chapter光纤通信系统性能与设计
光纤通信原理第九章光纤通信系统设计-PPT课件
2.
为了在再生段上实现横向兼容性，与 过去的PDH体系不同，SDH体系和波分复 用系统有世界范围的标准光接口，这些光 接口标准是系统设计必须遵循的依据。
(1)
单信道光接口的位置如图9.9所示。
图9.9 光接口位置示意图
(2)
多信道光接口的位置如图 9.10 所示。
图9.10多信道系统各参考点位置
iso组织成立于1946年10月总部设于瑞士日内瓦有九十四个会员国组成137个国家或地区采用该组织标准最坏值设计法最坏值设计法最坏值设计法就是在设计再生段距离时所有参数包括光功率光谱范围光谱宽度接收机灵敏度光纤衰减系数接头与活动连接器插入损耗等参数均采用寿命期中允许的最坏值而不管其具体的分布如何
第九章 光纤通信系统设计
随着光纤放大器的大量实用，数字光 纤通信系统一般分为无光纤放大器系统和 有光纤放大器系统。
1.
在技术上，系统设计的主要问题是确 定中继距离，尤其对长途光纤通信系统， 中继距离的设计对系统的性能和经济效益 影响很大。工程上常用的设计方法主要有 三种：最坏值设计法、统计设计法和联合 设计法。
(1)
k=3时，对应三阶失真。
9.2.2
直接强度调制光纤电视传输系统的传 输距离绝大多数是损耗限制系统。根据发 射功率、接收机灵敏度、线路损耗和分光 器损耗可以计算出传输距离L：
L
P AiAd oP rM
（ 9.18 ）
式中：P0为光发送机发射光功率(dBm)，Pr
3.
(1)
定时抖动对网络的性能损伤表现在下
① 对数字编码的模拟信号，在解码后 数字流的随机相位抖动使恢复后的样值具 有不规则的相位，从而造成输出模拟信号 的失真，
② 在再生器中，定时的不规则性使有 效判决偏离接收眼图的中心，从而降低了 ③ 在SDH网中，像同步复用器等配有 缓存器的网络单元，过大的输入抖动会造 成缓存器的溢出或取空，从而产生滑动损 伤。
光纤通信系统设计与性能优化研究
光纤通信系统设计与性能优化研究光纤通信系统已成为现代信息传输的重要组成部分，其高速、大容量、低损耗、抗干扰等特点使得其在通信领域得到广泛应用。
然而，随着通信需求的不断增加和技术的快速发展，如何进一步优化光纤通信系统的性能成为一个迫切的问题。
本文将从光纤通信系统的设计和性能优化两个方面进行研究。
首先，光纤通信系统的设计是确保其正常运行和良好性能的基础。
光纤通信系统由光纤、光源、接收器和信号处理器等部件组成。
设计一个高效的光纤通信系统需要考虑以下几个关键因素。
首先是光纤的选择。
光纤的质量和特性直接影响到通信系统的传输性能。
目前市场上有单模光纤和多模光纤两种类型，根据系统的需求选择合适的光纤类型是至关重要的。
其次是光源的选择。
光源是光纤通信的核心部件，决定了系统的传输速度和传输距离。
常见的光源有激光器和发光二极管，选择合适的光源需要综合考虑系统的成本、距离和频率等因素。
接下来是接收器的设计。
接收器用于接收从光纤传输过来的光信号，并转换为电信号以供后续处理。
在设计接收器时，需要考虑信号的噪声和失真情况，选择合适的接收器类型和参数能够提高系统的抗干扰能力和灵敏度。
最后是信号处理器的选择。
信号处理器用于对接收到的电信号进行放大和重构，以恢复原始信息。
在选择信号处理器时，需考虑其处理速度、处理能力和功耗等性能指标，以满足系统的实际需求。
其次，针对已设计好的光纤通信系统，我们可以通过一系列的性能优化方法来进一步提升其传输效果和可靠性。
以下是几个优化的关键点。
首先是信号增强技术。
通过增加光纤的传输功率或调整光源的参数，可以增强信号的强度，减小信号在传输过程中的衰减和失真。
此外，采用增强型的接收器和信号处理器也能提高系统的接收灵敏度和处理能力。
其次是误码率优化。
误码率是衡量光纤通信系统传输质量的重要指标。
