片上光互联网络损耗分析
光通信网络中的信号损耗与信噪比分析研究
光通信网络中的信号损耗与信噪比分析研究光通信网络在现代通信领域中具有重要的地位和作用。
随着通信技术的发展和需求的增加，光通信网络的传输距离和信号质量要求也不断提高。
而在光通信网络中，信号损耗和信噪比是两个关键的参数，对于确保信号的稳定传输和保证通信的可靠性起着至关重要的作用。
首先，我们来谈论信号损耗在光通信网络中的重要性。
光信号在光纤中传输时，会受到各种因素的影响而发生衰减，这种衰减就是信号损耗。
信号损耗是光信号在传输过程中逐渐降低的功率。
导致信号损耗的主要因素包括散射损耗、吸收损耗、振动损耗等。
这些损耗因素会导致信号的衰减，进而影响信号的传输距离和质量。
因此，减小信号损耗是提高光通信网络传输质量的关键。
其次，我们来谈论信噪比在光通信网络中的重要性。
信噪比是信号与噪声的比值，用来衡量信号的纯净度和可靠性。
在光通信网络中，信噪比的高低直接影响着通信的可靠性和恢复误码性能。
当信噪比较高时，接收端可以更好地恢复原始信号，从而提高通信的可靠性。
而当信噪比较低时，噪声会对信号造成较大的干扰，导致误码率增加，进而降低信号的可靠性。
因此，提高信噪比是光通信网络中保证通信质量和可靠性的关键。
为了更好地研究光通信网络中的信号损耗和信噪比问题，需要深入了解光通信网络中的传输机制和相关技术。
首先需要考虑波长分离多路复用（WDM）技术，该技术允许多个波长的光信号在同一光纤中同时传输。
WDM技术的应用可以显著提高光通信网络的传输容量和带宽效率。
其次，光纤放大器技术的应用也是提高信号传输质量和传输距离的关键。
光纤放大器可以增益光信号，减小信号损耗，提高信号的传输距离和质量。
此外，还需要考虑光纤衍射、色散和损耗对信号传输的影响等因素。
针对信号损耗问题，可以采取一系列解决方案。
首先，合理设计光传输系统，选择低损耗的光纤材料和降低光纤连接件的损耗，以减小信号在传输过程中的损耗。
其次，光放大器的使用可以在信号传输过程中增加信号的能量，从而补偿损耗。
如何计算光网络损耗
1 / 5如何计算光网络损耗GEPON的光网络是由光纤、光纤耦合器和光分离器构成。
从OLT 到ONU传输距离受到OLT、ONU的发射功率、接收灵敏度；光缆的长度；和光分路器的插入损耗影响。
下面是这些设备的相关参数：OLT, ONU的光参数发射功率：＋2dBm ~+6dBm接收灵敏度－26dBm 光纤衰耗：0.3db/公里光分路器损耗：理论xx1*n光分路器的光衰耗：＝10log(1/n)。
以此计算：1×2的光分路器衰耗－3db；1×4的光分路器衰耗－6db；1×8的光分路器衰耗－9db；1×16的光分路器衰耗－12db；1×32的光分路器衰耗－15db。
但在实际的产品的衰耗大于理论值，具体插入损耗参见光分离器的说明书。
光分路器的级联和级数无关，和光分路器的衰耗相关。
例：假设OLT到ONU的距离10公里，使用两级光分路器，1个1×4和4个1×8构成。
OLT、ONU的发射功率和接收灵敏度之间相差26db;2 / 5光纤衰耗：10×0.3=3db 光分路器衰耗：光网络衰耗总和为：15＋3＝18db这只是理论计算，但在实际网络中，还需要考虑使用耦合器等导致衰耗增大，可以使用光功率计测试。
在这就要先了解发送光功率和光接收机灵敏度，发送光功率(典型值)是指光发射机正常输出光功率，以dbm为单位，光接收机灵敏度是指光接收机正常工作时所允许的输入光功率最小值。
以dbm为单位。
最大光链路损耗是对发射机和接收机正常工作时所允许的光纤传输通道最大损耗值(即发送光功率-光接收机灵敏度)。
假设光端机的发送光功率为－4.50dbm，光接收机灵敏度为-14.8dbm，那最大光链路损耗为-4.5dbm-(-14.8)dbm=10.3dbm。
通过最大光链路损耗中我们就可以初步估算出光端机的最远传输距离。
例题:假如有A=10公里、B=8公里、C=5公里在不同距离的3只光接收机，要求当光机接收电平是0dBm时，发射机的功率要多少mW 和光分路器各路的分光比为多少？(设每公里的光损耗为0.4dB，分光器插耗为0.4dB,光缆接头等损耗1dB)计算1：A路=0+10*0.4+0.4+1=5.4dBm=3.46737mW B路=0+8*0.4+0.4+1=4.6dBm=2.88403mW C路=0+5*0.4+0.4+1=3.4dBm=2.18776mW那么发射光的总功率P=3.46737+2.88403+2.18776=8.53916mW也很容易得出各路的分光比为：A路B路3 / 5C路注评1:以上答案不算对.一般光缆接头损耗都包含在每公里光损耗里了，不需要单独计算。
