桂工光纤通信第四章

桂工光纤通信第四章第一页，共120页。4.1模拟光纤通信模拟光纤通信的典型应用光纤有线电视网光纤测量光纤传感移动通信网卫星通信室内覆盖家庭网络第二页，共120页。4.1模拟光纤通信传统的模拟有线电视(CATV)传输系统干线上每隔600m左右就需要一个干线放大器，可靠性较差，维护费用高。第三页，共120页。4.1模拟光纤通信光纤同轴电缆混合系统(HFC)第四页，共120页。4.1模拟光纤通信光纤同轴电缆混合系统(HFC)信号质量大幅提高网络可靠性大大增加网络维护费用明显减少 通常前端设备与光节点设备之间采用副载波复用进行多路模拟电视信号的光纤传输。

第五页，共120页。4.1模拟光纤通信副载波复用多路模拟电视光纤传输系统第六页，共120页。4.1模拟光纤通信模拟电视信号在光纤传输系统中的一般要求模拟光发射机模拟光接收机光通道第七页，共120页。4.1模拟光纤通信模拟光发射机的一般要求输出光功率要足够大，一般要大于0dBm半导体激光器的P－I曲线的线性要好，以避免交调失真、谐波失真等半导体激光器的调制特性要好，即调制带宽宽且幅频特性平坦第八页，共120页。4.1模拟光纤通信模拟光接收机的一般要求大CNR（载噪比）或SNR（信噪比）以保证电视信号质量要有足够大的工作带宽和频带平坦度第九页，共120页。4.1模拟光纤通信光通道的一般要求若要求长距离传输或采用光源光分路来扩大一个前端支持的光节点数，则通常采用1550nm波段的工作波长，利用掺铒光纤放大器对光发射机发出的光信号在光域直接进行光功率放大。

第十页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计数字光纤通信系统基本组成第十一页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计数字业务信号在光纤通信系统中的传输步骤多路业务信号复用成更高速率等级的信号；对于SDH系统/网络，插入OAM开销，进行扰码（破坏长连“0”和长连“1”）；对于PDH系统，为方便定时提取和加入运行维护管理开销而进行线路编码；对光源进行数字调制，完成电数字信号到光数字信号的转换；经光纤传输，传输过程中由于受光纤衰减和色散的影响，光信号随光纤传输距离的增大而功率变弱、波形变差；光信号达到接收端后，首先由光电检测器完成光电转换，再放大均衡，然后提取时钟信号，在时钟信号的作用下“判决再生”出数字信号；解扰并取出开销进行处理或进行线路解码，同时处理OAM开销；解复用出各路数字业务信号。第十二页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计系统设计BECDA网络拓扑和路由选择网络容量确定业务通路组织最大中继距离计算设备线路类型选择第十三页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计数字光纤通信系统设计总体考虑网络拓扑、线路路由选择网络/系统容量的确定光纤/光缆选型透择合适的设备，核实设备的性能指标光传输设计第十四页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计网络拓扑、线路路由选择

位于骨干网、网络生存性要求较高的网络适合采用网格拓扑位于城域网、网络生存性要求较高的网络适合采用环形或网格拓扑位于接入网、网络生存性要求不高而要求成本尽可能低廉的网络适合采用星形拓扑、无源树形拓扑第十五页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计网络/系统容量的确定网络/系统容量一般按网络/系统运行后的几年里所需容量来确定，而且网络/系统应方便扩容以满足未来容量需求。第十六页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计光纤/光缆选型G.652光纤 G.652光纤/光缆为1310nm波长性能最佳单模光纤（或称非色散位移光纤），是目前最常用的单模光纤。G.653光纤 G.653光纤/光缆为1550nm波长性能最佳的单模光纤/光缆。容易产生严重的四波混频效应，不支持波分复用系统，故G.653光纤仅用于单信道高速率系统。目前基本不采用。

第十七页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计光纤/光缆选型G.654光纤 G.654光纤/光缆为1550nm波长衰减最小单模光纤，一般多用于长距离海底光缆系统。陆地传输一般不采用。G.655光纤 G.655光纤是非零色散位移单模光纤，是传输光纤中的新成员，适合应用于采用密集波分复用的大容量的骨干网中。

第十八页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计选择合适的设备，核实设备的性能指标发送、接收、中继、分插及交叉连接设备是组成光纤传输链路的必要元素，选择性能好、可靠性高、兼容性好的设备是系统设计成功的重要保障。系统设计者应熟悉所设计的系统的各项指标，并以ITU-T的建议和我国的国标和通信行业标准作为系统设计的依据。第十九页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计光传输设计

