第5章光通信系统 主讲人 郭薇教授(wguo@situ.edu.cn、34205419) 何广强副教授(gqhe@situ.edu.cn、34208104) 电信学院电子工程系 区城光纤与新型光通信系统国家重点实验室
第5章 光通信系统 主讲人 郭薇 教授 （wguo@sjtu.edu.cn、34205419） 何广强 副教授（gqhe@sjtu.edu.cn、34208104） 电信学院 电子工程系 区域光纤与新型光通信系统国家重点实验室
主要内容 5.1点到点链路 5,2纟路病召 5.3系统性能分析
主要内容 • 5.1 点到点链路 • 5.2 线路编码 • 5.3 系统性能分析
5.1点到点链路 Optical fiber Information Optical Vmz Optical er source transmitter receiver 终端 中继站 中继站 终端 TX RX TX Rx TX RX Simple point-to-point link
Simple point-to-point link 5.1 点到点链路 Tx Rx Tx Rx Tx Rx 终端 中继站 中继站 终端 L L L
5.1.1光纤链路的设计要求 传输系统要求 1、预期(或可能)的传输距离; 2、数据速率或信道带宽; 3、误码率(BER) 器件和相关的特性参量: 1、单模光纤或多模光纤 (a)纤芯尺寸 (b)纤芯折射率剖面 (c)带宽或色散 (d)损耗 (e)数值孔径或模场直径
传输系统要求： 1、预期（或可能）的传输距离； 2、数据速率或信道带宽； 3、误码率（BER）； 器件和相关的特性参量： 1、单模光纤或多模光纤 （a）纤芯尺寸 (b）纤芯折射率剖面 （c）带宽或色散 （d）损耗 （e）数值孔径或模场直径 5.1.1 光纤链路的设计要求
2、LED或半导体激光器光源 (a)发射波长 (b)谱线宽度 (c)输出功率 (d)有效辐射区 (e)发射方向图 (f)发射模式数量
2、LED 或半导体激光器光源 （a）发射波长 （b）谱线宽度 （c）输出功率 （d）有效辐射区 （e）发射方向图 （f）发射模式数量
3、pin或APD光电二极管 (a)响应度 (b)工作波长 (c)速率 (d)灵敏度 系统性能分析:链路功率预算和系统展宽时间预算
3、pin 或APD光电二极管 （a）响应度 （b）工作波长 （c） 速率 （d）灵敏度 系统性能分析：链路功率预算和系统展宽时间预算
512链路的功卒预弇 Transmitter eceiver Splices Optical fibers Connector Connector Optical Photon Source tector Fiber flyleaf flyleaf Connector(optional) 光功率损耗模型 (连接器损耗、熔接点损耗、光纤损耗)
5.1.2 链路的功率预算 光功率损耗模型 （连接器损耗、熔接点损耗、光纤损耗）
单元损耗: 损耗=10o8 out Pm和尸ou分别表示损耗单元的输入及输出功率。 链路损耗预算: t=PSPR=nl +a L+redundance 鬥是总光功率损耗,Bs是激光器输出端耦合进光纤的 功率,P是接收机灵敏度,lc是连接损耗(面定连接 0.1-0.2GB,活动连接<1dB), l是光纤长度(中继距离),α是光纤衰减系数(损耗 Redundance:系统富裕度(6-8dB)
单元损耗： i n out P P 损耗 =10log Pin和Pout分别表示损耗单元的输入及输出功率。 链路损耗预算： P P P nl L redundance T S R c f = − = + + PT 是总光功率损耗，Ps是激光器输出端耦合进光纤的 功率, PR是接收机灵敏度，lc是连接损耗(固定连接 0.1-0.2dB,活动连接<1dB)， L是光纤长度(中继距离），f 是光纤衰减系数（损耗 ）。 Redundance:系统富裕度（6-8dB）
P 中继距离:L ni-redundance (km) 光源 LED OdEm 13dBm PR(@2.5Gb/s)-32dBm 32dBm redundance 6dB 6dB nIc 2dB 2dB 工作波长(m)|8350130015508501300 光纤损耗(dBkm)2 040252 0.4 中继距离L(km)12609655 27.5 中继距离与工作波长有关,在长距离通信中多采用1550n 和1300nm波段 由于光接收灵敏度与码率有关,随着码率的增加,接收灵 敏度下降,中继距离随之缩短
中继距离: ( ) S R c f P P nl redundance L km − − − = 光源 LD LED PS 0dBm -13dBm PR （@2.5Gb/s） -32dBm -32dBm redundance 6dB 6dB nlc 2dB 2dB 工作波长(nm) 850 1300 1550 850 1300 光纤损耗(dB/km) 2 0.4 0.25 2 0.4 中继距离 L(km) 12 60 96 5.5 27.5 •中继距离与工作波长有关，在长距离通信中多采用1550nm 和1300nm波段 •由于光接收灵敏度与码率有关，随着码率的增加，接收灵 敏度下降，中继距离随之缩短
例5.1假定数据速率为20Mb/s,误码率为109(每发送109个比特, 其错误最多为一个)。对于接收机,可以选择工作在850nm的Si PIN光电二极管。接收机所需要的信号功率为-42dBm,下面我们 选择一个 GaAlAs led,使其能够把50微瓦(-13dBm)的平均光功 率耦合进纤芯直径为50微米的尾纤,这样就允许有29dB的损耗 可以进一步假设尾纤与光缆的连接损耗为1dB,在光缆光检测器 的连接点上也有1dB的连接损耗。包括6dB的系统富余度,对于衰 减为a的光缆,其传输距离为: P=P-P=29dB=2(dB)+aL+6dB 如果衰减为3.5dB/km则传输距离为6km
例5.1 假定数据速率为20Mb/s，误码率为10-9（每发送109个比特， 其错误最多为一个）。对于接收机，可以选择工作在850nm的Si PIN 光电二极管。接收机所需要的信号功率为-42dBm，下面我们 选择一个GaAlAs LED，使其能够把50微瓦（-13dBm）的平均光功 率耦合进纤芯直径为50微米的尾纤，这样就允许有29dB的损耗。 可以进一步假设尾纤与光缆的连接损耗为1dB，在光缆光-检测器 的连接点上也有1dB的连接损耗。包括6dB的系统富余度，对于衰 减为 f 的光缆，其传输距离为： 29 2( ) 6 P P P dB dB L dB t s r c f = − = = + + 如果衰减为3.5dB/km,则传输距离为6km