光纤通信原理第九章光纤通信系统设计

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1、第九章光纤通信系统设计9.1概述9.2模拟光纤通信系统9.3数字光纤通信系统9.1概述光纤通信系统根据传送的信号可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。随着光纤通信技术的进步，系统的传输容量(速率)越来越高。系统设计的任务是：遵循建议规范，采用先进、成熟技术，综合考虑系统经济成本，合理地选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。它与工程设计主要区别在于［9］：首先系统设计与工程设计的区别表现在复杂程度上。其次系统设计与工程设计的区别表现在它们的任务不同。9.2模拟光纤通信系统模拟光纤通信系统多采用副载波复用技术。所谓

2、副载波是指射频电磁波，以区别于光调制时的光载波。副载波调制的电视系统框图如图9.1所示。图9.1副载波复用模拟电视传输系统9.2.1系统主要性能指标作为残留边带调幅的副载波光纤传输系统，其主要指标有：载噪比(CarrierNoiseRatio，CNR)、组合二阶互调失真(CompositeSecondOrderintermodulation，CSO)、组合三阶差拍失真(CompositeTripleBeat，CTB)。1.载噪比载噪比(CNR)是在规定的带宽内一个频道中的载波功率(C)与噪声功率(N)之比，一般以dB作单位。定义式为：

3、前置放大器的热噪声所决定的(CNR)T为：(CNR)T与输入功率的平方成正比，即输入功率增加1dB，(CNR)T增加2dB。光电转换散弹噪声决定的(CNR)q为：(CNR)q与接收机输入功率成正比，输入功率增加1dB，(CNR)q增加1dB。激光器相对强度噪声决定的(CNR)RIN为：(CNR)RIN与光接收机的接收功率无关。2.非线性失真设N个频道的载波幅度均为I，频率分别为ωj，初始相位为θj，则激光器的驱动电流i(t)为：此时激光器的输出功率为：P(t)=P(i)P(i)为非线性函数，且在Ib附近连续可导，因此可以将激光器输出功率在

4、偏置点Ib附近展开为泰勒级数：式中：P0为对应偏置点i=Ib时的直流光功率，对式（9-15）做三角函数展开可以得到：k=1时，频率仍为ωj(j=1，2，3…N)，对应的是线性放大部分。k=2时，对应二阶失真。k=3时，对应三阶失真。9.2.2传输距离设计直接强度调制光纤电视传输系统的传输距离绝大多数是损耗限制系统。根据发射功率、接收机灵敏度、线路损耗和分光器损耗可以计算出传输距离L：式中：P0为光发送机发射光功率(dBm)，Pr为接收机的最低接收光功率(dBm)，M为系统富余量(dB)；α为光缆线路每公里的损耗(包括每公里光纤损耗、光纤

5、接头损耗、光纤活动连接器的损耗，单位为dB/km)；Ai为分光器插入损耗(dB)；Ad为分光器分光损耗(dB)。如果单从满足系统的传输带宽来考虑，只要系统要求的带宽不大于单模光纤可提供带宽即可，此时系统的最大传输距离为：式中：D为单模光纤的色散系数；Δλ为光源的谱线宽度；B为系统传输信号带宽。9.3数字光纤通信系统(1)抗干扰能力强，传输质量好。(2)可以再生，传输距离远。(3)数字系统采用大量的数字电路，容易集成，采用超大规模集成电路芯片使数字设备体积小，功耗低。9.3.1主要性能指标数字光纤通信系统的性能主要包括误码性能、抖动性能和

6、系统的可靠性。1.参考模型［13］(1)假设参考通道(2)假设参考数字段两个相邻数字配线架之间(或等效设备之间)用来传送一种规定速率的数字信号的全部装置构成一个数字段。2.误码特性(1)误码概念误码就是经接收判决再生后，数字码流的某些比特发生了差错，使传输信息的质量产生了损伤。①内部机理产生的误码它包括各种噪声源产生的误码；定位抖动产生的误码；复用器、交叉连接设备和交换机的误码。②脉冲干扰产生的误码一些具有突发性质的脉冲干扰如外部电磁干扰、静电放电、设备故障、电源瞬态干扰和人为活动会产生误码。(2)误码性能事件误码性能事

7、件是导出误码性能参数的基础，G.826建议是以块差错(误块)事件为基础的规范，它规范的是运行在基群和基群以上速率数字通道的误码性能事件、参数和指标。(3)误码性能指标①端到端指标需要说明的是SES事件并不总是孤立的事件，它可能会连续地发生SES。n个连续的SES与n个孤立的SES对用户感到的性能会产生很不相同的影响。运行在G.826所包括的速率下的通道是由传输系统(数字段)来承载的。误码性能指标如何应用到系统设计，目前ITU-T还没有建议。3.抖动和漂移特性(1)抖动和漂移的概念定时抖动对网络的性能损伤表现在下面几个方面：①对数

8、字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机相位抖动使恢复后的样值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，形成所谓抖动噪声；②在再生器中，定时的不规则性使有效判决偏离接收眼图的