n 当取|D| =2ps/km时，BL 125 (Gb/s)-km
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•当B<1Gb/s时，为损耗限制系统， •但当B>1Gb/s时则变为色散限制系统。
•------- 色散限制
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第八章光纤通信系统的性能与设计
3. 1.55m光波系统
n 第三代光波系统工作在损耗最小的1.55m波长， 光纤色散是系统的主要限制因素。
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第八章光纤通信系统的性能与设计
第八章 光纤通信系统的性能与设计
➢ 光纤通信系统结构 ➢ 光纤损耗对系统的限制 ➢ 光纤色散对系统的限制 ➢ 光纤通信系统设计中的功率预算 ➢ 系统功率代价
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第八章光纤通信系统的性能与设计
光纤损耗对系统的限制
•2.5 •第一传输窗口
•OH离子吸收峰
光纤通信系统结构
n 光纤通信系统的主要组成单元：
n 光纤 n 光器件 n 光发送机 n 光接收机 n 光放大器
n 根据光纤系统的应用可分为
n 点到点连接 n 广播和分配网 n 局域网
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第八章光纤通信系统的性能与设计
点到点的传输系统
光放大器：将接收到的微弱光比特流信号直接放大而
不•光需发将送机其转换为电•信再生号器。(1R) •再生器
n 对普通单模光纤，在1.55m处D的典型值为 17ps/(km-nm)，色散值比较高，由色散导致的脉 冲展宽较大，系统处于色散限制状态。采用单纵模 半导体光源可大大缓解这种限制。
n 最终限制为：B2L < (16|2|)-1 式中，2为群速 色散，与色散参数D的关系为： D=-(2c/2) 2
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•光接收机
光放大器不能无限制级联，因为色散导致的脉冲畸变
最•终Tx限制了系统的•R性x•能Tx。光-电-光•R再x•生Tx中继则不存•在Rx这
种问题。
••光光发-电送机-光中继：实•放际大上器是一个接收•放机大一器 个发送机•光对接，收机 它•将Tx检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放•R大x 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•采流用再继生续器和沿光光放纤大器传作输为周。期性损耗补偿的点到点连接
•损耗限制 •色散限制
• 横越大西洋的海底光波系统 • 实际陆地光波系统 • 采用色散位移光纤的1550nm，B >10Gb/s 的实验系统
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第八章光纤通信系统的性能与设计
第八章 光纤通信系统的性能与设计
➢ 光纤通信系统结构 ➢ 光纤损耗对系统的限制 ➢ 光纤色散对系统的限制 ➢ 光纤通信系统设计中的功率预算 ➢ 系统功率代价
•------- 色散限制
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第八章光纤通信系统的性能与设计
2. 1.3m光波系统
n 第二代光波系统采用最小色散波长在1.3m附近 的单模光纤，最大的限制因素是由较大的光源谱 宽支配的由色散导致的脉冲展宽。
n 比特率－距离积 BL (4|D|)-1
D为色散， 为光源的均方根谱宽。 |D| 典型值为 1-2ps/(km-nm)
中继器。
•一个令牌（一个预先确定的
•N-1
比特率）在环内传递，每个节
点都监视比特率以监听它自己
的地址和接收数据。
•随着光纤分布式数据接口
•N-2
FDDI的标准接口的出现，光
纤LAN开始普遍采用环形拓
扑结构。
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•FDDI
•双环结构， superior reliability and robustness
tot (dB/km)为光纤损耗，包括对接损耗和活动连接损耗。
n 由于接收机灵敏度Pr随比特率B线性变化： 因此传输距离亦与比特率有关。 h为光子能量， Np为
接收机所要求的每比特的平均光子数。 n 在给定工作波长处，L随比特率B的增加而呈对数关系降
低。
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第八章光纤通信系统的性能与设计
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•总线拓扑结构
n 缺点：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。
n 若忽略光纤自身的损耗，则第N个分支可得到的 功率为：
n PN----第N个分支功率；PT----发送功率；C----分路器的功 率分路比；----分路器的插入损耗；并假设每个分路器的
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•比特率 •2.5Gb/S •10Gb/s
NZDSF 6000km 400km
SSMF 1000km 60km
第八章光纤通信系统的性能与设计
第八章 光纤通信系统的性能与设计
