第六章 光纤通信系统设计
光纤通信系统的设计及实现
光纤通信系统的设计及实现光纤通信系统的设计首先涉及到光纤的选择。
光纤通信系统通常使用单模光纤或多模光纤。
单模光纤适用于长距离传输，具有较低的传输损耗和较高的带宽。
多模光纤适用于短距离传输，可以传输多个光信号，但带宽较窄。
根据实际需求，选择适当的光纤类型。
光纤通信系统的设计还包括网络拓扑的确定。
常见的网络拓扑结构有星型、环形、网状等。
星型拓扑结构是将所有光缆连接到一个中心节点，适用于小规模网络。
环形拓扑结构是将所有光缆连接成一个环状，适用于较大规模的网络。
网状拓扑结构是将多个中心节点相互连接，适用于大规模网络。
根据需要选择适当的网络拓扑结构。
光纤通信系统的实现需要光纤传输设备和光纤调制解调器。
光纤传输设备包括光纤收发器和光纤交换机。
光纤收发器用于将电信号转换为光信号，并通过光纤传输。
光纤交换机用于将光信号从一个光纤传输到另一个光纤。
光纤调制解调器用于调制和解调光信号，实现光纤通信的编码和解码。
光纤通信系统的实现还需要光纤的安装和连接。
安装光纤时需要避免光纤的弯曲和拉伸，以免影响光信号的传输质量。
光纤的连接可以使用光纤连接器和光纤配线架。
光纤连接器用于将光纤连接到光纤设备，光纤配线架用于将多个光纤连接在一起，并提供光纤的整理和管理。
光纤通信系统的实现也需要光纤的保护和维护。
光纤通信系统可能会受到突发事件的影响，如地震、火灾等。
因此，需要在系统设计中考虑到光纤的冗余和备份，以及与其他系统的互联互通。
此外，光纤通信系统需要定期检测和维护，保持光信号的传输质量和系统的稳定性。
总之，光纤通信系统的设计及实现需要考虑多个因素，包括光纤的选择、网络拓扑结构、光纤传输设备和光纤调制解调器的选择，光纤的安装和连接，以及光纤的保护和维护。
通过合理的设计和实施，光纤通信系统可以提供高速、低损耗和大带宽的通信服务。
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.1 复用原理介绍
•2、复用示意图
Multiplexor (MUX) Demultiplexor (DEMUX，or DMX)
Sometimes just called a MUX
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.1 复用原理介绍
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.2 准同步数字系列PDH
•4、PDH体制电接口和光接口的主要参
数 •对基群2.048Mb/s
•编码传号反转码
•Coded Mark Inversion
•E1
•E2
•E3
•E4
•CMI编码
•输入码字 编码结果
•0
01
•1
00/11交替
第6章数字光纤通信系统
•发送顺序
•采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC:Virtual Container)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由 于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.3 同步数字系列SDH
•3、SDH复用结构
•SDH高速率等级有： • STM-4， STM-16， STM-64， STM-256 •相应速率为STM-1的4，16，64，256倍。
•时隙=8bit=前7bit(信息)+末位1bit(信令)
•一次群(基群)速率T1=193bit/125 µs=1.544Mb/s 第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.2 准同步数字系列PDH
•PDH-E基群帧结构
第六章 光纤通信系统工程设计
室内光 解决大型智能小区、 不适用于业务 缆工程 商务中心的通信方 量不大的地方 案
6.1 工程设计概述
6.1.2 光纤通信系统工程设计的特点 • 1.体现技术应用及创新水平 • 在通信网络规划阶段，设计单位既要考虑通信网 络的现状，又要考虑网络的未来发展方向。在做 初步设计时就要应用通信领域新的知识成果，采 用新技术、新设备、新工艺进行规划设计，为运 营商开发新的电信业务品种，提供新的服务奠定 技术基础。通信设计的创新不仅表现在新技术、 新工艺的应用上，而且在设计通信工程项目时打 破常规思维，进行思想创新，如将技术实现与环 境保护有机结合起来，避免通信设施或建筑对环 境造成破坏。
• • •Байду номын сангаас• • 知识点 (1)工程设计 (2)系统制式 (3)再生段计算 (4)光纤光缆选型
第六章 光纤通信系统工程设计
• 引导案例 • 如图6-1所示，是某通信运营商在全国敷设 的部分省际光缆干线网络示意图。图6-1表 明，该省际光缆干线网络有四个环网，分 别采用32×2.5 G DWDM、32×2.5 GSDH、 40×10 G WDM等高速光纤通信系统。
6.1 工程设计概述
• 试运行结束且具备了验收交付使用的条件，由主 管部门及时组织相关单位的工程技术人员对工程 进行系统验收，即按工验收。 • 系统验收是对光缆线路工程进行全血检查和指标 抽测的过程，验收合格后签发验收证书，表明工 程建设告一段落，正式投产交付使用。 • 【提示】对于中小型工程项目，可以视情况适当 简化手续，可以将工程初验与竣工验收合并进行。 • 综上所述，光纤通信系统工程建设程序，可以概 括为图6-2所示的流程。
