光纤通信系统及设计.pptx

第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 6.1 6.1 IM-DD数字光纤通信系统设计数字光纤通信系统设计6.1.1 6.1.1 总体设计考虑总体设计考虑 数数字字光光纤纤通通信信系系统统一一般般采采用用强强度度调调制制、直直接接检检波波的的方方式式，即即IM-DDIM-DD方方式式。任任何何复复杂杂的的通通信信系系统统，其其基基本本单单元元都都是是点点到到点点的的传传输输链链路路。它它包包括括三三大大部部分分，即即光光发发送送机机，光光接接收收机机和和光光纤纤线线路路。每每一一部部分分都都涉涉及及许许多多的的光光电电器器件件，所所以以对对链链路路的的设设计计是是一一个个复复杂杂的的工工作作，而而每每个个元元器器件件的的选选择择都都要要经经过过若若干干次次的的反反复复。这这里里仅仅对对原原则则性性的的问问题题作作一一下下介介绍。绍。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 光纤通信系统的基本要求有以下几点：光纤通信系统的基本要求有以下几点：(1)(1)预期的传输距离。预期的传输距离。(2)(2)信道带宽或码速率。信道带宽或码速率。(3)(3)系统性能（误码率，信噪比）。系统性能（误码率，信噪比）。为了达到这些要求，需要对以下一些要素进行考虑：为了达到这些要求，需要对以下一些要素进行考虑：光光纤纤：需需要要考考虑虑选选用用单单模模还还是是多多模模光光纤纤，需需要要考考虑虑的的设设计计参参数数有有：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。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。光光源源：可可以以使使用用LEDLED或或LDLD，光光源源器器件件的的参参数数有有发发射射功功率率、发发射射波波长、发射频谱宽度等。长、发射频谱宽度等。检检测测器器：可可以以使使用用PINPIN组组件件或或APDAPD组组件件，主主要要参参数数有有工工作作波波长长、响应度、接收灵敏度、响应时间等。响应度、接收灵敏度、响应时间等。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 6.1.2 6.1.2 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤 1.1.网络拓扑、线路路由选择网络拓扑、线路路由选择 一般可以根据网络一般可以根据网络/系统在通信网中的位置、功能和作用，根据承载系统在通信网中的位置、功能和作用，根据承载业务的生存性要求等选择合适的网络拓扑。一般位于业务的生存性要求等选择合适的网络拓扑。一般位于骨干网骨干网中的、网络生中的、网络生存性要求较高的网络适合采用网络拓扑；位于存性要求较高的网络适合采用网络拓扑；位于城域网城域网的、网络生存性要求的、网络生存性要求较高的网络适合采用环形拓扑；位于较高的网络适合采用环形拓扑；位于接入网接入网的、网络生存性要求不高而要的、网络生存性要求不高而要求成本尽可能低廉的网络适合采用星形拓扑或树形拓扑。求成本尽可能低廉的网络适合采用星形拓扑或树形拓扑。节点之间的光缆线路路由选择要服从通信网络发展的整体规划，要节点之间的光缆线路路由选择要服从通信网络发展的整体规划，要兼顾当前和未来的需求，而且要便于施工和维护。兼顾当前和未来的需求，而且要便于施工和维护。选定路由的原则：线路尽量短直、地段稳定可靠、与其他线路配合选定路由的原则：线路尽量短直、地段稳定可靠、与其他线路配合最佳、维护管理方便。最佳、维护管理方便。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 2.2.确定传输体制、网络确定传输体制、网络/系统容量的确定系统容量的确定 准同步数字系列准同步数字系列(PDHPDH)：主要适用于中、低速率点对点的传输。：主要适用于中、低速率点对点的传输。同同步步数数字字系系列列(SDHSDH)：不不仅仅适适合合于于点点对对点点传传输输，而而且且适适合合于于多多点点之之间间的网络传输。的网络传输。2020世世纪纪9090年年代代中中期期，SDHSDH设设备备已已经经成成熟熟并并在在通通信信网网中中大大量量使使用用，由由于于SDHSDH设设备备良良好好的的兼兼容容性性和和组组网网的的灵灵活活性性，新新建建设设的的骨骨干干网网和和城城域域网网一一般都应选择能够承载多业务的下一代般都应选择能够承载多业务的下一代SDHSDH设备。设备。网网络络/系系统统容容量量一一般般按按网网络络/系系统统运运行行后后的的几几年年里里所所需需能能量量来来确确定定，而而且且网网络络/系系统统应应方方便便扩扩容容以以满满足足未未来来容容量量需需求求。