【光纖通信技術第七章】幻燈片講義wenkub

1、光纖通信技術第章王發強王發強信息光電子科技學院信息光電子科技學院華南師范大學華南師范大學光纖通信系統的性能與設計光纖通信系統的性能與設計第章光纖通信系統的性能與設計光纖通信系統結構光纖損耗對系統的限制光纖色散對系統的限制光纖中的非線性光學效應對系統的影響信道串擾光纖通信系統設計中的功率預算．預期或可能的傳輸距離．數據速率或信道帶寬；．誤碼率BER。設計個系統時所必須考慮的：多模光纖或單模光纖a纖芯尺寸b纖芯折射率剖面c帶寬或色散d損耗e數值孔徑或模場直徑為了滿足這些要求，設計人員可以選擇下面的器件及其相關的特性參量：LED或半導體激光器光源a發射波長b譜線寬度c輸出功率d有效輻射區e發射方向圖f發射模式數量PIN或雪崩光電極管a響應度b工作波長c速率d靈敏度確定波長：短距離，nm長距離，nm，nm確定光電檢測器：PIN，APD，參考圖確定光源選擇合適的光纖系統考慮光纖通信系統結構n光纖通信系統的主要組成單元：n光纖n光器件n光發送機n光接收機n光放大器n根據光纖系統的應用可分為n點到點連接n廣播和分配網n局域網RxTxRxRxTxTx再生器再生器RxTxAA放大器放大器采用再生器和光放大器作為周期性損耗補償的點到點連接采用再生器和光放大器作為周期性損耗補償的點到點連接再生器再生器放大器放大器光發送機光發送機光發送機光發送機光接收機光接收機光接收機光接收機點到點的傳輸系統光光電電光中繼：光中繼：實際上是個接收機個發送機對，它實際上是個接收機個發送機對，它將檢測到的微弱變形光信號，變為電信號，經放大整將檢測到的微弱變形光信號，變為電信號，經放大整形后變成規則的電比特流，再調制光發送機，恢復原形后變成規則的電比特流，再調制光發送機，恢復原光比特流繼續沿光纖傳輸。光比特流繼續沿光纖傳輸。光放大器：光放大器：將接收到的微弱光比特流信號直接放大而將接收到的微弱光比特流信號直接放大而不需將其轉換為電信號。不需將其轉換為電信號。R光放大器不能無限制級聯光放大器不能無限制級聯，因為色散導致的脈沖畸變，因為色散導致的脈沖畸變最終限制了系統的性能最終限制了系統的性能。光光電電光再生中繼則不存在這光再生中繼則不存在這種問題。種問題。點到點的傳輸系統n利用光纖的低損耗寬帶寬特點n性能指標：比特率－距離積BLnBL積與光纖損耗和色散特性有關，而光纖特性又與波長有關，所以BL積與波長有關。n第代光波系統:?m,BL積Gb/skmn第代光波系統：?m,BL積Gb/skmn第代光波系統：?m,BL積Gb/s。

2、別是高功率極管泵浦激光器的迅猛發展，又為FRA的實現奠定了堅實的基礎。n人們對FRA的興趣來源于這種放大器可以提供整個波長波段的放大。通過適當改變泵浦激光波長，就可以達到在任意波段進行寬帶光放大，甚至可在～nm整個波段內提供放大。光纖拉曼放大器光纖光纖a無泵激光的無泵激光的nm傳輸傳輸光功率光功率dB波長波長nm波長波長光功率光功率dBnmnm光纖光纖b有泵激光的有泵激光的nm傳輸傳輸nm經光纖傳輸經光纖傳輸衰減的光衰減的光nmnm如果個弱信號和個強泵浦如果個弱信號和個強泵浦光同時在光纖中傳輸，并使弱光同時在光纖中傳輸，并使弱信號波長置于泵浦光的拉曼增信號波長置于泵浦光的拉曼增益帶寬內，則弱信號即可被放益帶寬內，則弱信號即可被放大。這種基于大。這種基于SRS機制的光放機制的光放大器稱為光纖拉曼放大器大器稱為光纖拉曼放大器FRA。FRA原理簡介：原理簡介：?物理機制：物理機制：光纖拉曼散射效應SRS個入射光子個入射光子pump的湮的湮滅，產生個下移滅，產生個下移stokes頻率的光子和另個具有相頻率的光子和另個具有相當能量和動量的光學光子當能量和動量的光學光子pump光子相差光子相差stokes頻率的信號光子，頻率的信號光子，經受激散射過程被放大經受激散射過程被放大FRA是靠非線性散射實現放大功是靠非線性散射實現放大功能，不需要能級間粒子數反轉能，不需要能級間粒子數反轉光纖拉曼放大器原理簡介光纖拉曼放大器原理簡介?頻率為頻率為?p和和?s的泵浦光和信號光的泵浦光和信號光通過耦合器輸入光纖，當這兩束通過耦合器輸入光纖，當這兩束光在光纖中起傳輸時，泵浦光光在光纖中起傳輸時，泵浦光的能量通過的能量通過SRS效應轉移給信號效應轉移給信號光，使信號光得到放大。光，使信號光得到放大。?峰值增益頻移：～峰值增益頻移：～?反向泵浦為主，也可同向泵浦反向泵浦為主，也可同向泵浦?支撐技術支撐技術:??nm的大功率泵的大功率泵浦激光器，目前以取得實用化浦激光器，目前以取得實用化光纖拉曼放大器原理簡介光纖拉曼放大器原理簡介PropertiesofRamanScatteringinFibers特性：特性：?在所有類型光纖中都會發生在所有類型光纖中都會發生?峰值增益頻移峰值增益頻移~THz。