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第六章 光纤通信系统工程设计
• 问题引领 (1)光纤通信系统工程设计包含了哪些内容? (2)光纤通信系统工程设计的主要步骤是什么? (3)光纤通信系统工程设计工作该如何进行? 目前，在我国的通信网中，无论是骨干网， 还是本地网，光纤通信系统都是首选，因 此掌握光纤通信系统工程设计的基本知识 和技能，是十分必要的。
光纤通信系统的设计
光纤通信系统的设计一、引言光纤通信系统是一种通过光纤传输光信号进行信息传输的通信系统。
相比传统的铜线传输方式，光纤通信系统具有更大的带宽和更低的信号衰减，能够传输更高速率的数据。
本文将详细介绍光纤通信系统的设计，包括光纤选材、光纤连接、光纤传输和光纤接收等方面。
二、光纤选材在设计光纤通信系统之前，首先要选择合适的光纤材料。
常见的光纤材料有多模光纤和单模光纤。
多模光纤适用于短距离传输，信号传输速率较低；而单模光纤适用于长距离传输，信号传输速率较高。
因此，根据实际需求选择合适的光纤材料。
三、光纤连接光纤连接是指将两根或多根光纤进行连接，使光信号可以在它们之间传输。
光纤连接的质量对通信系统的性能有很大影响。
在进行光纤连接时，需要注意以下几点：1.清洁：光纤连接口必须保持干净，以避免光信号被杂散光干扰。
在接插件时，需要使用清洁棉签或洁净纸巾清洁连接口。
2.对准：将两根光纤的连接口对准，确保连接无误。
3.固定：连接好的光纤需要固定，以避免松动或断开。
可以使用光纤盒或光纤固定器进行固定。
四、光纤传输光纤传输是指光信号在光纤中的传输过程。
光纤传输需要考虑以下几个因素：1.光衰减：光信号在传输过程中会发生衰减。
因此，在光纤传输中需要采取措施来补偿光衰减，以保证信号的传输质量。
2.光发射：光信号在光纤传输之前需要经过光发射器的处理。
光发射器通常由激光二极管组成，它将电信号转换为光信号并输出到光纤中。
3.光检测：光信号在光纤传输结束后，需要经过光接收器进行光检测和解码。
光接收器通常由光电二极管组成，它将光信号转换为电信号并输出到接收设备中。
五、光纤接收光纤接收是指光信号从光纤中传输到接收设备的过程。
在进行光纤接收时，需要注意以下几点：1.光接收器：选择合适的光接收器对光信号进行接收。
不同类型的光纤通信系统可能需要不同类型的光接收器。
2.信号放大：由于光信号在传输过程中会发生衰减，因此可能需要使用信号放大器增强信号强度，保证信号的传输质量。
光纤通信系统的设计与实现
光纤通信系统的设计与实现光纤通信系统是现代通信领域中广泛应用的一种通信技术，它利用光信号在光纤中传输信息。
本文将从光纤通信系统的设计和实现角度来探讨该技术的相关内容。
一、光纤通信系统的基本原理光纤通信系统的基本原理是将光信号转换为电信号，然后通过光纤进行传输，并再次将电信号转换为光信号进行接收。
整个系统由三个主要部分组成：光源、传输介质（光纤）和光探测器。
光源产生光信号，经过光纤传输后，光探测器将光信号转换为电信号。
二、光纤通信系统的设计要素1. 光纤选择：在设计光纤通信系统时，需要选择适合的光纤类型，包括单模光纤和多模光纤。
单模光纤适用于较长距离的传输，而多模光纤适用于短距离传输。
2. 接口设计：光纤通信系统的接口设计包括光纤与光纤之间的连接方式，以及光纤与设备之间的连接方式。
常用的光纤连接器有FC、SC、LC等。
3. 传输功率控制：在光纤通信系统的设计中，需要对光源的输出功率进行控制，以确保信号传输的稳定性和可靠性。
三、光纤通信系统的实现步骤1. 系统设计：在光纤通信系统的实现过程中，首先需要进行系统的整体设计，包括确定传输距离、数据传输速率、系统容量等参数。
2. 光源选择与配置：根据系统设计的需求，选择适当的光源，例如激光器或发光二极管，并进行相应的配置。
3. 光纤选择与连接：选择适合的光纤类型，并进行光纤之间的连接。
连接时需要注意选择合适的光纤连接器，并保证连接的牢固性和稳定性。
4. 光信号调制与解调：根据传输的数据类型和速率，对光信号进行调制和解调处理。
常见的调制方式有振幅调制、频率调制和相位调制等。
5. 光信号传输：通过光纤进行光信号的传输。
在传输过程中，需要注意光纤的损耗和干扰等问题，确保信号能够稳定地传输到接收端。
6. 光信号接收与解码：接收端对传输过来的光信号进行接收和解码处理，将光信号转换为可读取的电信号。
四、光纤通信系统的应用领域光纤通信系统广泛应用于各个领域，包括互联网、通信网络、广播电视、医疗设备等。
光纤通信系统及设计
光纤通信系统及设计一、引言光纤通信是一种利用光纤传输信息的通信方式。
与传统的电信号传输相比，光纤通信具有高速率、大带宽、低延迟等优点，已经成为现代通信领域的重要技术。
本文将介绍光纤通信系统的基本原理、组成部分以及设计考虑的几个关键因素。
二、光纤通信系统的基本原理三、光纤通信系统的组成部分1.光源：主要有激光器和发光二极管两种。
激光器具有高亮度、狭窄带宽和高稳定性的特点，适用于长距离传输；而发光二极管具有低成本、高发光效率的特点，适用于短距离传输。
2.调制器：用于将要传输的信息转换成光脉冲。
调制器根据调制方式的不同可以分为直接调制和外调制两种。
直接调制是利用光源的直接电调制功能来实现信息的转换；外调制是通过外部信号调制光源来间接实现信息转换。
3.放大器：用于放大由光源发出的光信号，以保证信号能够在传输过程中不被衰减。
4.光纤传输介质：光纤是光信号传输的关键环节，分为单模光纤和多模光纤两种。
