光纤通信课件07

1、第7章光纤通信系统设计8/16/20221本章重点 损耗受限系统再生段距离的设计 色散受限系统再生段距离的设计第7章 光纤通信系统设计8/16/20222第7章 光纤通信系统设计 对于中继距离的设计可以分为两种情况来讨论。 第一种情况是损耗受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道损耗决定。 第二种情况是色散受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道总色散所限定。8/16/202237.1 损耗受限系统设计 光缆数字线路系统设计的基本方法是最坏值设计法。所谓最坏值设计法，就是在设计再生段距离时，将所有参数值都按最坏值选取，而不管其具体分布如何。 在用最坏值法设计同步光缆数字线路系统时，通常

2、，发送机富余度取1dB左右，而接收机富余度取（24）dB，系统总富余度为（35）dB左右。 按照ITUT建议G.957的规定，允许的光通道损耗PSR为 PSR =PTPRPP 式中：PT为光发送功率；PR为光接收灵敏度；PP为光通道功率代价，与发送机光源特性及光通道色散和反射特性有关。8/16/202247.1 损耗受限系统设计 PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是实际S-R点的允许损耗为 式中A f表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），A S是再生段平均接头损耗（dB），L f是单盘光缆的盘长（km），M c是光缆富余度（dB/km），A C是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗

3、（dB），按两个考虑。光通道损耗的组成8/16/202257.1 损耗受限系统设计 损耗受限系统的实际可达再生段距离可以用下式来估算： 所以 其中 8/16/202267.1 损耗受限系统设计 公式中PT为发送光功率（dBm），PR为光接收灵敏度（dBm），AC是光纤配线盘上的收发端两个附加活动连接器损耗（dB），PP为光通道功率代价（dB），由反射功率代价Pr和色散功率代价Pd组成，Me为系统设备富裕度（dB），Mc为光缆富余度（dB/km），n是再生段内所用光缆的盘数，fi是单盘光缆的衰减系数（dB/km），Af表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），si是单个光纤接头的损耗（dB），A

4、S是再生段平均接头损耗（dB）。 采用最坏值法设计时，再生段距离Ll的计算公式可以简化为下式： 公式中带下标“m”的参数皆为相应参数的最坏值。8/16/202277.1 损耗受限系统设计 为了使系统能够长期稳定可靠，在系统设计时留下了一定的富余量，但这些余量不能太大，否则会使实际接收光功率超出接收机的动态范围Dr，使系统不能正常工作，因此应保证所有富余度之和（P0McLMe）不能超过Dr，当两者相等时，对应的中继距离为最小，即 因此，根据损耗因素计算出来的中继段长度L应在LminLLmax 8/16/202287.2 色散受限系统设计 单模光纤的色散对系统性能的影响有： （1）码间干扰。单模光

5、纤通信中所用的光源器件发出的光具有多根谱线。每根谱线皆各自受光纤的色散作用，会在接收端造成脉冲展宽现象，从而产生码间干扰。 （2）模分配噪声。光源器件的发光功率是恒定的，即各谱线的功率之和是一个常数。但在高码速率脉冲的激励下，各谱线的功率会出现起伏现象（此时仍保持功率之和恒定），这种功率的随机变化与光纤的色散相互作用，就会产生一种特殊的噪声，即模分配噪声，导致脉冲展宽。 （3）啁啾声。啁啾声仅对光源器件为单纵模激光器时才出现。当高速率脉冲激励单纵模激光器时，会使其谐振腔的光通路长度发生变化，致使其输出波长发生偏移，即所谓啁啾声。8/16/202297.2 色散受限系统设计 色散受限系统可达的再

6、生段距离的最坏值可用下式估算： Ld=DSR/Dm 其中DSR为S点和R点之间允许的最大色散值，Dm为允许工作波长范围内的最大光纤色散系数。 在光纤通信系统中，使用不同类型的光源，则由光纤色散对系统的影响各不相同。 （1）多纵模激光器（MLM-LD）和发光二极管（LED） f b是线路信号比特率，单位为Mbit/s； Dm 是光纤色散系数，单位为ps/（nmkm）；是光源的均方根谱宽，单位为nm；是与色散代价有关的系数，当光源为多纵模激光器（MLMLD）时，取0.115，若为发光二极管，取0.306。8/16/2022107.2 色散受限系统设计 （2）单纵模激光器（SLM-LD） 式中为啁啾

7、系数，当采用普通DFB激光器作为系统光源时，取值范围为46；当采用新型的量子阱激光器时，取值范围为24；为波长（单位为nm）；f b为线路信号比特率（单位为Tbit/s）。 以2.4Gbit/s系统为例，假设工作波长为1550nm，Dm为17ps/（nmkm），则采用普通量子阱激光器（设=3）和EA调制器（设=0.5）后，传输距离可以分别达101km和607km。8/16/2022117.2 色散受限系统设计 （3）采用外调制器 当采用外调制器时，传输距离LC可采用下述计算公式计算： 式中c为光速。以2.4Gbit/s为例，=1550nm，Dm=17ps/（nmkm），则采用MZ外调制器的系统