目目前前城城域域网网中中系系统统的的单单波波长长速速率率通通常常为为2.5Gbit/s2.5Gbit/s、骨骨干干网网单单波波长长速速率率通通常常为为10Gbit/s10Gbit/s，而且根据容量的需求采用几波到几十波的波分复用。而且根据容量的需求采用几波到几十波的波分复用。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 3.3.工作波长的确定工作波长的确定 工作波长可根据通信距离和通信容量进行选择。工作波长可根据通信距离和通信容量进行选择。如如果果是是短短距距离离小小容容量量的的系系统统，则则可可以以选选择择短短波波长长范范围围，即即800800900n900nm m。如如果果是是长长距距离离大大容容量量的的系系统统，则则选选用用长长波波长长的的传传输输窗窗口口，即即1310n1310nm m和和1550n1550nm m，因因为为这这两两个个波波长长区区具具有有较较低低的的损损耗和色散。耗和色散。另另外外，还还要要注注意意所所选选用用的的波波长长区区具具有有可可供供选选择择的的相相应应器件。器件。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 4.4.光纤光纤/光缆的选择光缆的选择 光光纤纤有有多多模模光光纤纤和和单单模模光光纤纤，并并有有阶阶跃跃型型和和渐渐变变型型折折射射率率分布。分布。对于对于短距离短距离传输和传输和短波长短波长系统可以用系统可以用多模光纤多模光纤。对于对于长距离长距离传输和传输和长波长长波长系统一般使用系统一般使用单模光纤单模光纤。目前可选择的单模光纤有目前可选择的单模光纤有G.652G.652，G.653G.653，G.654G.654，G.655G.655等。等。G.652G.652光光纤纤/光光缆缆对对于于1310n1310nm m波波段段是是最最佳佳选选择择，是是目目前前最最常常用用的的单单模模光光纤纤。主主要要应应用用于于城城域域网网和和接接入入网网，不不需需采采用用大大复复用用路数密集波分复用的骨干网也常采用路数密集波分复用的骨干网也常采用G.652G.652光纤光纤/光缆。光缆。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 G.653G.653光光纤纤/光光缆缆是是1550n1550nm m波波长长性性能能最最佳佳的的单单模模光光纤纤/光光缆缆；G.653G.653光光纤纤将将零零色色散散波波长长由由1310nm1310nm移移到到最最低低衰衰减减的的1550nm1550nm波波长长区区。主主要要应应用用于于在在1550nm1550nm波波长长区区开开通通长长距距离离10Gbit/s10Gbit/s以以上上速速率率的的系系统统。但但由由于于工工作作波波长长零零色色散散区区的的非非线线性性影影响响，不不支支持持波波分分复复用用系系统统，故故G.653G.653光光纤纤仅仅用用于于单单信信道道高高速速率率系系统统。目目前前新新建建或或改改建建的的大大容容量量光光纤纤传传输输系系统统均均为为波波分复用系统，分复用系统，G.653G.653光纤基本不采用。光纤基本不采用。G.654G.654光光纤纤/光光缆缆是是1550n1550nm m波波长长衰衰减减最最小小的的单单模模光光纤纤，一一般多用于长距离海底光缆系统，陆地传输一般不采用。般多用于长距离海底光缆系统，陆地传输一般不采用。G.655G.655光光纤纤是是非非零零色色散散位位移移单单模模光光纤纤，适适合合应应用用于于采采用用密密集波分复用的大容量的骨干网中。集波分复用的大容量的骨干网中。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 光光纤纤/光光缆缆是是传传输输网网络络的的基基础础，光光缆缆网网的的设设计计规规划划必必须须要要考考虑虑在在未未来来15-2015-20年年的的寿寿命命期期内内仍仍能能满满足足传传输输容容量量和和速速率率的的发展需要。发展需要。另另外外，光光纤纤的的选选择择也也与与光光源源有有关关，LEDLED与与单单模模光光纤纤的的耦耦合合率率很很低低，所所以以LEDLED一一般般用用多多模模光光纤纤，但但1310n1310nm m的的边边发发光光二二极极管与单模光纤的耦合取得了进展。管与单模光纤的耦合取得了进展。另另外外，对对于于传传输输距距离离为为数数百百米米的的系系统统，可可以以用用塑塑料料光光纤纤配以配以LEDLED。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 5.5.