单模光纤适用于长距离传输，具有更小的传输损耗和更高的带宽；而多模光纤适用于短距离传输，成本更低。
5.接收器：将接收到的光信号转换为电信号，以便进一步处理和解码。
四、光纤通信系统设计的考虑因素在进行光纤通信系统设计时，需要考虑以下几个关键因素。
1.传输距离：传输距离决定了光纤通信系统所需的信号强度和传输损耗。
对于长距离传输，需要使用较强的光源和放大器；而短距离传输则可以使用较弱的光源和放大器。
2.带宽需求：不同的应用领域对带宽的需求也不同。
高带宽需求的应用，需要使用更高频率的光源和调制器。
3.抗干扰能力：光纤通信系统应具备一定的抗干扰能力，以保证信号的稳定传输。
可采取的措施包括使用低噪声的光源、加强信号调制、增强接收器的灵敏度等。
4.可靠性和可维护性：光纤通信系统需要具备良好的可靠性和可维护性。
可通过设置冗余传输路径、备用设备、定期维护等方式来提高系统的可靠性和可维护性。
五、结论光纤通信是一种高效、可靠的通信方式，已经被广泛应用于现代通信领域。
第6章 光纤通信系统及设计
式中σ为均方根(rms)脉冲宽度。把σ/T=a定义为相对均 方根脉冲宽度，码间干扰δ的定义如图所示。得到：
g (t ) T
a
1 2
1
t
高斯波形的码间干扰
第6章 光纤通信系统及设计
美国Bell实验室的早期研究中，曾建议采用下列标准来考
查光纤线路色散对系统传输性能的限制。
及设备内光纤连接器性能劣化，Me一般不小于3dB。
光纤损耗系数αf取决于光纤类型和工作波长，例如单模 光纤在1310nm,αf为0.4～0.45dB/km; 在1550nm,αf为0.22～ 0.25dB/km。 光纤损耗余量αm 一般为 0.1 ～ 0.2dB/km, 但一个中继段
总余量不超过 5dB 。平均接头损耗可取 0.05dB/ 个，每千米光
第6章 光纤通信系统及设计
3. 工作波长的确定
工作波长可根据通信距离和通信容量进行选择。 如果是短距离小容量的系统，则可以选择短波长范围， 即800～900nm。 如果是长距离大容量的系统，则选用长波长的传输窗
口，即1310nm和1550nm， 因为这两个波长区具有较低的损
耗和色散。 另外，还要注意所选用的波长区具有可供选择的相应
6.1 IM-DD数字光纤通信系统设计
6.1.1 总体设计考虑
数字光纤通信系统一般采用强度调制、直接检波的方 式， 即IM-DD 方式。任何复杂的通信系统，其基本单元都
是点到点的传输链路。它包括三大部分，即光发送机，光
接收机和光纤线路。每一部分都涉及许多的光电器件，所 以对链路的设计是一个复杂的工作，而每个元器件的选择 都要经过若干次的反复。这里仅对原则性的问题作一下介 绍。
第6章 光纤通信系统及设计
第六章 光纤通信系统设计
11
最大中继距离光传输的设计方法
• 光纤通信系统的设计：最坏值设计法和统计设计法。 ➢ 使用最坏值设计时，所有考虑在内的参数都以最坏的情况考虑。用这种
方法设计出来的指标一定满足系统要求，系统的可靠性较高，但由于在 实际应用中所有参数同时取最坏值的概率非常小，所以这种方法的富余 度较大，总成本偏高。 ➢ 统计设计方法是按各参数的统计分布特性取值的，即通过事先确定一个 系统的可靠性代价来换取较长的中继距离。这种方法考虑各参数统计分 布时较复杂，系统可靠性不如最坏值法，但成本相对较低，中继距离可 以有所延长。 ➢ 也可以综合考虑这两种方法，部分参数按最坏值处理，部分参数取统计 值，从而得到相对稳定，成本适中，计算简单的系统。(联合设计法)
4
3. 工作波长的确定
• 工作波长可根据通信距离和通信容量进行选择。
• 如果是短距离小容量的系统，则可以选择短波长范围，即800～900nm。 • 如果是长距离大容量的系统，则选用长波长的传输窗口，即1310nm和
1550nm， 因为这两个波长区具有较低的损耗和色散。
• 另外，还要注意所选用的波长区具有可供选择的相应器件。
• 典型情况下，LD耦合进光纤中的光功率比LED高出10～15dB, 因此会有
更大的无中继传输距离。但是LD的价格比较昂贵，发送电路复杂，并且 需要自动功率和温度控制电路。而LED价格便宜，线性好，对温度不敏 感，线路简单。设计电路时需要综合考虑这些因素。
9
6. 光检测器的选择
• 选择检测器需要看系统在满足特定误码率的情况下所需的最小接收光 功率，即接收机的灵敏度，此外还要考虑检测器的可靠性、成本和复 杂程度。
发射频谱宽度等。 • 检测器：可以使用PIN组件或APD组件，主要参数有工作波长、 响应
光纤通信原理光纤通信系统设计
光纤通信系统根据传送的信号可以分 为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。
随着光纤通信技术的进步，系统的传 输容量(速率)越来越高。
系统设计的任务是：遵循建议规范， 采用先进、成熟技术，综合考虑系统经济 成本，合理地选用器件和设备，明确系统 的全部技术参数，完成实用系统的合成。 它与工程设计主要区别在于［9］
9.2.1 系统主要性能指标
作为残留边带调幅的副载波光纤传输 系 统 ， 其 主 要 指 标 有 ： 载 噪 比 ( Carrier Noise Ratio，CNR)、 组 合 二 阶 互 调 失 真 (Composite Second Order intermodulation， CSO)、 组 合 三 阶 差 拍 失 真 ( Composite Triple Beat，CTB)。
1. 参考模型［13］
(1) (2)
两个相邻数字配线架之间(或等效设备 之间)用来传送一种规定速率的数字信号的 全部装置构成一个数字段。
2.