3、量子極限。由表我們明顯看到了靈敏度與光波長和傳輸速率的關系。??bnhcf實際光接收機的靈敏度影響實際光接收機靈敏度的因素很多，計算也分復雜，這里只作簡要介紹。利用誤碼率的公式可以計算最小平均接收光功率。為此，應建立超擾比Q與入射光功率的關系。在發“”碼的情況下，入射信號的光功率P=，輸出光電流I=。在發“”碼的情況下，入射信號的光功率P和光電流I的關系為I=gρP=gρ〈P〉式中，g為APD倍增因子對于PINPD，g=，ρ為光檢測器的響應度，〈P〉=P+P/為“”碼和“”碼的平均光功率。在放大器輸出端“”碼的平均電流Im=IA，A為放大器增益，利用式和式得到Q=給定Q值，便得到限定誤碼率的最小平均接收光功率NNApg????AgNNQP?min????式中，N和N分別為傳輸“”碼和“”碼時的平均噪聲功率。如前所述，在略去暗電流的情況下，N=NA+ND式中，NA是前置放大器的平均噪聲功率，如式~式所示；ND是在放大器輸出端光檢測器的平均噪聲功率，ND=〈iq〉A，〈iq〉為均方量子噪聲電流，如式和式所示。對于PIN光電極管，NDNA，g=，式可以簡化為P〉min=??AAnQANQ?式中nA=NA/A是折合到輸入端的放大器噪聲功率。設PINPD光接收機的工作參數如下：光波長λ=μm，傳輸速率fb=，光電極管響應度ρ=，互阻抗前置放大器FET的nA≈。要求誤碼率Pe=，即Q=，由式計算得到〈P〉min=。W，Pr=dBm。這樣計算光接收機的靈敏度是種粗略的方法，其中沒有考慮下列因素：波形引起的碼間干擾的影響；均衡器頻率特性的影響；光檢測器暗電流和信號含直流光的影響。這些使靈敏度降低的影響，般不能忽略。Personick考慮了上述因素，提出了套修正參數，國際電報電話咨詢委員會CCITT采納了這種方法，并加以修改和推薦，在國內外獲得廣泛應用。由于計算復雜，這里省略不作介紹。圖曲線。圖中誤碼率限定為。，假設光檢測器量子效率η=，附加噪聲系數x=，暗電流id=nA，滾降因子β=，相對脈沖展寬σ/T=。由圖可見，在限定誤碼率的條件下，決定光接收機靈敏度的主要因素是傳輸速率和光檢測器前置放大器的特性，特別是噪聲特性。作為例子，圖長波長系統的實測誤碼率和平均接收光功率的關系。圖典型短波長光接收機靈敏度與傳輸速率的關系的關系－－－－－－－－fb/Mb。s－Pr/dBmPINBJPINFETAPDBJAPDFET放大器是個普通的寬帶高增益放大器，由于前置放大器輸出信號幅度較大，所以主放大器的噪聲通常不必考慮。主放大器般由多級放大器級聯構成，其功能是提供足夠的增益A，以滿足判決所需的電平Im。Im=IA，利用式得到A=式中，g為APD倍增因子，ρ為光檢測器的響應度，〈P〉為“”碼和“”碼的平均光功率。主放大器的另個功能是實現自動增益控制AGC，使光接收機具有定的動態范圍，以保證在入射光強度變化時輸出電流基本恒定。??pgIm?動態范圍DR的定義是：在限定的誤碼率條件下，光接收機所能承受的最大平均接收光功率〈P〉max和所需最小平均接收光功率〈P〉min的比值，用dB表示。根據定義DR=lg【光纖通信技術第七章】幻燈片講義wenkub。