光源的选择光源的选择 选选择择LEDLED还还是是LDLD，需需要要考考虑虑一一些些系系统统参参数数，比比如如色色散散、码码速速率率、传传输输距距离离和和成成本本等等。LEDLED输输出出频频谱谱的的谱谱宽宽比比起起LDLD来来宽宽得得多多，这这样样引引起起的的色色散散较较大大，使使得得LEDLED的的传传输输容容量量较较低低，限限制制在在25002500（Mb/s）km以以下下（1310nm1310nm）；而而LDLD的的谱谱线线较较窄窄，传输容量可达传输容量可达500500（Gb/s）km（1550nm1550nm）。）。典典型型情情况况下下，LDLD耦耦合合进进光光纤纤中中的的光光功功率率比比LEDLED高高出出101015d15dB,B,因因此此会会有有更更大大的的无无中中继继传传输输距距离离。但但是是LDLD的的价价格格比比较较昂昂贵贵，发发送送电电路路复复杂杂，并并且且需需要要自自动动功功率率和和温温度度控控制制电电路路。而而LEDLED价价格格便便宜宜，线线性性好好，对对温温度度不不敏敏感感，线线路路简简单单。设设计计电路时需要综合考虑这些因素。电路时需要综合考虑这些因素。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 6.6.光检测器的选择光检测器的选择 选选择择检检测测器器需需要要看看系系统统在在满满足足特特定定误误码码率率的的情情况况下下所所需需的的最最小小接接收收光光功功率率，即即接接收收机机的的灵灵敏敏度度，此此外外还还要要考考虑虑检测器的可靠性、成本和复杂程度。检测器的可靠性、成本和复杂程度。PIN-PDPIN-PD比比APDAPD结结构构简简单单，温温度度特特性性更更加加稳稳定定，成成本本低低廉，廉，低速率小容量系统采用低速率小容量系统采用LED+PIN-PDLED+PIN-PD组合组合。若若要要检检测测极极其其微微弱弱的的信信号号，还还需需要要灵灵敏敏度度较较高高的的APDAPD，高速率大容量系统采用高速率大容量系统采用LD+APDLD+APD组合组合。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 7.7.估算中继距离估算中继距离 估算中继距离：根据影响传输距离的主要因素（损耗和估算中继距离：根据影响传输距离的主要因素（损耗和色散）来估算。色散）来估算。以上是设计步骤的主要内容，另外还有光纤以上是设计步骤的主要内容，另外还有光纤线路码型线路码型设设计的问题。计的问题。中心问题：确定中继距离。中心问题：确定中继距离。尤其对长途光纤通信系统，尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 6.1.3 6.1.3 最大中继距离光传输的设计方法最大中继距离光传输的设计方法 光纤通信系统的设计：光纤通信系统的设计：最坏值设计法最坏值设计法和和统计设计法统计设计法。使使用用最最坏坏值值设设计计时时，所所有有考考虑虑在在内内的的参参数数都都以以最最坏坏的的情情况况考考虑虑。用用这这种种方方法法设设计计出出来来的的指指标标一一定定满满足足系系统统要要求求，系系统统的的可可靠靠性性较较高高，但但由由于于在在实实际际应应用用中中所所有有参参数数同同时时取取最最坏坏值值的的概概率率非常小，所以这种方法的非常小，所以这种方法的富余度较大，总成本偏高。富余度较大，总成本偏高。统统计计设设计计方方法法是是按按各各参参数数的的统统计计分分布布特特性性取取值值的的，即即通通过过事事先先确确定定一一个个系系统统的的可可靠靠性性代代价价来来换换取取较较长长的的中中继继距距离离。这这种种方方法法考考虑虑各各参参数数统统计计分分布布时时较较复复杂杂，系系统统可可靠靠性性不不如如最最坏坏值值法法，但成本相对较低，中继距离可以有所延长。但成本相对较低，中继距离可以有所延长。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 另另外外也也可可以以综综合合考考虑虑这这两两种种方方法法，部部分分参参数数值值按按最最坏坏值值处处理理，部部分分参参数数取取统统计计值值，从从而而得得到到相相对对稳稳定定，成成本本适适中中，计算简单的系统。计算简单的系统。(联合设计法联合设计法)中继距离的设计分两种情况讨论：中继距离的设计分两种情况讨论：一一个个光光纤纤链链路路，如如果果损损耗耗是是限限制制光光中中继继距距离离的的主主要要因因素素，则则这这个个系系统统就就是是损损耗耗受受限限的的系系统统；如如果果光光信信号号的的色色散散展展宽宽最最终终成成为为限限制制系系统统中中继继距距离离的的主主要要因因素素，则则这这个个系系统统就就是是色色散散受限的系统受限的系统。