(1)
误码就是经接收判决再生后，数字码 流的某些比特发生了差错，使传输信息的 质量产生了损伤。
①
它包括各种噪声源产生的误码；定位 抖动产生的误码；复用器、交叉连接设备 和交换机的误码。
式中：D为单模光纤的色散系数；Δλ为光源的谱 线宽度；B为系统传输信号带宽。
9.3 数字光纤通信系统
(1) 抗干扰能力强，传输质量好。 (2) 可以再生，传输距离远。 (3) 数字系统采用大量的数字电路， 容易集成，采用超大规模集成电路芯片使 数字设备体积小，功耗低。
9.3.1
数字光纤通信系统的性能主要包括误 码性能、抖动性能和系统的可靠性。
运行在G.826所包括的速率下的通道 是由传输系统(数字段)来承载的。
光纤通信系统工程设计
直埋光缆工程、管道光缆工程、架空光缆工程、水下光缆工 程、室内光缆工程等。海底光缆工程可分为深海海缆工程、 近海海缆工程和登陆海缆工程。 （3）各类光纤通信系统工程的特点（如表6-1所示）
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6.1 工程设计概述
2. 光纤通信系统工程设计的特点 （1）体现技术应用及创新水平 在通信网络规划阶段，设计单位既要考虑通信网络的现状，
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6.1 工程设计概述
③ 设计任务书。设计任务书是确定建设方案的基本文件，它 是在方案优选基础上编写的。根据优选方案，明确阐述工程 规模、地点、预期通信能力、线路选择、投资成本与经济效 益评估、资金来源、建设进度等。
设计任务书是进行工程设计的主要依据。 （2）设计阶段 光纤通信工程的设什阶段主要包括初步设计和施工图设计。 ① 初步设计。初步设计的依据是可行性报告、设计任务书、
类，即 长途光缆工程（本地网之间的传输线路也可称作长途线路）； 中继光缆工程（本地网内交换局间的传输线路）； 用户接入光缆线（环）路（交换局到用户间的传输线路称为
用户接入线路）工程。
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6.1 工程设计概述
（2）按地理条件划分 按地理条件划分，光纤通信系统工程分为二类，即 陆地光缆工程和海底光缆工程，其中，陆地光缆工程可分为：
光纤通信系统设计
光纤通信系统设计光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤．采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信．中国光纤通信已进入实用阶段．光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。
进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。
一、光复用新技术（1）光复用技术的基本概念：复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。
（2）光时分复用技术：光时分复用（OTDM）与电时分复用相同，但电时分复用在电域中完成，光时分复用在光域中完成。
（3）密集波分复用技术：WDM技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的技术。
（4）密集波分复用系统的非线性串扰：1、受刺激喇曼散射串扰2、受激布里渊散射串扰3、自相位调制和交叉相位调制4、四波混频（5）结论要进一步提高传输速率只有采用光复用技术，主要有：光时分复用技术、光波分复用技术、光伏载波复用技术和光码分复用技术。
光时分复用技术有利于全光网的光交换，特别是分组交换光时分复用技术，主要用于分组交换业务，分组交换业务可以和IP相结合，有广阔的前景。
密集波分复用技术是目前这几种光复用技术中最成熟的、已实用化的技术。
二、光网络（1）光同步数字传输网概念：光同步数字传输网是由各种同步数字系列(SDH)网元设备组成，在光纤上进行同步信息传输、复用、分叉和交叉连接的网络，是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络。
（2）光互联网：以光纤为传输媒介、以WDM（wavelength division multiplexed波分复用）为传输技术、以IP为网络通信协议，并在此基础上承载各种业务。
光纤通信系统设计与实现
光纤通信系统设计与实现一、光纤通信系统概述光纤通信作为目前通信系统中最主要的一种通信方式，给人们带来了高速、高带宽、长距离传输等优势。
光纤通信系统是由波分复用模块、光纤传输模块、解复用模块和光接收模块等模块构成的。
二、光纤通信系统设计（一）光纤通信系统节点设计1. 激光发射器模块：光纤通信系统节点中最重要的组成部分，可以将电信号转换为光信号。
2. 光、电转换模块：把从光纤传输过来的光信号转换为电信号。
3. 解复用模块：将多路光信号解码生成多路原始数据流。
4. 光电检测模块：通过光电转换将光信号转换为电信号。
5. 光纤传输模块：快速而可靠地传输光信号的方式。
（二）光纤通信系统接口设计1. 光纤通信系统的接口设计分为三个层次：物理层、数据链路层和应用层。
物理层负责传输数字信息的物理特征；数据链路层负责进行错误的纠正；应用层则处理根据传输内容集成的应用。
2. 物理层接口设计：需要支持的接口有串行和并行，并且每个接口的传输距离都应该经过计算和校正。