4、臨時性重要事件如運動會發生地震等迅速提供通信電路；當網絡發生故障如某些干線中斷時，能迅速提供網絡的重新配置；根據業務流量的季節變化使網絡配置最佳化；當網絡中混合使用PDH和SDH時，可作為PDH與SDH的網關。SDHSDH可用于點對點傳輸圖鏈形網圖和環形網圖。SDH環形網的個突出優點是具有“自愈”能力。當某節點發生故障或光纜中斷時，仍能維持定的通信能力。所以，SDH環網目前得到廣泛的應用。當然，SDH通過ADM和DXC等網絡單元可以構成更為復雜的網形網如圖所示。這種SDH網絡的主要特點是端到端之間存在條以上的路徑，可同時構成條以上的傳輸通道，通過DXC的靈活配置，使網絡具有更好的抗毀性和更高的可靠性。圖SDH用于點對點傳輸SDHTM…SDHTM…支路信號支路信號再生中繼器STMN圖SDH鏈形網SDHTM…SDHTM…支路信號支路信號SDHADMSTMNSTMNSTMnSTMnn＜N圖SDH環形網雙環SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM…支路信號………支路信號支路信號支路信號為進行系統性能研究，ITUT原CCITT建議中提出了個數字傳輸參考模型，稱為假設參考連接HRX，見圖。最長的HRX是根據綜合業務數字網ISDN的性能要求和kb/s信號的全數字連接來考慮的。假設在兩個用戶之間的通信可能要經過全部線路和各種串聯設備組成的數字網，而且任何參數的總性能逐級分配后應符合用戶的要求。如圖所示，最長的標準數字HRX為km,它由各級交換中心和許多假設參考數字鏈路HRDL組成。標準數字HRX的總性能指標按比例分配給HRDL，使系統設計大大簡化。圖標準數字假設參考連接HRXLEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE本地國內國際本地國內kmT參考點T參考點LE本地交換PC級中心SC級中心TC級中心ISC國際交換中心數字鏈路數字交換建議的HRDL長度為km,但由于各國國土面積不同，采用的HRDL長度也不同。例如我國采用km，美國和加拿大采用km，而日本采用km。HRDL由許多假設參考數字段HRDS組成見圖所示，在建議中用于長途傳輸的HRDS長度為km,用于市話中繼的HRDS長度為km。我國用于長途傳輸的HRDS長度為km級干線和km級干線兩種。假設參考數字段的性能指標從假設參考數字鏈路的指標分配中得到，并再度分配給線路和設備。圖假設參考數字段HRDSXb/s終端設備終端設備Xb/sYkm*“Y”的合適值取決于網的應用。目前km和km被認定是必需的。誤碼率BER誤碼率是衡量數字光纖通信系統傳輸質量優劣的非常重要的指標，它反映了在數字傳輸過程中信息受到損害的程度。BER是在個較長時間內的傳輸碼流中出現誤碼的概率，它對話音影響的程度取決于編碼方法。對于PCM而言，誤碼率對話音的影響程度如表所示。由于誤碼率隨時間變化，用長時間內的平均誤碼率來衡量系統性能的優劣，顯然不夠準確。在實際監測和評定中，應采用誤碼時間百分數和誤碼秒百分數的方法。如圖所示，規定個較長的監測時間TL，例如幾天或個月，并把這個。

5、號數量執行標準要求完成日期備注
。

6、編號：時間：年x月x日書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟頁碼：第頁共頁《萬國杯》“法之魂”趣味知識競賽策劃書河南工業大學學生會河南工業大學法學院學生會法律協會準律師協會年月日主辦單位河南工業大學學生會維權中心法學院學生會學習部法律協會準律師協會贊助機構鄭州金水萬國司法考試培訓學?；顒又黝}促進在校大學生掌握法律知識，增強法制觀念，提高法律素質，促進健康成長?；顒幽康娜の斗芍R競【光纖通信技術第七章】幻燈片講義wenkub。

