第7章：光纤通信系统ppt课件.ppt

第七章 光纤通信系统,本章内容,光纤通信系统的构成光线路码型PDH和SDH概念DWDM系统光纤通信系统的主要参数系统设计考虑,7.1 光纤通信系统的构成,什么是光纤通信系统,光纤通信系统光纤传输媒质是光纤进一步约束了载波是光波通信系统实现信息的传送，不仅仅是数字序列的传送,以光为载波、光纤为传输媒质的一种信息传送系统,光纤通信系统的目标,利用光纤的优良传输特性实现大容量通信：光波频率高长距离通信：光纤损耗极低高可靠性通信：保密性，抗干扰性为各种信息提供传送服务,光纤通信系统的种类,按传输信号类型划分模拟光纤通信系统：传输模拟信号，采用参数大小连续变化的信号来代表信息，要求在电光转换过程中信号和信息存在线性对应关系，因此，对光源功率特性的线性要求，对系统信噪比的要求比较高。噪声积累多、抗干扰能力差、传输距离短、设备简单。数字光纤通信系统：传输数字信号的通信，数字信号只取有限个离散值，可以通过取样，判决而再生，所以对信道的非线性失真不敏感，通信过程中的失真和噪声也不会积累，对光源特性的线性要求与对接收信噪比的要求不高，更适合于长距离大容量和高质量的信息传输。设备复杂，成本高。,光纤通信系统的种类,按光波的调制检测手段划分非相干光通信系统（IM-DD强度调制直接检波方式）相干光通信系统（第四代）：在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅(而不象强度检测那样只是改变光的强度)，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不象自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。激光就是一种相干光。所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。,光纤通信系统的种类,按光载波路数划分单路系统和多路系统按波长划分长波长（1.3um，1.55um），中继距离小于或等于10KM短波长（0.85um），中继距离大于100KM超长波长（大于等于2um），中继距离大于或等于1000KM，使用非石英光纤。,光纤通信系统的种类,按光纤模式分类单模光纤通信系统：采用石英单模光纤作为传输线，传输容量大，距离长。目前建设的光纤通信系统都是这一类型的。 多模光纤通信系统：采用石英多模梯度光纤作为传输线路，因传输频率受限制，一般应用于140Mbit/s以下的系统。,光纤通信系统的种类,其它特征孤子光通信（第五代）：用光纤的非线性进行超大容量，超常距离的通信方式。光弧子（Soli ton），又称光弧粒子，它是一种特殊的波，在经过长距离传输后，仍保持波形不失真，而且，即使两侧光弧子波相互碰撞后，依然保持各自原来的形状不变。 传输速率高，中继距离长，设计复杂。,单路数字非相干光纤通信系统,数字光纤通信系统的构成,信息源,备用系统,辅助系统,电端机,在电域对信息进行必要的处理数字化模拟信号数字信号抽样、量化、编码（PCM）复用单路数字电信号多路数字电信号（数字复接器）码型变换NRZ线路码型常用的电线路码型包括AMI（交替反转：0 0；1 +1、-1交替）、HDB3、CMI（001；111、00交替）等,光端机接口电路,NRZ,光中继器,光纤的吸收和散射导致光信号衰弱，色散导致信号畸变，补偿光信号衰弱，调整畸变信号。延长通信距离,7.2 光线路码型简介,光线路编码目的和要求,光线路编码目的适应信道传输要求、方便时钟提取及系统监测、维护，即将传送码流转换成便于在光纤中传输、接收和检测的线路码型。编码要求尽可能减少连“0”连“1”以便于时钟提取减少码流中的低频分量，直流基线尽量稳定，即要求“1”、“0”码分布均匀，否则不利于接收端的再生判决所谓基线漂移是指单极性信码中由于含有直流分量且低频成分又比较丰富所以受到电路的交流耦合影响产生支流分量漂移的现象。 减少“1”码出现的概率，降低平均发送光功率。便于误码监测，即要求码型有一定的规律性接收端将线路码还原后，误码增殖要小便于插入公务通信码流线路简单、功耗低,线路码型的主要参数,码速提升率：二进制码的速率为f1 ，线路编码后的速率f2为，码速提升率R为：R=(f2-f1)/f1最大同符号连续数:最大相同符号“0”/“1”的连续数。 