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 T,T,T:T:光光端端机机和和数数字字复复接接分分接接设设备备的的接接口口；Tx:Tx:光光发发射射机机或或中中继继器器发发射射端端；Rx:Rx:光光接接收收机机或或中中继继器器接接收收端端；C C1 1,C C2 2:光光纤纤连连接接器器；S:S:靠靠近近TxTx的的连连接接器器C C1 1的的接接收收端端；R:R:靠靠近近RxRx的的连连接接器器C C2 2的的发发射射端端；S-R:S-R:光光纤纤线线路路，包包括接头。括接头。1.1.中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制 图示出了无中继器和中间有一个中继器的数字光纤线路系统的示意图:(a)(a)无中继器；无中继器；(b)(b)一个中继器一个中继器 第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 如如果果系系统统传传输输速速率率较较低低，光光纤纤损损耗耗系系数数较较大大，中中继继距距离离主主要要受受光光纤纤线线路路损损耗耗的的限限制制。在这种情况下，要求S和R两点之间光纤线路总损耗必须不超过系统的总功率衰减，即 式中，P Pt t为平平均均发发射射光光功功率率(dBm)(dBm)，P Pr r为接接收收灵灵敏敏度度(dBm)(dBm)，c c 为连连接接器器损损耗耗(dB/(dB/对对)，M Me e为系系统统余余量量(dB)(dB)，f f为光光纤纤损损耗耗系系数数(dB/km)(dB/km),s s为每每kmkm光光纤纤平平均均接接头头损损耗耗(dB/km)(dB/km),m m为每每kmkm光纤线路损耗余量光纤线路损耗余量(dB/km)(dB/km),L L为中继距离为中继距离(km)(km)。或第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 平平均均发发射射光光功功率率P Pt t取取决决于于所所用用光光源源，对对单单模模光光纤纤通通信信系系统统，LDLD的的平平均均发射光功率一般为发射光功率一般为-3-3-9dBm,LED-9dBm,LED平均发射光功率一般为平均发射光功率一般为-20-20-25dBm-25dBm。光光接接收收机机灵灵敏敏度度P Pr r取取决决于于光光检检测测器器和和前前置置放放大大器器的的类类型型，并并受受误误码码率率的的限限制制，随随传传输输速速率率而而变变化化。表表:示示出出长长途途光光纤纤通通信信系系统统BERBERavav110110-10-10时时的的接收灵敏度接收灵敏度P Pr r。-30-33PIN-FETAPD13104139.264-37-42PIN-FETAPD1310139.264-41PIN-FET131034.368-49PIN13108.448灵敏度灵敏度Pr/dBm光检测器光检测器标称波长标称波长/nm传输速率传输速率/（Mbs-1）第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 连连接接器器损损耗耗一一般般为为0.30.31dB/1dB/对对。设设备备余余量量M Me e包包括括由由于于时时间间和和环环境境的的变变化化而而引引起起的的发发射射光光功功率率和和接接收收灵灵敏敏度度下下降降，以以及设备内光纤连接器性能劣化，及设备内光纤连接器性能劣化，M Me e一般不小于一般不小于3dB3dB。光光纤纤损损耗耗系系数数f f取取决决于于光光纤纤类类型型和和工工作作波波长长，例例如如单单模模光光纤纤在在1310nm,1310nm,f f为为0.40.40.45dB/km;0.45dB/km;在在1550nm,1550nm,f f为为0.220.220.25dB/km0.25dB/km。光光纤纤损损耗耗余余量量m m一一般般为为0.10.10.2dB/km,0.2dB/km,但但一一个个中中继继段段总总余余量量不不超超过过5dB5dB。平平均均接接头头损损耗耗可可取取0.05dB/0.05dB/个个，每每千千米米光光纤纤平均接头损耗平均接头损耗s s可根据光缆生产长度计算得到。可根据光缆生产长度计算得到。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 2.2.中继距离受色散中继距离受色散(带宽带宽)的限制的限制 如如果果系系统统的的传传输输速速率率较较高高，光光纤纤线线路路色色散散较较大大，中中继继距距离离主要受色散主要受色散(带宽带宽)的限制。的限制。为为使使光光接接收收机机灵灵敏敏度度不不受受损损伤伤，保保证证系系统统正正常常工工作作，必必须须对光纤线路总色散对光纤线路总色散(总带宽总带宽)进行规范。进行规范。