光纤通信系统及设计(修改)精要.pptVIP

第7章 光纤通信系统及设计 第7章 光纤通信系统及设计 7.1 模拟光纤传输系统概述 7.2 典型的模拟光纤通信系统 7.3 数字光纤通信系统 7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计 7.5 WDM+EDFA数字光纤链路设计 7.1 模拟光纤传输系统概述 7.1.1 系统构成 一个模拟链路的基本单元如下图所示， 它包括光发送机、 光纤传输信道和光接收机。 模拟链路的基本单元 7.1.2 主要的噪声和信噪比 衡量模拟通信系统性能的重要参量是信噪比， 即均方信号电流和均方噪声电流之比： 对于模拟接收机， 影响噪声的因素主要有： 接收机的噪声， 非线性失真， 光路反射等。 其中， 接收机噪声包括光检测器的噪声， 接收机电路的热噪声， 激光器的相对强度噪声等。 非线性失真主要有激光器的非线性和光纤色散所引起的非线性 ? (1)检测器光电二极管的主要噪声为 其中： IP为初始光电流； ID为暗电流； G为倍增增益； Beq为接受机的带宽。 (2)检测器前置放大器的噪声为 其中： kB为玻尔兹曼常数； T为绝对温度； Req为检测器负载和前置放大器的等效电阻； Ft为前置放大器的噪声系数， 通常为2～3 dB。 7.2 典型的模拟光纤通信系统 7.2.1 基带直接强度调制 基带直接强度调制光纤系统光源的模拟调制响应 如果基带信号α(t)为正弦信号， 调制作用于光源的线性区， 输出光功率P(t)的包络和输入的驱动电流有相同的波形。 定义调制指数m为输出光功率的峰-峰值Pp和平均发送光功率Pi的比值： 对于一个正弦接收信号， 接收机输出端的均方信号电流为： 基带直接强度调制的信噪比： 7.2.2 多信道传输 把基带信号用AM、 FM、 PM等调制方式调制到频率为f1、 f2、 …、 fN的N个载波（称为副载波）上， 然后再把这N个信号频分复用（FDM）， 调制一个光源在光纤里传输。 N个信道的频分复用 在副载波强度调制系统中， 信息加在载波上， 用载噪比（C/N）来衡量传输质量的好坏。 载噪比定义为载波功率和噪声功率之比。 其中， 噪声功率包括光源的噪声功率， 检测器的噪声功率， 系统噪声功率等。 对于调制指数为m的正弦接收信号， 接收机的载波功率 ： 光源噪声： 光源噪声是指激光器的相对强度噪声RIN（dB/Hz）， 由光源的输出光的幅度或强度的起伏所产生的光强度噪声， 定义为LD输出的均方功率脉动〈(ΔP)2〉与平均光功率平方P2之比 均方噪声电流： 载噪比: (1) 当接收光功率较低时， 系统的噪声主要是检测器前置 放大器的噪声， 此时的载噪比为: 此时的载噪比与接收光功率的平方成正比， 所以P 每变化1 dB， C/N的值将变化 2 dB。 (2) 对于设计良好的光电二极管， 体暗电流噪声和表面暗电流噪声很小， 系统的噪声主要是光检测器的量子噪声， 此时的载噪比为: 此时， P 每变化1 dB， C/N也将变化1 dB。 (3)当激光器的RIN很高时， RIN成为系统的主要噪声， 此时的载噪比为 习题 假设一个多信道系统有120个信道， 每个信道的调制指数为2.3%； 链路包括一根损耗为1 dB/km的12 km长的单模光纤， 每端有一个损耗为0.5 dB的连接器； 激光光源耦合进光纤的功率为2 mW， 光源的RIN=-135 dB/Hz； PIN光电二极管接收机的响应度为0.6 A/W， B=5 GHz， ID=10 nA， Req=50 Ω， Ft=3 dB ， T=290k。 试求本系统的载噪比。 7.3 数字光纤通信系统 7.3.1 系统构成 目前而言， 强度调制—直接检波（IM-DD）光纤通信系统是最常用的方式。 它包括PCM端机， 电发送、 接收端机， 光发送、接收端机， 光纤线路， 中继器等。 数字光纤通信系统的组成原理图 PCM编码和解码过程 7.3.2 误码特性和抖动特性 数字通信系统的主要性能指标是误码特性和抖动特性。 1. 误码特性 指当发送端发送的是“1”码或“0”码时， 在接收端的相应位置收到的却是“0”码或“1”码。 在数字信号的传输过程中， 如果发生的误码过多， 就会造成通信质量的下降。 造成误码的原因有噪声、 光纤的色散等。 误