3. 数据链路层接口设计：需要支持的接口有MAC层和IP层，并且每个层的接口速率和数据转换协议都需要进行计算和校正。
（三）光纤通信系统的接收电路设计1. 高速移相器的设计：建立高速信号的精确相位，保证时域和频域响应的匹配，并且最大限度地减小相邻频率干扰。
2. 自适应均衡器的设计：处理失真和干扰，保证信号平稳清晰。
同时，还需要设计恰当的均衡因子和滤波器。
3. 高速AD采样电路的设计：实现高速信号的精确采样，保证采样结果尽可能精确和真实。
三、光纤通信系统实现（一）计算和优化光纤通信系统的转换效率光纤通信系统的转换效率是一个重要的指标，通常通过增加带宽、调整精度和改进电路结构等方法进行优化。
（二）开发通信模块光纤通信系统的节点模块可以通过开发可编程电流源、放大器、相位移动器和自适应均衡器等组件来实现。
（三）实现接收电路接收电路可以通过开发自适应均衡器、相平衡器和高速AD采样电路等模块来实现，同时需要进行实验和测试，进一步优化电路结构和性能。
光纤通信系统的设计与实现
光纤通信系统的设计与实现随着技术的不断发展，光纤通信系统逐渐成为人们重要的通讯手段，它具有带宽高，速度快，信号衰减小等优点，逐渐地替代了传统的铜线传输技术，成为现代通讯的主流技术。
本文将从光纤的基本原理入手，详细介绍光纤通信系统的设计和实现。
一、光纤的基本原理光纤是一种基于光学原理的传输媒介，与传统的铜线电缆不同，光纤中利用光的传输来完成信号的传输。
它是由芯、包层和包层外的外壳构成的，其中芯是光纤的传输介质，而包层则是保护芯的材料。
当光束进入光纤时，由于光束在光纤中传输的速度比在空气中慢，所以光束被反射和折射，一直传输到光纤的另一端。
二、光纤通信系统的设计光纤通信系统的基本结构包括发射机、光纤、接收机三部分。
发射机主要完成信号的调制和发送，接收机则主要完成信号的接收和解调，并根据需要将其发出去。
光纤则像一个传输中介，将光信号从发射机传输到接收机。
发射机是光纤通信系统的核心部分，其主要功能是将电信号转换成光信号，并将光信号发送到光纤中。
发射机通常由光源、调制器和驱动电路三部分组成。
光源可以是半导体激光器或LED等发光二极管，而调制器则将广义信号调制成窄带光信号。
在光源发送出的光信号经过调制器调制后，被驱动电路控制，传输到光纤中。
在光纤中传输期间，光信号会受到多种因素的影响，如衰减、色散、噪声等。
因此，在光纤接收端必须将光信号转化成可读电信号，这就需要接收机的帮助。
接收机通常由光检测器、前放器、解调器和输出器等四个部分组成。
光检测器的作用是将接收到的光信号转化为电信号，前放器则将电信号放大，解调器将信号还原，输出器则将信号输出。
三、光纤通信系统实现的技术要点光纤通信系统的实现需要面对多种技术难题。
以下是一些重要的技术要点：(一)光源的选择: 发射机可以使用LED或半导体激光器，激光器比LED更适合长距离传输，但价格更高。
(二)光纤的选取: 光纤有多种类型，要根据实际情况选用不同的类型。
(三)信号处理技术: 光信号必须经过调制处理和解调处理，这就需要一些高速处理器和信号处理算法。
《光纤通信第六章》PPT课件
关系。因此，对于光源功率特性的线性要求，对
系统信噪比的要求，都比较高。由于噪声的累
积，和数字光纤通信系统相比，模拟光纤通信系
统的 传输距离较短。但是目前采用频分复用
（FDM）技术，实现了一根光纤传输 100多路电
视节目，在有线电视（CATV）网络中，有巨大
的竞争能力。
Chapter 5 典型光纤传输系统
TV入
箝位 电路
同步 分离
驱动 电路
LED
图 6.6 光发射机方框图
＋Ec
Rc C1
V1
R1 LED
光 功 率
V2
Re
时间
时间 电流
(a)
(b)
图6.7 LED驱动电路的末级及其工作原理
2.
光接收机的功能是把光信号转换为电信号。 对光接收机的 基本要求是：
(1) 信噪比(SNR)要高；
(2)
(3) 带宽要宽
• 模拟间接光调制优点：提高传输质量、增加传输 距离。
• 原因：模拟直接光调制（D-IM）光纤电视传输系统的性 能受到光源非线性的限制，一般只能使用线性良好的LED 作光源。 LED入纤功率很小，所以传输距离很短。而模 拟间接光强调制基本不受到光源的非线性影响，所以可以 采用线性较差、入纤光功率较大的LD作为光源，故传输 距离长。
模拟基带DIM光纤电视传输系统光接收机方框图如图6.8所示。
光检测器把输入光信号转换为电信号，经前置放大器和主放大 器放大后输出，为保证输出稳定，通常要用自动增益控制 (AGC)。
光检测器可以用PIN-PD或APD。PIN-PD只需较低偏压(10～ 20 V)就能正常工作，电路简单，但没有内增益，SNR较低。
(4) 光功率温度稳定性要好。LED温度稳定性优于LD， 用LED作光源一般可以不用自动温度控制和自动功率控制， 因而可以简化电路、降低成本。
光纤通信系统课程设计
光信号强度测试：测量光信号的强度，确保信号传输的稳定性 光信号波长测试：测量光信号的波长，确保信号传输的准确性 光信号频率测试：测量光信号的频率，确保信号传输的速度 光信号噪声测试：测量光信号的噪声，确保信号传输的质量
传输速率：衡量光纤通信系统传输数据 的速度
传输距离：衡量光纤通信系统传输数据 的距离
光电倍增管：一种高灵敏度的光接收器，适用于弱光信号的接收
光接收电路：将光电二极管或光电倍增管输出的电信号进行放大和处理，以便于后续处理或 传输
安全性：确保通信数据的安全 性和隐私性
可靠性：保证通信系统的稳定 性和可靠性
灵活性：适应不同的应用场景 和需求
经济性：考虑成本效益，选择 合适的设备和技术
