光纤通信系统的性能与设计.pptx

第七章第七章 光纤通信系统的性能与设计光纤通信系统的性能与设计7.1 7.1 光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构7.2 7.2 光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制7.3 7.3 光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制7.4 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响7.5 7.5 信道串扰信道串扰信道串扰信道串扰7.6 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算7.1 光纤通信系统结构光纤通信系统结构n n光纤通信系统的主要组成单元：光纤通信系统的主要组成单元：光纤通信系统的主要组成单元：光纤通信系统的主要组成单元：n n光纤光纤光纤光纤n n光器件光器件光器件光器件n n光发送机光发送机光发送机光发送机n n光接收机光接收机光接收机光接收机n n光放大器光放大器光放大器光放大器n n根据光纤系统的应用可分为根据光纤系统的应用可分为根据光纤系统的应用可分为根据光纤系统的应用可分为n n点到点连接点到点连接点到点连接点到点连接n n广播和分配网广播和分配网广播和分配网广播和分配网n n局域网局域网局域网局域网RxRx TxTxRxRxRxRx TxTxTxTx再生器再生器再生器再生器RxRxTxTxAAAA放大器放大器放大器放大器采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接再生器再生器再生器再生器放大器放大器放大器放大器光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光发送机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机7.1.1 点到点的传输系统点到点的传输系统光光光光-电电电电-光中继：光中继：光中继：光中继：实际上是一个接收机一个发送机对，实际上是一个接收机一个发送机对，实际上是一个接收机一个发送机对，实际上是一个接收机一个发送机对，它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复原光比特流继续沿光纤传输。原光比特流继续沿光纤传输。原光比特流继续沿光纤传输。原光比特流继续沿光纤传输。光放大器：光放大器：光放大器：光放大器：将接收到的微弱光比特流信号直接放大而将接收到的微弱光比特流信号直接放大而将接收到的微弱光比特流信号直接放大而将接收到的微弱光比特流信号直接放大而不需将其转换为电信号。不需将其转换为电信号。不需将其转换为电信号。不需将其转换为电信号。(1 1RR)光放大器不能无限制级联光放大器不能无限制级联光放大器不能无限制级联光放大器不能无限制级联，因为色散导致的脉冲畸变，因为色散导致的脉冲畸变，因为色散导致的脉冲畸变，因为色散导致的脉冲畸变最终限制了系统的性能最终限制了系统的性能最终限制了系统的性能最终限制了系统的性能。光光光光-电电电电-光再生中继则不存在光再生中继则不存在光再生中继则不存在光再生中继则不存在这种问题。这种问题。这种问题。这种问题。7.1.1 点到点的传输系统点到点的传输系统n n利用光纤的利用光纤的低损耗、宽带宽低损耗、宽带宽特点特点n n性能指标：性能指标：比特率距离积（比特率距离积（BL）n nBL积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性又与波长有关，所以又与波长有关，所以BL积与波长有关。积与波长有关。n n第一代光波系统第一代光波系统第一代光波系统第一代光波系统:0.850.85 m,BLm,BL积积积积 1(Gb/s).km1(Gb/s).kmn n第二代光波系统：第二代光波系统：第二代光波系统：第二代光波系统：1 1.3.3 m,BLm,BL积积积积 100(Gb/s).km100(Gb/s).kmn n第三代光波系统：第三代光波系统：第三代光波系统：第三代光波系统：1 1.55.55 m,BLm,BL积积积积1000 1000(Gb/s).km(Gb/s).km 设计问题设计问题n