针对误码率高的情况，可以采取一些措施，如增加纠错码的使用、优化调制解调技术、改善光纤的质量和传输距离等，以减少信号传输过程中的误码概率。
高性能光通信系统设计与性能分析
高性能光通信系统设计与性能分析光通信系统是一种基于光学技术传输信息的通信系统，具有高带宽、低损耗、抗干扰等优势，在现代通信领域扮演着重要角色。
设计和分析高性能光通信系统需要考虑多方面的因素，包括传输距离、数据传输速率、信噪比、误码率等，本文将从系统架构、关键技术和性能特点等方面进行论述。
一、系统架构高性能光通信系统的设计离不开合理的系统架构，常见的光通信系统包括点对点系统、环形系统和网状系统等。
其中，点对点系统是最简单的系统架构，适用于距离较短的通信需求；环形系统具有环形光缆连接多个节点的特点，适用于城域网通信；而网状系统由多个节点相互连接，适用于广域网通信。
在进行系统设计时，需要根据具体需求选择最合适的系统架构。
二、关键技术1. 光纤传输技术高性能光通信系统的核心技术之一是光纤传输技术。
光纤传输具有低损耗、大带宽的特点，能够满足高速、远距离的数据传输需求。
光纤传输技术的关键是光纤的制备和光信号的调制解调，目前常用的光纤传输技术包括单模光纤和多模光纤。
2. 光放大器技术光放大器是高性能光通信系统中的重要组成部分，可以增强光信号的强度，提高传输距离和信号质量。
常见的光放大器包括半导体光放大器和光纤放大器等。
光放大器技术的应用可以有效提高光通信系统的性能。
3. 光调制技术光调制技术是将电信号转化为光信号的关键技术，常见的光调制技术包括直接调制和外差调制等。
直接调制技术是利用半导体激光器的调制特性实现光信号的调制，而外差调制技术是利用相干激光器的特性实现光信号的调制。
选择合适的光调制技术对系统性能有着重要的影响。
三、性能分析性能分析是评估光通信系统质量和性能的重要手段，主要包括传输距离、数据传输速率、信噪比和误码率等指标分析。
1. 传输距离传输距离是指在不同的光通信系统中，信号可以传输的最远距离。
传输距离的限制因素包括光纤损耗、光波衰减等因素，通过合理设计和使用增益器件可以扩大传输距离。
2. 数据传输速率数据传输速率是光通信系统的核心指标之一，通常用Gbps或Tbps 表示。
光纤通信系统的设计与实现
光纤通信系统的设计与实现第一章介绍随着科技的不断进步，网络技术也在不断地发展壮大。
而在这个网络技术的背后，一个名为光纤通信系统的技术已然成为了网络通信系统中的重要部分。
光纤通信系统的出现不仅可以大大提高网络速度，同时也可以增加网络传输的稳定性和安全性。
本文将会详细介绍光纤通信系统的设计与实现过程。
第二章光纤通信系统的概述光纤通信是通过光纤将信号传输到目的地，利用光的无线电波特性传递信号的一种通信方式。
其基本原理是通过将数字信号或模拟信号转化成光信号，利用光信号在所传输的光纤中进行传输，通过接收端将光信号重新转化为数字信号或模拟信号。
光纤通信技术具有以下优点：1. 带宽大，信息传输速度快。
2. 信号传输距离远，可达数十到数百公里，而且不会线路接口等原因导致信号失真。
3. 具有一定的安全性。
4. 可以适用于各种环境要求，包括高温、高湿、高压等。
5. 具有较高的可靠性，信号的传输不易受到自然干扰的影响。
6. 光纤通信技术的使用成本较低。
第三章光纤通信系统的设计光纤通信系统的设计包括以下几个方面：1. 光纤通信系统的结构设计光纤通信系统主要包括传输系统、传输媒介、光源、检测器和处理单元等构成。
2. 光纤通信系统的光源设计光纤通信系统中光源的设计是至关重要的，其作用是将电信号转化为光信号并进行传输。
常用的光源有半导体激光器、LED发光二极管等。
3. 光纤通信系统的光纤设计光纤通信系统中光纤的设计也是至关重要的，光纤的设计不仅需考虑光的传输特性，还需考虑光纤的损耗、带宽等因素。
常用的光纤有单模光纤和多模光纤。
