第五章数字光纤通信系统的设计
光纤通信系统的设计及实现
光纤通信系统的设计及实现光纤通信系统的设计首先涉及到光纤的选择。
光纤通信系统通常使用单模光纤或多模光纤。
单模光纤适用于长距离传输，具有较低的传输损耗和较高的带宽。
多模光纤适用于短距离传输，可以传输多个光信号，但带宽较窄。
根据实际需求，选择适当的光纤类型。
光纤通信系统的设计还包括网络拓扑的确定。
常见的网络拓扑结构有星型、环形、网状等。
星型拓扑结构是将所有光缆连接到一个中心节点，适用于小规模网络。
环形拓扑结构是将所有光缆连接成一个环状，适用于较大规模的网络。
网状拓扑结构是将多个中心节点相互连接，适用于大规模网络。
根据需要选择适当的网络拓扑结构。
光纤通信系统的实现需要光纤传输设备和光纤调制解调器。
光纤传输设备包括光纤收发器和光纤交换机。
光纤收发器用于将电信号转换为光信号，并通过光纤传输。
光纤交换机用于将光信号从一个光纤传输到另一个光纤。
光纤调制解调器用于调制和解调光信号，实现光纤通信的编码和解码。
光纤通信系统的实现还需要光纤的安装和连接。
安装光纤时需要避免光纤的弯曲和拉伸，以免影响光信号的传输质量。
光纤的连接可以使用光纤连接器和光纤配线架。
光纤连接器用于将光纤连接到光纤设备，光纤配线架用于将多个光纤连接在一起，并提供光纤的整理和管理。
光纤通信系统的实现也需要光纤的保护和维护。
光纤通信系统可能会受到突发事件的影响，如地震、火灾等。
因此，需要在系统设计中考虑到光纤的冗余和备份，以及与其他系统的互联互通。
此外，光纤通信系统需要定期检测和维护，保持光信号的传输质量和系统的稳定性。
总之，光纤通信系统的设计及实现需要考虑多个因素，包括光纤的选择、网络拓扑结构、光纤传输设备和光纤调制解调器的选择，光纤的安装和连接，以及光纤的保护和维护。
通过合理的设计和实施，光纤通信系统可以提供高速、低损耗和大带宽的通信服务。
数字光纤通信系统及其设计
数字光纤通信系统及其设计摘要当今世界，计算机与通信技术高度结合，光纤通信有了长足发展。
纵观当今电信的主要技术，光纤和光波的变革极大的提高着信息的传输容量。
进入1993年以后，我国光纤通信已处于持续大发展时期。
其特征是大量新技术，特别是网络技术、高速介质接入网(HMA V)、光时分复用接入(OTMMA)和波分复用接入(WDMA)、光孤子(soliton)、掺铒光纤放大器(EDFA)、SDH产品等开始实用化并开展大量、深入的研究工作。
面对光纤通信技术的普遍应用，了解光纤通信系统组成及其系统参数的测量技术现状，无论是对光纤通信的业主、经销商，还是对光纤通信的广大用户都是重要的。
本论文主要介绍数字光纤通信系统基本组成，含义及其特点，阐述数字光信通信系统的设计方法。
针对WDM+EPFA数字光纤链路系统进行具体设计。
关键字;数字光纤通信系统掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用（WDM）Digital optical communications system and its design AbstracIn today's world, the combination of computer and communication technology, the height of optical fiber communication with rapid development. In today's main technology of telecommunications, optical fiber and light changes greatly improves the information transmission capacity. Since 1993, China into a continuous fiber communication has great development period. Its characteristic is a new technology, in particular network technology, high-speed medium access (HMA V), light time multiplex access (OTMMA) and WDM access (WDMA), optical solitons (soliton), erbium doped fiber amplifier (EDFA), SDH products began to practical and large, deep research work. At the same time, various special optical system into the field of national economy, contributed to our optical fiber communication technology of vigorous development. Facing the optical fiber communication technology,understand the general application of optical