光通信复习及课件53704
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5 系统设计
5.1 概述 5.2 数字光纤通信系统 5.3 模拟光纤通信系统
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5.1概述
前面已经介绍了光纤、光器件、光源和光发送机、光 检测器和光接收机的结构和特性。
tmat DL ：光源的半功率谱宽
D：色散系,单 数位是 ns/(nmkm)
光纤模式色散展宽时间tmod 如果tmod用纳秒表示，BM用兆赫表示，则有：
tmod 440
BM
440 Lq B1
q : 光纤质量指数
B1：单位长度的光纤带宽
系统链路总展宽时间:
1
tsystt2x tm 2 odtm2 attr2x 2
PT ,PR ：分别是S点和R点的光功率 L：S点到R点的距离 αc：光接收端机和光发送端机与光纤的活动连接器的损耗 αs: 光纤之间用固定连接器或熔接头连接的接头损耗 αf: 光纤的损耗 此外，分析过程还要引入链路功率富裕度用于补偿器件老化、 温度波动以及将来可能加入链路的器件引起的损耗。 一般功率富裕度有6~8dB,它用M表示
tt2x
44B10Lq
2
D22L2
350 Brx
不能超过NRZ比特周期的(数据速率的倒数)70%， 或不超过RZ比特周期的35%
例，设LED及驱动电路的展宽和时间为15ns， LED的典型谱宽是6nm,6km链路与材料色散相 关的展宽时延为tmat=21ns。接收机有25MHz 的带宽，则接收机的时延展宽为:
输入 P
C
M 端 机
电信号 光信号
光信号 电信号
输光
光
光输
入发 中 接出
接送
继
收接
口机
器
机口
P 输出
C
M 端 机
5.2 数字光纤通信系统组成原理图
用户输入的电信号是模拟信号（如声音、图 像），这些电信号在PCM端机中被转换为数字信
号。 PCM编码过程包括：抽样、量化、编码
图5.3 PCM 编码 过程
链路损耗预算用A表示：指的是光源和光检测器 之间的损耗，表示为：
A P S P R 2c NsfL M
其中N为光纤接头数，假设每盘光纤长度为Lf，
则有： NLLf 1
则传输距离为：
LPS PR2c sM f s Lf
例，某光接收机的灵敏度为-42dBm,光源为50μw(-13dBm)的 平均光功率耦合进光纤，功率富裕度为6dB,发送机和接收机 的连接器损耗为1dB,光纤损耗（包含接头损耗）αf=3.5dB/km 求传输距离。
任何复杂的通信系统其基本单元都是点到点的传输链 路，包括光发送机、光接收机和光纤线路。下图即为点 到点链路图。
信源
光纤
光发送机
光接收机
用户
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图5.1 单工点到点光纤链路
设计一个光链路必须考虑的系统要求：
• 预期的传输距离 • 数据速率或信道带宽 • 误码率或信噪比
为达到这些要求，需要对一下一些要素考虑：
1、链路功率预算 首先确定光发送端的输出和接收端灵敏度之间的功率富
余量，以保证特定的性能指标。 功率富余量用于连接器、熔接点和光纤损耗，以及补偿
器件的老化、传输线路的损耗或温度影响引起的损耗。 2、系统展宽时间预算或带宽预算
5.2数字光纤通信系统
1、构成
以目前常用的强度调制-直接检测光纤通信系统为例，它 的基本机构如下：
t sys
N
ti2
1 2
1
限制数据速率的几个因素：
发送机展宽时间ttx：主要由光源和驱动电路决定； 接收机展宽时间trx：主要由光检测器响应和接收机 前端3dB带宽决定。如果光接收机的3dB电带宽Brx用 兆赫兹表示，则接收机前端的展宽时间可用纳秒表
示为：
t rx
350 B rx
光纤材料色散展宽时间tmat（p80）
解
A P S P R ( 1) 3 (4) 2 2d9B
APSPR2cNsfLM
213.5L6
得 L=6km
2.数字系统的设计
2）色散系统的上升时间
当光纤损耗很小的时候，色散是限制传输距离的主要因素。 上升时间：系统在阶跃脉冲作用下，从幅值的10%上升到90% 所需的响应时间。 链路总的脉冲展宽时间tsys：每种因素引起的脉冲展宽时间ti的 平方和的平方根。
(1)光纤 选用单模还是多模光纤，纤芯尺寸、纤芯折射率分 布、光纤的带宽或色散特性、损耗特性。
(2)光源 可用LED和LD、光源期间的参数有：发光功率、发 射波长、发射频谱宽度、发射方向图或光束发散角。
(3)检测器 可用APD和PIN组件，主要器件参数有：工作波 长、响应度、接收灵敏度、响应时间。
为确保获得预期系统性能，从两方面分析：
trx3Br5x03255014ns
如果选择光纤的单位带宽距离积为400MHz*km,
光纤质量指数q=0.7,则模式色散展宽为：
t m od
440 Lq B1
440 60.7 400
3.9ns
链路展宽时间为：
t
2 sy s
tt2x
tm2 at
t
2 m
od
tt2x
15 2 212 3.92 14 2 30 ns
把连续的模拟信号以一定抽样频率f或 时间间隔T,抽出瞬时的幅度值，再把这些 幅度值分成有限的等级，四舍五入进行量 化，每个范围内的幅度值对应一个量化值 即为PCM码。
PCM码占用的时间T称为码长，单位时 间 内传输的码元数称为码速率。
2.数字系统的设计
1) 链路的功率预算 点到点链路光功率损耗模型见P168
对于20Mb/s的NRZ码来讲，要求上升时间 小于70%*[1/(20Mb/s)]=35ns,所以本系统器 件选择是适合的。
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