对对于于数数字字光光纤纤线线路路系系统统而而言言，色色散散增增大大，意意味味着着数数字字脉脉冲冲展展宽宽增增加加，因因而而在在接接收收端端要要发发生生码码间间干干扰扰，使使接接收收灵灵敏敏度度降降低低，或或误误码码率率增增大大。严严重重时时甚甚至至无无法法通通过过均均衡衡来来补补偿偿，使使系系统统失失去去设计的性能。设计的性能。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 g(t)=exp 式式中中为为均均方方根根(rms)(rms)脉脉冲冲宽宽度度。把把/T=a/T=a定定义义为为相相对对均均方根脉冲宽度方根脉冲宽度，码间干扰，码间干扰的定义如图所示。得到：的定义如图所示。得到：设传输速率为设传输速率为f fb b=1/T=1/T，发射脉冲为半占空归零，发射脉冲为半占空归零(RZ)(RZ)码，码，输出脉冲为高斯波形，如图所示。高斯波形可以表示为：输出脉冲为高斯波形，如图所示。高斯波形可以表示为：高斯波形的码间干扰 第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 美美国国BellBell实实验验室室的的早早期期研研究究中中，曾曾建建议议采采用用下下列列标标准准来来考考查光纤线路色散对系统传输性能的限制。查光纤线路色散对系统传输性能的限制。当当a=0.25a=0.25时时，码码间间干干扰扰只只有有峰峰值值的的0.034%0.034%，完完全全可可以以忽忽略略不不计计。当当a=0.5a=0.5时时，增增加加到到13.5%13.5%，此此时时功功率率代代价价为为7 78dB8dB，难难以以通通过过均均衡衡进进行行补补偿偿。一一般般系系统统设设计计选选取取a=0.25a=0.250.350.35，功率代价不超过功率代价不超过2dB2dB。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 为为确确定定中中继继距距离离和和光光纤纤线线路路色色散散(带带宽宽)的的关关系系，把把输输出出脉冲用脉冲用半高全宽度半高全宽度(FWHM)(FWHM)表示，即表示，即式中式中,=/0.4247,=aT,a,=/0.4247,=aT,a为相对均方根（为相对均方根（rmsrms）脉冲）脉冲宽度，宽度，T=1/fT=1/fb b，f fb b为系统的比特传输速率。为系统的比特传输速率。f f为为光纤线路光纤线路脉冲展宽脉冲展宽(FWHM)(FWHM)，取决于所用光纤类型和色散特性。，取决于所用光纤类型和色散特性。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 对 于 多多 模模 光光 纤纤 系系 统统，色 散 特 性 通 常 用 3dB带 宽 表 示()。因此，f=0.44/B,B B为为长长度度等等于于L L的的光光纤纤线线路路总总带带宽宽，它与单位长度光纤带宽的关系为B=B1/L。B B1 1为为1km1km光光纤纤的的带带宽宽，通通常常由由测测试试确确定定。=0.51,称为串串接接因因子子，取决于系统工作波长，光纤类型和线路长度。把这些关系代入式：并 取 a=0.25 0.35，得 到 光 纤 线 路 总 带 宽 B和 速 率 fb的 关 系 为：B=(0.830.56)fb 第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 中继距离中继距离L L与与1km1km光纤带宽光纤带宽B B1 1的关系的关系为B1=BL,所以 L=（1.211.78）1/fb1/由此可见，中中继继距距离离L L与与传传输输速速率率f fb b的的乘乘积积取取决决于于1km1km光光纤纤的带宽的带宽(色散色散)，这个乘积反映了光纤通信系统的技术水平。，这个乘积反映了光纤通信系统的技术水平。或写成 Lfb=(1.211.78)B1 第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 对对于于单单模模光光纤纤系系统统，f=2.355f,f为光纤线路均方根（rms）脉冲展宽。f=|C0|L,C0=C(0)为在光源中心波长0光光纤纤的的色色散散(ps/(nm(ps/(nmkm)km)，为光光源源谱谱线线宽宽度度(nm)(nm)，L为光光纤纤线线路路长长度度(km)(km)。把这些关系式代入式 得到一个简明的公式。设取a=/T=0.25，得到中继距离：第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 在这个基础上，根据原CCITT建议，对对于于实实际际的的单单模模光光纤纤通信系统，受色散限制的中继距离通信系统，受色散限制的中继距离L L可以表示为：可以表示为：式中,是线线路路码码速速率率(Mb/s)(Mb/s)，与系统比特速率不同，它要随线路码型的不同而有所变化。