communication system and the system parameters measurement technology situation of optical fiber communication, whether the owner, dealers, or for optical fiber communication customers are important.This paper mainly introduces the basic components and fiber optic communications system, expounds the meaning and characteristics of digital communication system design of light letters. In WDM optical fiber links EPFA + digital system design.Key words,Digital optical communication system erbium doped fiber amplifier (EDFA) WDM目录1数字光纤通信系统 (4)1.1数字光纤通信系统概论 (4)1.1.1数字光纤通信系统的组成 (4)1.1.2数字光纤通信系统的含义 (5)1.1.3 数字光纤通信系统的特点 (5)1.2数字光纤通信系统的设计方法 (5)1.2.1数字光纤通信系统的构成 (5)1.2.2数字光纤通信系统的设计方案 (6)2波分复用（WDM） (6)2.1光波分复用（WDM）技术概述 (7)2.2WDM系统的基本构成 (7)2.3WDM技术的主要特点 (7)3掺铒光纤放大器(EDFA) (8)3.1掺铒光纤放大器概述 (8)3.2掺铒光纤放大器原理 (8)4基于WDM+EPFA数字光纤链路系统的设计 (9)注释和参考文献 (11)谢词 (12)附录 (13)1数字光纤通信系统1.1数字光纤通信系统的概论1.1.1数字光纤通信系统的组成（1）光发信机光发信机是实现电/光转换的光端机。
光纤通信系统的设计及实现
光纤通信系统的设计及实现光纤通信技术是一种较为先进的数据传输技术，其具有高速、稳定和可靠等诸多优点，被广泛应用于互联网、电视广播、电话和数据中心等领域。
本文将从光纤通信系统的设计和实现两个方面详细讨论光纤通信技术的基本原理、系统组成、参数选择和应用实例等相关内容。
一、光纤通信系统的基本原理光纤通信系统是基于光信号传输的一种通信方式，其基本原理是利用光的折射、反射和衍射等特性将光信号进行传输。
在光纤通信系统中，光源产生的信号被送至光纤中，并通过光纤进行光信号传播。
光信号到达光纤的末端后，再由光探测器将光信号转换为电信号送至接收端。
光纤通信系统中的光信号可以是LED或激光二极管等光源产生的单色光或多色光，其波长范围在600nm~1550nm之间。
光纤主要由芯层、包层和绝缘层等三部分构成。
其中，芯层的折射率高于包层，光信号在芯层中传输时会发生反射折射等现象，从而实现信号的传输。
光信号在传输过程中会产生各种损耗，如弯曲损耗、空气折射损耗、微弯损耗等，因此需要对光纤的长度、弯曲度、材料和参数等进行选择和设计。
二、光纤通信系统的系统组成光纤通信系统的主要组成部分包括光源、光纤、光探测器、前端调制电路、解调电路和转换电路等。
其中，光源产生的信号被送至光纤中，通过光纤传输至光探测器，并由后端电路进行处理与分析。
1. 光源光源是光纤通信系统中的核心组成部分，其产生的光信号的质量和稳定性直接影响到整个通信系统的性能和可靠性。
现代光纤通信系统中的光源主要有LED和激光二极管两种。
（1）LED光源：LED光源是一种常见的光源类型，其优点在于价格低廉、发光效率高、驱动电流小、寿命长等。
但是，LED光源的光强度低、色散大、光谱比较宽，因此仅适用于传输距离较短、带宽较窄的光纤通信系统。
（2）激光二极管光源：激光二极管光源由于其高发射功率、高光强度、小线宽、高调制速度等优点。
因此，其适用范围更广，可应用于带宽较宽、传输距离较远的光纤通信系统中。
光纤通信第五章光纤线路技术原理及器件波分复用器件
1.6nm 100G 0.8nm 50G 0.4nm 25G
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
Frequency Wavelength Frequency Wavelength
(THz)
(nm)
(THz)
(nm)
196.1
基于偏振干涉的光梳状滤波器
偏振干涉系统：起偏器P1、双折射晶体平行 平板及检偏器P2
FX
X
X
P1
S
Z
45°
Y
Y
P1
P2
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
透过起偏器的光场的振幅为A0，光通过 双折射晶体平行平板后在X、Y方向的分 量分别为
AxA0co4s5ex pj2(Lon/l) AyA0si4n5ex pj2(Len/l)
闪耀光栅剖面图
BOE1
l1 ln
l┋1
F1
ln
L1 L2 透射式二元光学波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