各种拓扑结构的网络都是建立在点到点基础上的，所以S-R点之间的光传输距离确定是光纤传输网络/系统设计的基础。

传输距离由光纤衰减和色散等因素决定，系统速率、工作波长等各种因素对传输距离也均有影响。S-R点之间的传输距离也就是光传送网的再生段或复用段（无须再生时）的传输距离。第二十页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计光再生段模型光再生段模型包括发送机、光通道和接收机。发送机与光通道之间定义S参考点，光通道与接收机之间定义R参考点，S参考点与R参考点之间为光通道。

第二十一页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计光传输设计方法

最坏值设计法 采用在系统所有组成均在最坏情况下保证系统正常工作的设计思想，因此有些保守，导致资源的浪费和建设成本的相对提高。

联合设计法统计设计法（包括半统计设计法）

半统计设计法的经济性和可靠性介于最坏值设计法和统计设计法之间。第二十二页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计光传输设计方法比较

项目最坏值设计法联合设计法统计设计法半统计设计法统计设计法含义光通道所有光参数都按系统寿命终了前，系统富余度都用完，且处于允许工作温度范围内任何点取值，即全部取最坏值建设单位可以与设备提供商协商确定一套特殊的增强型的光通道参数光通道参数部分取统计值、部分取最坏值光通道参数全部取统计值光接口横向兼容性满足不保证不保证不保证标准规范性最好最差居中较好可靠性100％100％较高最差复杂性最简单居中较复杂最复杂资源利用最差较好居中最好经济性最差较差较好最好第二十三页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计最坏值设计法

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，是光缆线路系统传输设计的基本方法。

好处是在寿命终了、富余度用完且处于极端工作条件下（如高、低温度）仍能100％地保证系统性能要求。缺点是系统总成本偏高。第二十四页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计损耗受限系统－再生段距离由S和R点之间的光通道损耗决定色散受限系统－再生段距离由S和R点之间的光通道总色散所决定再生段设计再生段设计第二十五页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计损耗受限系统对于损耗受限系统，系统设计首先要根据S和R点之间的所有光功率损耗和光缆富余度来确定总的光通道损耗/衰减值，再由此确定标准光接口中适用的光接口及相应的一整套光参数。第二十六页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计损耗受限系统损耗受限系统的最大再生段距离或者称作最大中继距离可以用下式来估算：

其中，

第二十七页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计损耗受限系统对于最坏值设计，最大传输距离为：

---公式中带下标m的参数皆为相应参数的最坏值。如光缆富余度按整个段总量留取，则上式变为： ---这里Mc为S-R之间总光缆富余度

第二十八页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计色散受限系统决定色散限制最大传输距离的因素是在工作波长下的光纤色散系数和光源光谱特性。对于色散受限系统，系统设计者首先应确定所设计的再生段的总色散（ps/nm），再据此选择合适的光接口及相应的一整套光参数。第二十九页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计色散受限系统色散受限系统最大无再生传输距离的最坏值可以用下式估算：

其中，DSR为选定的标准光接口的S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值，单位为ps/（nm·km）。

第三十页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计色散受限系统使用多纵模激光器时系统色散受限的最大传输距离使用单纵模激光器时系统色散受限的最大传输距离第三十一页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计多纵模激光器系统色散受限的最大传输距离功率代价1dB作为判据，系统色散受限的最大传输距离为：

式中为0.115，

为激光器的RMS谱宽（nm），Dm为光纤的最大色散系数（ps/nm×km），B为系统的码速率（Mbit/s）。

第三十二页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计单纵模激光器系统色散受限的最大传输距离近似计算公式如下：式中，为啁啾系数，为单纵模激光器的中心波长（nm），Dm为光纤的最大色散系数（ps/nm×km），B为系统码速率（Tbit/s）。

第三十三页，共120页。4.2数字光纤通信系统和总体设计再生段的设计算出损耗受限的距离1算出色散受限的距离2较短的距离为最大再生段距离3第三十四页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标网络性能指标通常依据网络性能指标进行传输网络和传输系统的规划设计。

网络性能指标又称参考性能指标，简称性能指标。网络性能指标以向用户提供满意的服务为目标，它是一种目标性指标。

第三十五页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能对数字传输来说，最重要的性能指标是误码性能、抖动性能和可用性。误码产生的主要因素各种噪声产生的误码由于光纤色散导致的码间干扰引起的误码定时抖动产生的误码各种外界因素产生的误码