企业网络：为企业提供高速、安全的内部网 络通信
智能交通：实现交通信息的实时传输和处理
互联网：支持高速、大容量的网络数据传输
医疗健康：支持远程医疗、健康监测等应用
光源：激光二 极管（LD）、 半导体激光器
（SL）等
光调制技术： 直接调制、外 调制、内调制
等
光调制器：马 赫-曾德尔调制 器（MZM）、 电吸收调制器
需求分析：确定系统需求，如传输速率、传输距离等 系统设计：包括光纤选择、光模块选择、光路设计等 设备选型：选择合适的光纤通信设备，如光纤收发器、光端机等 光路测试：测试光纤通信系统的性能，如传输速率、误码率等 系统调试：根据测试结果进行系统调试，优化系统性能 系统验收：对光纤通信系统进行验收，确保系统满足设计需求
（EAM）等
光调制技术应 用：光纤通信、 光存储、光传
感等
光纤传输损耗：光在光纤中传输时，由于各种原因导致的能量损失 光纤传输带宽：光纤可以传输的频率范围，决定了光纤的传输速率 光纤传输模式：光纤中光信号的传播方式，包括单模和多模 光纤传输距离：光纤可以传输的最大距离，受光纤损耗和信号衰减等因素影响
通信电子中的光纤通信系统设计
通信电子中的光纤通信系统设计随着技术的不断发展，光纤通信成为了现代通信领域中的主流技术之一。
光纤通信系统的设计是整个通信系统中最为重要的一个环节，其合理性可以直接影响到通信速度、距离和数据传输的稳定性。
本文将从光纤通信系统的概述、工作原理、设计参数和优化等方面，详细介绍光纤通信系统的设计和优化。
一、光纤通信系统概述光纤通信系统是利用光信号在光纤中传递来实现数据传输的技术。
其中，光纤通信系统主要分为光源模块、调制解调模块、光放大器模块、光纤传输模块以及探测降噪模块等多个模块组成。
其中，光纤传输模块是整个系统中最为核心的模块，其性能的好坏决定了整个光纤通信系统的稳定性和传输速度。
二、光纤通信系统的工作原理光纤通信系统的基本工作原理是将光源产生的信息编码成数字信号，经过调制解调模块的调制处理后，通过光纤传输模块进行传输。
在信号到达终点前，需要经过光放大器模块进行放大，以保证信号传输的稳定性。
最后，在探测降噪模块的作用下，将光信号转变为电信号，实现数据的接收与解码。
三、光纤通信系统设计参数在光纤通信系统设计的过程中，需要考虑到一些重要的参数，如光信号失真、光损耗等。
其中，最为重要的参数包括传输距离、光源功率、光纤损耗、色散等，这些参数的合理选择可保证系统的传输性能。
传输距离是光纤通信系统设计中最重要的参数之一，不同的应用场景需要的传输距离也不同。
在传输距离较短的情况下，激光二极管是一个理想的光源选择；而在传输距离较远的情况下，半导体激光器或者是纤维放大器是更好的选择。
另外，光纤损耗也是由多个因素共同决定的，其中包括纤芯直径、光纤衰减系数、光纤弯曲等多个因素。
在光纤通信系统设计的过程中，光纤损耗应被高度重视，以保证光信号传输的稳定性。
色散是指不同波长的光在光纤中传输的速度不同所引起的相互干扰，也是光纤通信系统中常见的问题。
对于消除色散问题，可以通过使用多模光纤或者单模光纤进行解决，同时为了保证色散问题的最小化，可以使用更加优质的光纤，并对系统的功率和带宽进行优化。
光纤通信系统
1.54×10-6
1.54×10-6
3.08×10-6
BBER
3.08×10-5
3.08×10-5
3.08×10-5
SESR
待定
待定
2.464×10-3
ESR
2488320
622080
155520
速率/kbit·s-1
表6-5 50kmHRDS误码性能指标
此外，无论是BER还是ES与SES，都是针对假设参考数字段（HRDS）而言。即两个相邻数字配线架之间的全部装置构成一个数字段，而具有一定长度和指标规范的数字段叫做假设参考数字段。我国规定有三种HRDS，即长度分别为50km、280km和420km。 在总测量时间不少于一个月的情况下，HRDS的误码指标见表6-2（PDH）。
表6-2 HRDS的误码指标
<0.00067%
<0.054%
420
<0.00045%
<0.036%
280
<0.002%
<0.16%
50
SES
ES
数字段长度/km
SDH则规定了类似的误码指标，即误块秒比（ESR）、严重误块秒比（SESR）和背景误块比（BBER）。
误块：当块中的比特发生传输差错时称此块为误块。 误块秒（ES）：当某一秒中发现1个或多个误码块时称该秒为误块秒。 误块秒比（ESR）：在规定测量时间段内出现的误块秒总数与总的可用时间的比值为误块秒比。 严重误块秒（SES）：某一秒内包含有不少于30%的误块或者至少出现一个严重扰动期（SDP）时认为该秒为严重误块秒。其中严重扰动期指在测量时，在最小等效于4个连续块时间或者1ms（取二者中较长时间段）时间段内所有连续块的误码率≥10-2或者出现信号丢失。 严重误块秒比（SESR）：在测量时间段内出现的SES总数与总的可用时间之比称为严重误块秒比（SESR）。严重误块秒一般是由于脉冲干扰产生的突发误块，所以SESR往往反映出设备抗干扰的能力。 背景误块（BBE）：扣除不可用时间和SES期间出现的误块称之为背景误块（BBE）。 背景误块比（BBER）：BBE数与在一段测量时间内扣除不可用时间和SES期间内所有块数后的总块数之比称背景误块比（BBER）。
光纤通信系统的设计
光纤通信系统的设计光纤通信系统设计所谓光纤通信系统，就是将从光源、光检测器、光放⼤器等有源器件到连接器、隔离器等⽆源器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。