N取决于码的结构，值的大小衡量线路码的定时信息、低频分量的参考值。误码倍增系数G:G越大大表明译码后对应的误码可能更多，系统传输性能变差 G=接收机中还原为二进制码中的误码数/线路码中总的误码数冗余度：除了信息外，光通信系统还要传送其它辅助信号的能力称为冗余度或冗余容量。冗余度大，有利于安排其它信号，但效率低,翻转电平差功率谱密度游动数字和RDS,常用的线路码型,扰码二进制用伪随机序列对原有序列扰码，控制连“0”连“1”长度SDH系统中即采用7级同步扰码字变换型码mBnB码，将原序列m bit的分组变换成n个bit的分组后输出，可控制直流电平和连“0”连“1”数一般取m=n+1mBnB码的特例：CMI码，属于1B2B编码方式插入型码mB1P/mB1C/mB1H等，原序列每m bit后插入1个“奇偶校验码/补码/混合码，可控制连“0”连“1”数我国早期的光端机中广泛使用了mB1H码，可以较为方便地加入附加容量,在线误码监测方法,同步监测法奇偶监测法码结构违犯规则法补码监测法非同步监测法RDS法特殊图案监测法伪误码监测法,7.3 PDH和SDH概念,传输制式,数字语音信号欧洲：64kbps/A律压扩美国：64kbps/律压扩复用方法TDM复用的具体处理上出现了两种传输体制PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字体系）欧洲制式PDH北美制式PDHSDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）,7.3.1 PDH（异步复用）,在进行复接时，如果传输设备的各支路码位不同步，在复接前必须调整各支路码率，使之严格相等。,从话路到一次群,需要考虑的问题帧速率一般选用语音抽样速率：8000KHZ（人声300-3400KHZ）帧同步由帧同步码实现，两种插入帧同步码的方式:集中插入（在一帧开始的n位集中插入n比特帧同步码 ）和分散插入（n比特帧同步码分散地插入到n帧内，每帧插入1比持 ）帧容量每帧内应有合适的时隙数量,PDH的一次群,欧洲制式一次群（E1）帧同步码：集中插入每帧时隙数：30/32 Ts每帧比特数：328=256 bit帧速率：8000 f/s群速率：2048 kbps北美制式一次群（T1，DS-1）帧同步码：分散插入每帧时隙数：24 Ts每帧比特数：24 8+1=193 bit帧速率：8000 f/s群速率：1544 kbps,注意：PDH中，零次群到一次群的复用属于同步复用,一次群向高次群的复用,问题各支路相位不同各支路信号的比特率可能不相同对策异步复用正码速调整：人为的插入一些必要的脉冲，通过控制插入脉冲的多少使各支路信号的瞬时速率达到一致。码速调整后速率变大。,PDH的复用路线,64 kbps,2048 kbps,8448 kbps,34368 kbps,139264 kbps,564992 kbps,4,4,4,4,一次群,二次群,三次群,四次群,五次群,1544kbps,6312kbps,4,DS0,零次群,30,24,3,44736kbps,7,6,274176kbps,DS1,DS2,DS3,3,32064kbps,5,97728kbps,397200kbps,3,4,北美,日本,欧洲,E1,E2,E3,E4,PDH的应用方式,点到点应用,线形应用,枢纽应用,7.3.2 SDH,由一些基本网络单元（NE）组成，具有全世界统一的网络节点接口(NNI),有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块（STM-N）。,PDH的缺点,存在三个互不兼容的地区性速率和帧结构标准，国际互通困难传统的数字光纤通信系统（PDH）没有标准的光接口，不同厂商的光系统无法在光级别互连异步复用，每次复接要进行一次码速调整，因而无法从高次群信号中直接分插低速率信号，上下电路需要众多设备建立在点到点传输基础上，网络结构简单，无法提供最佳的路由选择，数字通道设备利用率低严重缺乏OAM，通常将网络的管理工作划分为3大类：操作（Operation）、管理（Administration）、维护（Maintenance） ，难以很好支持新一代的电信网络,不同厂商设备光路互通困难,富士通140M系统,烽火140M系统,光物理接口、光功率（小问题）,原因：,光线路码型（根本原因，为了完成设备对光路上的传输性能进行监控，各厂家各自采用自行开发的线路码型。）