n中继距离的选取：中继距离的选取：中继距离的选取：中继距离的选取：在级联的在级联的在级联的在级联的EDFAEDFA系统中，系统中，系统中，系统中，ASEASE噪声积累噪声积累噪声积累噪声积累问题是关键所在，设计的关键在于如何设置问题是关键所在，设计的关键在于如何设置问题是关键所在，设计的关键在于如何设置问题是关键所在，设计的关键在于如何设置EDFAEDFA的放大的放大的放大的放大间隔使接收端的间隔使接收端的间隔使接收端的间隔使接收端的OSNROSNR满足要求满足要求满足要求满足要求n n色散补偿技术：色散补偿技术：色散补偿技术：色散补偿技术：色散补偿方案的选择及设计色散补偿方案的选择及设计色散补偿方案的选择及设计色散补偿方案的选择及设计n n光纤非线性的避免光纤非线性的避免光纤非线性的避免光纤非线性的避免光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机光发射机 NN 1 1 2 2 3 3光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机光接收机EDFAEDFA功放功放功放功放线放线放线放线放预放预放预放预放MUXMUXDEMUXDEMUX典型的点对点光纤通信系统典型的点对点光纤通信系统典型的点对点光纤通信系统典型的点对点光纤通信系统 1 1 NN 3 3 2 27.1.2 光纤分配网光纤分配网n n功能：功能：功能：功能：光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要光纤通信系统不仅要求传送信息，而且要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求将信息分配给多个用户求将信息分配给多个用户求将信息分配给多个用户n n应用：应用：应用：应用：光缆电话网、公用天线电视光缆电话网、公用天线电视光缆电话网、公用天线电视光缆电话网、公用天线电视(CATV)CATV)、宽带宽带宽带宽带综合业务数字网（综合业务数字网（综合业务数字网（综合业务数字网（B-ISNDB-ISND）n n特点：特点：特点：特点：传输距离较短、带宽要求宽传输距离较短、带宽要求宽传输距离较短、带宽要求宽传输距离较短、带宽要求宽n n结构：结构：结构：结构：树型拓扑、总线拓扑树型拓扑、总线拓扑树型拓扑、总线拓扑树型拓扑、总线拓扑HubHubHubHubHub信道在中心点分配，光纤的信道在中心点分配，光纤的信道在中心点分配，光纤的信道在中心点分配，光纤的作用与点到点连接系统类似。作用与点到点连接系统类似。作用与点到点连接系统类似。作用与点到点连接系统类似。树形拓扑结构树形拓扑结构1432NBus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。多路视成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。多路视成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。多路视成分路，光分路器将一小部分功率分送给每个用户。多路视频信道分配频信道分配频信道分配频信道分配CATVCATV系统；高清晰度电视系统；高清晰度电视系统；高清晰度电视系统；高清晰度电视HDTVHDTV。总线拓扑结构总线拓扑结构总线拓扑结构总线拓扑结构n n缺点：缺点：信号损耗随分路数指数增加。限制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。了单根光纤总线服务的范围和用户数。n n若忽略光纤自身的损耗，则第若忽略光纤自身的损耗，则第若忽略光纤自身的损耗，则第若忽略光纤自身的损耗，则第NN个分支可得到的个分支可得到的个分支可得到的个分支可得到的功率为：功率为：功率为：功率为：n nP PNN-第第第第NN个分支功率；个分支功率；个分支功率；个分支功率；P PT T-发送功率；发送功率；发送功率；发送功率；C-C-分路器的功分路器的功分路器的功分路器的功率分路比；率分路比；率分路比；率分路比；-分路器的插入损耗；并假设每个分路器分路器的插入损耗；并假设每个分路器分路器的插入损耗；并假设每个分路器分路器的插入损耗；并假设每个分路器的的的的CC和和和和 都相同。都相同。都相同。都相同。若取若取若取若取 =0.05,=0.05,C=0.05,PC=0.05,PT T=1mW =1mW 和和和和 P PNN=0.1=0.1 W,W,则则则则NN的最大值的最大值的最大值的最大值?N=61如何进一步增加分支数？