干涉滤波片型
采用干涉滤波片来实现不同波长的光的 分离，实现分/合波功能。
由于采用了微等离子体镀膜技术，介质 膜窄带滤光片的光学性能有了很大改善， 工艺也较为成熟。透过率高，带宽窄，
1528.77 193.1
1552.52
196.0
1529.55 193.0
1553.33
195.9
1530.33 192.9
1554.13
195.8
1531.12 195.8
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
光纤通信系统的设计
光纤通信系统设计所谓光纤通信系统，就是将从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。
光纤通信系统就传送的信号可以分为模拟光纤系统和数字光纤系统。
模拟光纤系统目前一般只应用于传送广播式的视频信号，最主要的应用是广电的HFC 网。
其他场合一般采用数字光纤系统，它具有传输距离长，传输质量高，噪声不累积等模拟光纤系统无法比拟的特点。
光纤通信系统的设计包括两方面的内容：工程设计和系统设计。
工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费预算，设备、线路的具体工程安装细节。
主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路铺设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。
系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的集成。
虽然光纤通信系统的形式多样，但在设计时，不管是否有有成熟的标准可循，以下几点是必须考虑的：①传输距离。
②数据速率或信道带宽。
③误码率（数字系统）或载噪比和非线性失真（模拟系统）。
下面分别介绍模拟光纤系统和数字光纤系统的设计。
模拟光纤通信系统多采用副载波复用技术，主要指标有：载噪比CNR(Carrier Noise Ratio)、组合二阶互调失真CSO(Composite Second Order Intermodulation)和组合三阶差拍失真CTB(Composite Triple Beat)。
后两项指标针对多路信道复用的使用情况。
对于模拟的HFC网的设计，主要需要考虑系统的CNR、CTB、CSO指标，其传输距离主要受限于链路的损耗。
在模拟的HFC网中，EDFA的引入可以延长传输距离且对CTB和CSO等非线性指标没有多大的影响，但对CNR影响较大，在系统设计时重点考虑。
光纤通信系统的设计
光纤通信系统的设计一、引言光纤通信系统是一种通过光纤传输光信号进行信息传输的通信系统。
相比传统的铜线传输方式，光纤通信系统具有更大的带宽和更低的信号衰减，能够传输更高速率的数据。
本文将详细介绍光纤通信系统的设计，包括光纤选材、光纤连接、光纤传输和光纤接收等方面。
二、光纤选材在设计光纤通信系统之前，首先要选择合适的光纤材料。
常见的光纤材料有多模光纤和单模光纤。
多模光纤适用于短距离传输，信号传输速率较低；而单模光纤适用于长距离传输，信号传输速率较高。
因此，根据实际需求选择合适的光纤材料。
三、光纤连接光纤连接是指将两根或多根光纤进行连接，使光信号可以在它们之间传输。
光纤连接的质量对通信系统的性能有很大影响。
在进行光纤连接时，需要注意以下几点：1.清洁：光纤连接口必须保持干净，以避免光信号被杂散光干扰。
在接插件时，需要使用清洁棉签或洁净纸巾清洁连接口。
2.对准：将两根光纤的连接口对准，确保连接无误。
3.固定：连接好的光纤需要固定，以避免松动或断开。
可以使用光纤盒或光纤固定器进行固定。
四、光纤传输光纤传输是指光信号在光纤中的传输过程。
光纤传输需要考虑以下几个因素：1.光衰减：光信号在传输过程中会发生衰减。
因此，在光纤传输中需要采取措施来补偿光衰减，以保证信号的传输质量。
2.光发射：光信号在光纤传输之前需要经过光发射器的处理。
光发射器通常由激光二极管组成，它将电信号转换为光信号并输出到光纤中。
3.光检测：光信号在光纤传输结束后，需要经过光接收器进行光检测和解码。
光接收器通常由光电二极管组成，它将光信号转换为电信号并输出到接收设备中。
五、光纤接收光纤接收是指光信号从光纤中传输到接收设备的过程。
在进行光纤接收时，需要注意以下几点：1.光接收器：选择合适的光接收器对光信号进行接收。
不同类型的光纤通信系统可能需要不同类型的光接收器。
2.信号放大：由于光信号在传输过程中会发生衰减，因此可能需要使用信号放大器增强信号强度，保证信号的传输质量。
数字光纤通信系统的设计
第五章数字光纤通信系统的设计
（2学时）
一、教学目的及要求：
使学生了解整个数字光纤通信系统在整体进行设计时应考虑的因素和设计时使用的主要方法。
二、教学重点及难点：
本章重点：掌握损耗限制系统和色散限制系统中再生中继距离的设计方法。
本章难点：中继距离与系统传输速率的关系。
三、教学手段：
板书与多媒体课件演示相结合
四、教学方法：
课堂讲解、提问
五、作业：
课外作业：
5-1 5-2 5-5
六、参考资料：
《光纤通信》刘增基第五章。
《光纤通信》杨祥林第八章