第三十六页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能传统上常用平均误比特率BER来衡量系统的误码性能，但平均误码率是一个长期效应。对速率等于或高于基群的数字通道的误码性能的度量都以“块”为基础。所谓“块”是通道、段中传送的一些关联、连续比特的集合。每个比特属于且仅属于一个块。

第三十七页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能差错块

当块内的任意比特发生错误时，就称该块是差错块（ErroredBlock，EB），也可称为误块。误块秒 当一秒时间内具有一个或多个差错块或至少一个缺陷时就称该秒为误块秒（ErroredSecond，ES）。

第三十八页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能严重误块秒

当某一秒内含有不少于30%的误块或者至少出现一种缺陷时，就以为该秒为严重误块秒（SeverelyErroredSecond，SES），严重误块秒是误块秒的子集。背景块差错 在扣除不可用时间和SES期间出现的差错块以后所剩下的差错块，称为背景块差错（BackgroundBlockError，BBE）。

第三十九页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能严重误码期

3～9个之间的连续严重误块秒的时间为严重误码期（SeverelyErroredPeriod，SEP）。误块秒比

在规定测量间隔内出现的ES数与总的可用时间之比，称为误块秒比（ErroredSecondRatio，ESR）。第四十页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能严重误块秒比 在规定测量时间内出现的SES数与总的可用时间之比，称为严重误块秒比（SeverelyErroredSecondRatio，SESR）。背景块差错比

BBE数与扣除不可用时间和SES期间所有块数后的总块数之比，称为背景块差错（BackgroundBlockErrorRatio，BBER）。第四十一页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能严重误码期强度

可用时间内严重误码期事件数与总可用时间秒之比，称为严重误码期强度（SeverelyErroredPeriodIntensity，SEPI），单位1/s。上述的误码事件（EB，ES，SES，BBE，SEP）和误码性能参数（ESR，SESR，BBER，SEPI）都涉及可用时间和不可用时间。

第四十二页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标误码性能可用时间的含义是：连续10s内每秒均为非SES，从这10秒钟的第一秒起就认为进入了可用时间。不可用时间的含义是：连续10s内每秒均为SES，从这10秒钟的第一秒起就认为进入了不可用时间。第四十三页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标高比特率数字通道误码性能的规范

目前，ITU-T所制定的与网络长期误码性能指标相关的标准有G.826和G.828，与网络短期误码性能指标相关的标准有M.2101。

对于一次群或高于一次群的固定比特速率传送网，只要求满足G.826/G.828即可。第四十四页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标抖动定时抖动（简称抖动）定义为数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于其理想时间位置的短时间偏离。所谓短时间偏离是指变化频率高于10Hz的相位变化。抖动会对传输质量甚至整个系统的性能产生恶劣影响，如会使信号发生失真，使系统的误码率上升以及会产生或丢失比特导致帧失步等。产生抖动的机理是比较复杂的，如系统中的时钟不稳定、各种噪声（热噪声、散粒噪声及倍增噪声等）、码间干扰以及SDH中的映射、指针调整等都可引起抖动。

第四十五页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标抖动对网络的性能损伤

对数字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机相位抖动使恢复后的样值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，形成所谓抖动噪声；在信号再生时，定时的不规则性使有效判决点偏离接收眼图的中心，从而降低了信噪比余度，直至发生误码；在SDH网中，像同步复用器等配有缓存器的网元，过大的输入抖动会造成缓存器的溢出或取空，从而产生滑动损伤。第四十六页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标漂移漂移定义为数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间位置的长时间偏移。这里所说的长时间是指变化频率低于10Hz的变化，它与信号频率无关。漂移最普遍的原因是环境温度的变化。

第四十七页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标抖动、漂移性能要求抖动、漂移相关性能指标主要有：输入抖动/漂移容限、最大允许输出抖动/漂移、抖动/漂移转移特性。输入抖动/漂移容限是指PDH、SDH设备必须容许输入信号含有一定的抖动/漂移，保证系统正常工作所容许的输入信号的最大抖动/漂移范围称为输入抖动/漂移容限。抖动/漂移转移特性是指输出信号的抖动/漂移与输入信号的抖动/漂移的比值随频率变化的特性。

