光纖通信技術(shù)第七章.ppt

1、光纖通信技術(shù)第七章,王發(fā)強(qiáng) Fq_ 信息光電子科技學(xué)院 華南師范大學(xué),光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì),花褪殘紅青杏小，燕子飛時(shí)，綠水人家繞。枝上柳綿吹又少，天涯何處無(wú)芳草。 墻里秋千墻外道，墻外行人，墻內(nèi)佳人笑。笑漸不聞聲漸悄，多情卻被無(wú)情惱。,蝶戀花 蘇軾,第七章 光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì),7.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7.2 光纖損耗對(duì)系統(tǒng)的限制 7.3 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制 7.4 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響 7.5 信道串?dāng)_ 7.6 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功率預(yù)算,1預(yù)期(或可能)的傳輸距離 2數(shù)據(jù)速率或信道帶寬； 3誤碼率(BER)。,設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)所必須考慮的：,1、多模光纖或單模光纖

2、 (a)纖芯尺寸 (b)纖芯折射率剖面 (c)帶寬或色散 (d)損耗 (e)數(shù)值孔徑或模場(chǎng)直徑,為了滿足這些要求，設(shè)計(jì)人員可以選擇下面的器件及其相關(guān)的特性參量：,2、LED或半導(dǎo)體激光器光源 (a)發(fā)射波長(zhǎng) (b)譜線寬度 (c)輸出功率 (d)有效輻射區(qū) (e)發(fā)射方向圖 (f)發(fā)射模式數(shù)量 3、PIN或雪崩光電二極管 (a)響應(yīng)度 (b)工作波長(zhǎng) (c)速率 (d)靈敏度,確定波長(zhǎng)：短距離，850nm 長(zhǎng)距離，1300nm，1550nm,確定光電檢測(cè)器：PIN，APD，參考圖8.3,確定光源,選擇合適的光纖,系統(tǒng)考慮,7.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu),光纖通信系統(tǒng)的主要組成單元： 光纖 光器件 光

3、發(fā)送機(jī) 光接收機(jī) 光放大器 根據(jù)光纖系統(tǒng)的應(yīng)用可分為 點(diǎn)到點(diǎn)連接 廣播和分配網(wǎng) 局域網(wǎng),Rx,Tx,Rx,Rx,Tx,Tx,再生器,Rx,Tx,A,A,放大器,采用再生器和光放大器作為周期性損耗補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)到點(diǎn)連接,再生器,放大器,光發(fā)送機(jī),光發(fā)送機(jī),光接收機(jī),光接收機(jī),7.1.1 點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸系統(tǒng),光-電-光中繼：實(shí)際上是一個(gè)接收機(jī)一個(gè)發(fā)送機(jī)對(duì)，它將檢測(cè)到的微弱變形光信號(hào)，變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大整形后變成規(guī)則的電比特流，再調(diào)制光發(fā)送機(jī)，恢復(fù)原光比特流繼續(xù)沿光纖傳輸。,光放大器：將接收到的微弱光比特流信號(hào)直接放大而不需將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。(1R) 光放大器不能無(wú)限制級(jí)聯(lián)，因?yàn)樯?dǎo)致的脈沖畸變最終限制了

4、系統(tǒng)的性能。光-電-光再生中繼則不存在這種問(wèn)題。,7.1.1 點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸系統(tǒng),利用光纖的低損耗、寬帶寬特點(diǎn) 性能指標(biāo)：比特率距離積（BL） BL積與光纖損耗和色散特性有關(guān)，而光纖特性又與波長(zhǎng)有關(guān)，所以BL積與波長(zhǎng)有關(guān)。 第一代光波系統(tǒng): 0.85m,BL積 1 (Gb/s).km 第二代光波系統(tǒng)：1.3m,BL積 100 (Gb/s).km 第三代光波系統(tǒng)：1.55m, BL積1000 (Gb/s).km,設(shè)計(jì)問(wèn)題,中繼距離的選?。涸诩?jí)聯(lián)的EDFA系統(tǒng)中， ASE噪聲積累問(wèn)題是關(guān)鍵所在，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何設(shè)置EDFA的放大間隔使接收端的OSNR滿足要求 色散補(bǔ)償技術(shù)：色散補(bǔ)償方案的選擇及設(shè)計(jì)