光纤通信系统就传送的信号可以分为模拟光纤系统和数字光纤系统。
模拟光纤系统⽬前⼀般只应⽤于传送⼴播式的视频信号，最主要的应⽤是⼴电的HFC ⽹。
其他场合⼀般采⽤数字光纤系统，它具有传输距离长，传输质量⾼，噪声不累积等模拟光纤系统⽆法⽐拟的特点。
光纤通信系统的设计包括两⽅⾯的内容：⼯程设计和系统设计。
⼯程设计的主要任务是⼯程建设中的详细经费预算，设备、线路的具体⼯程安装细节。
主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路铺设⽅式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑⽅式；光缆线路施⼯中的注意事项。
系统设计的任务遵循建议规范，采⽤较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选⽤器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实⽤系统的集成。
虽然光纤通信系统的形式多样，但在设计时，不管是否有有成熟的标准可循，以下⼏点是必须考虑的：①传输距离。
②数据速率或信道带宽。
③误码率（数字系统）或载噪⽐和⾮线性失真（模拟系统）。
下⾯分别介绍模拟光纤系统和数字光纤系统的设计。
模拟光纤通信系统多采⽤副载波复⽤技术，主要指标有：载噪⽐CNR(Carrier Noise Ratio)、组合⼆阶互调失真CSO(Composite Second Order Intermodulation)和组合三阶差拍失真CTB(Composite Triple Beat)。
后两项指标针对多路信道复⽤的使⽤情况。
对于模拟的HFC⽹的设计，主要需要考虑系统的CNR、CTB、CSO指标，其传输距离主要受限于链路的损耗。
在模拟的HFC⽹中，EDFA的引⼊可以延长传输距离且对CTB和CSO等⾮线性指标没有多⼤的影响，但对CNR影响较⼤，在系统设计时重点考虑。
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• G.653光纤/光缆是1550nm波长性能最佳的单模光纤/光缆；G.653光纤将零 色散波长由1310nm移到最低衰减的1550nm波长区。主要应用于在1550nm波 长区开通长距离10Gbit/s以上速率的系统。但由于工作波长零色散区的非 线性影响，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。 目前新建或改建的大容量光纤传输系统均为波分复用系统，G.653 光纤基
第六章 光纤通信系统设计
光纤通信系统的基本要求有以下几点：
• (1) 预期的传输距离。 • (2) 信道带宽或码速率。 • (3) 系统性能（误码率，信噪比）。 为了达到这些要求，需要对以下一些要素进行考虑： • 光纤：需要考虑选用单模还是多模光纤，需要考虑的设计参数有：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。 • 光源：可以使用 LED 或 LD ，光源器件的参数有发射功率、发射波长、
2.确定传输体制、网络/系统容量的确定
• 准同步数字系列(PDH)：主要适用于中、低速率点对点的传输。 • 同步数字系列(SDH)：不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网 络传输。 • 20世纪90年代中期，SDH设备已经成熟并在通信网中大量使用，由于SDH 设备良好的兼容性和组网的灵活性，新建设的骨干网和城域网一般都应 选择能够承载多业务的下一代SDH设备。 • 网络 /系统容量一般按网络 /系统运行后的几年里所需能量来确定，而且 网络/系统应方便扩容以满足未来容量需求。目前城域网中系统的单波长 速率通常为2.5Gbit/s、骨干网单波长速率通常为10Gbit/s，而且根据容 量的需求采用几波到几十波的波分复用。
（1550nm）。
• 典型情况下， LD 耦合进光纤中的光功率比 LED 高出 10 ～ 15dB, 因此会有 更大的无中继传输距离。但是LD的价格比较昂贵，发送电路复杂，并且
需要自动功率和温度控制电路。而 LED 价格便宜，线性好，对温度不敏
感，线路简单。设计电路时需要综合考虑这些因素。
6. 光检测器的选择
发射频谱宽度等。
• 检测器：可以使用 PIN 组件或 APD 组件，主要参数有工作波长、 响应 度、接收灵敏度、响应时间等。
系统设计的一般步骤
1.网络拓扑、线路路由选择
• 一般可以根据网络/系统在通信网中的位置、功能和作用，根据承载业务
的生存性要求等选择合适的网络拓扑。一般位于骨干网中的、网络生存 性要求较高的网络适合采用网络拓扑；位于城域网的、网络生存性要求 较高的网络适合采用环形拓扑；位于接入网的、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或树形拓扑。 • 节点之间的光缆线路路由选择要服从通信网络发展的整体规划，要兼顾 当前和未来的需求，而且要便于施工和维护。 • 选定路由的原则：线路尽量短直、地段稳定可靠、与其他线路配合最佳、 维护管理方便。
方法设计出来的指标一定满足系统要求，系统的可靠性较高，但由于在
