《数字传输系统》PPT课件.ppt

第八章第八章 数字传输系统数字传输系统功率预算和带宽分析线路编码技术噪声来源本章讨论的主要问题8.1 点到点链路点到点链路设计要求：1.预期(或可能)的传输距离2.数据速率或信道带宽3.误码率(BER)4.使用寿命系统性能分析：链路功率预算和信号展宽分析1.确定波长：-传输距离较短，可以选择800nm到900nm之间的波长-传输距离较远，可以选择1300nm或1500nm附近的波长2.联合考虑光纤链路的三个模块(接收设备、发送设备和光纤)-模块选择顺序为：检测器光源光纤链路-根据检测器的灵敏度和光源的发射功率决定链路中是否需要放大器链路功率预算：系统考虑综合考虑光检测器的性能(如灵敏度)、复杂度和成本光检测器的选择APD-灵敏度高-成本相对较高-所需偏压高(40到几百伏)-需要温控pin-结构简单、成本低-所需偏压低(m)位码并在相同的时间长度内发送出去，即在数据流中引入冗余优点：能避免长连0和长连1的出现冗余的引入可以增强纠错能力缺点：带宽比原来增大了n/m倍例如：曼彻斯特码、AMI1 010(D)PSKNRZdataVp优点：抗色散和非线性效应能力强，传输性能好缺点：接收复杂用于补偿比特的丢失-自动请求重发(ARQ)和前向纠错(FEC)8.3 纠错纠错信源发送控制器编码器解码器接收控制器用户反馈信道自动请求重发(ARQ)ARQ不适合用于对时间敏感的传输任务辅助信息和主信息同时传输，若主信息丢失或接收到误码，辅助信息可以重构主信息。常用的纠错码为循环码，并标记为(n,m)，其中n等于原比特数m加上冗余比特数。一些已经得到应用的例子，如汉明码、Reed-Solomon码等。FEC技术缺点：占用额外带宽传播光功率频谱的不理想和光波导色散之间的各种相互作用导致投射到光检测器中的光功率发生变化，这些变化最终导致光接收机输出噪声，从而导致光功率损伤。这对高速链路的影响尤为严重。这些损伤包括：1.模式噪声(LD+多模光纤)2.模式分配噪声3.光源输出波长啁啾4.激光器回波导致的频谱展宽8.4 噪声对系统性能的影响噪声对系统性能的影响 当将激光器发出的光注入多模光纤，其输出功率会在多模光纤中激励出许多相互相干的传播模式。这些模式之间的相互干涉，在光纤截面出现一定亮度分布的光斑图。在链路随机机械振动的作用下，光斑图随时间发生变化。光斑图的变化造成了入射接收机的光功率随时间发生变化，因此引入模式噪声。因此，造成模式噪声的因素为：1.光源的相干性(光源谱宽)-1模间色散时延(Dv)-1Ln12D/(n2c)2.光纤链路上的随机振动、微弯模式噪声消除模式噪声的措施：1.使用LED光源，避免相干性2.使用多纵模激光器，这将增加光斑图的粒状性，从而降低链路中因机械干扰而引起的光强度起伏3.使用数值孔径较大的光纤，因为它支持很多模式，从而导致光斑数目增多4.使用单模光纤，不存在模式间的干涉模式噪声M-光斑数中心波长1200nm数据率280Mb/s由于未能有效地抑制激光器边模，半导体激光器中纵模的强度起伏相关产生了模式噪声。即便是激光器输出总功率不变，各个模式的强度也会发生起伏。不同的模式之间有微小的波长差，于是每种模式进入光纤之后将有不同的损耗和延时(色散)。因此在光纤色散的作用下，如果主模式的功率发生明显起伏，那么接收端所收到的电平也将发生明显变化。模式分配噪声是单模光纤最主要的噪声。模式分配噪声由激光器模式分配噪声导致的功率损伤可以由下式近似表示：其中x是APD的过剩因子，Q 是信噪比因子，k是模分配噪声因子(一般在0.6-0.8之间)，B 是数据比特率(Gb/s)，L 是光纤长度(km)，D是光纤色度色散系数(ps/(nmkm)，sl是激光器输出谱宽。为使模式分配噪声带来的功率损伤小于0.5dB，乘积可以看出，模式分配噪声在高比特系统中表现得比较明显。模式分配噪声导致的功率损伤单模激光器在CW工作模式下，当直接调制注入电流时载流子浓度发生变化，导致有源区折射率变化。折射率的变化导致了腔体相位条件的轻微变化，最终带来输出波长的变化。与时间相关的激光频率偏移可以表示为：a 是线宽展宽因子，k是一个与频率无关的因子取决于激光器的结构，P(t)为输出光功率。对于AlGaAs激光器，因子a的取值范围是-3.5到-5.5，而对于AlGaAsP激光器，a取值范围是-6到-8。后果后果：激光器的啁啾将带来严重的色散效应。啁啾系统损伤与啁啾和信号消光比之间的关系从上面的式子上看，减小啁啾的办法是提高激光器偏置电流，因为在阈值点附近，P(t)变化最快。但是，提高偏置电流，降低了消光比。消光比的降低也将导致系统性能的下降。1550nm4Gb/s100km1.选择使用输出波长接近光纤的零色散波长的激光器2.让激光器工作在输出直流光的状态，然后采用外调制的办法加载数据解决啁啾的办法反射噪声带来两种损伤：(1)光功率反馈回激光器谐振腔，导致激光器输出频谱展宽(2)多条光路径导致接收端出现不同时延的伪信号，造成码间串扰解决措施：1.光纤末端制成曲面或与发光面有一定夹角(如APC连接头)2.在光纤与空气的交界面上涂上折射率匹配的材料3.使用连接器和隔离器反射噪声