5、 光纖非線性的避免,7.1.2 光纖分配網(wǎng),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(gè)用戶 應(yīng)用：光纜電話網(wǎng)、公用天線電視(CATV)、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISND） 特點(diǎn)：傳輸距離較短、帶寬要求寬 結(jié)構(gòu)：樹(shù)型拓?fù)洹⒖偩€拓?fù)?信道在中心點(diǎn)分配，光纖的作用與點(diǎn)到點(diǎn)連接系統(tǒng)類(lèi)似。,樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),單根光纖承載整個(gè)業(yè)務(wù)范圍的多信道光信號(hào)，通過(guò)光接頭完成分路，光分路器將一小部分功率分送給每個(gè)用戶。多路視頻信道分配CATV系統(tǒng)；高清晰度電視HDTV。,總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),缺點(diǎn)：信號(hào)損耗隨分路數(shù)指數(shù)增加。限制了單根光纖總線服務(wù)的范圍和用戶數(shù)。 若忽略光纖自身的損耗，則第N個(gè)分支

6、可得到的功率為： PN-第N個(gè)分支功率；PT-發(fā)送功率；C-分路器的功率分路比；-分路器的插入損耗；并假設(shè)每個(gè)分路器的C和都相同。,若取 =0.05, C=0.05, PT =1mW 和 PN=0.1W,則N的最大值?,N=61,如何進(jìn)一步增加分支數(shù)？,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。,總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),7.1.3 局域網(wǎng),局域網(wǎng)：在光纖通信系統(tǒng)中，要求在網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)（如在一個(gè)大學(xué)校園內(nèi)）的大量用戶相互連接，使任何用戶可以隨機(jī)地進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳送給其他任何用戶。 LAN中要求對(duì)每個(gè)用戶提供隨機(jī)的收發(fā)

7、數(shù)據(jù)功能，存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議問(wèn)題。 結(jié)構(gòu)：總線型Bus、 環(huán)型Ring、 星型Star,例子：“以太網(wǎng)” 協(xié)議：碰撞檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路存取（CSMA/CD） 限制：與每個(gè)分支的損耗有關(guān)，用戶數(shù)不能太多。,環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),點(diǎn)到點(diǎn)連接將節(jié)點(diǎn)依次相連以形成單個(gè)閉合環(huán)。各節(jié)點(diǎn)中均設(shè)置有發(fā)送機(jī)接收機(jī)對(duì)，均可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也用作中繼器。 一個(gè)令牌（一個(gè)預(yù)先確定的比特率）在環(huán)內(nèi)傳遞，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都監(jiān)視比特率以監(jiān)聽(tīng)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(biāo)準(zhǔn)接口的出現(xiàn)，光纖LAN開(kāi)始普遍采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。,FDDI,雙環(huán)結(jié)構(gòu)， superior reliability and robustness,星

8、形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所有節(jié)點(diǎn)都通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)連接接到中心站(中樞節(jié)點(diǎn))上。 有源星形結(jié)構(gòu)：所有到達(dá)的光信號(hào)都通過(guò)光接收機(jī)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再將電信號(hào)分配以驅(qū)動(dòng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的光發(fā)送機(jī)。 無(wú)源星形結(jié)構(gòu)：采用星形耦合器等無(wú)源光器件在光域進(jìn)行分配。由于從一個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入被分配到許多輸出節(jié)點(diǎn)，因此傳送到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率將受用戶數(shù)的限制。,第七章 光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì),7.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7.2 光纖損耗對(duì)系統(tǒng)的限制 7.3 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制 7.4 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響 7.5 信道串?dāng)_ 7.6 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功率預(yù)算,7.2 光纖損耗對(duì)系統(tǒng)的限制,1300,1550,850,紫外吸收,紅外吸

9、收,瑞利散射,0.2,2.5,損 耗 (dB/km),波 長(zhǎng) (nm),OH離子吸收峰,光纖的損耗譜特性,損耗限制光波系統(tǒng),設(shè)發(fā)送機(jī)發(fā)出的最大平均功率為Pt ，而光接收機(jī)的接收靈敏度為Pr ，則最大傳輸距離為： tot (dB/km)為光纖損耗，包括對(duì)接損耗和活動(dòng)連接損耗。 由于接收機(jī)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(guān)。 h為光子能量， Np為接收機(jī)所要求的每比特的平均光子數(shù)。 在給定工作波長(zhǎng)處，L隨比特率B的增加而呈對(duì)數(shù)關(guān)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(shí)際陸地光波系統(tǒng) 采用色散位移光纖的1550nm，B 10Gb/s 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),第七章 光