➢ 光纤通信系统结构 ➢ 光纤损耗对系统的限制 ➢ 光纤色散对系统的限制 ➢ 光纤通信系统设章光纤通信系统的性能与设计
•星形拓扑结构
•2
•1
•3
•Star •N •coupler •4
•N-1
•所有节点都通过点到点连接 接到中心站(中枢节点)上。
•有源星形结构：所有到达的 光信号都通过光接收机转换为 电信号，再将电信号分配以驱 动各个节点的光发送机。
•无源星形结构：采用星形耦 合器等无源光器件在光域进行 分配。由于从一个节点的输入 被分配到许多输出节点，因此 传送到每个节点的功率将受用 户数的限制。
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第八章光纤通信系统的性能与设计
局域网
n 局域网：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 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。
n LAN中要求对每个用户提供随机的收发数据功能， 存在网络协议问题。
n 结构：总线型Bus、 环型Ring、 星型Star
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•二、色散与光纤
•G.652（标准单模光纤SMF）: •零色散波长:1300nm •1550色散:16~17ps/nm.km
•G.653（色散位移光纤DSF）: •零色散波长:1550nm
•G.655（非零色散位移光纤NZDSF）: •1550nm色散:2~6ps/nm.km
➢多模渐变光纤， BL=2c/(n12). ➢对于 n1=1.46、=0.01，曲线如图。当比特率小于100 Mb/s 时为损耗限制，大于100 Mb/s 将变为色散限制。 ➢第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在50100 Mb/s ，中继距离接近10公里，于1978年投入商业运营。
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•单通道系统中继距离设计
损耗受限系统：最大中继距离受光纤损耗的限制 色散受限系统：最大中继距离受到光纤传输色散的限
中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制，明显随传输速率的 增加而减小。
中继距离的设计有三种方法 最坏情况法(参数完全已知) 统计法(所有参数都是统计定义) 半统计法(只有某些参数是统计定义)
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•光纤色散对系统的限 制
•一、光纤色散
•光纤色散:信号能量中的各种分量由于在光纤中 传输速度不同，而引起的信号畸变。
•色散限制:光纤色散导致的信号畸变限制系统的 传输距离。
•色散类型
•模间色散（仅多模光纤有）
•波导色散 •材料色散
•波长色散
•偏振模色散
14第八章光纤通信系统 的性能与设计
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2020/12/12
第八章光纤通信系统的性能与设计
第八章 光纤通信系统的性能与设计
➢ 光纤通信系统结构 ➢ 光纤损耗对系统的限制 ➢ 光纤色散对系统的限制 ➢ 光纤通信系统设计中的功率预算 ➢ 系统功率代价
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第八章光纤通信系统的性能与设计
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第八章光纤通信系统的性能与设计
点到点的传输系统
n 利用光纤的低损耗、宽带宽特点 n 性能指标：比特率－距离积（BL） n BL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BL积与波长有关。
n 第一代光波系统: 0.85m,BL积 1 (Gb/s).km n 第二代光波系统：1.3m,BL积 100 (Gb/s).km n 第三代光波系统：1.55m, BL积1000 (Gb/s).km
•树形拓扑结构
•Hub
•Hub
•Hub
•Hub
•Hub
•信道在中心点分配，光纤的 作用与点到点连接系统类似。
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•总线拓扑结构
•1
•3 •4
•Bus
•2
•N
•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 视频信道分配CATV系统；高清晰度电视HDTV。
采用最坏情况设计法，用这种方法得到的结果，设计的可靠性为 100%，但要牺牲可能达到的最大长度。
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第八章光纤通信系统的性能与设计
光纤通信系统设计中的功率预算
n 光纤损耗与色散对系统的传输距离L和比特率B具 有固有的限制。
n 还需考虑其他问题，如：工作波长、光纤、光发 送机、光接收机、各种光无源器件的性能价格比、 系统可靠性及扩容升级要求等。
•------- 色散限制
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第八章光纤通信系统的性能与设计
•光纤色散导致的信号脉冲畸变， 与光源线宽、信号啁啾、调制展 宽等因素有关。
•直接调制系统中，光源的调制 啁啾及光纤色散导致信号畸变。
•对于2.5Gb/s系统,放大器的积 累噪声成为传输距离主要限制。