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光纤通信课件第五章

发布者:zhanglaoshi        发布时间:2019-08-21 10:57:05

光纤通信

第5章光纤通信系统设计第5章光纤通信系统设计

本章内容、重点、难点和要求

本章内容  损耗受限系统的再生段距离的设计。

 色散受限系统的再生段距离的设计。

 损耗受限和色散受限系统的再生段距离的设计示例。

本章重点和难点  损耗受限和色散受限系统的再生段距离的设计示例。

学习本章目的和要求  掌握再生段距离设计的方法。第5章光纤通信系统设计

光缆数字线路系统设计的基本方法是最坏值设计法。所谓最坏值设计法,就是在设计再生段距离时,将所有参数值都按最坏值选取,

而不管其具体分布如何。

按照ITU−T建议G.957的规定,允许的光通道损耗PSR为

PSR =PT−PR−PP

PT为光发送功率;PR为光接收灵敏度;PP为光通道功率代价。第5章光纤通信系统设计

PP在实际中可以等效为附加接收损耗,可扣除,于是实际

S-R点的允许损耗为

PSR

Af

L

AS Lf

 L  M c L  2AC

式中A f表示再生段平均光缆衰减系数(dB/km), A S是再生段平均接头损耗(dB), L f是单盘光缆的盘长(km), M c是光缆富余度(dB/km), A C是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗(dB),这

里按两个考虑。图5-1形象地演示了整个光通道损耗的组成。第5章光纤通信系统设计

图5-1 光通道损耗的组成在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素,因而对于中继距离的设计可以分为两种情况来讨论。

第一种情况是损耗受限系统,即再生段距离由S和R点之间的光通道损耗决定。

第二种情况是色散受限系统,即再生段距离由S和R点之间的光通道总色散所限定。5.1 损耗受限系统设计

损耗受限系统的实际可达再生段距离可以用下式来估算:

所以

PT

 PR

Af

L

AS

L Lf

1  M c L  PP

 Me

 2AC

2 AC

 PP

 Me

AS

 ( Af

AS Lf

 Mc)L

Ll

PT

PR

 2AC 

Af

AS Lf

PP  M e  Mc

AS

n

 Af  fi / n i 1

n1

 AS  si /(n  1) i 165.1 损耗受限系统设计

式中PT为发送光功率(dBm),PR为光接收灵敏度

(dBm),AC是光纤配线盘上的收发端两个附加活动连接器损耗(dB),PP为光通道功率代价(dB),由反射功率代价Pr和色散功率代价Pd组成,Me为系统设备富裕度(dB),Mc为光缆富余度(dB/km),n是再生段内所用光缆的盘数,αfi是单盘光缆的衰减系数(dB/km),Af表示再生段平均光缆衰减系数

(dB/km),αsi是单个光纤接头的损耗(dB),AS是再生段平均接头损耗(dB)。

采用最坏值法设计时,再生段距离Ll的计算公式(5−4)可

Ll

PTm  PRm  2ACm  PPm-M em+Asm

Afm

Asm Lf

 Mc5.2 色散受限系统设计

色散受限系统可达的再生段距离的最坏值可用下式估算:

Ld=DSR/Dm

其中DSR为S点和R点之间允许的最大色散值,可以从相关的标准表格中查到,Dm为允许工作波长范围内的最大光纤色散系数,单位为ps/(nm·km),可取实际光纤色散分布最大值。

(1)多纵模激光器(MLM-LD)和发光二极管(LED)

Ld  106   f b  Dm  

式中f b是线路信号比特率,单位为Mbit/s;

Dm 是光纤色散系数,单位为ps/(nm·km);δλ是光源的均方根谱宽,单位为

nm;ε是与色散代价有关的系数,当光源为多纵模激光器

(MLM−LD)时,ε取0.115,若为发光二极管,ε取0.306。5.2 色散受限系统设计

(2)单纵模激光器(SLM-LD)

LC Dm  2 

fb2

式中α为啁啾系数,当采用普通DFB激光器作为系统光源时,

α取值范围为4~6;当采用新型的量子阱激光器时,α取值范围为2~4;λ为波长(单位为nm);f b为线路信号比特率(单位

为Tbit/s)。

以2.4Gbit/s系统为例,假设工作波长λ为1550nm,Dm为

17ps/(nm·km),则采用普通量子阱激光器(设α=3)和EA

调制器(设α=0.5)后,传输距离可以分别达101km和607km。5.2 色散受限系统设计

(3)采用外调制器

LC

Dm

c

fb2

式中c为光速。

以2.4Gbit/s为例,λ=1550nm,Dm=17ps/(nm·km),则采

用MZ外调制器的系统色度色散受限距离可以延长到1

275km左右。

实际系统设计分析时,首先根据式(5-4)或(5-7)算出损耗

受限的距离,再根据式(5-8)至式(5-11)算出色散受限的距离, 最后选择其中较短的一个即为最大再生段距离。5.3 应用举例

以STM−16长途通信系统光传输设计为例。

计划建设一条2.4Gbit/s单模光纤干线系统,系统采用单纵模激光器,沿途具备设站条件的候选站点间的距离为(37~58)km,系

统设计要求设备富余度Me为4dB,光缆富余度Mc为0.05dB/km。

根据上述58km的最长站间距离可以初选L−16.2系统(其目标距离80km),并假设工作波长为极端的1

580nm,单盘光缆的衰减系

数αfi=0.22dB/km,单个光纤接头的损耗αsi=0.1(dB),单盘光缆的盘长Lf=2km,活动连接器损耗AC=0.35dB,光纤色散系数 Dm=20ps/(nm·km)。依据L−16.2规定,PT=(−2~3)dBm, PR=−28dBm,PP=2dB,设激光器啁啾系数的α=3,则依据式(5-4)

和式(5-10)可以分别计算出:5.3 应用举例

Ll

PT

 PR

 2AC  PP  M e

Af

AS Lf

 MC

AS

  2  (28)  2  0.35  2  4  0.1

0.22  0.1  0.05

2

 19.4

0.32

 60 (km)

71400 LC    Dm  2  f b 2

3  20 15802  0.00242

 82 (km)

由于Ll<LC,所以此系统为损耗受限系统,且能满足58km无中继传输距离的要求。

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