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，可以克在总线上周期地接入光放大器提升功率，可以克在总线上周期地接入光放大器提升功率，可以克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服上述限制，只要光纤色散的影响限制在可忽略服上述限制，只要光纤色散的影响限制在可忽略服上述限制，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。的程度，允许分配的用户数将可大大增加。的程度，允许分配的用户数将可大大增加。的程度，允许分配的用户数将可大大增加。总线拓扑结构总线拓扑结构7.1.3 局域网局域网n n局域网：局域网：局域网：局域网：在光纤通信系统中，要求在网络中一个在光纤通信系统中，要求在网络中一个在光纤通信系统中，要求在网络中一个在光纤通信系统中，要求在网络中一个局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户局部区域内（如在一个大学校园内）的大量用户局部区域内（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，将相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将相互连接，使任何用户可以随机地进入网络，将相互连接，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。数据传送给其他任何用户。数据传送给其他任何用户。数据传送给其他任何用户。n nLANLAN中要求对每个用户提供中要求对每个用户提供中要求对每个用户提供中要求对每个用户提供随机的收发数据功能，随机的收发数据功能，随机的收发数据功能，随机的收发数据功能，存在网络协议问题。存在网络协议问题。存在网络协议问题。存在网络协议问题。n n结构：结构：结构：结构：总线型总线型总线型总线型BusBus、环型环型环型环型RingRing、星型星型星型星型StarStar例子：例子：例子：例子：“以太网以太网以太网以太网”协议：碰撞检测的载波侦听多路存取（协议：碰撞检测的载波侦听多路存取（协议：碰撞检测的载波侦听多路存取（协议：碰撞检测的载波侦听多路存取（CSMA/CDCSMA/CD）限制：与每个分支的损耗有关，用户数不能太多。限制：与每个分支的损耗有关，用户数不能太多。限制：与每个分支的损耗有关，用户数不能太多。限制：与每个分支的损耗有关，用户数不能太多。1N-2N-1N2环形拓扑结构环形拓扑结构 点到点连接将节点依次相点到点连接将节点依次相点到点连接将节点依次相点到点连接将节点依次相连以形成单个闭合环。各节连以形成单个闭合环。各节连以形成单个闭合环。各节连以形成单个闭合环。各节点中均设置有发送机接收点中均设置有发送机接收点中均设置有发送机接收点中均设置有发送机接收机对，均可发送和接收数据，机对，均可发送和接收数据，机对，均可发送和接收数据，机对，均可发送和接收数据，也用作中继器。也用作中继器。也用作中继器。也用作中继器。一个一个一个一个令牌令牌令牌令牌（一个预先确定（一个预先确定（一个预先确定（一个预先确定的比特率）在环内传递，每的比特率）在环内传递，每的比特率）在环内传递，每的比特率）在环内传递，每个节点都监视比特率以监听个节点都监视比特率以监听个节点都监视比特率以监听个节点都监视比特率以监听它自己的地址和接收数据。它自己的地址和接收数据。它自己的地址和接收数据。它自己的地址和接收数据。随着光纤分布式数据接口随着光纤分布式数据接口随着光纤分布式数据接口随着光纤分布式数据接口FDDIFDDI的标准接口的出现，的标准接口的出现，的标准接口的出现，的标准接口的出现，光纤光纤光纤光纤LANLAN开始普遍采用环开始普遍采用环开始普遍采用环开始普遍采用环形拓扑结构。形拓扑结构。形拓扑结构。形拓扑结构。FDDI双环结构，双环结构，双环结构，双环结构，superior reliability and robustnesssuperior reliability and robustness星形拓扑结构星形拓扑结构2N-1N431Starcoupler 所有节点都通过点到点连接所有节点都通过点到点连接所有节点都通过点到点连接所有节点都通过点到点连接接到中心站接到中心站接到中心站接到中心站(中枢节点中枢节点中枢节点中枢节点)上。上。上。上。有源星形结构：有源星形结构：有源星形结构：有源星形结构：所有到达的所有到达的所有到达的所有到达的光信号都通过光接收机转换为光信号都通过光接收机转换为光信号都通过光接收机转换为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电信号，再将电信号分配以驱电信号，再将电信号分配以驱电信号，再将电信号分配以驱动各个节点的光发送机。