第四十八页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标可用性可用性指在一个观察期内的可用时间所占的百分比，也称为可用性比率（AvailabilityRatio，AR）不可用性指在一个观察期内的不可用时间所占的百分比，也称为不可用性比率（UnavailabilityRatio，UR）

第四十九页，共120页。4.3数字光纤传输系统的性能指标可用性根据不可用时间的定义，不可用时间的持续时间必须大于10s；较短时间的性能恶化用“误块秒”或“严重误块秒”来度量，而不作为可用性性能的一部分。根据AR和UR的定义，它们满足下面的关系式：

AR

+

UR

=

1

第五十页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用第五十一页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用4.4.2喇曼光纤放大器4.4.1掺饵光纤放大器第五十二页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用4.4.1掺饵光纤放大第五十三页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

20世纪90年代初期EDFA研制成功，使光信号可以直接进行放大，突破了原有的”光-电-光”模式对光信号进行放大的限制，给光纤通信带来了革命性的变化。目前，EDFA是性能最佳、技术最成熟、应用最广泛的光放大器。第五十四页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的工作原理掺铒光纤是EDFA的核心，它以石英光纤作基础材料，在光纤芯子中掺入一定比例的稀土元素——铒离子（Er3+），形成掺铒光纤。

第五十五页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的工作原理Er3+的能级结构图第五十六页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的工作原理

Er3+吸收泵浦光子能量从基态升至激发态，但是Er3在激发态是不稳定的，很快就通过非辐射跃迁到亚稳态；在亚稳态上，Er3+有长达10ms量级的寿命，在源源不断地泵浦下，亚稳态上的粒子数积累，从而在亚稳态和基态之间形成粒子数反转分布。当光信号通过时，处于亚稳态的Er3+在信号光子的激发下通过受激辐射的形式跃迁到基态，并且发出与信号光子完全一样的光子。第五十七页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的增益谱由于受激辐射发生在Er3+的亚稳态能带和基态能带之间，决定了EDFA的放大波长窗口在光纤通信的1550nm窗口，一般增益波长范围（也称作带宽）可达几十nm，但在增益波长范围内增益并不是一样大小的。第五十八页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的结构

EDFA三种泵浦形式：同向泵浦反向泵浦双向泵浦

第五十九页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用同向泵浦第六十页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用反向泵浦第六十一页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用双向泵浦第六十二页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的基本性能增益特性输出功率特性噪声特性第六十三页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

增益特性定义：光放大器输出功率与输入功率之比EDFA的增益一般为15dB～40dB第六十四页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

增益特性

信号增益与泵浦光功率、掺铒光纤长度的关系如下。

第六十五页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

输出功率特性

EDFA的输出功率能力常用3dB饱和输出功率表示。3dB饱和输出功率是指当饱和增益下降3dB时所对应的输出功率。EDFA的饱和输出特性与泵浦功率大小、掺铒光纤长短有关。

第六十六页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

噪声特性

EDFA的噪声主要有四种：①信号光的散粒噪声

②被放大的自发辐射光ASE的散粒噪声③自发辐射ASE光谱与信号光之间的差拍噪声④自发辐射ASE光谱间的差拍噪声。

第六十七页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

噪声特性衡量EDFA的噪声特性可用噪声系数（NF）来度量，其定义为EDFA的输入信噪比与输出信噪比的比值。

它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相关，也与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式等有关。

第六十八页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

总体来说，3种泵浦结构的EDFA在性能上有一定差异，采用同向泵浦，可获得较好的噪声性能；采用反向泵浦，可获得较高的输出功率；采用双向泵浦可使EDFA的增益性能优于单向泵浦，但增加一个泵浦源，使EDFA的成本也增加。

第六十九页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的应用EDFA的基本应用形式EDFA在DWDM系统中应用EDFA在光缆有线电视传输系统(HFC系统)中的应用RFA+EDFA混合放大第七十页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的应用EDFA的基本应用形式第七十一页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的应用EDFA的基本应用形式线路放大功率放大前置放大第七十二页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

EDFA的基本应用形式①线路放大

也称“在线”放大，是指将EDFA直接插入到光纤传输线路中对信号进行中继放大的应用形式

第七十三页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

EDFA的基本应用形式②功率放大

指将EDFA放在发射光源之后对信号进行放大的应用形式

第七十四页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

EDFA的基本应用形式③前置放大指将EDFA放在光接收机的前面以提高光接收机的接收灵敏度

第七十五页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的应用EDFA的基本应用形式EDFA在DWDM系统中应用EDFA在光缆有线电视传输系统(HFC系统)中的应用RFA+EDFA混合放大第七十六页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