10、纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì),7.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7.2 光纖損耗對(duì)系統(tǒng)的限制 7.3 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制 7.4 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響 7.5 信道串?dāng)_ 7.6 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功率預(yù)算,光纖色散:信號(hào)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(hào)畸變。 色散限制:光纖色散導(dǎo)致的信號(hào)畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。,色散類(lèi)型 模間色散（僅多模光纖有） 波導(dǎo)色散 材料色散 偏振模色散,波長(zhǎng)色散,一、光纖色散,7.3 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制,二、色散與光纖,G.652（標(biāo)準(zhǔn)單模光纖SMF）: 零色散波長(zhǎng):1300nm 1550色散:1617ps/nm.km G.653（色散位移

11、光纖DSF）: 零色散波長(zhǎng):1550nm G.655（非零色散位移光纖NZDSF）: 1550nm色散:26ps/nm.km,展寬時(shí)間預(yù)算,嚴(yán)重限制系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的四個(gè)基本因素是： 1、發(fā)送機(jī)展寬時(shí)間ttx。 2、光纖群速率色散(GVD)展寬時(shí)間tGVD， 3、光纖模式色散展寬時(shí)間tmod， 4、接收機(jī)展寬時(shí)間trx。 (單模光纖沒(méi)有模式色散，所以其展寬時(shí)間只與GVD有關(guān)),數(shù)字鏈路的總展寬時(shí)間不超過(guò)NRZ比特周期的70%，或RZ的35%。,接收機(jī)的上升時(shí)間：,群速度色散時(shí)間展寬：,模式色散時(shí)間展寬：,三、色散限制,光纖色散導(dǎo)致的信號(hào)畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。 導(dǎo)致色散限制的物理機(jī)制隨不同波長(zhǎng)而不

12、同。 1. 0.85m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(zhì)。主要限制因素是模間色散。,- 色散限制,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(nèi)。應(yīng)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(duì)于 n1=1.46、=0.01，曲線如圖。當(dāng)比特率小于100 Mb/s 時(shí)為損耗限制，大于100 Mb/s 將變?yōu)樯⑾拗啤?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50-100 Mb/s ，中繼距離

13、接近10公里，于1978年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。,- 色散限制,2. 1.3m光波系統(tǒng),第二代光波系統(tǒng)采用最小色散波長(zhǎng)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(dǎo)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(dāng)取|D| =2ps/km時(shí)，BL 125 (Gb/s)-km,當(dāng)B1Gb/s時(shí)則變?yōu)樯⑾拗葡到y(tǒng)。,- 色散限制,3. 1.55m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(zhǎng)，光纖色散是系統(tǒng)的主要限制因素。 對(duì)普通單模光纖，在1.55m處D的典型值為17ps/(km-nm

14、)，色散值比較高，由色散導(dǎo)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(dǎo)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(guān)系為：D=-(2c/2) 2,普通單模光纖的限制線為：B2L = 4000 (Gb/s)2-km。 對(duì)理想的1.55m系統(tǒng)， B2L 可達(dá)6000 (Gb/s)2-km。 當(dāng) B 5Gb/s 時(shí)，為色散限制系統(tǒng)。,- 色散限制,當(dāng)采用色散位移光纖時(shí)，色散和損耗在1.55m附近均最低。,- 色散限制,光纖色散導(dǎo)致的信號(hào)脈沖畸變，與光源線寬、信號(hào)啁啾、調(diào)制展寬等因素有關(guān)。 直接調(diào)制系統(tǒng)中，光源的調(diào)制啁啾及光纖色散導(dǎo)致

15、信號(hào)畸變。 對(duì)于2.5Gb/s系統(tǒng),放大器的積累噪聲成為傳輸距離主要限制。 對(duì)于10Gb/s系統(tǒng),光纖色散成為傳輸距離的主要限制。,比特率NZDSFSSMF 2.5Gb/S6000km1000km 10Gb/s400km60km,四、色散/色散斜率補(bǔ)償技術(shù),在WDM系統(tǒng)中，只有進(jìn)行色散斜率補(bǔ)償，才能保證各個(gè)信道都得到補(bǔ)償。 預(yù)啁啾技術(shù)（PCH） 用色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償 用啁啾光纖光柵進(jìn)行色散補(bǔ)償,(1)預(yù)啁啾技術(shù)PCH,光信號(hào)在反常色散光纖中傳輸時(shí)，所含的高頻成分傳播速率較快，將逐漸集中在脈沖前沿，低頻成分傳播速率較慢，將逐漸集中在脈沖后沿，兩者之間的時(shí)差越來(lái)越大，脈沖也就越來(lái)越寬。 預(yù)啁