动各个节点的光发送机。动各个节点的光发送机。动各个节点的光发送机。无源星形结构：无源星形结构：无源星形结构：无源星形结构：采用星形耦采用星形耦采用星形耦采用星形耦合器等无源光器件在光域进行合器等无源光器件在光域进行合器等无源光器件在光域进行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分配。由于从一个节点的输入分配。由于从一个节点的输入分配。由于从一个节点的输入被分配到许多输出节点，因此被分配到许多输出节点，因此被分配到许多输出节点，因此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传送到每个节点的功率将受用传送到每个节点的功率将受用传送到每个节点的功率将受用户数的限制。户数的限制。户数的限制。户数的限制。第七章第七章 光纤通信系统的性能与设计光纤通信系统的性能与设计7.1 7.1 光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构7.2 7.2 光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制7.3 7.3 光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制7.4 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响7.5 7.5 信道串扰信道串扰信道串扰信道串扰7.6 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算7.2 光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制第二传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第一传输窗口第一传输窗口第一传输窗口第一传输窗口1300130015501550850850紫外吸收紫外吸收紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收红外吸收红外吸收瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射0.20.22.52.5损损损损 耗耗耗耗(dB/km)dB/km)波波波波 长长长长(nm)nm)OHOH离子吸收峰离子吸收峰离子吸收峰离子吸收峰第三传输窗口第三传输窗口第三传输窗口第三传输窗口光纤的损耗谱特性光纤的损耗谱特性光纤的损耗谱特性光纤的损耗谱特性损耗限制光波系统损耗限制光波系统n n设发送机发出的最大平均功率为设发送机发出的最大平均功率为设发送机发出的最大平均功率为设发送机发出的最大平均功率为P Pt t ，而光接收机的接收灵，而光接收机的接收灵，而光接收机的接收灵，而光接收机的接收灵敏度为敏度为敏度为敏度为P Pr r ，则最大传输距离为：，则最大传输距离为：，则最大传输距离为：，则最大传输距离为：tottot(dB/km)(dB/km)为光纤损耗，包括对接损耗和活动连接损耗。为光纤损耗，包括对接损耗和活动连接损耗。为光纤损耗，包括对接损耗和活动连接损耗。为光纤损耗，包括对接损耗和活动连接损耗。n n由于接收机灵敏度由于接收机灵敏度由于接收机灵敏度由于接收机灵敏度P Pr r随比特率随比特率随比特率随比特率BB线性变化：线性变化：线性变化：线性变化：因此传输距离亦与比特率有关。因此传输距离亦与比特率有关。因此传输距离亦与比特率有关。因此传输距离亦与比特率有关。h h 为光子能量，为光子能量，为光子能量，为光子能量，NNp p为为为为接收机所要求的每比特的平均光子数。接收机所要求的每比特的平均光子数。接收机所要求的每比特的平均光子数。接收机所要求的每比特的平均光子数。n n在给定工作波长处，在给定工作波长处，在给定工作波长处，在给定工作波长处，L L随比特率随比特率随比特率随比特率BB的增加而呈对数关系降低。的增加而呈对数关系降低。的增加而呈对数关系降低。的增加而呈对数关系降低。