第7章光纤通信系统性能与设计

EDFA
DEMUX
功放
线放
预放
1 光接收机 2 光接收机 3 光接收机
N 光接收机
典型的点对点光纤通信系统
第7章光纤通信系统性能与设计
7.1.2 光纤分配网
功能：光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要 求将信息分配给多个用户
应用：光缆电话网、公用天线电视(CATV)、宽 带综合业务数字网（B-ISND）
例子：“以太网” 协议：碰撞检测的载波侦听多路存取（CSMA/CD） 限制：与每个分支的损耗有关，用户数不能太多。
第7章光纤通信系统性能与设计
•环形拓扑结构
1
N
2
N-1
N-2
•点到点连接将节点依次相 连以形成单个闭合环。各节 点中均设置有发送机－接收 机对，均可发送和接收数据， 也用作中继器。
•一个令牌（一个预先确定 的比特率）在环内传递，每 个节点都监视比特率以监听 它自己的地址和接收数据。
第7章光纤通信系统性能与设计
• 设计问题
中继距离的选取：在级联的EDFA系统中， ASE噪声积累 问题是关键所在，设计的关键在于如何设置EDFA的放大 间隔使接收端的OSNR满足要求
色散补偿技术：色散补偿方案的选择及设计 光纤非线性的避免
光发射机 1 光发射机 2 光发射机 3
光发射机 N
MUX
第7章光纤通信系统性能与设计
7.1.3 局域网
局域网：在光纤通信系统中，要求在网络中一个 局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户 相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将 数据传送给其他任何用户。
LAN中要求对每个用户提供随机的收发数据功能， 存在网络协议问题。
结构：总线型Bus、 环型Ring、 星型Star
•随着光纤分布式数据接口 FDDI的标准接口的出现， 光纤LAN开始普遍采用环 形拓扑结构。
第7章光纤通信系统性能与设计
•FDDI
双环结构， superior reliability and robustness
第7章光纤通信系统性能与设计
•星形拓扑结构
2
1
3
Star
N coupler
4
N-1
•所有节点都通过点到点连接 接到中心站(中枢节点)上。
第7章光纤通信系统性能与设计
•总线拓扑结构
P N P T C 1 1 C N 1
若取 =0.05, C=0.05, PT =1mW 和 PN=0.1W,
则N的最大值? N=61
如何进一步增加分支数？
在总线上周期地接入光放大器提升功率，可以克 服上述限制，只要光纤色散的影响限制在可忽略 的程度，允许分配的用户数将可大大增加。
第三传输窗口
瑞利散射
0.2
紫外吸收
850
1300
波 长 (nm)
1550
光纤的损耗谱特性
第7章光纤通信系统性能与设计
红外吸收
•损耗限制光波系统
设发送机发出的最大平均功率为Pt ，而光接收机的接收灵
第7章光纤通信系统性能与设计
•总线拓扑结构
缺点：信号损耗随分路数指数增加。限制 了单根光纤总线服务的范围和用户数。
若忽略光纤自身的损耗，则第N个分支可得到的
功率为：P N P T C 1 1 C N 1
PN----第N个分支功率；PT----发送功率；C----分路器的功 率分路比；----分路器的插入损耗；并假设每个分路器的 C和都相同。
第7章光纤通信系统性能与设计
7.1.1 点到点的传输系统
利用光纤的低损耗、宽带宽特点 性能指标：比特率－距离积（BL） BL积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性
又与波长有关，所以BL积与波长有关。
第一代光波系统: 0.85m,BL积 1 (Gb/s).km 第二代光波系统：1.3m,BL积 100 (Gb/s).km 第三代光波系统：1.55m, BL积1000 (Gb/s).km
光接收机
光放大器不能无限制级联，因为色散导致的脉冲畸变
最T终x限制了系统的R性x T能x。光-电-光R再x 生Tx中继则不存R在x这
种问题。
光光发-电送-机光中继：实际放大上器是一个接收放机大一器个发送机光对接，收它机 将T检x测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大R整x 形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复原 光比特流采继用再续生沿器和光光纤放传大器输作。为周期性损耗补偿的点到点连接
7.1 光纤通信系统结构 7.2 光纤损耗对系统的限制 7.3 光纤色散对系统的限制 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响 7.5 信道串扰 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算
第7章光纤通信系统性能与设计
7.2 光纤损耗对系统的限制
2.5
第一传输窗口
OH离子吸Hale Waihona Puke Baidu峰
损 耗 (dB/km)
第二传输窗口
光纤通信技术第七章
光纤通信系统的性能与设计
第7章光纤通信系统性能与设计
第七章 光纤通信系统的性能与设计
7.1 光纤通信系统结构 7.2 光纤损耗对系统的限制 7.3 光纤色散对系统的限制 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响 7.5 信道串扰 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算
第7章光纤通信系统性能与设计
•有源星形结构：所有到达的 光信号都通过光接收机转换为 电信号，再将电信号分配以驱 动各个节点的光发送机。
•无源星形结构：采用星形耦 合器等无源光器件在光域进行 分配。由于从一个节点的输入 被分配到许多输出节点，因此 传送到每个节点的功率将受用 户数的限制。
第7章光纤通信系统性能与设计
第七章 光纤通信系统的性能与设计
7.1 光纤通信系统结构
光纤通信系统的主要组成单元：
光纤 光器件 光发送机 光接收机 光放大器
根据光纤系统的应用可分为
点到点连接 广播和分配网 局域网
第7章光纤通信系统性能与设计
7.1.1 点到点的传输系统
光放大器：将接收到的微弱光比特流信号直接放大而
不光需发送将机其转换为电再信生号器。(1R) 再生器
特点：传输距离较短、带宽要求宽 结构：树型拓扑、总线拓扑
第7章光纤通信系统性能与设计
•树形拓扑结构
Hub
Hub
Hub
Hub
Hub
信道在中心点分配，光纤的 作用与点到点连接系统类似。
第7章光纤通信系统性能与设计
•总线拓扑结构
1
3
4
Bus
2
N
单根光纤承载整个业务范围的多信道光信号，通过光接头完 成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。多路视 频信道分配CATV系统；高清晰度电视HDTV。