,不能直接分插低速率支路,3 34M,38M,数字通道设备利用率低,例：北美，77%的DS-3（45M）信号需要转接，仅有23%是点到点传输的这意味着一条274M的电路在传输中面临多次上下电路每次可能只有1到2条DS-3电路需要上下，其余DS-3则需要直通如此，每对复用设备75%以上能力被无效使用多次的复用/去复用使信号本身也遭受额外损伤（误码，抖动）,SDH应运而生,需求统一速率体系标准光接口直接分插低速率信号，灵活的调度能力同步复用：一个帧的若干时隙，按顺序编号，标号相同的成为一个子信道，传递同一路话路信息，速率恒定。 完善的OAM，提升调度能力和自愈能力开销比特产生前提光纤通信容量上升、性能上升大规模集成电路实用化，集成度高，成品率高，成本降低,SDH的产生,从Systran到SDH网络运营商和设备厂商呼吁标准的光接口1984年开始，ANSI（美国国家标准协会）起草一系列光传输标准，形成Systran（同步传输的缩写）1985年，ANSI T1X1委员会根据贝尔研究所提出的观点，决定起草光同步网标准，从而诞生了后来的SONET1986年7月，CCITT（ITU-T前身）第18研究组开始SDH的研究工作，力求在同步传输体系中解决北美、欧洲两大速率体系之间的兼容问题1987年2月，CCITT研究组巴西利亚会议上，为解决SONET基本速率51.84Mbps与欧洲广泛应用的140Mbps速率之间的分歧，确定155.52Mbps（3倍于SONET基本速率）为SDH基本速率1988年2月，CCITT研究组与ANSI T1X1委员会达成最后协议，解决了SONET与SDH在帧结构、复用映射结构上的兼容问题，研究组内通过3个SDH基本建议，并于1989年在CCITT兰皮书上刊载。,SDH重要标准,1988年通过的三个主要建议G.707，同步数字体系的比特率G.708，同步数字体系的网络节点接口G.709，同步复用结构之后通过的其它相关建议涉及网络、系统和设备、光/电接口、传输网管理与性能、定时、信息模型等各个方面和层次,SDH的优点,全球性标准统一的速率（帧结构）标准统一的光接口标准同步复用直接分插支路信号，增强业务透明性，提高设备效率信息净负荷和定时透明性，可前后向兼容强大的网管能力维护自愈：采用先进的分/插复用设备（ADM）、数字交叉连接设备（DXC）调度,SDH关键环节的处理,支路环节使用具有特定帧结构的虚容器装载支路信号设计有VC-1到VC-4用于容纳现有各种速率的信号，各阶VC还可通过级联的方式提高信号装载能力复用环节全网统一定时特殊的块状帧结构，使用指针技术容纳支路相差和瞬时频差，实现同步复用维护、调度环节各阶VC和STM（同步传输模块）均拥有丰富的开销比特以VC为单位实现调度，净负荷透明设计有交叉连接功能模块以方便自愈和调度,SDH的速率等级,SDH的帧结构,我国SDH的基本复用映射结构,139264kb/s,34368kb/s,2048kb/s,Pointer processing 指针处理,Multiplexing 复用,Aligning 定位调整,Mapping 映射,N,1,3,7,3,1,N,STM-N,AU-4,VC-4,VC-3,TU-3,C-3,C-4,C-12,VC-12,TU-12,AUG,TUG-3,TUG-2,AU：管理单元AUG：管理单元组TU：支路单元TUG：支路单元组STM：同步传输模块VC：虚容器C：容器,几个基本环节,映射（Mapping）映射的实质是使各种支路信号与相应的VC容量同步，以便使VC成为可以独立地进行传送、复用和交叉连接的实体，通常 “支路CVC” 的映射是一体化完成的定位校准（Aligning）AU或TU装载VC时对其指针值处理以指向帧结构中VC首字节的过程，定位校准过程必然伴随指针处理指针处理（Pointer