第第 5 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.1 两种传输体制两种传输体制 5.2 系统的性能指标系统的性能指标 5.3 系统的设计系统的设计 返回主目录光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 5.1 两种传输体制两种传输体制 光光纤纤大大容容量量数数字字传传输输目目前前都都采采用用同同步步时时分分复复用用(TDM)技技术术。 复用又分为若干等级，先后有两种传输体制：复用又分为若干等级，先后有两种传输体制： 准同步数字系列准同步数字系列(PDH) 同步数字系列同步数字系列(SDH) 随着光纤通信技术和网络的发展，随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。遇到了许多困难。 美国提出了美国提出了同步光纤网同步光纤网(SONET)。 1988年年，ITU-T(原原CCITT) 提提出出了了被被称称为为同同步步数数字字系系列列(SDH)的规范建议。的规范建议。 SDH解解决决了了PDH存存在在的的问问题题，是是一一种种比比较较完完善善的的传传输输体体制制，现现已已得得到到大大量量应应用用。这这种种传传输输体体制制不不仅仅适适用用于于光光纤纤信信道道，也也适适用用于微波和卫星干线传输。于微波和卫星干线传输。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 5.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDH 准同步数字系列有两种基础速率：准同步数字系列有两种基础速率： 以以1.544 Mb/s为为第第一一级级(一一次次群群，或或称称基基群群)基基础础速速率率，采用的国家有北美各国和日本；采用的国家有北美各国和日本； 以以2.048 Mb/s为为第第一一级级(一一次次群群)基基础础速速率率， 采采用用的的国国家有西欧各国和中国。家有西欧各国和中国。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件六次群六次群/（MbS-1）五次群五次群/（MbS-1）四次群四次群/（MbS-1）三次群三次群/（MbS-1）二次群二次群/（MbS-1）北美北美日本日本中国中国西欧西欧基群基群/（MbS-1）国家或地区国家或地区表表5.1 世界各国商用光纤通信制式世界各国商用光纤通信制式光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 在在这这种种形形势势下下，现现有有PDH的的许许多多缺缺点点也也逐逐渐渐暴暴露露出出来来，主主要有：要有： (1) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。 (2) 各各种种复复用用系系列列都都有有其其相相应应的的帧帧结结构构，没没有有足足够够的的开开销销比特，使网络设计缺乏灵活性。比特，使网络设计缺乏灵活性。 (3) 复接复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。 PDH主要适用于中、低速率点对点的传输主要适用于中、低速率点对点的传输光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 5.1.2 同步数字系列同步数字系列SDH 1. SDH1. SDH传输网传输网传输网传输网 SDH不不仅仅适适合合于于点点对对点点传传输输，而而且且适适合合于于多多点点之之间间的的网网络传输。络传输。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件与与PDH相比，相比，SDH具有下列特点：具有下列特点： (1) SDH采采用用世世界界上上统统一一的的标标准准传传输输速速率率等等级级。 最最低低的的等等级级也也就就是是最最基基本本的的模模块块称称为为STM-1，传传输输速速率率为为155.520 Mb/s； 4个个STM-1 同同步步复复接接组组成成STM-4，传传输输速速率率为为622.080 Mb/s； 16个个STM-1 组组成成STM-16, 传传输输速速率率为为2488.320 Mb/s，以以此此类推。类推。 (2) SDH各各网网络络单单元元的的光光接接口口有有严严格格的的标标准准规规范范。因因此此， 光光接接口口成成为为开开放放型型接接口口，这这有有利利于于建建立立世世界界统统一一的的通通信信网网络络。 标标准准的的光光接接口口综综合合进进各各种种不不同同的的网网络络单单元元， 简简化化了了硬硬件件，降降低了网络成本。低了网络成本。 (3) 在在SDH帧帧结结构构中中，丰丰富富的的开开销销比比特特用用于于网网络络的的运运行行、 维维护护和和管管理理，便便于于实实现现性性能能监监测测、故故障障检检测测和和定定位位、故故障障报报告告等管理功能。等管理功能。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 (4) 采采用用数数字字同同步步复复用用技技术术，其其最最小小的的复复用用单单位位为为字字节节， 不不必必进进行行码码速速调调整整，简简化化了了复复接接分分接接的的实实现现设设备备，由由低低速速信信号号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。 (5) 采采用用数数字字交交叉叉连连接接设设备备DXC可可以以对对各各种种端端口口速速率率进进行行可可控控的的连连接接配配置置，对对网网络络资资源源进进行行自自动动化化的的调调度度和和管管理理，既既提提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。 SDH采采用用了了DXC后后，大大大大提提高高了了网网络络的的灵灵活活性性及及对对各各种种业业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 图图 5.4 分插信号流程的比较分插信号流程的比较光光/电电光信号光信号分接分接分接分接分接分接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s复接复接复接复接复接复接电电/光光光信号光信号2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s( (电信号电信号) )SDHADM155 Mb/s光接口光接口155 Mb/s光接口光接口2 Mb/s( (电信号电信号) )PDHPDHPDH和和和和SDHSDH分插信号流程的比较分插信号流程的比较分插信号流程的比较分插信号流程的比较 采采用用SDH分分插插复复用用器器(ADM)，可可以以利利用用软软件件一一次次直直接接分分出出和和插插入入 2 Mb/s支路信号，十分简便。支路信号，十分简便。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 2. SDH 2. SDH帧结构帧结构帧结构帧结构 SDHSDH帧帧帧帧结结结结构构构构是是是是实实实实现现现现数数数数字字字字同同同同步步步步时时时时分分分分复复复复用用用用、保保保保证证证证网网网网络络络络可可可可靠靠靠靠有有有有效效效效运运运运行的关键。行的关键。行的关键。行的关键。 图图 5.5 给给出出SDH帧帧一一个个STM-N帧帧有有9行行，每每行行由由270N个个字字节节组成。组成。 这样每帧共有这样每帧共有9270N个字节，个字节， 每字节为每字节为8 bit。 帧周期为帧周期为125s， 即每秒传输即每秒传输8000帧。帧。 对于对于STM-1而言，传输速率为而言，传输速率为927088000=155.520 Mb/s。 字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件图图 5.5 SDH帧的一般结构帧的一般结构 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件SDH帧的三个部分：帧的三个部分： (1) 段段开开销销(SOH)。 段段开开销销是是在在SDH帧帧中中为为保保证证信信息息正正常常传传输输所所必必需需的的附附加加字字节节(每每字字节节含含64 kb/s的的容容量量)，主主要要用用于于运运行行、 维维护护和和管管理理，如如帧帧定定位位、 误误码码检检测测、 公公务务通通信信、自自动动保保护倒换以及网管信息传输。护倒换以及网管信息传输。 (2) 信信息息载载荷荷(Payload)。信信息息载载荷荷域域是是SDH帧帧内内用用于于承承载载各种业务信息的部分。各种业务信息的部分。 在在Payload中中包包含含少少量量字字节节用用于于通通道道的的运运行行、 维维护护和和管管理理， 这些字节称为这些字节称为通道开销通道开销(POH)。 根根据据图图5.3(a)的的传传输输通通道道连连接接模模型型，段段开开销销又又细细分分为为再再生生段段开开销销(SOH)和和复复接接段段开开销销(LOH)。前前者者占占前前3行行，后后者者占占59行。行。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 (3) 管管理理单单元元指指针针(AU PTR)。管管理理单单元元指指针针是是一一种种指指示示符符， 主主要要用用于于指指示示Payload第第一一个个字字节节在在帧帧内内的的准准确确位位置置(相相对对于于指指针针位置的偏移量位置的偏移量)。 采采用用指指针针技技术术是是SDH的的创创新新，结结合合虚虚容容器器(VC)的的概概念念， 解解决决了了低低速速信信号号复复接接成成高高速速信信号号时时，由由于于小小的的频频率率误误差差所所造造成成的的载载荷荷相对位置漂移的问题。