光通信复习及课件53704.ppt
5 系统设计系统设计 5.1 概述概述 5.2 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.3 模拟光纤通信系统模拟光纤通信系统返回主目录5.1概述 前面已经介绍了光纤、光器件、光源和光发送机、光前面已经介绍了光纤、光器件、光源和光发送机、光检测器和光接收机的结构和特性。检测器和光接收机的结构和特性。 任何复杂的通信系统其基本单元都是点到点的传输链任何复杂的通信系统其基本单元都是点到点的传输链路，包括光发送机、光接收机和光纤线路。下图即为点路，包括光发送机、光接收机和光纤线路。下图即为点到点链路图。到点链路图。信源光发送机光纤光接收机用户图5.1 单工点到点光纤链路设计一个光链路必须考虑的系统要求：设计一个光链路必须考虑的系统要求： 预期的传输距离预期的传输距离 数据速率或信道带宽数据速率或信道带宽 误码率或信噪比误码率或信噪比为达到这些要求，需要对一下一些要素考虑：(1)光纤光纤 选用单模还是多模光纤，纤芯尺寸、纤芯折射率分选用单模还是多模光纤，纤芯尺寸、纤芯折射率分布、光纤的带宽或色散特性、损耗特性。布、光纤的带宽或色散特性、损耗特性。(2)光源光源 可用可用LED和和LD、光源期间的参数有：发光功率、发、光源期间的参数有：发光功率、发射波长、发射频谱宽度、发射方向图或光束发散角。射波长、发射频谱宽度、发射方向图或光束发散角。(3)检测器检测器 可用可用APD和和PIN组件，主要器件参数有：工作波组件，主要器件参数有：工作波长、响应度、接收灵敏度、响应时间。长、响应度、接收灵敏度、响应时间。为确保获得预期系统性能，从两方面分析：为确保获得预期系统性能，从两方面分析：1、链路功率预算、链路功率预算首先确定光发送端的输出和接收端灵敏度之间的功率富余量，以保证特定的性能指标。功率富余量用于连接器、熔接点和光纤损耗，以及补偿器件的老化、传输线路的损耗或温度影响引起的损耗。2、系统展宽时间预算或带宽预算、系统展宽时间预算或带宽预算5.2数字光纤通信系统数字光纤通信系统1、构成以目前常用的强度调制-直接检测光纤通信系统为例，它的基本机构如下：5.2 数字光纤通信系统组成原理图PCM端机输入接口光发送机光中继器光接收机输出接口PCM端机输入输出电信号光信号电信号光信号 用户输入的电信号是模拟信号（如声音、图像），这些电信号在PCM端机中被转换为数字信号。PCM编码过程包括：抽样、量化、编码图5.3PCM编码过程 把连续的模拟信号以一定抽样频率f或时间间隔T,抽出瞬时的幅度值，再把这些幅度值分成有限的等级，四舍五入进行量化，每个范围内的幅度值对应一个量化值即为PCM码。 PCM码占用的时间T称为码长码长，单位时间内传输的码元数称为码速率码速率。2.数字系统的设计数字系统的设计1) 链路的功率预算点到点链路光功率损耗模型见P168PT ,PR ：分别是：分别是S点和点和R点的光功率点的光功率L：S点到点到R点的距离点的距离c：光接收端机和光发送端机与光纤的活动连接器的损耗：光接收端机和光发送端机与光纤的活动连接器的损耗s: 光纤之间用固定连接器或熔接头连接的接头损耗光纤之间用固定连接器或熔接头连接的接头损耗f: 光纤的损耗光纤的损耗此外，分析过程还要引入链路功率富裕度用于补偿器件老此外，分析过程还要引入链路功率富裕度用于补偿器件老化、温度波动以及将来可能加入链路的器件引起的损耗。化、温度波动以及将来可能加入链路的器件引起的损耗。一般功率富裕度有一般功率富裕度有68dB,它用它用M表示表示链路损耗预算用A表示：指的是光源和光检测器之间的损耗，表示为：其中N为光纤接头数，假设每盘光纤长度为Lf，则有：则传输距离为：MLNPPAfscRS2fsfscRSLMPPL21fLLN例，某光接收机的灵敏度为例，某光接收机的灵敏度为-42dBm,光源为光源为50w(-13dBm)的的平均光功率耦合进光纤，功率富裕度为平均光功率耦合进光纤，功率富裕度为6dB,发送机和接收机发送机和接收机的连接器损耗为的连接器损耗为1dB,光纤损耗（包含接头损耗）光纤损耗（包含接头损耗）f=3.5dB/km求传输距离。求传输距离。解 得 L=6kmdBPPARS29)42()13(65 . 3122LMLNPPAfscRS2.数字系统的设计数字系统的设计2）色散系统的上升时间当光纤损耗很小的时候，色散是限制传输距离的主要因素。上升时间上升时间：系统在阶跃脉冲作用下，从幅值的10%上升到90%所需的响应时间。链路总的脉冲展宽时间链路总的脉冲展宽时间tsys：每种因素引起的脉冲展宽时间ti的平方和的平方根。 2112Nisystt限制数据速率的几个因素：发送机展宽时间ttx：主要由光源和驱动电路决定；接收机展宽时间trx：主要由光检测器响应和接收机前端3dB带宽决定。如果光接收机的3dB电带宽Brx用兆赫兹表示，则接收机前端的展宽时间可用纳秒表示为：rxrxBt350 光纤材料色散展宽时间tmat（p80）光纤模式色散展宽时间tmod如果tmod用纳秒表示，BM用兆赫表示，则有： )/(,DkmnmnsLDtmat单位是：色散系数：光源的半功率谱宽：单位长度的光纤带宽光纤质量指数11modB:440440qBLBtqM系统链路总展宽时间系统链路总展宽时间:不能超过不能超过NRZ比特周期的比特周期的(数据速率的倒数数据速率的倒数)70%，或不超过或不超过RZ比特周期的比特周期的35%rxqtxrxmattxsysBLDBLtttttt350440222212222mod221例，设LED及驱动电路的展宽和时间为15ns，LED的典型谱宽是6nm,6km链路与材料色散相关的展宽时延为tmat=21ns。接收机有25MHz的带宽，则接收机的时延展宽为:如果选择光纤的单位带宽距离积为400MHz*km,光纤质量指数q=0.7,则模式色散展宽为： nsBtrxrx1425350350nstttttnsBLttxmattxsysq30149 . 321159 . 34006440440222222mod2227 . 01mod链路展宽时间为：对于20Mb/s的NRZ码来讲，要求上升时间小于70%*1/(20Mb/s)=35ns,所以本系统器件选择是适合的。