4. 光纤通信系统的检测器设计光纤通信系统中检测器的设计主要是将光信号转化为电信号，以便于进行数字或模拟信号的处理和传输。
常用的光检测器有PIN光检测器和光电二极管。
第四章光纤通信系统的实现光纤通信系统的实现主要包含以下步骤：1. 光信号的发射和接收：通过光源将电信号转化为光信号，通过光纤传输到接收端后，再通过检测器将光信号转化为电信号。
光纤通信系统的性能分析及优化
光纤通信系统的性能分析及优化光纤通信是现代信息传输的重要方式，它以其高速率、低衰减等优势成为大规模通信的重要手段。
随着社会的发展，人们对通信带宽的要求不断提高，光纤通信系统的性能优化越来越受到人们的重视。
本文将分析光纤通信系统的性能问题并提出优化方案。
一、光纤通信系统的性能问题光纤通信系统的性能问题主要表现在以下几个方面：1. 带宽不足：随着数据量的不断增长，通信带宽需要不断提高。
传统的光纤通信系统存在带宽不足的问题，限制了其应用范围。
2. 抗噪声能力弱：光纤通信系统受到的干扰和噪声很容易导致通信品质下降。
在高速率、远距离的传输中，光纤通信系统的抗噪声能力需要得到提高。
3. 衰减问题：由于光纤的信号传输距离有限，信号的强度会随着传输距离的增加而衰减。
光纤通信系统需要解决信号衰减问题，以保证通信质量。
4. 价格过高：高速率、高质量的光纤通信系统价格较高，造成了一定的门槛，限制了其在大众市场的应用。
以上问题都限制了光纤通信系统的应用范围和发展前景。
因此，必须对光纤通信系统进行性能优化，以满足人们日益增长的通信需求。
二、光纤通信系统的性能优化为了解决光纤通信系统的性能问题，可以从以下几个方面对其进行优化：1. 带宽扩充：增加光纤通信系统的带宽是提高通信速率的重要手段。
可以采用多波长复用技术来扩大通信带宽。
此外，可以采用更高级别的光纤、更优化的线路拓扑等方式来提高带宽。
2. 抗噪声能力提高：光纤通信系统的抗噪声能力提高可以通过增加发射功率、优化光纤的传输介质、升级光纤接口等方式来实现。
此外，可以通过改进检测技术、增强硬件设备的抗干扰能力等方式来提高抗噪声能力。
3. 衰减问题解决：衰减问题的解决可以通过加强信号的增强、使用更好的光纤绝缘材料及光纤护套材料、优化光缆的敷设等方式来实现。
4. 价格降低：价格降低可以通过增加生产规模、使用更先进的工艺技术、提高设备的智能化程度等方式来实现。
三、结语光纤通信系统的性能优化是解决其应用范围和发展问题的关键。
光纤通信系统性能分析及优化研究
光纤通信系统性能分析及优化研究光纤通信技术是一种广泛应用于通信领域的技术，它以光电信号的传输为基础，具有信息传输速度快、带宽大、噪声小、抗干扰性强等优势，日益受到人们的重视和广泛运用。
在光纤通信系统的运行过程中，更好的系统性能可以有效提高通信效率和数据传输质量，是光纤通信技术领域的研究重点。
一、光纤通信系统的性能分析光纤通信系统的性能综合指标包括数据传输速率、光纤带宽、传输距离、噪声干扰、灵敏度等。
在进行性能分析时，需要重点考虑以下几个方面：1. 系统传输速率在光纤通信系统中，传输速率是非常重要的性能指标。
传输速率主要受系统的带宽以及光纤的损耗程度等因素影响，一般用兆比特每秒（Mbps）或以太比特每秒（Gbps）进行表示。
在光纤通信中，主要采用分时复用技术和波分复用技术来提高传输速率。
2. 光纤带宽光纤带宽是指光纤传输介质能够承载的信息量，它与光源、光纤和接收器的特性等因素有关。
光纤带宽是衡量光纤传输能力的关键指标，它决定了光纤传输速度和数据质量。
3. 传输距离传输距离是指信息从发送端传到接收端的光纤长度。
在光纤传输过程中，信号会遭受到损耗，损耗程度与传输距离成正比。
因此，在实际应用中，需要根据光纤传输距离和光源功率等因素进行合理的设定。
4. 噪声干扰噪声干扰是指在光纤传输过程中，由于各种原因引起的噪声和干扰。
这些噪声和干扰会导致信号质量下降，降低系统的传输性能。