相对位置漂移的问题。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 3. 3. 复用原理复用原理复用原理复用原理 SDHSDH采用载荷指针技术采用载荷指针技术采用载荷指针技术采用载荷指针技术 ITUT规定了规定了SDH的一般的一般复用映射结构复用映射结构。 所所谓谓映映射射结结构构， 是是指指把把支支路路信信号号适适配配装装入入虚虚容容器器的的过过程程，其实质是使支路信号与传送的载荷同步。其实质是使支路信号与传送的载荷同步。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 这种结构可以把目前这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号装入的绝大多数标准速率信号装入SDH帧。帧。图图 5.7 SDH的一般复用映射结构的一般复用映射结构 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 复用过程：复用过程： PDH STM-1 STM-1 STM-N光通信技术数字光纤通信系统优秀课件举例：由举例：由PDH的的4次群信号到次群信号到SDH的的STM-1的复接过程的复接过程 把把139.264 Mb/s的的信信号号装装入入容容器器C-4，经经速速率率适适配配处处理理后后，输出信号速率为输出信号速率为149.760 Mb/s; 在在虚虚容容器器VC-4内内加加上上通通道道开开销销POH(每每帧帧9 Byte, 相相应应于于0.576 Mb/s)后，输出信号速率为后，输出信号速率为150.336 Mb/s； 在在管管理理单单元元AU-4内内，加加上上管管理理单单元元指指针针AU PTR(每每帧帧9 Byte, 相应于相应于0.576 Mb/s)，输出信号速率为，输出信号速率为150.912 Mb/s; 由由 1个个AUG加加上上段段开开销销SOH(每每帧帧72 Byte, 相相应应于于4.608 Mb/s), 输出信号速率为输出信号速率为155.520 Mb/s, 即为即为STM-1。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 4. SDH4. SDH常用设备常用设备常用设备常用设备 终端复用设备（终端复用设备（TM） 分插复用设备分插复用设备(ADM) 数字交叉连接设备数字交叉连接设备数字交叉连接设备数字交叉连接设备(DXC)(DXC)光通信技术数字光纤通信系统优秀课件终端复用端复用设备： 完成完成SDH终端的终端的复接复接复接复接/ /分接分接分接分接功能。功能。MUXE1E1STM-N同步复接同步复接DMXE1E1STM-N同步分接同步分接图图5.2 (a) 终端复用器终端复用器TM；光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 ADM是一种特殊的复用器是一种特殊的复用器 它利用分接功能将输入信号它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：所承载的信息分成两部分： 一部分直接转发一部分直接转发 一部分卸下给本地用户然后信息又通过复接功能将转一部分卸下给本地用户然后信息又通过复接功能将转 发部分和本地上送的部分合成输出发部分和本地上送的部分合成输出DMXMUX中继线中继线STM-N中继线中继线STM-NAddSTM-n分接分接复接复接DropSTM- n本地本地图图5. 2(b) 分插复用设备分插复用设备ADM(Add/DropMultiplexer)光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 DXC类似于交换机类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。配置可提供不同的端到端连接。1: m1: mm:1m :1复接复接交叉连接矩阵交叉连接矩阵分接分接1n1n配置管理配置管理图图5.2 (c) 交叉连接设备交叉连接设备DXC 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 图图5.1示出示出SDH传输网的拓扑结构。传输网的拓扑结构。 SDH传输网传输网由由SDH终接设备终接设备(或称或称SDH终端复用器终端复用器TM)、分插复用设备分插复用设备ADM、数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC等等网络单元以及连接它们的网络单元以及连接它们的(光纤光纤)物理链路构成。物理链路构成。