光纤通信教学课件作者张丽华第6章节光纤通信系统设计课件

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1、第6章光纤通信系统设计6.1概述6.2工作波长与光器件的选择6.3中继距离的计算任何复杂的光纤通信系统，它的基本单元都是点对点传输链路，点对点系统主要由三部分构成，即光发送端机、光纤线路和光接收端机。每部分又由许多光及电的元件组成，且各种元件之间的组合又非常多。考虑在实际应用中对系统的要求极为广泛，因此笼统地讨论光纤系统的设计是非常困难的。设计一个光纤通信系统时，必须满足以下的基本要求：（1）达到预期的传输距离；（2）满足光纤传输容量；（3）满足系统的传输性能要求；（4）系统的安全性、可靠性以及价格、经济等因素；（5）可持续性；即在满足系统基本要

2、求的同时，还应该考虑到系统的结构、规模、容量能否满足未来若干年发展的趋势。6.1概述上述要求能否全部满足或首先应保证哪些指标，还取决于实际情况，在设计中具体考虑的因素主要包括以下几个方面。(1)光缆的路由选择：路由的确定，中继距离的计算，中继站址的选择等。(2)通路组织及系统的配置：传输路数的计算、分路、转接的考虑，备用、监控系统的安排等。(3)指标的确定和分配：误码率和相位抖动的确定和分配。(4)光缆的选择和端机等设备的选型。(5)供电方式的选择。(6)机房安装设计，等等。对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任务是根据用户对传输距离和传输容量

3、（话路数或比特率）及其分布的要求，按照国家相关的技术标准和当前设备的技术水平，经过综合考虑和反复计算，选择最佳路由和局站设置、传输体制和传输速率以及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标，以使系统的实施达到最佳的性能价格比。在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距离，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。中继距离的设计有三种方法：最坏情况法(参数完全已知)、统计法(所有参数都是统计定义)和半统计法(只有某些参数是统计定义)。这里采用最坏情况设计法，用这种方法得到的结果，设计的可靠性为100％，但要牺牲可能达到

4、的最大长度。下面选择性介绍一些有关的设计问题。光纤通信系统设计，要求充分地利用光纤的带宽资源，发挥光纤通信宽带、长距离传输的优势。系统工作波长和光器件的选择是光纤通信系统设计的首要问题。6.2.1工作波长与光纤的选择1.工作波长的选择工作波长可通过通信距离和容量来确定。短距离、小容量的系统一般选择0.85μm及1.31μm波长，反之选择1.31μm和1.55μm的长波长。同时，工作波长的选择与光纤和光源的选择是息息相关的。若传输码速高，可选用其中1．31μm的单模光纤。因为1．31μm石英光纤色散为零。色散小，信号经传输以后波形畸变就小，码元之间

5、彼此重叠造成码间干抚的情况就不严重。6.2工作波长与光器件的选择WDM系统中，在选择了工作波长后，还要考虑波长分配和通道间隔。一般的WDM系统，ITU-TG．692给出了以193．1THz为标准频率、间隔为100GHz的41个标准波长(192．1～196．1THz)，可供选择。但在实际系统中，考虑到系统扩容的需求，同时采用了级联的EDFA引起增益不平坦，可选用的增益区很小。目前实用化WDM系统通常选择1.548～1.560μm波长区的16个波长。另外还要考虑能否得到所选波长的光器件和光纤等元器件，并且在质量、价格及可靠性等方面都能满足要求。2.光

6、纤的选择光纤的种类繁多，其中单模光纤由于其只传一种模式，无模式色散，故适于工作在长距离、高码速情况；但是芯径细，连接时较多模光纤困难。多模光纤有模式色散，故色散较单模光纤大，不适于工作在长距离、高码速的情况；但它芯径较粗，便于接续。应用于通信领域的光纤类型有G．652光纤、G．653光纤、G．654光纤和G．655光纤。G．652光纤是目前大量敷设的光纤，在1.31μm波段性能最佳，但它工作在1.55μm波段时，色散较为严重，限制了高速率系统的传输距离。G．653光纤在1.55μm波段性能最佳，是TDM方式的最佳选择。但因出现四波混频效应，限制了

7、它在波分复用方面的应用。G．655光纤同时克服了G．652光纤在1.55μm处色散受限和G．653光纤在1.55μm处出现四波混频效应的问题，故最适合于WDM系统。6.2.2光器件的选择1.光电检测器的选择PIN光电二极管的优点是偏压电路简单，噪声小、温度特性稳定、价格便宜，但接收灵敏度不高。因此，PIN光电二极管只能用于较短距离的光纤通信。对于APD管，由于偏压高，故偏压电路较PIN管的偏压电路复杂，价格亦高。但是APD管的光接收机灵敏度高，可以检测极其弱小的信号。究竟选用PIN还是APD，应参考在给定BER下的PIN和APD接收机接收灵敏度与

8、码速的关系，根据系统的码速及传输距离来决定。此外还得考虑它们的可靠性、稳定性、使用方便及价格上的差别。一般讲，长距离、大容量的系统中采用