Processing）通过对AU或TU指针的处理以容纳AU或TU与VC之间一定限度的频差和相位抖动复用（Multiplexing）按字节交叉的方式完成多路低速率信号合成高速率信号的变换,SDH设备,复用设备（七种类型）终端复用器（TM：Terminate Multiplexer）发端将多支路信号复用进STM帧进行传输，收端反向去复用有/无交叉低阶/高阶，共四种分插复用器（ADM：Add Drop Multiplexer）从高低信号中直接分插低速信号支路分插、STM分插，共两种互通复用器完成不同制式的互通功能，共一种交叉连接设备（DXC：Digital Cross Connector）实现单个STM-N帧内和多STM-N帧间的和各阶VC的交叉连接仅高阶VC交叉、仅低阶VC交叉、高低阶VC交叉，共三种数字再生设备（REG）实现信号传输过程中的中继,SDH的组网应用,除点到点、线形、枢纽形组网方式外，SDH常见的组网方式带包括：,7.4 WDM技术,什么是WDM,波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplex）利用光载波波长的区别在一根光纤上实现的多路传输技术从复用原理上WDM应属于频分复用（FDM）技术WDM与传统FDM的区别传输频带不同载波纯度不同载波频率间隔不同每路载波的承载能力差异巨大调制方式不同解复用的方式不同,早期的WDM,早期的WDM技术利用光纤光纤的两个低损耗窗口传送两个信道器件：使用光纤方向耦合器完成合路使用带波长选择特性的1*2光纤方向耦合器完成分路,早期WDM的局限,可用波道数太少有必要在光纤的有效带宽内使用更多的波道无电中继距离短，O/E/O中继较复杂、成本高有必要使用光放大器实现光信号的直放难以同时发挥低损耗和低色散在传输方面的优点有必要将所有波长安排在一个窗口内，要么获得低色散特性，要么获得低损耗特性,DWDM呼之欲出！,7.4.1 DWDM基本概念,DWDM的必然出现,DWDM：Dense Wave-length Division Multiplex，密集波分复用必要性光缆敷设费用高昂，敷设速度小于光纤的消耗速度期望在单对光纤上开通容量尽量大的系统电器件速度限制在10GHz，单路传输不能充分利用光纤带宽在保证费效比的前提下，在光纤上复用尽量多的波道期望利用带宽有限的光放大器有效地降低长途DWDM成本可能性光纤低损耗窗口可用带宽达THzDFB/DBR LD发光谱线宽带在0.4nm以下有较为成熟的复用/去复用器件EDFA等光放大技术可技术数十nm的增益带宽，小信号增益可达35dB,DWDM与WDM,DWDM是WDM的一种形式和发展DWDM波长集中在1550nm处,以共享EDFA的增益，WDM没有这个要求DWDM波道数一般达十个以上，间隔在nm数量级，WDM没有限制目前所说的WDM通常也指DWDM,DWDM的标准： ITU-T G.692,对G.652光纤，以193.1THz为中心、间隔100GHz的41个波长（192.1196.1THz）波长范围15301561nm其中15481560nm波长区的16个波长更受青睐,16和8通路DWDM系统波长,7.4.2 DWDM关键技术,开放式和集成式DWDM系统,集成式DWDM指设备的光端口符合G.692建议，仅需复用器件即可完成系统复用开放式DWDM指设备无须提供标准光接口，而是由DWDM设备提供波长变换功能集成式系统造价稍低，但可用设备少，不灵活开放式系统使用极为灵活，造价稍高目前以采用开放式系统为主流,DWDM的关键技术,波长变换波分去复用器件,波长变换,开放式DWDM系统才需要波长变换波长变换的目的是将不符合G.692建议的光波变换成符合标准的光波以便实现密集波分复用波长变换通过光电光（O-E-O）的方式完成对高速系统，在电光环节，为增强系统性能，通常采用对波长极稳定的光源进行外调制的技术来实现,波长变换器,光电检测器,放大整形定时,外调制,波长稳定的激光光源,光电检测器,放大整形定时,光源,驱动,复用,解复用,发,波长变换器,光端机,收,LD的波长稳定,光栅,有源区,P区,N区,1/4波长,DFB-LD,DBR-LD,目前DWDM的主要接口类型,低速透明，10-200Mbps（E，FE，FDDI等）低速多定时，100-200Mbps，时钟125、155、200MHz（FE、FDDI、OC3、ESCON等）高速透明，100-1250Mbps（FE，FDDI，GE等）622Mbps定时高速（STM-4，OC12，622M