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件图图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构传输网的典型拓扑结构TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速低速信号信号低速低速信号信号低速低速信号信号低速低速信号信号(nN)光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 5. SDH 5. SDH的应用的应用的应用的应用 SDH可可用用于于点点对对点点传传输输(图图5.8)、 链链形形网网(图图5.9)和和环环形形网网(图图5.10)。 SDHTMSDHTM支路支路信号信号支路支路信号信号STM- N再生中继器再生中继器图图 5.8 SDH用于点对点传输用于点对点传输SDHTMSDHTM支路支路信号信号支路支路信号信号SDHADMSTM-n(n N)STM- NSTM-NSTM-n 图图 5.9 SDH链形网链形网 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 图图 5.10 SDH环形网环形网(双环双环) SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM支路支路信号信号支路信号支路信号支路信号支路信号支路支路信号信号光通信技术数字光纤通信系统优秀课件SDH环形网环形网的一个突出的一个突出优点优点是具有是具有“自愈自愈”能力。能力。 当某节点发生故障或光缆中断时，仍能维持一定当某节点发生故障或光缆中断时，仍能维持一定的通信能力。的通信能力。 当然，当然， SDH通过通过ADM和和DXC等网络单元可以构等网络单元可以构成更为复杂的成更为复杂的网形网网形网(如图如图 5.1 所示所示)。 网形网形SDH网络网络的的主要特点主要特点是：是： 端到端之间存在一条以上的路径，可同时构成一端到端之间存在一条以上的路径，可同时构成一条以上的传输通道，通过条以上的传输通道，通过DXC的灵活配置，使网络具的灵活配置，使网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性。有更好的抗毁性和更高的可靠性。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件5.3 系系 统统 的的 设设 计计1 总体设计考虑总体设计考虑 我我们们知知道道，数数字字光光纤纤通通信信系系统统一一般般采采用用强强度度调调制制、直直接接检检波波的的方方式式， 即即IM-DD方方式式。 任任何何复复杂杂的的通通信信系系统，统， 其基本单元都是点到点的传输链路。其基本单元都是点到点的传输链路。 它它包包括括三三大大部部分分， 即即光光发发送送机机， 光光接接收收机机和和光光纤纤线线路路。 每每一一部部分分都都涉涉及及许许多多的的光光电电器器件件， 所所以以对对链链路路的的设设计计是是一一个个复复杂杂的的工工作作， 而而每每个个元元器器件件的的选选择择都都要要经经过过若若干干次次的的反反复复。 这这里里仅仅对对原原则则性性的的问问题题作作一一下下介介绍。绍。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 光纤通信系统的基本要求有以下几点：光纤通信系统的基本要求有以下几点： (1) 预期的传输距离。预期的传输距离。 (2) 信道带宽或码速率。信道带宽或码速率。 (3) 系统性能（误码率，系统性能（误码率， 信噪比）。信噪比）。 为为了了达达到到这这些些要要求求， 需需要要对对以以下下一一些些要要素素进行考虑：进行考虑： 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件光光纤纤： 需需要要考考虑虑选选用用单单模模还还是是多多模模光光纤纤; 需需要要考考虑虑的的设设计计参参数数有有： 纤纤芯芯尺尺寸寸、 纤纤芯芯折折射射率率分分布、布、 光纤的带宽或色散特性、光纤的带宽或色散特性、 衰耗特性。衰耗特性。 光光源源： 可可以以使使用用LED或或LD， 光光源源器器件件的的参参数数有有发发射射功功率率、 发发射射波波长长、 发发射射频频谱谱宽宽度度、 方方向向图等。图等。 检检测测器器: 可可以以使使用用PIN组组件件或或APD组组件件， 主主要要的的器器件件参参数数有有工工作作波波长长、 响响应应度度、 接接收收灵灵敏敏度度、 响应时间等。响应时间等。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件1)采用的传输制式采用的传输制式 以以前前的的数数字字传传输输链链路路使使用用的的是是PDH体体制制， 现现在在SDH技技术术已已经经成成熟熟并并已已在在线线路路上上大大量量使使用用， 鉴于鉴于SDH设备良好的性能和兼容性，设备良好的性能和兼容性， 长长途途干干线线传传输输或或大大城城市市的的市市话话系系统统都都应应该该采用采用SDH。 