EDFA在DWDM系统中的应用

第七十七页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

EDFA在DWDM系统中的应用

在DWDM系统中作线路放大、功率放大和前置放大是EDFA的典型应用采用DWDM提高传输容量时传统O/E/O中继与EDFA作线路放大具有明显不同。采用EDFA对十几路甚至几十路不同波长的光信号同时放大，省去了传统O/E/O中继方式所需的大量光中继器，使设备成本大幅下降，而且便于运行维护。

第七十八页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的应用EDFA的基本应用形式EDFA在DWDM系统中应用EDFA在光缆有线电视传输系统(HFC系统)中的应用RFA+EDFA混合放大第七十九页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

EDFA在光缆有线电视传输系统(HFC系统)中的应用

在光缆有线电视传输系统或者说HFC系统中，由于光节点保证信噪比要求时所要求输入的最小光功率比较大，一般前端设备至光节点之间的传输距离在十几公里之内。为提高传输距离扩大服务范围，更重要的是扩大前端设备支持的光节点数，可以采用EDFA作功率放大器提高发送端的输出光功率第八十页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

EDFA在光缆有线电视传输系统(HFC系统)中的应用采用EDFA使前端设备能够支持的光节点数大大增加，而且节省了主干段光缆，从而降低了系统总体成本。第八十一页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用EDFA的应用EDFA的基本应用形式EDFA在DWDM系统中应用EDFA在光缆有线电视传输系统(HFC系统)中的应用RFA+EDFA混合放大第八十二页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

RFA+EDFA混合放大

RFA与EDFA构成混合放大结构具有很多优势，这也是EDFA的重要应用之一，将在下节中作介绍。第八十三页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用4.4.2喇曼光纤放大器第八十四页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用

喇曼光纤放大器（RFA）是被誉为光纤通信发展里程碑的EDFA之后又一引人注目的光放大器。

这种放大器可以提供整个光纤波长波段的放大，通过适当改变泵浦激光光波波长可达到在任意波段进行光放大的宽带放大器，甚至可以在1270nm～1670nm整个光纤波段内提供光放大。第八十五页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用RFA的工作原理RFA的基本性能RFA的应用第八十六页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用RFA工作原理

RFA工作原理建立在光纤喇曼散射的基础上。喇曼散射是指入射泵浦光子通过光纤的非线性散射转移部分能量，产生低频斯托克斯光子，而剩余的能量被介质以分子振动（光学声子）的形式吸收，完成振动态之间的跃迁。

第八十七页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用RFA的工作原理

第八十八页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用RFA的工作原理

泵浦光子经过分子的散射作用成为另一个低频斯托克斯光子，同时其余能量转移给声子，分子完成了振动态之间的跃迁。当一束信号光和一个强泵浦光在光纤中同时传输时，如果信号光的波长位于泵浦光波长的Raman增益谱之内，就会由于光纤中受激喇曼散射效应而被放大。第八十九页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用RFA的基本性能喇曼光纤放大器具有许多优点：①增益介质为普通传输光纤，与光纤具有良好的兼容性；②增益波长由泵浦光波长决定，不受其它因素的限制。③增益高，串扰小，噪声系数低，频谱范围宽，温度稳定性好。第九十页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用（1）增益特性当泵浦功率增加时，喇曼增益也上升。当增益上升到一定程度后，由于泵浦功率的消耗导致增益的下降，产生饱和增益。

第九十一页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用（2）噪声特性

喇曼放大器的噪声主要是被放大的自发喇曼散射噪声（ASE）、串话噪声、瑞利散射噪声以及非线性受激布里渊散射造成的噪声。

ASE噪声是由于自发喇曼散射经泵浦光的喇曼放大而产生的覆盖整个喇曼增益谱的背景噪声。显然，泵浦光越大，ASE噪声越大；接收端的光滤波器带宽越窄，ASE噪声功率越小。

第九十二页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用（2）噪声特性

串话噪声分为两种，一种是由于泵浦光源的波动而造成的泵浦—信号间的串话，另一种是由于对多信道放大的泵浦消耗而导致的泵浦介入信号的串话。

瑞利散射噪声是由于瑞利后向散射引起的。理论和实验都表明，瑞利散射噪声与放大器增益和传输线长度有关。放大器增益越高，传输线越长，则瑞利散射噪声越大。避免单个放大器增益过大，传输距离过长，可以有效地抑制瑞利散射噪声，因此用喇曼放大器作为线路放大器时常采用多段放大的方式抑制瑞利噪声。