为了解决这一问题，需要采取相应的措施，如可靠的数据编码、高质量的放大器、有效的滤波器等。
5. 灵敏度灵敏度是指接收器的检测灵敏程度，也是一个重要的性能指标。
在光纤传输过程中，由于信号会有一定的衰减，因此需要一个非常灵敏的接收器才能保证传输质量。
二、光纤通信系统的优化研究在实际应用中，为了进一步提高光纤通信系统的性能，需要对系统进行优化研究。
光纤通信系统优化的主要目标是提高传输速率、提高数据质量、延长传输距离等，其优化内容主要包括：1. 光纤的优化光纤作为光纤通信系统的核心元器件，其优化对整个系统的性能起到至关重要的作用。
光通信中的光纤通信系统设计与性能分析
光通信中的光纤通信系统设计与性能分析概述光纤通信是一种基于光信号传输的通信方式。
在现代通信领域中，光纤通信系统已成为主流技术，其具有高速、大容量和抗干扰等优势，被广泛应用于通信、数据传输、互联网和广播电视等领域。
本文将重点讨论光纤通信系统设计以及对系统性能的分析。
光纤通信系统设计光纤通信系统主要由光源、光纤传输介质、光检测和解调器以及调制解调器等组成。
下面将详细介绍这些组成部分在光纤通信系统设计中的作用。
光源光源是光纤通信系统的起始点，它将电信号转换为光信号。
常见的光源有激光二极管（LD）和LED（发光二极管）。
激光二极管有较高的光功率和窄的光谱带宽，适用于长距离传输。
而LED则价格较低，适用于短距离传输。
在系统设计中，需要根据通信距离和成本因素选择合适的光源。
光纤传输介质光纤传输介质是光信号在通信系统中传输的通道。
光纤通信系统中常用的光纤传输介质有单模光纤和多模光纤。
单模光纤适用于长距离传输，具有低损耗和高带宽的特点；而多模光纤适用于短距离传输，价格较低。
在系统设计中，需要根据传输距离和传输负载选择合适的光纤传输介质。
光检测和解调器光检测和解调器负责将光信号转换为电信号。
光检测器是最常用的光检测元件，可将光信号转换为电信号。
解调器则将电信号恢复成原始的信息信号，以便后续处理。
在系统设计中，需要选择高灵敏度的光检测器和适用的解调器，以确保传输信号的准确性和可靠性。
调制解调器调制解调器用于调制光信号并解调光信号。
调制器将信息信号转换为可传输的光信号，而解调器将光信号恢复为原始的信息信号。
常见的调制技术有直接调制和外差调制。
在系统设计中，需要根据通信需求和调制技术的特性选择合适的调制解调器。
性能分析光纤通信系统的性能分析涉及多个方面，如传输速率、误码率、带宽和功耗等。
下面将分别介绍这些性能指标及其分析方法。
传输速率传输速率是衡量光纤通信系统数据传输能力的重要指标。
传输速率可以通过单位时间内传输的数据量来衡量，常用的单位是Mbps（兆比特每秒）或Gbps（千兆比特每秒）。
光纤通信系统设计与性能分析
光纤通信系统设计与性能分析第一章引言光纤通信作为现代通信领域中的重要技术，以其高速、大容量、低传输损耗等优势，在长距离通信中得到广泛应用。
本章将介绍光纤通信系统设计的背景和意义，对光纤通信系统的性能进行概述，并提出本文的研究目标与内容。
第二章光纤通信系统基础本章将介绍光纤通信系统的基础知识，包括光纤传输原理、光纤的分类和特性、光纤通信系统的组成以及相关的光学器件。
在理解光纤通信系统设计与性能分析的基础上，为后续章节的深入研究奠定基础。
第三章光纤通信系统的设计本章将重点讨论光纤通信系统的设计，包括系统架构、光纤接入方式、调制解调技术、光纤放大器、光纤耦合技术等方面。
通过对系统设计的分析和探讨，能够在充分利用光纤通信技术优势的同时，实现系统性能的最优化。
第四章光纤通信系统的性能分析在光纤通信系统设计的基础上，本章将重点对系统的性能进行分析。
主要包括信号传输的损耗与衰减分析、光噪声的影响与抑制、调制解调技术的性能分析以及光纤通信系统的误码率等方面。
通过性能分析，可以全面评估系统的稳定性和传输质量。
第五章光纤通信系统的可靠性与容错性设计本章将着重讨论光纤通信系统的可靠性与容错性设计。