但但为为了了节节省省成成本本， 农农村村线线路路也也可可以以适适当当采采用用PDH。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件2) 工作波长的确定工作波长的确定 工工作作波波长长可可根根据据通通信信距距离离和和通通信信容容量量进进行行选择。选择。 如如果果是是短短距距离离小小容容量量的的系系统统，则则可可以以选选择择短波长范围，短波长范围， 即即800900 nm。 如如果果是是长长距距离离大大容容量量的的系系统统，则则选选用用长长波波长长的的传传输输窗窗口口， 即即1310 nm和和1550 nm， 因因为为这两个波长区具有较低的损耗和色散。这两个波长区具有较低的损耗和色散。 另另外外， 还还要要注注意意所所选选用用的的波波长长区区具具有有可可供供选择的相对器件。选择的相对器件。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件3) 光纤的选择光纤的选择 光光纤纤有有多多模模光光纤纤和和单单模模光光纤纤， 每每种种都都有有阶阶跃跃的和渐变折射率的纤芯分布。的和渐变折射率的纤芯分布。 对对于于短短距距离离传传输输和和短短波波长长应应用用， 可可以以用用多多模模光纤。光纤。 但长波长传输一般使用单模光纤。但长波长传输一般使用单模光纤。 目目前前可可选选择择的的单单模模光光纤纤有有G.652， G.653， G.654， G.655等等。 G.652对对于于1310 nm波波段段是是最最佳佳选选择择； G.653只只适适合合于于1550 nm波波段段； 对对于于WDM系系统统， G.655和和大大有有效效面面积积光光纤纤是是最最适适合合的。的。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 另另外外， 光光纤纤的的选选择择也也与与光光源源有有关关， LED与与单单模模光光纤纤的的耦耦合合率率很很低低， 所所以以LED一一般般用用多多模模光光纤纤， 但但近近来来1310 nm的的边边发发光光二二极极管管与与单单模模光光纤纤的的耦耦合合取取得得了了进进展展。 另另外外， 对对于于传传输输距距离离为为数数百百米米的系统，的系统， 可以用塑料光纤配以可以用塑料光纤配以LED。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件4) 光源的选择光源的选择 选选择择LED还还是是LD， 需需要要考考虑虑一一些些系系统统参参数数， 比比如如色色散散、 码码速速率率、 传传输输距距离离和和成成本本等等。 LED输输出出频频谱谱的的谱谱宽宽比比起起LD来来宽宽得得多多， 这这样样引引起起的的色色散散较较大大， 使使得得LED的的传传输输容容量量（码码速速距距离离积积）较较低低， 限限制制在在2500（Mb/s）km以以下下（1310 nm）； 而而LD 的的 谱谱 线线 较较 窄窄 ， 传传 输输 容容 量量 可可 达达500（Gb/s）km（1550 nm）。）。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 典典型型情情况况下下， LD耦耦合合进进光光纤纤中中的的光光功功率率比比LED高高出出1015 dB， 因因此此会会有有更更大大的的无无中中继继传传输输距距离离。 但但是是LD的的价价格格比比较较昂昂贵贵， 发发送送电电路路复复杂杂， 并并且且需需要要自自动动功功率率和和温温度度控控制制电电路路。 而而LED价价格格便便宜宜， 线线性性好好， 对对温温度度不不敏敏感感， 线线路路简简单单。 设设计电路时需要综合考虑这些因素。计电路时需要综合考虑这些因素。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件5) 光检测器的选择光检测器的选择 选选择择检检测测器器需需要要看看系系统统在在满满足足特特定定误误码码率率的的情情况况下下所所需需的的最最小小接接收收光光功功率率， 即即接接收收机机的的灵灵敏敏度度， 此此外外还还要要考考虑虑检检测测器器的的可可靠靠性性、 成成本本和和复复杂杂程程度度。 PIN比比起起APD来来结结构构简简单单， 温温度度特特性性更更加加稳稳定定， 成成本本低低廉廉。 正正常常情情况况下下， PIN的的偏偏置置电电压压低低于于5 V。 但但是是若若要要检检测测极极其其微微弱弱的的信信号号， 还还需需要要灵灵敏敏度度较较高高的的APD或或PIN-FET等。等。