ATM）1062 Mbps定时高速2.488 Gbps定时高速10Gbps定时高速,波分去复用器件的种类,波分去复用器件实质就是光滤波器根据光滤波原理的不同，波分去复用器可分为角色散型反射光栅型平面光波导型（AWG）干涉反射型介质薄膜干涉型（DTF）光纤光栅型（FBG）干涉耦合型熔锥型马赫-曾德尔型,反射光栅型波分去复用器,平面光波导型波分去复用器,DTF型波分去复用器,光纤光栅型波分去复用器,熔锥型波分去复用器件,P1=cos2（KL）P2=sin2（KL）,马赫-曾德尔型波分去复用器,根据光纤耦合器的转移特性，精心选择 L1 和 L2 ，可使得在第二个耦合器处上支路对 1 是相加干涉，而对其它波长为相消干涉，从而实现分波,去复用器之间的比较,7.4.3 DWDM的全光长距传输,DWDM的全光长距离传输,全光传输面临的问题：传输过程中造成的信号损伤幅度下降：光纤及器件损耗脉冲畸变：色散解决办法全光放大色散控制及补偿,1200,1400,波长( nm ),1600,色散系数Ps/(nmkm),0,-10,-20,20,10,G.652光纤,全光放大解决方案EDFA,EDFA基本原理,铒离子简化能带示意图,吸收泵浦光(980nm),非辐射跃迁,光放大受激辐射,产生噪声自发辐射,受激吸收,EDFA的增益曲线,EDFA与DWDM的配合,ITU-T G.692建议使用的波长范围在EDFA的增益区内，所有波道均可享受到EDFA提供的增益，系统总造价低EDFA的引入可实现长达640km的无电中继DWDM系统（822dB）考虑到本身噪声及光纤色散的影响，EDFA对系统无电中继通信距离的增加不是无限的,长距离传输时EDFA的配置,色散控制方法,采用低色散光纤G.653易产生FWMG.655最佳选择,G.655光纤,G.655光纤，Non-Zero Dispersion Shift Fiber，非零的色散位移光纤利用特殊的波导设计将光纤的最低色散点移到1550nm处不出现0色散点，维持一个避免发生严重的4波混频的最低色散值（在1-6 ps/nm km之间）G.655光纤是目前新建DWDM长途干线传输系统最优先选择的光纤类型几种市场上的G.655光纤：True Wave光纤，Lucent公司的产品SMF一LS光纤，康宁公司的产品LEAF光纤，康宁公司的产品,G.652和G.655的比较,在G.652光纤上开通DWDM,G.652光纤在1550nm处的色散约为18ps/nm km，波道之间传输速率有较大差异，四波混频对通信影响降低缺点：较大的色散同时也影响了系统的全光传输距离为达成长距离传输，必须对其色散进行补偿DCF：Dispersion Compensate Fiber，色散补偿光纤利用特殊的波导设计，使光纤在1550nm处有较大的负色散，从而对信号的色散进行补偿DCG：Dispersion Compensate Grating，色散补偿光栅利用啁啾光纤光栅的反射特性,利用DCF进行色散补偿,使用方法：串接典型参数负色散值：-90ps/nmkm以上1km DCF可补偿5-6kmG.652光纤产生的色散同时要考虑色散斜率缺点价格较高损耗较大 需要较长的DCF,利用DCG进行色散补偿,补偿原理：不同波长在线性Chirp光栅中反射时有不同光程使用方法：加入光纤环形器，串接优点全光纤化 ，小型化成本低补偿能力强损耗低缺点需要使用光纤环形器,7.4.4 DWDM的发展,波 段 波长范围(nm) 带宽(THz) 光纤放大器 应 用 C 1530-1565 4.5 有 长途干线 C + L 1530-1625 10.0 有 长途干线 S + C + L 1460-1625 15.0 无 城/局域网 E+S+C+L+U 1360-1675 30.0 无 城/局域网 全 波 1260-1675 50.0 无 城/局域网,E,S,O,U,L,C,波长（nm）,1260 