最新8-光纤通信系统性能与设计详解教学讲义ppt.ppt

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1、8-光纤通信系统性能与设计详解将一个用户的信息传送给另一个用户的全部设备及线路通称为通信系统。最基本的光纤通信系统是由光发送机、光接收机、光纤传输线路、光中继器和各种无源光器件组成的信息传输系统。光纤通信系统的分类：根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型、信号的调制方式、光接收方式的不同，光纤通信系统可分成:§8.1光纤通信系统的概念光纤通信系统可分成:分类方式类别特点按信号类型数字光纤通信抗干扰能力强，传输质量好模拟光纤通信对系统要求高，适用于图像传输按光波长（通道）个数单波长（通道）技术难度小，应

2、用成熟多波长（WDM）传输容量大，距离远按调制方式直接强度调制IM技术成熟，成本低外调制高速传输，成本较高按接收方式直接检测DD技术成熟，成本低，效率高相干调制CD灵敏度高，传输容量大，距离远按光纤特性多模光纤MMF采用850nm波长，距离短单模光纤SMF采用1310/1550nm波长，传输容量大，距离远调制技术：直接强度调制/间接调制直接调制(IM)的设备简单、成本低、容易实现。间接调制速度高，调制对光源的工作不产生影响，但设备较为复杂。驱动电路耦合器调制器光源电信号输入光信号输出光传输部分光纤传输特性主要

3、包括损耗、色散和非线性三个方面。光纤通信系统对光纤传输特性总的要求是有尽可能低的损耗和尽可能小的色散光放大器：将接收到的微弱光比特流信号直接放大而不需将其转换为电信号，克服了光纤的损耗对系统性能的影响。（色散和非线性特性）光-电-光中继：实际上是一个接收机一个发送机对，它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复原光比特流继续沿光纤传输。（电子瓶颈）光纤放大器：作为光直接放大中继器，通过光纤传输后衰减的光信号可用光纤放大器直接放大继续向前传输，以达到长距离通信的

4、目的。光接收部分光电检波器要求有高的响应度、低噪声和快的响应速度。PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD短波长段：Si-APD长波长段：Ge-APD；InGaAsP-APD；PIN接收方式：直接检波方式/外差检测（波）方式直接检波(DD)的设备简单、经济，是当前实用光纤通信系统普遍采用的接收方式。外差检测（波）方式(CD)能大幅度提高光接收机的灵敏度，但设备比较复杂，对光源的频率稳定度和光谱宽度要求很高。解调器光电检测器耦合器光信号输入电信号输出光纤传输特性对系统的影响损耗由于损耗效应，使信号光强度大大减弱，

5、低于接收探测器的灵敏度后系统不能正常工作。可以通过光放大技术进行补偿。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。对于高速率的系统（10Gb/s及以上）要实现长距离传输，必须采用色散补偿技术。色散补偿光纤(DCF)补偿法、啁啾光纤光栅(DCG)补偿法。光纤传输特性对系统的影响非线性效应FWM、XPM只有多信道系统才能产生。SBS、SPM在单信道、多信道系统中都会存在。损耗由于损耗效应，使信号光强度大大减弱，低于接收探测器的灵敏度后系统不能正常工作。可以通过光放大技术进行补偿。1）吸收损

6、耗：主要有三种因素：玻璃组成中的原子缺陷、杂质原子非本征吸收、基本组成原子的本征吸收。（1）玻璃组成中的原子缺陷玻璃结构中的分子缺损、原子团高密度聚集、氧原子缺损等等。值得注意的是：辐照条件会增加原子缺陷（2）杂质吸收由于一般光纤中含有铁、镍、铜、锰、铬、钒、铂等过渡金属和水的氢氧根离子，这些杂质造成的附加吸收损耗称为杂质吸收。金属离子含量越多，造成的损耗就越大。降低光纤材料中过渡金属的含量可以使其影响减小到最小的程度（目前，光纤中杂质吸收主要由于水的氢氧根离子的振动）。（3）本征吸收光纤材料的固有吸收叫做本

7、征吸收，它与电子及分子的谐振有关。对于石英(SiO2)材料，固有吸收区在红外区域和紫外区域。紫外区中心波长在0.16μm附近，尾部拖到lμm左右，已延伸到光纤通信波段(即0.8μm～1.7μm的波段)。在短波长范围内，引起的光纤损耗小于1dB／km。在长波长范围内，引起的光纤损耗小0.1dB／km。红外区的中心波长在8μm～12μm范围内，对光纤通信波段影响不大。对于短波长不引起损耗，对于长波长光纤引起的损耗小于1dB/km。2）散射损耗主要是由折射率的微小变化引起的瑞利散射引起的损耗。材料密度微观变化、成分

8、的起伏、结构上的不完善和制造过程中的缺陷均会引起折射率的起伏。瑞利散射损耗对光纤来说是其本身固有的，因而它确定了光纤损耗的最终极限。在1.55m波段，瑞利散射引起的损耗仍达0.12~0.16dB/km，是该段损耗的主要原因。3）弯曲损耗辐射损耗又称弯曲损耗，包括两类：一是弯曲半径远大于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯。宏弯损耗定性解释：导模的部分能量在光纤包层中（消失场拖尾）于纤芯中的