通过引入冗余设计和容错机制，在系统发生故障时实现快速的自动切换和恢复。
针对光纤通信系统中可能出现的故障情况，并根据其影响程度，提出相应的容错策略，保证系统的可靠性和稳定性。
第六章光纤通信系统优化设计本章将对光纤通信系统进行优化设计。
通过系统参数的调整和仿真分析，对系统的性能进行优化，并在保证系统稳定性的前提下，实现传输速率的最大化和传输距离的最优化。
同时，对光纤通信系统的节能和成本优化进行探讨，提出相应的优化方法和策略。
第七章实验与结果分析为了验证光纤通信系统设计的有效性和性能优势，本章将进行实验和结果分析。
通过搭建实验平台，获取实验数据，并对数据进行分析和评估。
从实验结果中找出问题，并提出相应的改进方案，以进一步优化光纤通信系统的性能。
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于规定的BER（如10-10）； 断开R点，接上光功率计，得到光功率Pmin 由公式Pr=10lg(Pmin/1mW)（dBm）计算得到接收灵敏度
SDH分析仪 发送部分
SDH设备 光发送机
可变光衰减器
光信号输入 耦合器
电信号输出
光电检测器 解调器
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光纤传输特性对系统的影响
损耗
由于损耗效应，使信号光强度大大减弱，低于接收探测器的灵敏 度后系统不能正常工作。
可以通过光放大技术进行补偿
色散
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。
特点
数字光纤通信
抗干扰能力强，传输质量好
模拟光纤通信
对系统要求高，适用于图像传输
单波长（通道）
技术难度小，应用成熟
多波长（WDM）
传输容量大，距离远
直接强度调制IM
技术成熟，成本低
外调制
高速传输，成本较高
直接检测DD
技术成熟，成本低，效率高
相干调制CD
灵敏度高，传输容量大，距离远
多模光纤MMF
采用850nm波长，距离短
光 功率放大器
调光
制源
器
S MPI-S
线路放大器
前置放大器 光 检
测 MPI-R R 器
电 信号出 端 机
光发送
光传输
光接收
点到点光纤通信系统结构（单向传输）
电端机：实现用户信号和适合信道传输的信号之间
的转换。
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基本光纤通信系统结构
光发送部分
光源是发送部分的关键器件，光纤通信系统要求光源有一定 的输出光功率，谱线宽度小、工作稳定可靠、寿命长。
示器。
发送部分
时钟产生器
伪随机序列产生器
发码
检测部分
本地伪随机 序列产生器
同步检测电路 误码检测器
收码
误码计数器
SDH分析仪
不仅能测试PDH/SDH设备的全部误码性能和抖动性能，而且能分析和检
测SDH设备的帧结构和映c射ha复pte用r光纤结通构信系统性能与设计
10
SDH误码率和接收灵敏度测试
光接收机灵敏度测试步骤：
对于高速率的系统（ 10Gb/s及以上）要实现长距离传输，必须 采用色散补偿技术。色散补偿光纤(DCF)补偿法、啁啾光纤光栅 (DCG)补偿法。
非线性效应
FWM、XPM只有多信道系统才能产生 SBS、SPM在单信道、多信道系统中都会存在。
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§8.2 数字光纤通信系统性能及测试
chapter光纤通信系统性能与设计
8
§8.2数字光纤通信系统性能及测试
定时性能：抖动与漂移
抖动：数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于 其理想时间位置的短期的，非积累性的偏离。（前后变化的 频率大于10Hz）