C C0 0是光光纤纤的的色色散散系系数数(ps/(nm(ps/(nmkm)km)，它取决于工作波长附近的光纤色散特性。为光光源源谱谱线线宽宽度度(nm)(nm)，对多多纵纵模模激激光光器器(MLM-LD)(MLM-LD)，为rms宽度，对单单纵纵模模激激光光器器(SLM-LD)(SLM-LD),为峰值下降20dB的宽度。是与功率代价和光源特性有关的参数，对于MLM-LD,=0.115,对于SLM-LD，=0.306。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 3.3.举例举例 光纤通信系统的中继距离受损耗限制时由式 确定；中继距离受色散限制时；多模光纤：单模光纤：确定。从损耗限制和色散限制两个计算结果中，选取较短的距离，作为中继距离计算的最终结果。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 以以140 Mb/s140 Mb/s单模光纤通信系统为例计算中继距离单模光纤通信系统为例计算中继距离 设系统平均发射功率Pt=-3dBm,接收灵敏度Pr=-42dBm，设备余量Me=3dB，连接器损耗c=0.3dB/对，光纤损耗系数f=0.35dB/km,光纤余量m=0.1dB/km，每km光纤平均接头损耗s=0.03dB/km。根据这些数据，得到中继距离：第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 又设线路码型为5B6B,线路码速率b=140(6/5)=168 Mb/s,|C0|=3.0ps/(nmkm)，=2.5nm。根据这些数据得到中继距离：在工程设计中，中继距离应取74km。在在本本例例中中中中继继距距离离主要受损耗限制。主要受损耗限制。但是，如果假设|C0|=3.5ps/(nmkm)，=3nm，而上述其他参数不变，计算得到的中继距离L65 km，则此此时时中中继距离主要受色散限制，继距离主要受色散限制，中继距离应确定为65km。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 6.2 6.2 WDM+EDFA数字光纤链路数字光纤链路 光光波波分分复复用用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing）技技术术是是高高速速全全光光通通信信中中传传输输容容量量潜潜力力最最大大的的一一种种多多信信道道复复用用方方式式。它它可可以以在在一一根根光光纤纤中中传传输输多多个个波波长长的的光光信信号号。其其基基本本原原理理是是在在发发送送端端将将不不同同波波长长的的光光信信号号组组合合起起来来，耦耦合合到到光光缆缆线线路路中中在在同同一一根根光光纤纤上上传传输输，在在接接收收端端将将组组合合的的光光波波长长分分开开，不同波长的信号送入不同的终端。不同波长的信号送入不同的终端。EDFAEDFA是是这这种种多多波波长长系系统统走走向向实实用用化化的的关关键键技技术术，它它可可以在几个太赫兹的波长范围内同时给多个波长提供增益。以在几个太赫兹的波长范围内同时给多个波长提供增益。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 1.1.波分复用系统的基本形式波分复用系统的基本形式 WDMWDM系统的组成结构基本上有以下两种形式。系统的组成结构基本上有以下两种形式。1)1)多路复用双纤单向传输多路复用双纤单向传输 如如图图示示，N N个个不不同同波波长长的的发发送送机机经经过过复复用用器器M M耦耦合合到到一一根根光光纤纤中中进进行行传传输。在接收端经过解复用器输。在接收端经过解复用器D D把不同波长分离开，送到不同的光接收机。把不同波长分离开，送到不同的光接收机。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 2)2)光双向单纤传输光双向单纤传输 如如图图所所示示，在在一一根根光光纤纤中中实实现现两两个个方方向向信信号号的的同同时时传传输输。MDMD是是具具有有波波长长选选路路功功能能的的复复用用/解解复复用用器器。其其中中1 1和和2 2是是两两个个不不同同方方向向的的光光信信号号。也也可可以以实实现现1 1,，n n为为一一个方向，而个方向，而n+1n+1，,2n2n为另一个方向的多波长双向传输。为另一个方向的多波长双向传输。