1360 1460 1530 1565 1625 1675,DWDM系统的波段划分,我国DWDM进展,目前世界上唯一能够提供3.2T（80 x40G） DWDM商用系统的国家,7.5 光纤通信系统的主要参数,性能参数,信息传送质量模拟信息用信噪比表示数字信息用误码率表示当描述数字比特流时，还包括信号的定时抖动系统本身的质量可靠性可用性,误码特性评定方法,误码率长期误码率，与误码概率一致缺点：不能描述误码发生的时间相关特性64kbps业务的误码性能参数劣化分（DM）百分数BER劣于10-6的分钟称为劣化分，统计时间一月严重误码秒（SES）百分数BER劣于10-3的秒称为严重误码秒，统计时间为一月（需扣除不可用时间）误码秒（ES）百分数有误码发生的秒称为误码秒，统计时间为一月（需扣除不可用时间）,误码性能的换算,假设每个码的误码概率相同，可以获得DM%、SES%、ES%与BER的换算关系BER与DM%的换算P（60秒内的误码总数总比特数10-6）BER与SES%的换算P（1秒内误码总数总比特数 10 3）BER与ES%的换算P（1秒内出现1个以上误码）,线路速率与64k支路误码性能换算,DM%采用直接换算直接使用线路速率上测得的DM%SES%采用相加换算线路速率上测得的SES%+失步秒%ES%采用成比例估算,ni 第 i 秒测得的误码数N 线路上的64k支路数j 测量时间内的可用秒数,抖动,定义数字信号的各有效瞬间对于标准时间位置的偏差抖动包括两个指标抖动幅度：偏差的时间范围，单位为UI抖动频率：抖动相当于对数字信号进行了相位调制，这种调制的频率被称为抖动频率抖动产生的原因本振时钟与线路码流时间的偏差锁相环本身的特性抖动的影响抖动可积累，严重时可能出现较严重的误码,抖动的性能参数,输入抖动容限抖动不可消除，系统应有一定的容忍抖动的能力，被称为抖动容限无输入抖动时的输出抖动输入信号无抖动，由于接收机内部定时系统的本振时钟不稳定性产生的抖动情况抖动转移特性输入信号本身有抖动时，输出信号的抖动增益情况,抖动的影响与抖动频率直接相关，因此上述1、3两项指标涉及抖动频率,可靠性、可用性,可靠性（R）定义产品在规定的条件下和时间内完成规定功能的能力常用故障速率 来表征可靠性， 的基准单位为fit（10-9/h）如需要工作 t 小时，则系统可靠性 R=e- t可用性（A）定义产品在规定的条件下和时间内处于良好工作状态的概率平均故障间隔时间（MTBF）：器件、设备或系统相邻两次故障之间的间隔时间，MTBF与故障速率之间为倒数关系，MTBF=1/ 平均修复时间（MTTR）：使系统恢复工作平均消耗时间A=MTBF/(MTBF+MTTR)100%,7.6 系统设计考虑,点到点光纤通信,最简单的传输链路，复杂的系统结构的基础设计中应考虑的一些问题。包括：工作波长选择；元件的选择；损耗限制系统的计算，即功率预算；色散限制系统的计算，即展宽时间分析,电端机,光端机,电端机,光端机,工作波长的选择,可选项和性能短波长850nm，短距、中/小容量，通常配合多模光纤使用；长波长1310nm，中短距、中/大容量，大多配合单模光纤使用； 长波长1550nm ，长距、中/大容，配合单模光纤使用；选择原则通信距离和容量，短距离小容量的系统一般选850nm短波长，反之选1300nm和1550nm的长波能否得到所选波长的光器件和光纤等元器件，且在质量、价格及可靠性等方面都能满足要求,器件的选择,选择内容光源和光电检测器光源可选项及性能LED：宽谱、低功率、低速率、经济FP-LD：窄谱、高功率、中/高速率、较经济DFB-LD：线谱、高功率、高速率、较昂贵光电检测器可选项及性能短波长PIN，通常为Si-PIN，响应度低，响应速度快，经济长波长PIN，通常为InGaAs-PIN，响应度较低，响应速度快，较经济长波长APD，通常为InGaAs-APD，响应度高，响应速度快，较昂贵,器件的选择原则,光源选择原则要考虑信号的色散、数据速率（码速）、传输距离和成本等因素在850nm波长，（BL）LED约为150200，（BL）LD则可以达到2500在1300nm波长，光纤色散很小，（BL）LED为2500，而（BL）LD可超过25000光电检测器选择原则重点考虑加在光检测器上所需的最小光功率，以满足特定的数据速率下误码率的要求，可根据系统的码速及传输距离决定另外还要考虑设计成本（包括价格）和复杂程度（即使用方便）；可靠性、稳定性等因素也需要考虑长距离、大容量的系统中采用APD或PINFET、APD-FET中短距离、中小容量的系统用PIN或PINFET,光纤的选择,可选项及性能G.651光纤多模渐变光纤，有芯径62.5和50m两种损耗约23dB/km，带宽距离积较小，仅达800MkmG.652光纤常规单模光纤，模场直径810m 