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件2 设计方法设计方法 对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任务是对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任务是: 根根据据用用户户对对传传输输距距离离和和传传输输容容量量(话话路路数数或或比比特特率率)及及其其分分布布的的要要求求，按按照照国国家家相相关关的的技技术术标标准准和和当当前前设设备备的的技技术术水水平平，经过综合考虑和反复计算。经过综合考虑和反复计算。 选选择择最最佳佳路路由由和和局局站站设设置置、 传传输输体体制制和和传传输输速速率率以以及及光光纤纤光光缆缆和和光光端端机机的的基基本本参参数数和和性性能能指指标标，以以使使系系统统的的实实施施达达到到最佳的性能价格比。最佳的性能价格比。 在在技技术术上上，系系统统设设计计的的主主要要问问题题是是确确定定中中继继距距离离，尤尤其其对对长长途途光光纤纤通通信信系系统统，中中继继距距离离设设计计是是否否合合理理，对对系系统统的的性性能能和和经济效益影响很大。经济效益影响很大。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 T, T: 光端机和数字复接分接设备的接口；光端机和数字复接分接设备的接口； Tx: 光发射机或中继器发射端；光发射机或中继器发射端； Rx: 光接收机或中继器接收端；光接收机或中继器接收端； C1, C2: 光纤连接器；光纤连接器； S: 靠近靠近Tx的连接器的连接器C1的接收端；的接收端； R: 靠近靠近Rx的连接器的连接器C2的发射端；的发射端； SR: 光纤线路，包括接头。光纤线路，包括接头。1）中继距离受损耗的限制）中继距离受损耗的限制 图图5.17示示出出了了无无中中继继器器和和中中间间有有一一个个中中继继器器的的数数字字光光纤纤线线路系统的示意图，图中符号：路系统的示意图，图中符号：光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 图图5.17数字光纤线路系统数字光纤线路系统 (a)无中继器；无中继器； (b) 一个中继一个中继器器 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 如如果果系系统统传传输输速速率率较较低低，光光纤纤损损耗耗系系数数较较大大，中中继继距距离离主主要要受受光光纤纤线线路路损损耗耗的的限限制制。在在这这种种情情况况下下，要要求求S和和R两两点点之之间间光光纤纤线线路路总总损损耗耗必必须须不不超超过过系系统统的的总总功功率率衰衰减减，即即 式式中中，Pt 为为平平均均发发射射光光功功率率(dBm)，Pr为为接接收收灵灵敏敏度度(dBm)，c 为为连连接接器器损损耗耗(dB/对对)， Me 为为系系统统余余量量(dB)，f为为光光纤纤损损耗耗系系数数(dB/km), s为为每每km光光纤纤平平均均接接头头损损耗耗(dB/km), m为为每每km光纤线路损耗余量光纤线路损耗余量(dB/km), L 为中继距离为中继距离(km)。或或(5.8)光通信技术数字光纤通信系统优秀课件2） 中继距离受色散中继距离受色散(带宽带宽)的限制的限制 如如果果系系统统的的传传输输速速率率较较高高，光光纤纤线线路路色色散散较较大大，中中继继距距离离主要受色散主要受色散(带宽带宽)的限制。的限制。 为为使使光光接接收收机机灵灵敏敏度度不不受受损损伤伤， 保保证证系系统统正正常常工工作作，必必须须对光纤线路总色散对光纤线路总色散(总带宽总带宽)进行规范。进行规范。 对对于于数数字字光光纤纤线线路路系系统统而而言言，色色散散增增大大，意意味味着着数数字字脉脉冲冲展展宽宽增增加加，因因而而在在接接收收端端要要发发生生码码间间干干扰扰，使使接接收收灵灵敏敏度度降降低低， 或或误误码码率率增增大大。严严重重时时甚甚至至无无法法通通过过均均衡衡来来补补偿偿，使使系系统统失失去去设计的性能。设计的性能。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件图图 5.18 高斯波形的码间干扰高斯波形的码间干扰 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 对对于于实实际际的的单单模模光光纤纤通通信信系系统统，受受色色散散限限制制的的中中继继距距离离L可以表示为：可以表示为：（5.16）式中式中, 是是线路码速率线路码速率(Mb/s)，与系统比特速率不，与系统比特速率不同，它要随线路码型的不同而有所变化。同，它要随线路码型的不同而有所变化。C0是是光纤光纤的色散系数的色散系数(ps/(nmkm)，它取决于工作波长附，它取决于工作波长附近的光纤色散特性。近的光纤色散特性。