T1R1MDR1T2MDl1l2l1l2l1l2第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 根据波分复用器和系统应用需求的不同，可以复用的波长数也不同，可分为三类：l稀疏或粗波复用CWDM，通道数28个，通道间隔10100nm；l密集波分复用DWDM，通道数832个，通道间隔110nm，现在商用系统较多使用8个、16个和32个复用通道；l致密波分复用或称光频分复用OFDM，通道数401000个，通道间隔0.11nm，是进一步发展的方向。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 2.2.波分复用系统的技术波分复用系统的技术特点特点 (1)(1)提提高高了了光光纤纤的的频频带带利利用用率率。过过去去的的通通信信系系统统只只能能在在一一根根光光纤纤中中传传输输一一个个光光波波长长的的信信号号，但但光光纤纤本本身身在在长长波波长长区区具具有有很很宽宽的的低低损损耗耗区区，而而波波分分复复用用技技术术提提高高了了低低损损耗耗区区的利用率，降低了传输成本。的利用率，降低了传输成本。(2)(2)对对不不同同的的信信号号具具有有很很好好的的兼兼容容性性。利利用用WDMWDM技技术术，不不同同性性质质的的信信号号（音音频频、视视频频、数数据据、文文字字、图图像像等等）可可以以调调制制在在不不同同的的波波长长上上，各各个个波波长长相相互互独独立立，对对数数据据格格式式、速率的传输是透明的，因此可以同时进行传输。速率的传输是透明的，因此可以同时进行传输。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 (3)(3)节节约约投投资资。可可以以实实现现单单根根光光纤纤的的双双向向传传输输，对对于于全全双双工工通通信信可可以以节节约约大大量量的的线线路路资资源源，并并且且如如果果现现有有线线路路的的富富余余度度允允许许，可可以以在在现现有有的的线线路路上上方方便便地地实实现现扩扩容容，而而不必对原系统做较大改动。不必对原系统做较大改动。(4)(4)降降低低光光电电器器件件的的超超高高速速要要求求。使使用用WDMWDM技技术术，可可适适当降低对器件高速响应的要求而同时又实现大容量传输。当降低对器件高速响应的要求而同时又实现大容量传输。(5)(5)可可以以灵灵活活组组网网。使使用用WDMWDM技技术术选选路路，可可以以在在不不改改变变光光纤纤设设施施的的条条件件下下，调调整整光光通通信信系系统统的的网网络络结结构构，在在通通信信网网设设计计中中具具有有灵灵活活性性和和自自由由度度，便便于于对对系系统统功功能能和和应应用用范范围的扩展。围的扩展。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 3.WDM3.WDM系统的基本结构系统的基本结构 实实际际的的WDMWDM系系统统主主要要由由五五部部分分组组成成：光光发发射射机机、光光中中继继放放大大、光接收机、光监控信道和网络管理系统光接收机、光监控信道和网络管理系统，如下图所示。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 光发射机光发射机光发射机光发射机位于WDM系统的发送端。在发送端首先将来自终端设备(如SDH端机)输出的光信号，利用光转发器光转发器(OTU)(OTU)把符合ITU-T G.957建议的非特定波长的光信号转换成符合ITU-T G.692建议的具有稳定的特定波长的光信号。OTUOTUOTUOTU对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的SDH信号，其输出端满足G.692的光接口，即标准的光波长和满足长距离传输要求的光源；利用合波器合成多路光信号；通过光光功率放大器功率放大器(BA(BA：Booster Amplifier)Booster Amplifier)放大输出多路光信号。要求：发光波长可调，稳定性高，谱线窄，消光比高，输出功率可调控。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 用掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)(EDFA)对光信号进行中继放大中继放大。在应用时可根据具体情况，将EDFA用作“线线放放(LA(LA：Line Line Amplifier)Amplifier)”,“功放功放(BA)(BA)”和“前放前放(PA(PA：Preamplifier)Preamplifier)”。在WDM系统中，对EDFA必须采用增增益益平平坦坦技技术术，使得EDFA对不同波长的光信号具有接近相同的放大增益。与此同时，还要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种情况，保证光信道的增益竞争不影响传输性能。