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1、光纤色散对光纤通信系统中继距离主要影响分析摘要:光纤色散是影响高速光纤通信系统中继距离的主要因素.本文从光纤色散原理出发,定性和定量分析了光纤色散对光纤通信系统中继距离主要影响,并给出了色散受限系统中继距离的计算方法.关键词:光纤通信光纤色散码间干扰光中继中图分类号:TN929文献标识码:A文章编号:1673—1131(2OO8)O2一O15-02一日U吾在光纤通信系统中,影响中继距离的主要因素有光纤的损耗,色散以及光纤的非线性折射率效应等.在低速光纤通信系统中,损耗是限制光通信系统中继距离的主要因素.光
2、纤的非线性折射率效应一般只在密集波分复用系统中对系统的中继距离产生限制作用,当光纤通信系统中波分复用的信道数不多时,非线性折射率效应对系统中继距离的限制很小.色散是光纤的基本属性之一,色散和系统所使用的激光器的谱宽,系统的信息传输速率等因素有关.色散随激光器谱宽和信息传输速率的增加而增加,在高速(2.5Gb/s以上)光纤通信系统中,光纤色散是限制光纤通信系统中继距离的主要因素.二光纤色散原理光信号在光纤中传输中,由于各个不同频率成分的光信息在光纤中传输速率的不同,会引起光脉冲的展宽,由于光脉冲的展宽,会使
3、得信息在传输一段距离后,在脉冲的展宽达到一定程度时,就会引起相邻脉冲间的相互干扰,使得接收机误码率上升.从机理上说,光纤中的色散可分为模式色散,材料色散,波导色散和偏振模色散.1)模式色散:光纤中携带同一个频率信号能量的各种模式成分在传输过程中由于不同模式的时间延迟不同而产生信号脉冲的展开.模式色散只在多模光纤中存在2)材料色散:由于光纤纤芯材料的折射率随频率变化,使得光纤中不同频率的信号分量具有不同的传播速度而引起的色散3)波导色散:光纤中具有同一个模式但携带不同频率的信号因为不同的传播群速度而引起的色
4、散;4)偏振模色散:在单模光纤中真正传输的是两相互垂直的级化模式(偏振),在理想光纤状况下,这两个偏振模式在光纤中的传输速率应该是相同的,但是由于光纤在制造工艺上的偏差,使得光纤的中心聚焦特性不好,造成了两个偏振模式传输速率的不同,造成了光脉冲的展宽.偏振模色散和前三种色散有极大的不同,具有随机统计特性和光纤传输距离的平方根成正比,偏振模色散只在光纤中传输速率达到一定程度时(10Gb/s以上)才会给光传输系统中继距离产生影响.材料色散和波导色散总称为色度色散(CD:ChromaticDispersion)
5、,常简称为色散.从基本原理上来说,它是传播时延随波长(频率)变化产生的结果.数学上光纤的色散效应可以通过在中心角频率.处展开传输常数来描述:()=()竺=.+i(一.)+12(—.)+…(1)式中C为真空中的光速,n()为光纤的折射率,为角频率,=(-1,2,…(2)参量,:和折射率1"1有关,===丢(+CO)CVC,=dO)=(2+)㈤cL斗)式中,n是群折射率,v是群速度,光脉冲包络以群速度运一一:黪粟小玲朱春祥/光纤色散对光纤通信系统中继距离主要影响分析15抽f.nation&G.mmi.
6、嬲动.C为光在真空中的速率为3×105(km/s),参量:表示群速度色散(GVD),与脉冲展宽有关,(m>3)表示高阶色散.所以,在对光纤色散的研究中,主要关心其参量.在一般的文献中,通常用光纤的色散系数D来衡量光纤的色散大小,单位为ps/(rim.km),D和:的关系如式(5)所示:.::一:'在我们最常用的G.652中,其零色散波长范围为:1300nm~1324nm,但是在这个波长范围内,其损耗系数比较大,达到0.36dB/krn,而在低损耗的1550nm窗口处,其色散系数要达到17~18ps/
7、(nm.km).G.654光纤在1550nm处的色散系数和G.652光纤相当.三,光纤色散对中继距离主要影响光纤的色散会带来光脉冲的展宽,由此会引起光纤通信系统的传输损伤,在光纤通信系统中,光纤色散所产生的主要系统损伤有:码问干扰,模分配噪声和啁啾噪声.3.1码间干扰码问干扰是因为光纤色散对系统光脉冲展宽后,引起的相邻脉冲间的干扰现象,如图1所示.输出——+图1由于光纤色散所引起的码间干扰示意图对色散引起的码间干扰的大小通常用码间干扰等效功率代价来衡量:=5log0+2)(6)==××l07//~=DL(
8、8)在(6)~(8)中,仃是脉冲均方展宽值,B是线路信号比特率(Mbit/s),L是光纤长度(km),5是光源均方根谱宽(nm).按照ITU_TG.957标准,当选择功率代价为2dB时,根据式(6)可以算出,£为0.491,在按照(7)和(8)式可以算出由于码间干扰所限制的系统中继距离的值.3.2模分配噪声模分配噪声和光通信系统所使用的光源有关.系统中所使用的激光器虽然总功率是一定的,但是由于光源具有一定的谱宽,各个谱线的功率