为为光源谱线宽度光源谱线宽度(nm)，对，对多多纵模激光器纵模激光器(MLM-LD)，为，为rms宽度，对宽度，对单纵模激光单纵模激光器器(SLM-LD), 为峰值下降为峰值下降20dB的宽度。的宽度。 是与功是与功率代价和光源特性有关的参数，对于率代价和光源特性有关的参数，对于MLMLD, =0.115, 对于对于SLM-LD，=0.306。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 5.3.3 中继距离和传输速率中继距离和传输速率 光光纤纤通通信信系系统统的的中中继继距距离离受受损损耗耗限限制制时时由由式式(5.8)确确定定；中中继继距距离离受受色色散散限限制制时时由由式式(5.13)(多多模模光光纤纤)和和式式(5.15)或或式式(5.16)(单模光纤单模光纤)确定。确定。 从从损损耗耗限限制制和和色色散散限限制制两两个个计计算算结结果果中中， 选选取取较较短短的的距距离离，作为中继距离计算的最终结果。作为中继距离计算的最终结果。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件以以140 Mb/s单模光纤通信系统为例计算中继距离单模光纤通信系统为例计算中继距离 设系统平均发射功率设系统平均发射功率Pt=-3 dBm, 接收灵敏度接收灵敏度Pr=-42 dBm，设备余量设备余量Me=3 dB，连接器损耗，连接器损耗c=0.3dB/对，光纤损耗系数对，光纤损耗系数f=0.35 dB/km, 光纤余量光纤余量m=0.1 dB/km，每，每km光纤平均接头光纤平均接头损耗损耗s=0.03 dB/km。把这些数据代入式。把这些数据代入式(5.8)， 得到中继距得到中继距离离光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 又又设设线线路路码码型型为为5B6B, 线线路路码码速速率率b=140(6/5)=168 Mb/s, |C0|=3.0 ps/(nmkm)，=2.5 nm。把把这这些些数数据据代代入入式式(5.16)，得到中继距离：，得到中继距离： 在在工工程程设设计计中中，中中继继距距离离应应取取74 km。在在本本例例中中中中继继距距离离主要受损耗限制。主要受损耗限制。 但但是是，如如果果假假设设|C0|=3.5 ps/(nmkm)，=3 nm，而而上上述述其其他他参参数数不不变变，根根据据式式(5.16)计计算算得得到到的的中中继继距距离离L65 km， 则则此此时时中中继继距距离离主主要要受受色色散散限限制制，中中继继距距离离应应确确定定为为65 km。光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 图图5.20 示示出出各各种种光光纤纤的的中中继继距距离离和和传传输输速速率率的的关关系系，包包括损耗限制和色散限制的结果。括损耗限制和色散限制的结果。 图图 5.20 各种光纤的中继距离和传输速率的关系各种光纤的中继距离和传输速率的关系光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 由由图图5.20可可见见，对对于于波波长长为为0.85 m的的多多模模光光纤纤，由由于于损损耗耗大，中继距离一般在大，中继距离一般在20 km以内。以内。 传传输输速速率率很很低低，SIF光光纤纤的的速速率率不不如如同同轴轴线线，GIF光光纤纤的的速速率率在在0.1 Gb/s以以上上就就受受到到色色散散限限制制。单单模模光光纤纤在在长长波波长长工工作作， 损耗大幅度降低，中继距离可达损耗大幅度降低，中继距离可达100200 km。 在在1.31m零零色色散散波波长长附附近近，当当速速率率超超过过1 Gb/s时时， 中中继继距距离才受色散限制。离才受色散限制。 在在1.55 m波波长长上上，由由于于色色散散大大，通通常常要要用用单单纵纵模模激激光光器器，理理想想系系统统速速率率可可达达5 Gb/s，但但实实际际系系统统由由于于光光源源调调制制产产生生频频率率啁啁啾啾，导导致致谱谱线线展展宽宽，速速率率一一般般限限制制为为2 Gb/s。采采用用色色散散移移位位光纤和外调制技术，可以使速率达到光纤和外调制技术，可以使速率达到20 Gb/s以上。以上。 光通信技术数字光纤通信系统优秀课件 0.85m,SIF光纤，光纤，fbL0.011=0.01 (Gb/s)km 0.85m, GIF光纤，光纤，fbL0.120=2.0 (Gb/s)km 1.31 m, SMF光纤，光纤，fbL1125=125 (Gb/s)km 1.55m, SMF光纤，光纤，fbL275=150 (Gb/s)km 1.55m, DSF光纤，光纤，fbL2080=1600 (Gb/s)km 现在可以把反映光纤传输系统技术水平的指标、现在可以把反映光纤传输系统技术水平的指标、 速率速率距距离离(fbL)乘积大体归纳如下：乘积大体归纳如下：光通信技术数字光纤通信系统优秀课件