譜寬度為2nm，發(fā)