教学课件 光纤通信系统.ppt

1 N-2 N-1 N 2 环形拓扑结构 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。 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。 FDDI 双环结构， superior reliability and robustness 星形拓扑结构 2 N-1 N 4 3 1 Star coupler 所有节点都通过点到点连接接到中心站(中枢节点)上。 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。 第八章 光纤通信系统的性能与设计 光纤通信系统结构 光纤损耗对系统的限制 光纤色散对系统的限制 光纤通信系统设计中的功率预算 系统功率代价 光纤损耗对系统的限制 第二传输窗口 第一传输窗口 1300 1550 850 紫外吸收 红外吸收 瑞利散射 0.2 2.5 损 耗 (dB/km) 波 长 (nm) OH离子吸收峰 第三传输窗口 光纤的损耗谱特性 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敏度为Pr ，则最大传输距离为： ?tot (dB/km)为光纤损耗，包括对接损耗和活动连接损耗。 由于接收机灵敏度Pr随比特率B线性变化： 因此传输距离亦与比特率有关。 h?为光子能量， Np为接收机所要求的每比特的平均光子数。 在给定工作波长处，L随比特率B的增加而呈对数关系降低。 损耗限制 色散限制 ? 横越大西洋的海底光波系统 ? 实际陆地光波系统 ? 采用色散位移光纤的1550nm，B 10Gb/s 的实验系统 第八章 光纤通信系统的性能与设计 光纤通信系统结构 光纤损耗对系统的限制 光纤色散对系统的限制 光纤通信系统设计中的功率预算 系统功率代价 光纤色散:信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。 色散限制:光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。 色散类型 模间色散（仅多模光纤有） 波导色散 材料色散 偏振模色散 波长色散 一、光纤色散 光纤色散对系统的限制 二、色散与光纤 G.652（标准单模光纤SMF）: 零色散波长:1300nm 1550色散:16~17ps/nm.km G.653（色散位移光纤DSF）: 零色散波长:1550nm G.655（非零色散位移光纤NZDSF）: 1550nm色散:2~6ps/nm.km 三、色散限制 光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。 导致色散限制的物理机制随不同波长而不同。 1. 0.85?m光波系统 第一代光波系统，通常采用低成本的多模光纤作为传输媒质。主要限制因素是模间色散。 ------- 色散限制 多模阶跃光纤， BL=c/(2n1?)。 典型值n1=1.46、 ?=0.01，传输距离随比特率的曲线。 即使在B?1Mb/s 的低比特率，也是色散限制的，其传输距离限制在10km内。应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中。 多模渐变光纤， BL=2c/(n1?2). 对于 n1=1.46、?=0.01，曲线如图。当比特率小于100 Mb/s 时为损耗限制，大于100 Mb/s 将变为色散限制。 第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在50-100 Mb/s ，中继距离接近10公里，于1978年投入商业运营。 ------- 色散限制 2. 1.3?m光波系统 第二代光波系统采用最小色散波长在1.3?m附近的单模光纤，最大的限制因素是由较大的光源谱宽支配的由色散导致的脉冲展宽。 比特率－距离积 BL ?(4|D|??)-1 D为色散， ??为光源的均方根谱宽。 |D| 典型值为 1-2ps/(km-nm) 当取|D| ?? =2ps/km时，BL ? 125 (Gb/s)-km 当B1Gb/s时，为损耗限制系统， 但当B1Gb/s时则变为色散限制系统。 ------- 色散限制 3. 1.55?m光波系统 第三代光波系统工作在损耗最小的1.55?m波长，光纤色散是系统的主要限制因素。 对普通单模光纤，在1.55?m处D的典型值为17ps/(km-nm)，色散值比较高，由色散导致的脉冲展宽较大，系统处于色散限制状态。采用单纵模半导体光源可大大缓解这种限制。 最终限制为：B2L (16|?2|)-1 式中，?2为群速色