16、啾是通過(guò)在光源上附加一個(gè)正弦調(diào)制，使脈沖前沿的頻率降低，后沿頻率升高，在一定程度上補(bǔ)償色散造成的脈沖展寬。 特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單 需根據(jù)傳輸距離調(diào)整正弦調(diào)制的深度 延長(zhǎng)傳輸距離2倍,(2) 用色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償,特殊設(shè)計(jì)光纖的芯徑及折射率分布，利用光纖的波導(dǎo)色散效應(yīng)，使其零色散波長(zhǎng)大于1550nm，即在1550nm處產(chǎn)生較大的負(fù)色散（-100ps/nm.km)-色散補(bǔ)償光纖(DCF)。當(dāng)常規(guī)光纖和DCF級(jí)聯(lián)時(shí)，兩者將會(huì)互相抵消。 常規(guī)單模光纖在1550nm 的色散和色散斜率的典型值為：D = 16.5ps/nm.km，D = 0.059ps/(nm2.km) 。 用相對(duì)色散斜率RD = D/D

17、表示色散斜率補(bǔ)償, RD1= RD2 常規(guī)單模光纖的相對(duì)色散斜率RD =0.0035nm-1，所以色散補(bǔ)償光纖的RD 也應(yīng)為0.0035nm-1。,當(dāng)滿足,時(shí)，群延遲色散被補(bǔ)償,當(dāng)滿足,時(shí)，二階色散(色散斜率)被補(bǔ)償,組合使用正、負(fù)色散系數(shù)的光纖 大的局部色散，小的平均色散,可以較好的抑制四波混頻和XPM的產(chǎn)生,基本途徑,預(yù)補(bǔ)償,累計(jì)色散,L,DCF產(chǎn)生的色散變化,L,光功率,光纖損耗,DCF中的功率損耗,累計(jì)色散,L,傳輸光纖中的色散累積,L,光功率,DCF,DCF,DCF,DCF,后補(bǔ)償,大的局部色散，小的平均色散。 采用后置色散補(bǔ)償而不是前置色散補(bǔ)償，減小DCF的非線性效應(yīng) 采用非完全補(bǔ)

18、償而不是完全補(bǔ)償 在發(fā)射端進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償,補(bǔ)償原則,DCF色散補(bǔ)償存在的問(wèn)題,較大的損耗(0.5dB/km) 較小的有效面積(20m2),相對(duì)SSMF,非線性系數(shù)大24倍 -閾值功率減小36dB 色散斜率為-15-20ps/nm2/km遠(yuǎn)高于SSMF的0.09ps/nm2/km,要進(jìn)行色散斜率補(bǔ)償,需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì) 當(dāng)不能進(jìn)行斜率補(bǔ)償?shù)腄CF用于WDM系統(tǒng)中時(shí),如果設(shè)計(jì)系統(tǒng)使得中間波長(zhǎng)信道實(shí)現(xiàn)完全色散補(bǔ)償, 短波長(zhǎng)信道則過(guò)補(bǔ)償,而長(zhǎng)波長(zhǎng)信道則欠補(bǔ)償,水下系統(tǒng)新方案：D+/D-光纖對(duì),D+在前：非線性小；D-在后且足夠長(zhǎng)，有益于RA。 作為傳輸光纖使用的方案，用于陸上系統(tǒng)時(shí)應(yīng)特別慎重。,(3) 用啁啾光纖

19、光柵進(jìn)行色散補(bǔ)償,在光纖或光波導(dǎo)上刻上光柵可以控制光在其中的反射，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的延時(shí)。 如果刻制等間距光柵，則只能反射某一個(gè)很窄的頻帶信號(hào)，造成帶寬過(guò)窄。所以采用啁啾光纖光柵，刻出一系列不等間距的光柵，光柵上的每一點(diǎn)都可以看成一個(gè)本地布喇格光柵的通帶和阻帶濾波器。 經(jīng)光纖傳輸以后的入射光中的長(zhǎng)波長(zhǎng)分量（低頻）位于脈沖后沿，使其在光柵的起始端就反射，而短波長(zhǎng)分量位于脈沖的前沿，使其在光柵的末端才被反射，于是就補(bǔ)償了色散效應(yīng)，使脈沖寬度被壓縮甚至還原。,啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn),體積小 損耗小 價(jià)格便宜 補(bǔ)償帶寬窄,實(shí)現(xiàn)寬帶的WDM多信道補(bǔ)償技術(shù): -長(zhǎng)啁啾光纖光柵(Southampton 大