损耗限制损耗限制色散限制色散限制 横越大西洋的海底光波系统横越大西洋的海底光波系统 实际陆地光波系统实际陆地光波系统 采用色散位移光纤的采用色散位移光纤的1550nm，B 10Gb/s 的实验系统的实验系统第七章第七章 光纤通信系统的性能与设计光纤通信系统的性能与设计7.1 7.1 光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构光纤通信系统结构7.2 7.2 光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制光纤损耗对系统的限制7.3 7.3 光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制7.4 7.4 光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响光纤中的非线性光学效应对系统的影响7.5 7.5 信道串扰信道串扰信道串扰信道串扰7.6 7.6 光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤通信系统设计中的功率预算光纤色散光纤色散光纤色散光纤色散:信号能量中的各种分量由于在光纤中信号能量中的各种分量由于在光纤中信号能量中的各种分量由于在光纤中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。传输速度不同，而引起的信号畸变。传输速度不同，而引起的信号畸变。传输速度不同，而引起的信号畸变。色散限制色散限制色散限制色散限制:光纤色散导致的信号畸变限制系统的光纤色散导致的信号畸变限制系统的光纤色散导致的信号畸变限制系统的光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。传输距离。传输距离。传输距离。色散类型色散类型色散类型色散类型模间色散（仅多模光纤有）模间色散（仅多模光纤有）模间色散（仅多模光纤有）模间色散（仅多模光纤有）波导色散波导色散波导色散波导色散材料色散材料色散材料色散材料色散偏振模色散偏振模色散偏振模色散偏振模色散波长色散波长色散波长色散波长色散一、光纤色散一、光纤色散一、光纤色散一、光纤色散7.3 光纤色散对系统的限制光纤色散对系统的限制二、色散与光纤二、色散与光纤二、色散与光纤二、色散与光纤G.652G.652（标准单模光纤标准单模光纤标准单模光纤标准单模光纤SMFSMF）:零色散波长零色散波长零色散波长零色散波长:1300:1300nmnm15501550色散色散色散色散:1617:1617ps/nm.kmps/nm.kmG.653G.653（色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤DSFDSF）:零色散波长零色散波长零色散波长零色散波长:1550:1550nmnmG.655G.655（非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤NZDSFNZDSF）:1550nm1550nm色散色散色散色散:26:26ps/nm.kmps/nm.km三、色散限制三、色散限制n n光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。n n导致色散限制的物理机制随不同波长而不同。导致色散限制的物理机制随不同波长而不同。导致色散限制的物理机制随不同波长而不同。导致色散限制的物理机制随不同波长而不同。1.0.85 m光波系统光波系统 第一代光波系统，通常采用低成本的多模光纤作第一代光波系统，通常采用低成本的多模光纤作第一代光波系统，通常采用低成本的多模光纤作第一代光波系统，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。为传输媒质。主要限制因素是模间色散。为传输媒质。主要限制因素是模间色散。为传输媒质。主要限制因素是模间色散。-色散限制色散限制色散限制色散限制多模阶跃光纤，多模阶跃光纤，多模阶跃光纤，多模阶跃光纤，BL=c/(2nBL=c/(2n1 1 )。典型值典型值典型值典型值n n1 1=1.46=1.46、=0.01=0.01，传输距离随比特率的曲线。传输距离随比特率的曲线。传输距离随比特率的曲线。传输距离随比特率的曲线。即使在即使在即使在即使在BB 1Mb/s 1Mb/s 的低比特率，也是色散限制的，其传输距离的低比特率，也是色散限制的，其传输距离的低比特率，也是色散限制的，其传输距离的低比特率，也是色散限制的，其传输距离限制在限制在限制在限制在10km10km内。应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中。内。应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中。内。应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中。内。应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中。