在接收端，光光前前置置放放大大器器(PA)(PA)放大经传输而衰减的主信道光信号，分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵灵敏敏度度、过过载载功功率率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的带宽。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 光光监控信道监控信道(Optical Supervisory Channel)(Optical Supervisory Channel)的主要功能是：的主要功能是：监监控控系系统统内内各各信信道道的的传传输输情情况况，在在发发送送端端，插插入入本本节节点点产产生生的的波波长长为为s(1510nm)s(1510nm)的的光光监监控控信信号号，与与主主信信道道的的光光信信号号合合波波输输出出；在在接接收收端端，将将接接收收到到的的光光信信号号分分离离，输输出出s(1510nm)s(1510nm)波波长的光监控信号和业务信道光信号。长的光监控信号和业务信道光信号。帧帧同同步步字字节节、公公务务字字节节和网网管管所所用用的的开开销销字字节节等等都都是是通通过过光光监控信道来传送的。监控信道来传送的。网网网网络络络络管管管管理理理理系系系系统统统统通过光监控信道物理层传送开销字节到其他节点或接收来自其他节点的开销字节对WDM系统进行管理，实现配配置置管管理理、故故障障管管理理、性性能能管管理理和和安安全全管管理理等功能，并与上层管理系统相连。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 目目 前前 国国 际际 上上 已已 商商 用用 的的 系系 统统 有有：42.5Gb/s(10Gb/s),82.5Gb/s(20Gb/s),162.5Gb/s(40Gb/s),402.5Gb/s(100Gb/s),3210 Gb/s(320 Gb/s),4010 Gb/s(400 Gb/s)。实实验验室室已实现了8240Gb/s(3.28Tb/s)的速率，传输距离达3100km=300km。OFC2000(Optical OFC2000(Optical Fiber Fiber Communication Communication Conference)Conference)提提供的情况有：供的情况有：Bell Bell Labs:Labs:82路40 Gb/s=3.28Tb/s在3100 km=300 km的True Wave(商标)光纤(即G.655光纤)上，利用C和L两个波带联合传输；日日本本NEC:NEC:16020 Gb/s=3.2 Tb/s，利用归零信号沿色散平坦光纤，经过增益宽度为64 nm的光纤放大器，传输距离达1500 km;第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 日日本本富富士士通通(Fujitsu):(Fujitsu):128路10.66Gb/s，经过C和L波带注：C波带为 1525 1565nm，L波 带 为 1570 1620nm。用 分 布 喇 曼 放 大(DRA:Distributed Raman Amplification),传输距离达6140km=840km 日日本本NTTNTT30路42.7Gb/s，利用归零信号，经过增益宽度为50nm的光纤放大器，传输距离达3125 km376 km 美美国国Lucent Lucent Tech:Tech:100路10 Gb/s=1 Tb/s，各路波长的间隔缩小到25GHz,利用L波带，沿NZDF光纤(G.655光纤)传输400km 美美国国MciworldcomMciworldcom和和加加拿拿大大Nortel:Nortel:100路10Gb/s=1Tb/s，沿NZDF光纤在C和L波带传输4段，约200km 美美国国Qtera Qtera 和和Qwest:Qwest:两个波带4路10Gb/s和2路10Gb/s沿NZDF光纤传输23105km=2415km,这个试验虽然WDM路数不多，但在陆地光缆中却是最长距离。第第6 6章章 光纤通信系统及设计光纤通信系统及设计 4.4.复用、解复用技术复用、解复用技术 合合波波和和分分波波技技术术是是核核心心，其其好好坏坏直直接接复复用用系系统统的的性性能能，必须选用性能优良的复用器和解复用器。共同要求：必须选用性能优良的复用器和解复用器。共同要求：l插入损耗小，各通道间损耗平坦均匀，通光比高；插入损耗小，各通道间损耗平坦均匀，通光比高；l复用通路数复用通路数N N多，密集度高，通道间串扰小；多，密集度高，通道间串扰小；l通道中心波长、通道带宽和通道间间隔稳定性高。通道中心波长