实际应用中所有参数同时取最坏值的概率非常小，所以这种方法的富余 度较大，总成本偏高。 统计设计方法是按各参数的统计分布特性取值的，即通过事先确定一个 系统的可靠性代价来换取较长的中继距离。这种方法考虑各参数统计分 布时较复杂，系统可靠性不如最坏值法，但成本相对较低，中继距离可 以有所延长。 也可以综合考虑这两种方法，部分参数按最坏值处理，部分参数取统计 值，从而得到相对稳定，成本适中，计算简单的系统。(联合设计法)
中继距离的设计分两种情况讨论： •一个光纤链路，如果损耗是限制光中继距离的主要因素，则这个系统就
是损耗受限的系统；如果光信号的色散展宽最终成为限制系统中继距离的
主要因素，则这个系统就是色散受限的系统。
•功率预算示例
长距离单模光纤通信系统，工作波长在1.3m. • 发射功率 PT = -4dBm • 光纤损耗 = 0.3dB/km • 熔接损耗 = 0.2dB/km • 发射机和接收机端的连接损耗= 1dB （每个） • APD接收机所需的平均功率： 比特率 400Mbit/s (BER 10-9) = -44dBm 比特率 40Mbit/s (BER 10-9) = -52dBm • 功率余量 = 6dB
7. 估算中继距离
• 估算中继距离：根据影响传输距离的主要因素（损耗和色散）来估算。
• 以上设计步骤的主要内容，另外还有光纤线路码型设计的问题。
• 中心问题：确定中继距离。尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否
合理，对系统的性能和经济效益影响很大。
最大中继距离光传输的设计方法
• 光纤通信系统的设计：最坏值设计法和统计设计法。 使用最坏值设计时，所有考虑在内的参数都以最坏的情况考虑。用这种
光通道
CTX
PT
S
接收机
PP AC PR
R
AC
Af L
As L MC L Lf
CPX
光检测器
M eR
PSR
光通道损耗组成图
S点与R点间的允许损耗为：
PSR = a ?L As + M C + AC
式中a 表示光缆衰减系数 ( dB / km ) ; AS 表示光纤固定接点损耗 ( dB ) ; L f 是单盘光缆的长度 ( km ) ; M C 是系统余量 ( dB / km ) ; AC 是连接器损耗 ( dB )
本不采用。
• G.654光纤/光缆是1550nm波长衰减最小的单模光纤，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光纤是非零色散位移单模光纤，适合应用于采用密集波分复用的大 容量的骨干网中。
• 光纤/光缆是传输网络的基础，光缆网的设计规划必须要考虑在未来 1520年的寿命期内仍能满足传输容量和速率的发展需要。
在用最坏值法设计数字系统时，设备富余度与未分配的富余度是分散给发 射机、接收机和光缆线路设施。通常发射机富余度取 1dB左右，接收机富 余度取2-4dB，系统总富余度取3-5dB左右。 ITU－T建议G.957规定，允许的光通道损耗PSR为：
PSR = P T - P R
发送机 光源
M eT
比特率为400 Mbit/s (BER 10-9) 时，无需中继器，所能传输的最长 距离？（不考虑色散代价）
• 解答：
• 比特率为400 Mbit/s (BER 10-9)
最大允许链路损耗= -4 – (-44) = 40dB 光纤损耗 (光纤+熔接) = (0.3dB+0.2dB) x L 连接器损耗 = 2dB ( 2个连接器, 每个1 dB) 系统余量= 6dB 因此，总体链路损耗 = (0.5L+2+6)dB
最大传输距离= (40-2-6)/0.5 km = 64km (答案)
比特率为40 Mbit/s (BER 10-9) 时，无需中继器，所能传输的最长距 离？（不考虑色散代价）
80km
• 另外，光纤的选择也与光源有关， LED 与单模光纤的耦合率很低，所以
LED 一般用多模光纤，但 1310nm 的边发光二极管与单模光纤的耦合取得
了进展。
• 另外，对于传输距离为数百米的系统，可以用塑料光纤配以LED。
5. 光源的选择
• 选择 LED 还是 LD ，需要考虑一些系统参数，比如色散、码速率、传输距 离和成本等。 LED 输出频谱的谱宽比起 LD 来宽得多，这样引起的色散较 大 ， 使 得 LED 的 传 输 容 量 较 低 ， 限 制 在 1500 （ Mb/s ） ·km 以 下 （ 1310nm ） ； 而 LD 的 谱 线 较 窄 ， 传 输 容 量 可 达 500 （ Gb/s ） ·km
• 选择检测器需要看系统在满足特定误码率的情况下所需的最小接收光 功率，即接收机的灵敏度，此外还要考虑检测器的可靠性、成本和复 杂程度。 • PIN-PD 比 APD 结构简单，温度特性更加稳定，成本低廉，低速率小容 量系统采用LED+PIN-PD组合。 • 若要检测极其微弱的信号，还需要灵敏度较高的 APD ，高速率大容量 系统采用LD+APD组合。
4. 光纤/光缆的选择
• 光纤有多模光纤和单模光纤，并有阶跃型和渐变型折射率分布。 • 对于短距离传输和短波长系统可以用多模光纤。 • 对于长距离传输和长波长系统一般使用单模光纤。 • 目前可选择的单模光纤有G.652，G.653，G.654，G.655等。
• G.652光纤/光缆对于1310nm波段是最佳选择，是目前最常用的单模光纤。
3. 工作波长的确定
• 工作波长可根据通信距离和通信容量进行选择。 • 如果是短距离小容量的系统，则可以选择短波长范围，即800～900nm。 • 如果是长距离大容量的系统，则选用长波长的传输窗口，即 1310nm 和 1550nm， 因为这两个波长区具有较低的损耗和色散。 • 另外，还要注意所选用的波长区具有可供选择的相应器件。