多模渐变光纤，多模渐变光纤，多模渐变光纤，多模渐变光纤，BL=2c/(nBL=2c/(n1 1 2 2).).对于对于对于对于 n n1 1=1.46=1.46、=0.01=0.01，曲线如图。当比特率小于曲线如图。当比特率小于曲线如图。当比特率小于曲线如图。当比特率小于100 100 Mb/s Mb/s 时时时时为损耗限制，大于为损耗限制，大于为损耗限制，大于为损耗限制，大于100 100 Mb/s Mb/s 将变为色散限制。将变为色散限制。将变为色散限制。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，比特率在第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在50-50-100 Mb/s 100 Mb/s，中继距离接近，中继距离接近，中继距离接近，中继距离接近1010公里，于公里，于公里，于公里，于19781978年投入商业运营。年投入商业运营。年投入商业运营。年投入商业运营。-色散限制色散限制色散限制色散限制2.1.3 m光波系统光波系统n n第二代光波系统采用最小色散波长在第二代光波系统采用最小色散波长在第二代光波系统采用最小色散波长在第二代光波系统采用最小色散波长在1.31.3 mm附近附近附近附近的单模光纤，最大的限制因素是由较大的光源谱的单模光纤，最大的限制因素是由较大的光源谱的单模光纤，最大的限制因素是由较大的光源谱的单模光纤，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。宽支配的由色散导致的脉冲展宽。宽支配的由色散导致的脉冲展宽。宽支配的由色散导致的脉冲展宽。n n比特率距离积比特率距离积比特率距离积比特率距离积 BL BL (4|D|(4|D|)-1-1 DD为色散，为色散，为色散，为色散，为光源的均方根谱宽。为光源的均方根谱宽。为光源的均方根谱宽。为光源的均方根谱宽。|D|D|典型值为典型值为典型值为典型值为 1-2 1-2ps/(km-nm)ps/(km-nm)n n当取当取当取当取|D|D|=2ps/km=2ps/km时，时，时，时，BL BL 125(Gb/s)-km 125(Gb/s)-km 当当当当B1Gb/sB1Gb/sB1Gb/s时则变为色散限制系统。时则变为色散限制系统。时则变为色散限制系统。时则变为色散限制系统。-色散限制色散限制色散限制色散限制3.1.55 m光波系统光波系统n n第三代光波系统工作在损耗最小的第三代光波系统工作在损耗最小的第三代光波系统工作在损耗最小的第三代光波系统工作在损耗最小的1.551.55 mm波长，波长，波长，波长，光纤色散是系统的主要限制因素。光纤色散是系统的主要限制因素。光纤色散是系统的主要限制因素。光纤色散是系统的主要限制因素。n n对普通单模光纤，在对普通单模光纤，在对普通单模光纤，在对普通单模光纤，在1.551.55 mm处处处处DD的典型值为的典型值为的典型值为的典型值为1717ps/(km-nm)ps/(km-nm)，色散值比较高，由色散导致的脉色散值比较高，由色散导致的脉色散值比较高，由色散导致的脉色散值比较高，由色散导致的脉冲展宽较大，系统处于冲展宽较大，系统处于冲展宽较大，系统处于冲展宽较大，系统处于色散限制状态色散限制状态色散限制状态色散限制状态。采用单纵模。采用单纵模。采用单纵模。采用单纵模半导体光源可大大缓解这种限制。半导体光源可大大缓解这种限制。半导体光源可大大缓解这种限制。半导体光源可大大缓解这种限制。n n 最终限制为：最终限制为：最终限制为：最终限制为：BB2 2L (16|L 5Gb/sB 5Gb/s 时，为色散限制系统。时，为色散限制系统。时，为色散限制系统。时，为色散限制系统。-色散限制色散限制色散限制色散限制当采用色散位移光纤时，色散和损耗在当采用色散位移光纤时，色散和损耗在当采用色散位移光纤时，色散和损耗在当采用色散位移光纤时，色散和损耗在1.551.55 mm附近均最低。附近均最低。附近均最低。附近均最低。-色散限制色散限制色散限制色散限制 光纤色散导致的信号脉冲畸变，光纤色散导致的信号脉冲畸变，光纤色散导致的信号脉冲畸变，光纤色散导致的信号脉冲畸变，与与与与光源线宽、信号啁啾、调制展光源线宽、信号啁啾、调制展光源线宽、信号啁啾、调制展光源线宽、信号啁啾、调制展宽宽宽宽等因素有关。等因素有关。等因素有关。等因素有关。直接调制系统中，光源的调制直接调制系统中，光源的调制直接调制系统中，光源的调制直接调制系统中，光源的调制啁啾及光纤色散导致信号畸变。啁啾及光纤色散导致信号畸变。啁啾及光纤色散导致信号畸变。