也有人称之为超高速光纤通信系统。
第八章 高速光纤通信技术
8.1 8.2 8.3 高速光纤通信系统的概念 高速光纤通信系统面临的挑战 高速光纤通信系统的关键技术
8.4
高速光纤通信系统的应用举例
8.2
高速光纤通信系统面临的挑战
目前影响高速光纤通信系统的不利因素
光信噪比（OSNR)劣化：主要是光放大器的放大自发辐射噪声
第八章 高速光纤通信技术
8.1 8.2 8.3 高速光纤通信系统的概念 高速光纤通信系统面临的挑战 高速光纤通信系统的关键技术
8.4
高速光纤通信系统的应用举例
8.1
高速光纤通信系统的概念
人们很早就意识到光波是最理想的信号载体，因 为与射频和微波相比，光波具有更高的频率，也就 是具有更大的可利用带宽。
OSNR约为21dB。
• 考虑到2.5Gbit/s收发机在背靠背配置中的典型OSNR容限
为14～15dB。因此，在不计入传输代价时，该传输系统
具有大于6dB的系统余量。
2 色散
在任何非真空介质及波导结构中，不同频率 的电磁波的传输速率不同，这就是色散的本质。

1、色散的概念
进入光纤的窄脉冲随着传输距离的增加会逐渐
3.色散的种类：
• 模间色散：多模光纤（MMF）中不同模式 的传输速率不同而引起的。 • 偏振模色散：光纤的不对称性造成两偏振 传输轴上的等效折射率随机不等，导致传 输速率不同。 • 色度色散：光源光谱中不同波长在光纤中 的群时延差所引起的光脉冲展宽现象。
3 非线性效应

1、引起非线性效应的原因
表8.1 三种信号载波的比较
光传输系统在提高传输速率的途径有哪些？

提高单信道传输速率

使用密集波分复用（DWDM）技术
160 32 400G 1.6T 6.4T
WDM通路数
16
40G
160G
640G
8
20G
80G
320G
1 2.5Gbit/s 10Gbit/s 单信道速率 40Gbit/s
提高DWDM系统传输速率的途径
在高比特率系统中，为了增加中继距 离而提高发送光功率，当光纤中传输的 光强密度超过光纤的阈值时，则会出现 非线性效应，从而限制系统容量和中继 距离的进一步增大。 在光系统中只要使用的光功率足够低， 就可以假设这个光系统是线性的。
2.非线性效应的分类
受激散射引起的效应
受激拉曼散射（SRS）
受激布里渊散射（SBS）
非线性折射率引起的效应
自相位调制（SPM） 交叉相位调制（XPM）和 四波混频（FWM）
(1) 受激拉曼散射（SRS）
1、概念
由光纤中光信号和光纤材料中的分 子振动相互作用引起的非线性效应。
当一定强度的光入射光纤时会引起光纤中的分子振动，进而
调制入射光强，产生间隔为分子振动频率的边带，低频边带 称为斯托克斯线，高频边带称为反斯托克斯线。 当两个斯托克斯频率的光波入射到光纤时，低频波获得增益 而高频波被衰减，即较短波长信号的一部分功率转移到较长 波长的信号中。
提高单信道速率
10Gbit/s
40Gbit/s
在C波带有超过300个波道可用 波长 EDFA C带 L带 波长 （nm)
减小间隔 S带 扩展谱宽
高速光纤系统的定义

所谓 “高速”是指光线通信传输的数据速
率高，究竟多高的数据速率才算高速，ITU-T并没
有明确的规范意见。事实上，在光线通信的不同
发展阶段，高速的含义是不同的 。目前通常把 STM-16等级以上的系统统称为高速光纤通信系统，
变形展宽，当脉冲展宽到与相邻的脉冲发生重叠 时，就会导致信号之间的相互干扰，结果增加了
通信系统的误码率，这种现象称为色散。

2、发生色散会有什么样的结果？
图8.2.1 光纤色散导致的信号失真

色散最终限制了给定长度光纤中的比特传输速率。
如果色散很大的话，多个信号之间就会出现重叠
情况，从而导致在接收机处难以提取正常的信号。
不 利 因 素
群速度色散（GVD) 色散效应 偏振模色散(PMD) 受激拉曼散射（SRS） 受激布里渊散射（SBS） 自相位调制（SPM） 交叉相位调制（XPM） 四波混频（FWM）
光纤非线性效应
1 光信噪比（OSNR）
在光纤通信系统中，特别是 WDM 系统中，OSNR 是目前衡量 高速光纤通信系统性能的重要指标之一，OSNR的义为光信号功率与噪声功率的比值（用dB表
示）。
一般对于 10Gbit/s 光纤通信系统，在接收端要求 OSNR 在
25dB以上（没有前向纠错编码FEC技术时）。在WDM系统发
送端的OSNR一般有35～40dB左右。
在WDM系统中，噪声的主要来源是光纤放大器。 对于EDFA来说，噪声的主要来源是ASE噪声。 EDFA在对信号光进行放大的同时，还会伴随着 对自发辐射光的放大，它不仅会消耗大量反转 粒子数，限制了放大器的增益，而且构成了 EDFA的附加噪声源。 EDFA的附加噪声由噪声指数（NF）来描述，实 际应用中EDFA的噪声指数一般是6dB。
对于带光放大器的光纤传输链路，假设每段光纤 的损耗相同，每段光纤使用的光放大器增益和噪声 指数也相同，则在经过N段光纤传输后，光信号的
OSNR可以利用一个简单的公式来估计：
OSNR=58dB+入纤光功率-NF-每跨段损耗-10lg（跨段数目）
OSNR=58dB+入纤光功率-NF-每跨段损耗-10lg（跨段数目） • 例：假设单信道入纤光功率为0dBm，每个放大器的噪声 指数NF为6dB，每个80km光纤跨段损耗为22dB，则根据公 式可以估计出一个8跨段光放大传输链路给出的接收端
衡量系统性能的接收误比特率（BER）与光接 收机的OSNR有关，在其他条件不变的情况下， OSNR越大，则BER越低，系统性能越好，相反， OSNR越小，则BER越高，系统性能越差。
在WDM传输系统中，“OSNR容限”是衡量系统
性能的最重要的光学指标之一，在其他条件不 变的情况下，传输系统的OSNR容限越低，系统 性能就越优异。
通信方 式 电缆通 信 微波通 信 光纤通 信 载波 射频电波 微波 光波 载频（Hz） 1×109 （1GHz） 1×1011 （3mm） 2×1014 （1.5μ m） 可利用带宽 （Hz） 100M 10G 20000G 潜在通信容量 （bit/s） 200M 20G 40000G 话路数 3000 30万 6亿