8、色度色散受限距离可以延长到1 275km左右。 实际系统设计分析时，先算出损耗受限的距离Lmax ，再算出色散受限的距离Lmax ，若LmaxLmax，则称系统为色散限制系统，若LmaxLmax，则称系统为损耗限制系统，再计算出最小中继距离Lmin，最后确定的再生段距离为 LminLLmax和Lmax中的较小者最后选择其中较短的一个即为最大再生段距离。8/16/2022127.3 波分复用系统的设计 WDM传输线路的局站设备，分为终端站、转接站、中继站和光放站，对应的传输线路为光放段、中继段和复用段。 1WDM系统的光放段设计 WDM线路传输系统的光放段一般按等增益传输进行设计。光线路放大器的

9、增益一般为22dB、30dB及33dB三种类型。根据光放大器的增益类型，光放段的长度一般按下式计算 L为光放段长度（km）；G为光放大器增益（dB）；AC为光纤连接器衰减（dB）；r为光纤衰减系数（dB/km）；c为光缆线路余量（dB/km）；s为光纤熔接平均损耗（dB/km）。8/16/2022137.3 波分复用系统的设计 2WDM系统中继段设计 中继段的长度与容许的光放段数量需符合光通道色散和信噪比的要求。一个中继段光通道容许的色散，多数厂商的WDM系统设为6400ps/nm和12800ps/nm两挡。如果光纤的色散系数按光通道色散计算，容许的中继段长度如表7-2所示。 表7-2 色散系

10、数与对应的中继段长度参考值光 纤 类 型G.652G.655光纤色散系数ps/(nmkm)206光通道允许色散值ps/nm640012800640012800允许光通道长度km320640106021338/16/2022147.3 波分复用系统的设计 3WDM系统单波道的信噪比计算 WDM系统单波道的信噪比一般要求大于或等于20dB（或22dB），信噪比的计算比较复杂。假如单波道输出光功率Po7.0dB，光放大器噪声系数Nf8.0dB，光放段增益（G）分别为22dB、30dB或33dB的情况下，信噪比可用下式计算 8/16/2022157.4 应用举例 例1：计划建设一条2.5Gbit/s单

11、模光纤干线系统，系统采用单纵模激光器，沿途具备设站条件的候选站点间的距离为（3758）km，系统设计要求设备富余度Me为4dB，光缆富余度Mc为0.05dB/km。 根据上述58km的最长站间距离可以初选L16.2系统（其目标距离80km），并假设工作波长为极端的1 580nm，单盘光缆的衰减系数fi=0.22dB/km，单个光纤接头的损耗si=0.1（dB），单盘光缆的盘长Lf=2km，活动连接器损耗AC=0.35dB，光纤色散系数Dm=20ps/（nmkm）。依据L16.2规定，PT=（23）dBm，PR=28dBm，PP=2dB，设激光器啁啾系数的=3，则依据式（7-4）、式（7-8）和

12、式（7-12）可以分别计算出：8/16/2022167.4 应用举例由于LmaxLC，所以此系统为损耗受限系统，且能满足57km无中继传输距离的要求。8/16/2022177.4 应用举例 例2 若例1中的各项参数基本不变，而某中继站因地理环境所限只能在20km处设置，为使系统能够正常开通并稳定可靠，应如何调节PT？ 解：根据题中条件，中继站因地理环境限制只能在20km处设置，此时接收光功率超出了接收机的动态范围，系统将不能正常接收，可通过调节PT来解决，根据式（7-8）有 解得：PT4dBm 所以取PT4dBm即可保证中继站设置在20km处时，系统正常开通且稳定可靠。8/16/2022187

13、.4 应用举例 在实际工程设计中，经常遇到中继距离已经确定，如何根据已经得到的光发射机、光纤和光接收机来验证系统能否正常工作，这就需要根据各项参数进行系统预算。 （1）损耗预算 根据图7-1所示的中继段光链路连接情况，在R点得到的实际接收光功率PR应为PRPs(AfAs/Lf)L2Ac L为既定的中继距离，如果入纤光功率Ps完全消耗在光纤线路上，使最后接收到的光功率PR等于接收灵敏度Pr，这样并不能保证系统稳定可靠，必须要留出相应的富余度，即PRPrMeMcLP0 另一方面PR又不能太大，超出所允许的范围，所以当满足下式时，系统才能稳定可靠，即PrDrPRPrMeMcLP0 8/16/2022197.4 应用举例 例3 某G.652单模光纤系统扩容改造为WDM系统，工作波长采用1550nm，实