20、學(xué)制出作3米長(zhǎng)的光柵 -級(jí)聯(lián)光柵 -取樣光纖光柵 需要環(huán)型器,偏振模色散簡(jiǎn)介：,在理想的單模光纖中，基模是由兩個(gè)相互垂直的簡(jiǎn)并偏振模組成。如果由于某種因素使這兩個(gè)偏振模有不同的群速度，出纖后兩偏振模的迭加使得信號(hào)脈沖展寬，從而形成偏振模色散。,單模光纖中的偏振模色散,國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀：,偏振模色散對(duì)高速大容量光纖通信系統(tǒng)有著不可忽視的影響，并被認(rèn)為是限制光纖通信系統(tǒng)傳輸容量和距離的最終因素。所以自九十年代以來(lái)，已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注，并已成為目前國(guó)際上光纖通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。,按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范小組的觀點(diǎn)：為保證PMD導(dǎo)致的系統(tǒng)功率代價(jià)在1dB以下，偏振模色散的平均值必須小于一比特周期的十分之

21、一。 當(dāng)大于這一規(guī)定值時(shí)，需對(duì)系統(tǒng)偏振模色散進(jìn)行補(bǔ)償！在單信道速率達(dá)40Gb/s的系統(tǒng)中,PMD問(wèn)題較為突出.有關(guān)PMD的補(bǔ)償技術(shù)處于研究階段.,偏振模色散對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?第七章 光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì),7.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7.2 光纖損耗對(duì)系統(tǒng)的限制 7.3 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制 7.4 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響 7.5 信道串?dāng)_ 7.6 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功率預(yù)算,7.4 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響,受激非彈性散射 -受激布里淵散射(SBS) -受激喇曼散射(SRS) 非線性折射率 -自相位調(diào)制(SPM) -互相位調(diào)制(XPM) -四波混頻(FWM),一、SB

22、S,特點(diǎn)： 只有后向散射 增益帶寬窄，只影響本信道功率 功率閾值與光源線寬有關(guān)，光源線寬越窄，功率閾值越低,減小SBS對(duì)系統(tǒng)影響的主要措施（避免）： 減低入纖功率（減小中繼間隔） 增加光源線寬（色散限制）,二、SRS,特點(diǎn)： 以前向散射為主，但也有后向散射 增益帶寬寬（約125nm），影響其它信道功率 在WDM系統(tǒng)中，較高頻率的信號(hào)成為所有較低頻率信號(hào)的泵浦源，頻率最高的信道功率消耗最大，,減小SRS對(duì)系統(tǒng)影響的主要措施： 減低入纖功率（減小中繼間隔） 減小信道間隔 減小光纖的非線性系數(shù),三、SPM and XPM,來(lái)源：折射率對(duì)光強(qiáng)的依賴(lài)關(guān)系導(dǎo)致 光場(chǎng)在光纖中傳輸引起光場(chǎng)的非線性相移,影響：

23、非線性相移通過(guò)色散的作用轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)強(qiáng)度的畸變,由于色散和非線性（主要是SPM、XPM） 的相互作用， 色散補(bǔ)償不能僅僅考慮補(bǔ)償色散， 非線性效應(yīng)的影響必須被考慮,色散管理,綜合考慮GVD,SPM和XPM的色散管理方案,欠補(bǔ)償（總色散以及各光纖段均欠補(bǔ)償） 發(fā)射端預(yù)補(bǔ)償（減小色散積累） 接收端后補(bǔ)償,特點(diǎn)： 小的色散光纖，相位匹配易于滿足，F(xiàn)WM越加嚴(yán)重，色散能夠破壞相位匹配，減小FWM。故應(yīng)在色散與FWM之間取折衷-NZDSF,減小影響的措施： 增加信道間隔、適當(dāng)加大色散、非等間隔信道、減小光功率、 相鄰信道正交偏振、色散欠補(bǔ)償,四、FWM,對(duì)系統(tǒng)的影響： 形成信道之間的串?dāng)_，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性

