光纤通信系统及设计

第6章 光纤通信系统及设计 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、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。
第6章 光纤通信系统及设计
6.1.2
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
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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。
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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。
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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。 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。
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。
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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ຫໍສະໝຸດ Baidu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
窄，传输容量可达500（Gb/s）·km（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。
器件。
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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。 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。主要应用于城域网和接入网，不需采用大复用 路数密集波分复用的骨干网也常采用G.652光纤/光缆。
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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 2500 （ Mb/s ） ·km 以下（ 1310nm ）；而 LD 的谱线较
目前可选择的单模光纤有G.652，G.653，G.654，G.655等。
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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
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 15-20 年的寿命期内仍能满足传输容量和速率 的发展需要。 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。
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。
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