1310nm窗口为0色散窗口，损耗0.30.5dB/km，1550nm窗口为最低损耗窗口，损耗约0.20.25dB/km，色散系数约1820ps/(nm km)G.655光纤非零的色散位移光纤（NZ-DSF），模场直径810m1550nm窗口损耗0.20.25dB/km，色散系数16ps/(nm km)其它，如塑料光纤等，一般不出现在电信级的光纤通信系统中，使用很少,光纤的选择原则,选择原则光纤的选择要视成本、应用场合、通信距离、通信容量、光源的种类等因素而定应用于计算机网络中的矩距中/小容量通信时，可使用芯径62.5m的多模光纤，速率10125Mbps，距离2km；1250Mbps时275m使用LED时一般配合多模光纤，工作于850nm或1310nm波长，但也有边发光LED配合单模光纤的情况，此时通常工作于1310nm波长使用FP-LD时首选常规单模光纤，常工作于1310nm波长，对应中短距离/中大容量通信场合，此时也可选用1310nm波长的边发光LED作为光源使用DFB-LD光源时，首选常规单模光纤，工作于1550nm波长，对应于长距/大容量通信场合有DWDM应用要求时，首选G.655光纤，工作于1550nm波长，也可选用常规单模光纤+色散管理和补偿,传输距离的两种限制因素,损耗限制机理：随着距离增加，光纤的传输损耗造成光信号功率不断下降，最终造成信噪比下降到不可接受的程度色散限制机理：随着距离增加，光纤色散造成信号光脉冲不断展宽，最终造成相邻光脉冲之间的严重干扰,考虑损耗限制相关因素,光送端光信号功率光接收机噪声水平数字光接收机通过接收灵敏度参数体现各种引入损耗的因素光纤传输损耗活动光接头损耗光纤接续点损耗其它因素富裕度（端设备、传输媒质）其它影响引入的光功率代价,损耗限制的中继距离计算,损耗限制,考虑色散限制相关因素,色散的影响最终折算成光功率代价一般认为可以接受1dB的光功率代价，对于高速系统可以接受2dB的光功率代价色散的三种影响机理码间串扰模分配噪声啁啾声,色散影响的功率代价折算,码间串扰PISI = 5log101+22 = / T = B 10-6 = D L 模分配噪声啁啾声,码间串扰和模分配噪声功率代价,码间串扰功率代价,不同光源的色散功率代价考虑,LED只考虑码间串扰， 取 = 0.306MLM-LD综合考虑码间串扰和模分配噪声，取 = 0.116SLM-LD综合考虑码间串扰和啁啾实际使用时通常只考虑码间串扰， 取 = 0.306,色散限制的中继距离计算,色散限制,第七章小结,小结（一）,光纤通信系统由电端机、光端机（包括接口电路和光发送机）、光中继器和光纤构成光线路编码是为了适应信道传输要求、方便时钟提取及系统监测、维护，通常有扰码、字变换型码（分组码）和插入型码三种光线路编码方式光纤通信有两种制式，分别为PDH和SDH我国PDH的速率系列为 2048844834368139264564992 kbpsSDH针对PDH的弱点提出，有三大优点：统一的光接口、同步复用和强大的网管功能SDH使用了块状帧结构和指针技术实现同步复用、使用丰富的开销比特实现强大的网管功能，使用VC技术实现业务的透明性我国SDH的速率系列为204815552062208024883209953280 kbps，其中155520中可含63个2M通路，3个34M通路和1个140M通路,小结（二）,光纤通信系统的性能参数包括误码率（DM%、SES%、ES%），抖动（输入容限、输出抖动、转移特性）和可靠性/可用性光纤通信系统设计时需要考虑诸多因素，包括工作波长选择光源和光检测器件的选择光纤的选择损耗限制系统的计算色散限制系统的计算,