24、能。,第七章 光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì),7.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7.2 光纖損耗對(duì)系統(tǒng)的限制 7.3 光纖色散對(duì)系統(tǒng)的限制 7.4 光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響 7.5 信道串?dāng)_ 7.6 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功率預(yù)算,7.5 信道串?dāng)_,信道串?dāng)_Crosstalk：WDM系統(tǒng)中的器件均會(huì)引起信道串?dāng)_，包括濾波器、波長(zhǎng)復(fù)用器/解復(fù)用器、光開(kāi)關(guān)及半導(dǎo)體光放大器等，連光纖本身也會(huì)由于非線性效應(yīng)而引起串?dāng)_。這會(huì)引起功率代價(jià)。 同頻串?dāng)_ Intrachannel crosstalk 與信號(hào)光頻率相同(非常接近)的串?dāng)_，均落入接收機(jī)帶寬內(nèi)無(wú)法濾除，對(duì)系統(tǒng)影響嚴(yán)重，最終限制系統(tǒng)的傳輸距離 異頻串?dāng)_ I

25、nterchannel crosstalk 與信號(hào)光頻率有較大偏離的串?dāng)_，表現(xiàn)為一種加性的噪聲，惡化信號(hào)消光比，可通過(guò)濾波器濾除的串?dāng)_，對(duì)系統(tǒng)影響較小,一、同頻串?dāng)_,來(lái)源：復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)、光開(kāi)關(guān)等,Although both signals contain the same data, they are not in phase with each other, due to different delays encountered by them.,同頻串?dāng)_功率代價(jià),對(duì)于有N個(gè)同頻串?dāng)_源的情況，上式中的,替代為,假定串?dāng)_光頻率與信號(hào)頻率完全相同，P表示信號(hào)光功率，P代表平均串?dāng)_光功率。在帶

26、有光預(yù)放大或APD接收機(jī)中，如果只考慮與信號(hào)功率相關(guān)的噪聲的情況下，引入的功率代價(jià)為：,二、異頻串?dāng)_,來(lái)源：解復(fù)用器、光開(kāi)關(guān)等。,異頻串?dāng)_會(huì)導(dǎo)致信號(hào)消光比惡化，同樣令為串?dāng)_功率對(duì)信號(hào)功率的比值，在帶有光預(yù)放大或APD接收機(jī)中，如果只考慮與信號(hào)功率相關(guān)的噪聲的情況下，引入的功率代價(jià)為：,異頻串?dāng)_功率代價(jià),對(duì)于有N個(gè)同頻串?dāng)_源的情況，上式中的,替代為,模噪聲: LD+多模光纖中的噪聲(千兆以太網(wǎng)、光纖接入網(wǎng)),與斑圖相關(guān)的強(qiáng)度不均勻分布自身是無(wú)害的，因?yàn)榻邮諜C(jī)性能由探測(cè)器面積分所得總功率決定。然而如果斑圖隨時(shí)間波動(dòng)，將導(dǎo)致接收功率的波動(dòng)并附加到總的接收機(jī)噪聲中，導(dǎo)致信噪比降低。光源的相干性越大(小

27、)，噪聲越強(qiáng)(弱)。,在多模光纖中，由于振動(dòng)和微彎等機(jī)械擾動(dòng)，各傳輸模式間的干涉在光檢測(cè)器受光面上產(chǎn)生了一個(gè)斑紋圖樣，稱(chēng)為斑圖。,模分配噪聲: 多縱模半導(dǎo)體激光器在調(diào)制時(shí)，其各個(gè)模式一般是不穩(wěn)定的，即使各模式功率的總和（總功率）不隨時(shí)間而變，但各個(gè)模式的功率卻隨時(shí)間呈隨機(jī)波動(dòng)。當(dāng)不存在色散時(shí)，所有模式在傳輸和檢測(cè)中保持同步，這種波動(dòng)是無(wú)害的。但在實(shí)際有色散光纖中，工作于不同波長(zhǎng)的模式將以不同的速度傳播，造成各模式間不同步，引起接收機(jī)電流附加的隨機(jī)波動(dòng)，信噪比降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為模分配噪聲，需要付出功率代價(jià)。,啁啾（Chirp）,單縱模激光器在CW工作模式下，當(dāng)直接調(diào)制注入電流時(shí)會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)的譜線展寬。直接調(diào)制導(dǎo)致了載流子濃度的變化，伴隨譜線展寬的是一種頻率啁啾”。當(dāng)發(fā)射波長(zhǎng)不等于光纖的零色散波長(zhǎng)時(shí)，激光器的啁啾可能會(huì)使強(qiáng)度調(diào)制后的光脈沖發(fā)生非常嚴(yán)重的色散效應(yīng)。,如何減小啁啾的影響？ 一、提高激光器的偏置電流 二、色散補(bǔ)償,第七章 光纖通信系統(tǒng)的性能與設(shè)計(jì),7.1 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7