第九十三页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用RFA的应用目前喇曼放大器应用于宽带放大主要有三种：一是喇曼放大器独立使用，采用多波长泵浦，形成宽带放大；二是喇曼放大器和EDFA构成混合放大器，再加上增益均衡器平坦增益以获得高增益的宽带放大；三是用喇曼放大器制成有源无损器件或动态均衡器件。

第九十四页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用独立喇曼宽带放大器第九十五页，共120页。4.4光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用RFA+EDFA混合放大器

第九十六页，共120页。4.5无线光载技术无线光载技术简介1ROF系统的关键技术2ROF技术的主要应用3光载毫米波产生技术光载毫米波传输技术移动通信智能交通与车载通信室内覆盖卫星通信第九十七页，共120页。4.5无线光载技术无线光载技术简介1ROF系统的关键技术2ROF技术的主要应用3光载毫米波产生技术光载毫米波传输技术移动通信智能交通与车载通信室内覆盖卫星通信第九十八页，共120页。4.5无线光载技术无线光载技术简介

无线通信在低频区域的频谱资源日趋紧张。为了避免在低频区域的出现频谱拥塞，利用高频区域的毫米波成为一种必然选择。毫米波(30-300GHz)无线通信系统具有传输容量大、设备轻便和抗干扰能力强的优点，能够支持各种超宽带业务，是无线通信突破微波频段向更高频段发展的一个重要方向，近几年来受到学界广泛的关注。

但是，毫米波信号在空气中传输的损耗很大，很难实现长距离信息传送。所以，用光纤通信来承载毫米波的光载无线技术应运而生。它结合了无线通信和光纤通信的优势，利用光纤链路传输射频信号(Radio-Over-Fiber,ROF)。光纤提供了足够高的容量和带宽，而射频技术使得宽带数据可以以最快的速度和廉价的方式传送给终端用户，因此光载无线通信技术综合了射频系统与光纤技术两者的优点，具有广阔的应用前景。第九十九页，共120页。4.5无线光载技术无线光载技术简介典型的ROF系统结构

第一百页，共120页。4.5无线光载技术无线光载技术简介1ROF系统的关键技术2ROF技术的主要应用3光载毫米波产生技术光载毫米波传输技术移动通信智能交通与车载通信室内覆盖卫星通信第一百零一页，共120页。4.5无线光载技术ROF系统的关键技术光载毫米波产生技术

光载毫米波产生技术的基本原理都是通过两个不同频率成分的光波在平方律探测器中进行拍频，从而产生频率为参与拍频的两光波频率之差的射频（或微波）信号。

第一百零二页，共120页。4.5无线光载技术ROF系统的关键技术基于相位调制器或强度调制器结合光学滤波毫米波的方法第一百零三页，共120页。4.5无线光载技术ROF系统的关键技术光载毫米波传输技术

在ROF系统中，色散对系统的传输性能有着重要影响。但与普通的基带传输系统不同，色散不仅会导致脉冲展宽，码间干扰，而且还会造成所产生射频信号的功率的周期性衰落。

第一百零四页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术在小信号调制的情况下，射频或中频信号对光波进行强度调制后，通常为双边带调制。强度调制器输出的光场通常可以写为：

第一百零五页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术

如果忽略光纤中的损耗和非线性效应，产生的光射频双边带信号在光纤中传输时的光场为：其中、

、分别为载波与一阶下边带、一阶上边带的传输常数。第一百零六页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术

一阶下边带和上边带的传输常数可以利用泰勒级数在载波频率处展开：第一百零七页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术第一百零八页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术当光波进入平方律光电探测器后，其产生的光电流形式为:R为光电探测器的响应度，E(t)为光波对应的光场。第一百零九页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术这样，经光纤传输后，载波、两个一阶边带会在平方律探测器中进行拍频，产生的光电流为：第一百一十页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术由上式可知，一次谐波信号光电流对应的幅度为：如果假设负载的电阻为，则光电探测器输出的一次谐波信号的功率为：

第一百一十一页，共120页。4.5无线光载技术光载毫米波传输技术由上式可知，产生的一次谐波射频信号的功率随传输距离呈周期性地衰落。在传输距离为处取最大值；在传输距离为处则为零；衰落周期为：衰落周期与电驱动信号的频率平方成反比，频率越大，产生的电信号功率衰落周期越短，色散致