抖动使信号发生失真，系统的误码率上升以及产生或丢失比特导致帧失步等 抖动的单位为UI，即偏差和码元周期之比
检测部分
R 光接收机
光功率计
SDH光接收cha机pte灵r光敏纤通度信测系统试性框能图与设计
主要性能指标
误码性能 平均误码率BER：在某一规定的观测时间内（如24小时） 发生差错的比特数和传输比特总数之比。 误码秒；严重误码秒
误码率参数
定义
误码秒（ES）
BER0的秒数
严重误码秒（SES） BER劣于10-3的秒数
对SDH系统，误码性能是以块为单位进行度量的：误块秒 比(ESR)、严重误块秒比(SESR)和背景误块秒比(BBER)
半导体注入式激光器(LD)和发光二极管(LED)
在短波段(800~900nm)，常使用镓铝砷(GaAlAs)LD和LED 在长波段(1000~1600nm)，常用铟镓砷磷(InGaAsP)LED
解调技术：直接强度调制/间接调制
直接调制(IM)的设备简单、成本低、容易实现 间接调制速度高，调制对光源的工作不产生影响，但设备较为复杂。
PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD
短波长段：Si-APD 长波长段：Ge-APD； InGaAsP-APD；PIN
接收方式：直接检波方式/外差检测（波）方式
直接检波 (DD) 的设备简单、经济，是当前实用光纤通信系统普遍采用的接 收方式。
外差检测（波）方式(CD)能大幅度提高光接收机的灵敏度，但设备比较复杂， 对光源的频率稳定度和光谱宽度要求很高。
驱动电路
电信号输入
光信号输出
光源
调制器
耦合器
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基本光纤通信系统结构
光传输部分
光纤传输特性主要包括损耗、色散和非线性三个方面。光纤 通信系统对光纤传输特性总的要求是有尽可能低的损耗和尽 可能小的色散
光放大器：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，克服了光纤的损耗对系统性能的影响 。 （色散和非线性特性）
第八章 光纤通信系统性能与设计
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§8.1 光纤通信系统的概念
光纤通信系统的分类
根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型、信号 的调制方式、光接收方式的不同，光纤通信系统可分成:
分类方式
按信号类型 按光波长（通道）个数
按调制方式 按接收方式
按光纤特性
类别
单模光纤SMF
采用1310/1550nm波长，传输容 量大，距离远
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基本光纤通信系统结构
光纤通信系统的主要组成部分：
光发送部分：光源、驱动器和调制器 光传输部分：光纤和光纤放大器（或中继器） 光接收部分：光电检测（波）器
基本光纤通信系统
信号入 电 端 机
原来的信号 向前抖的信号 向后抖理想时间位置的长时间
偏移。（前后变化的频率低于10Hz）
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系统传输性能指标的测试
数字光纤通信系统测试仪表－误码分析仪、SDH分析仪
误码分析仪由三大部分组成：发码发生器、误码检测器和指
光-电-光中继：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。（电子瓶颈）
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基本光纤通信系统结构
光接收部分
光电检波器要求有高的响应度、低噪声和快的响应速度。