啁啾及光纤色散导致信号畸变。对于对于对于对于2.52.5Gb/sGb/s系统系统系统系统,放大器的积放大器的积放大器的积放大器的积累噪声成为传输距离主要限制。累噪声成为传输距离主要限制。累噪声成为传输距离主要限制。累噪声成为传输距离主要限制。对于对于对于对于1010Gb/sGb/s系统系统系统系统,光纤色散成光纤色散成光纤色散成光纤色散成为传输距离的主要限制。为传输距离的主要限制。为传输距离的主要限制。为传输距离的主要限制。比特率比特率比特率比特率NZDSFNZDSFSSMFSSMF2.5Gb/S2.5Gb/S6000km6000km1000km1000km10Gb/s10Gb/s400km400km60km60km四、色散四、色散/色散斜率补偿技术色散斜率补偿技术在在在在WDMWDM系统中，只有进行色散斜率补偿，才系统中，只有进行色散斜率补偿，才系统中，只有进行色散斜率补偿，才系统中，只有进行色散斜率补偿，才能保证各个信道都得到补偿。能保证各个信道都得到补偿。能保证各个信道都得到补偿。能保证各个信道都得到补偿。预啁啾技术（预啁啾技术（预啁啾技术（预啁啾技术（PCHPCH）用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿 用啁啾光纤光栅进行色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿 (1)预啁啾技术预啁啾技术PCHn n光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速光信号在反常色散光纤中传输时，所含的高频成分传播速率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，率较快，将逐渐集中在脉冲前沿，低频成分传播速率较慢，将逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲将逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲将逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲将逐渐集中在脉冲后沿，两者之间的时差越来越大，脉冲也就越来越宽。也就越来越宽。也就越来越宽。也就越来越宽。n n预啁啾是通过在光源上附加一个正弦调制，使脉冲前沿的预啁啾是通过在光源上附加一个正弦调制，使脉冲前沿的预啁啾是通过在光源上附加一个正弦调制，使脉冲前沿的预啁啾是通过在光源上附加一个正弦调制，使脉冲前沿的频率降低，后沿频率升高，在一定程度上补偿色散造成的频率降低，后沿频率升高，在一定程度上补偿色散造成的频率降低，后沿频率升高，在一定程度上补偿色散造成的频率降低，后沿频率升高，在一定程度上补偿色散造成的脉冲展宽。脉冲展宽。脉冲展宽。脉冲展宽。n n特点：特点：特点：特点：n n简单简单简单简单n n需根据传输距离调整正弦调制的深度需根据传输距离调整正弦调制的深度需根据传输距离调整正弦调制的深度需根据传输距离调整正弦调制的深度n n延长传输距离延长传输距离延长传输距离延长传输距离22倍倍倍倍(2)用色散补偿光纤进行色散补偿用色散补偿光纤进行色散补偿n n特殊设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色特殊设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色特殊设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色特殊设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色散效应，使其零色散波长大于散效应，使其零色散波长大于散效应，使其零色散波长大于散效应，使其零色散波长大于1550155015501550nmnmnmnm，即在即在即在即在1550155015501550nmnmnmnm处产处产处产处产生较大的负色散（生较大的负色散（生较大的负色散（生较大的负色散（-100-100-100-100ps/nm.km)-ps/nm.km)-ps/nm.km)-ps/nm.km)-色散补偿光纤色散补偿光纤色散补偿光纤色散补偿光纤(DCF)DCF)DCF)DCF)。当常规光纤和当常规光纤和当常规光纤和当常规光纤和DCFDCFDCFDCF级联时，两者将会互相抵消。级联时，两者将会互相抵消。级联时，两者将会互相抵消。级联时，两者将会互相抵消。