七、教学内容与教学设计：
5. 2 中继距离受色散(带宽)的限制
如果系统的传输速率较高，光纤线路色散较大，中继距离主要受色散(带宽)的限制。
为使光接收机灵敏度不受损伤，保证系统正常工作，必须对光纤
在这个基础上，根据原CCITT建议，对于实际的单模光纤通信系统，受色散限制的中继距离
八、课后小结：
教学实践发现，学生对课堂上演示的具体例子很感兴趣，参与意愿、投入程度明显较高。
作为导论课，应避免流于泛泛的理论陈述和空洞的说教，而应该用具体的例子来激发学生学习的兴趣，引导他们进行自行探究。
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第五章数字光纤通信系统的设计
（2学时）
一、教学目的及要求：
使学生了解整个数字光纤通信系统在整体进行设计时应考虑的因素和设计时使用的主要方法。
二、教学重点及难点：
本章重点：掌握损耗限制系统和色散限制系统中再生中继距离的设计方法。
本章难点：中继距离与系统传输速率的关系。
三、教学手段：
板书与多媒体课件演示相结合
四、教学方法：
课堂讲解、提问
五、作业：
课外作业：
5-1 5-2 5-5
六、参考资料：
《光纤通信》刘增基第五章。
《光纤通信》杨祥林第八章
七、教学内容与教学设计：
第五章数字光纤通信系统的设计
对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任 务是，根据用户对传输距离和传输容量（话路数或 比特率）及其分布的要求，按照国家相关的技术标准 和当前设备的技术水平，经过综合考虑和反复计算， 选择最佳路由和局站设置、传输体制和传输速率以 及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标，以使 系统的实施达到放佳的性能价格比。
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，中继距离设计是否 合理，对系统的性能和经济效益影响很大。
中继距离的设计有三种方法：最坏情况法（参数 完
全已知）、统计法（所有参数都是统计定义）和半 统计法（只有某些参数是统计定义）。
5.1中继距离受损耗的限制
下图示出了无中继器和中间有一个中继器的数 字光纤线路系统的示意图。
L （ a f+ a s+ a m ）＜ Pt-Pr-2 a C-Me
［板书］
96分钟
［板书］
［多媒体课件］
数字光纤 线路系统
（a ） 工山血芦、（b ） —个中继器
如果系统传输速率较低，光纤损耗系数较大， 中继距离主要受光纤线路损耗的限制。
在这种情况 下，要求S 和R 两点之间光纤线路总损耗必须不超 过系统
的总功率哀减，即
式中，Pt为平均发射光功率（dBm）, Pr为接收灵敏度（dBm）, a c为连接器损耗（dB/对）,Me为系统余量（dB），a f为光纤损耗系数（dB/km）, a s 为每km光纤平均接头损耗（dB/km）, a m为每km光纤线路损耗余量（dB/km）, L 为中继距离（km）根据ITU T（原CCITT）G.955建议，用LD作光源的常规单模光纤（G.652）系统，在S和R之间数字光纤线路的容限如下表：
«K［字光歼通僧豪悽几斡需用誓*号的槿庭
5. 2中继距离受色散（带宽）八国舊i
如果系统的传输速率较高，光纤线路色散较大，中继距离主要受色散（带宽）的限制。
为使光接收机灵敏度不受损伤，保证系统正常工作，必须对光纤线路总色散（总带宽）进行规范。
对于数字光纤线路系统而言，色散增大，意味着数字脉冲展宽增加，因而在接收端要发生码间干扰，使接收灵敏度降低，或误码率增大。
严重时甚至无法通过均衡来补偿，使系统失去设计的性能。
为确定中继距离和光纤线路色散（带宽）的关系，把输出脉冲用半高全宽度（FWHMT 表示，即
式中，T = c /0.4247, （T =aT, a 为相对rms 脉冲宽度，T=1/fb，fb为系统的比特传输速率。
△ T
系，包括损耗限制和色散限制的结果
各种光纤的中继距离和传输速率的关系
对于波长为0.85卩m的多模光纤，由于损耗大，中继距离一般在20 km以内。
在1.31卩m零色散波长附近，当速率超过1 Gb/s时，中继距离才受色散限制。
在1.55卩m 波长上，由于色散大，通常要用单纵模激光器，理想系统速率可达5 Gb/s，
但实际系统由于光源调制产生频率啁啾，导致谱线展宽，速率一般限制为2 Gb/s。
采用色散移位光纤和外调制技术，可以使速率达到20 Gb/s以上。
现在可以把反映光纤传输系统技术水平的指标、速率x距离((Gb/s) -km)疋汇㈡■:讣A「.
0.85 卩m,SIF 光纤，fb x L〜0.01 x 1=0.01
0.85 卩m, GIF光纤，fb x L〜0.1 x 20=2.0
1.31 卩m, SMF光纤, fb x L 〜1 x 125=125
1.55 卩m, SMF光纤，fb x L〜2x 75=150
1.55 卩m, DSF光纤，fb x L〜20 x 80=1600 (
八、课后小结：
教学实践发现，学生对课堂上演示的具体例子很感兴趣，参与意愿、投入
程度明显较高。
作为导论课，应避免流于泛泛的理论陈述和空洞的说教，而应该用具体的例子来激发学生学习的兴趣，引导他们进行自行探究。