8、降職C通報D撤職ABC。

9、元乙方承擔：共計元第條定金和其他費用□是□否向甲方收取定金元作為履行合同的保證。雙方約定乙方收取定金的，甲方應在機械進場前支付。租賃期滿合同終止，定金扣除應付的機械毀損，滅失賠償后，余額無息返還甲方?！跫追健跻曳街Ц?。元由□甲方□乙方承擔。第條機械交接與驗收，雙方應就交付機械的型號規格附件數量質量等共同驗收并簽署《交接清單》見附表。法律法規規定起重機械必須由具備相應資質的安裝施工企業承擔安裝。安裝調試并檢測合格才能投入使用，安裝調試合格之日或檢測合格之日視為乙方向甲方移交機械。，甲方應當按照合同約定的時間地點向乙方交還機械，雙方應就機械的型號規格附件數量質量等共同驗收并簽署《交接清單》。第條操作維護與修理方負責操作與維護。操作指揮維護等上崗人員配備應符合國家或本市【光纖通信技術第七章】幻燈片講義wenkub。

10、電流參考可寫成gpmb?LdbTdqnRkTFBBeoIBpeiiii???????式中,〈iq〉〈id〉和〈iT〉分別為量子噪聲暗電流和熱噪聲產生的均方噪聲電流，e為電子電荷，B為噪聲帶寬，般等于信號帶寬，Id為暗電流，k=。J/K為波爾茲曼常數，T為熱力學溫度，RL為光檢測器負載電阻，F為前置放大器的噪聲系數。由式式和式得到，正弦信號直接光強調制系統的信噪比為//lgLdbbRkTFeIpeBgpmSNR?????對于電視信號直接光強調制系統的信噪比有些不同，假設傳輸的是階梯形全電視信號，則/LdbbTVRkTFeIpeBPmSNR?????式中,mTV為電視信號的調制指數，其他符號的意義和式相同，但g=。和SNR關系密切的個參數是接收靈敏度。和數字光纖通信系統相似，在模擬光纖通信系統中，我們把接收靈敏度Pr定義為：在限定信噪比條件下，光接收機所需的最小信號光功率Ps,min，并以dBm為單位。假設系統除量子噪聲外，沒有其他噪聲存在，在這種情況下，靈敏度由平均信號電流決定，這樣確定的靈敏度稱為最高極限靈敏度。根據假設，式分母后兩項為，利用式響應度ρ=ηe/hf，m=,g=,式簡化為hfBPNsbP??在限定信噪比條件下，光接收機所需的最小信號光功率min,bSpP?把式代入式得到PSNSBhf?min,?式中,hf為光子能量，h=。J。s為普朗克常數，f=c/λ為光頻率，c=。m/s為光速，λ為光波長μm,η為光檢測器量子效率%，B為噪聲帶寬。設光檢測器為PINPD,光波長λ=μm,η=，噪聲帶寬B=MHz，系統要求SNR=dB。由式得到Ps,min=。mW,或Pr=lgPs,min=dBm。當然，實際系統必須考慮光檢測器的暗電流和前置放大器的噪聲。因而，實際靈敏度比極限靈敏度要低得多。為使模擬信號直接光強調制系統輸出光信號真實地反映輸入電信號，要求系統輸出光功率與輸入電信號成比例地隨時間變化，即不發生信號失真。般說，實現電/光轉換的光源，由于在大信號條件下工作，線性較差，所以發射機光源的輸出功率特性是DIM系統產生非線性失真的主要原因。因而略去光纖傳輸和光檢測器在光/電轉換過程中產生的非線性失真，只討論光源LED的非線性失真。參看圖。非線性失真般可以用幅度失真參數——微分增益DG和相位失真參數——微分相位DP表示。DG可以從LED輸出功率特性曲線看出，其定義為%|||max?????????????IIIdIdpdIdpdIdpDGDP是LED發射光功率P和驅動電流I的相位延遲差，其定義為DP=φIφI式中,I和I為LED不同數值的驅動電流，般取II。雖然LED的線性比LD好，但仍然不能滿足高質量電視傳輸的要求。例如，短波長GaAlAsLED的DG可能高達%，DP高達。，而高質量電視傳輸要求DG和DP分別小于%和。影響LED非線性的因素很多，要大幅度改善動態非線性失真非常困難，因而需要從電路方面進行非線性補償。模擬信號直接光強調制光纖傳輸系統的非線性補償有許多方式，目前般都采用預失真補償方式。預失真補償方式是在系統中加入預先設計的與LED非線性特性相反的非線性失真電路。這種補償方式不僅能獲得對LED的補償，而且能同時對系統其他元件的非線性進行補償。由于這種方式是對系統的非線性補償，把預失真補償電路置于光發射機，給實時精細調整帶來定困難，而把預失真補償電路置于光接收機，則便于實時精細調整。設系統發射端輸入信號V與接收端輸出信號V之間相移為φ，它包含了LED輸出光功率P與驅。