n n常规单模光纤在常规单模光纤在常规单模光纤在常规单模光纤在1550155015501550nm nm nm nm 的色散和色散斜率的典型值为的色散和色散斜率的典型值为的色散和色散斜率的典型值为的色散和色散斜率的典型值为：D=16.5ps/nm.kmD=16.5ps/nm.kmD=16.5ps/nm.kmD=16.5ps/nm.km，D D D D =0.059ps/(nm=0.059ps/(nm=0.059ps/(nm=0.059ps/(nm2 2 2 2.km).km).km).km)。n n用相对色散斜率用相对色散斜率用相对色散斜率用相对色散斜率R R R RD D D D=D=D=D=D/D/D/D/D 表示色散斜率补偿表示色散斜率补偿表示色散斜率补偿表示色散斜率补偿,R R R RD1D1D1D1=R R R RD2D2D2D2n n常规单模光纤的相对色散斜率常规单模光纤的相对色散斜率常规单模光纤的相对色散斜率常规单模光纤的相对色散斜率R R R RD D D D=0.0035nm=0.0035nm=0.0035nm=0.0035nm-1-1-1-1，所以色散所以色散所以色散所以色散补偿光纤的补偿光纤的补偿光纤的补偿光纤的R R R RD D D D 也应为也应为也应为也应为0.00350.00350.00350.0035nmnmnmnm-1-1-1-1。当满足当满足当满足当满足时，群延迟色散被补偿时，群延迟色散被补偿时，群延迟色散被补偿时，群延迟色散被补偿当满足当满足当满足当满足时，二阶色散时，二阶色散时，二阶色散时，二阶色散(色散斜率色散斜率色散斜率色散斜率)被补偿被补偿被补偿被补偿n n组合使用正、负色散系数的光纤组合使用正、负色散系数的光纤组合使用正、负色散系数的光纤组合使用正、负色散系数的光纤n n大的局部色散，小的平均色散大的局部色散，小的平均色散大的局部色散，小的平均色散大的局部色散，小的平均色散,可以较好的抑制可以较好的抑制可以较好的抑制可以较好的抑制四波混频和四波混频和四波混频和四波混频和XPMXPM的产生的产生的产生的产生基本途径基本途径预补偿预补偿累累累累计计计计色色色色散散散散L LDCFDCFDCFDCF产生的色散变化产生的色散变化产生的色散变化产生的色散变化L L光光光光功功功功率率率率光纤损耗光纤损耗光纤损耗光纤损耗DCFDCF中的中的中的中的功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗累累累累计计计计色色色色散散散散L L传输光纤中的色散累积传输光纤中的色散累积传输光纤中的色散累积传输光纤中的色散累积L L光光光光功功功功率率率率DCFDCFDCFDCFDCFDCFDCFDCF后补偿后补偿大的局部色散，小的平均色散。大的局部色散，小的平均色散。大的局部色散，小的平均色散。大的局部色散，小的平均色散。采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小DCFDCF的非线性效应的非线性效应的非线性效应的非线性效应采用非完全补偿而不是完全补偿采用非完全补偿而不是完全补偿采用非完全补偿而不是完全补偿采用非完全补偿而不是完全补偿在发射端进行预补偿在发射端进行预补偿在发射端进行预补偿在发射端进行预补偿 补偿原则补偿原则补偿原则补偿原则DCF色散补偿存在的问题色散补偿存在的问题 较大的损耗较大的损耗较大的损耗较大的损耗(0.5(0.5dB/km)dB/km)较小的有效面积较小的有效面积较小的有效面积较小的有效面积(20(20 mm2 2),),相对相对相对相对SSMF,SSMF,非线性系数大非线性系数大非线性系数大非线性系数大2424倍倍倍倍-阈值功率减小阈值功率减小阈值功率减小阈值功率减小3636dBdB 色散斜率为色散斜率为色散斜率为色散斜率为-15-20-15-20ps/nmps/nm2 2/km/km远高于远高于远高于远高于SSMFSSMF的的的的0.090.09ps/nmps/nm2 2/km,/km,要进行色散斜率补偿要进行色散斜率补偿要进行色散斜率补偿要进行色散斜率补偿,需专门设计需专门设计需专门设计需专门设计 当不能进行斜率补偿的当不能进行斜率补偿的当不能进行斜率补偿的当不能进行斜率补偿的DCFDCF用于用于用于用于WDMWDM系统中时系统中时系统中时系统中时,如果设如果设如果设如果设计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿计系统使得中间波长信道实现完全色散补偿,短波长信道短波长信道短波长信道短波长信道则过补偿则过补偿则过补偿则过补偿,而长波长信道则欠补偿而长波长信道则欠补偿而长波长信道则欠补偿而长波长信道则欠补偿D+D+D-D-D+D+D