光互联设备的网络性能分析与优化
光互联设备的网络性能分析与优化随着信息技术的不断发展，光互联设备在现代网络中扮演着重要的角色。
光互联设备的网络性能对于保证网络的稳定运行和提高用户体验至关重要。
本文将对光互联设备的网络性能进行分析与优化，以帮助管理员更好地管理和维护网络。
首先，我们需要了解光互联设备的网络性能指标。
常见的网络性能指标包括延迟、带宽、吞吐量和丢包率等。
延迟是指数据包从发送端到接收端所需的时间，可以通过减少数据包在网络中的传输时间来优化延迟。
带宽是指网络链路的最大数据传输速率，可以通过增加带宽来提高网络性能。
吞吐量是指网络链路在单位时间内能够传输的数据量，可以通过优化数据包的大小和发送机制来提高吞吐量。
丢包率是指在传输过程中丢失的数据包的比例，可以通过采用可靠的传输协议和增加缓冲区来减少丢包率。
其次，进行光互联设备的网络性能分析。
网络性能分析是对网络性能问题进行诊断和定位的过程，通过对网络设备和链路的监控和分析，可以找出网络中存在的性能瓶颈和问题。
在进行网络性能分析时，可以利用一些工具和技术，如网络流量分析、报文捕获和协议分析等。
网络流量分析可以帮助管理员了解网络中的流量分布和流量特征，进而找出网络性能瓶颈所在；报文捕获可以记录和分析网络中的数据包，找出网络问题的根源；协议分析可以深入了解网络中的协议行为，发现协议级别的性能问题。
最后，进行光互联设备的网络性能优化。
网络性能优化是基于网络性能分析的结果，通过采取一系列的调整和优化措施来提升网络性能。
在进行网络性能优化时，可以从以下几个方面入手。
第一，优化网络拓扑结构。
合理规划网络拓扑结构，减少网络中的冗余节点和链路，提高数据传输效率。
第二，优化网络设备配置。
根据网络性能分析的结果，对光互联设备进行参数调整和优化，以提高设备的性能。
第三，优化协议选择和配置。
根据特定的网络场景和需求，选择适合的协议并进行配置，以提高协议的性能和可靠性。
第四，优化数据传输机制。
采用合适的数据传输方式和协议，减少数据包的重传和丢失，提高数据传输效率。
光纤通信传输损耗的成因及降耗措施
光纤通信传输损耗的成因及降耗措施光纤通信具有保密性高、受干扰性能高等优点，其应用十分广泛，但在光纤传输中会有不同程度的损耗，影响了网络系统的有效传输。
为了提高光纤传输的安全可靠、稳定高效，对光纤传输损耗问题的深入研究非常重要，本文主要针对光纤传输损耗的形成原因进行了详细分析，并提出了合理有效的降耗措施，以保证信息在光纤中的可靠高效传输。
1 接续损耗的成因分析光信号经光纤传输后，由于吸收、散射等原因引起光功率的减小，故光纤损耗是光纤传输的重要指标。
实现光纤通信，一个重要的问题是尽可能地降低光纤的损耗。
引起光纤传输损耗的主要原因可分为两类，即接续损耗和非接续损耗。
而光纤的接续损耗则主要包括光纤材料的本征因素造成的固有损耗和非本征因素造成的熔接损耗两种。
1.1 固有损耗1.1.1 吸收损耗吸收损耗是光波通过光纤材料时，一部分的光能转化成热能，造成光功率的损失。
造成吸收损耗的主要原因是光纤材料的本征吸收和制作光纤时光纤材料不纯净所产生的杂质吸收。
(1)本征吸收指光纤的基础材料二氧化硅固有的吸收，不是杂质或者材料缺陷所引起的。
(2)杂质吸收指由于光纤材料的不钝净和晶体缺陷所产生的附加的吸收损耗，主要是材料中的金属过渡离子和生产过程中的氢氧根离子使光的传输产生损耗。
1.1.2 散射损耗散射是指光通过密度或折射率不均匀的透明物质时，除了在光的传播方向以外，在其它方向也能看到光，这种现象称为光的散射。
在光纤中光的传输由于散射的作用而产生散射损耗，散射损耗主要由瑞利散射和结构缺陷散射两部分组成。
1.2 熔接损耗熔接损耗是由接续方式、接续工艺、和接续设备的不完善引起的，包括光纤模场直径不同、光纤轴向错位、光纤端面不完整或者端面不干净、待熔接光纤的间隙不当、轴心(折角)倾斜以及工作人员操作水平、熔接参数的设置等可以人为避免的因素造成。
2 非接续损耗的成因分析光纤传输中的非接续损耗主要包括弯曲损耗、其他施工因素与应用环境造成的损耗。
光互联设备的性能参数及对网络传输的影响
光互联设备的性能参数及对网络传输的影响随着信息技术的发展，网络传输已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。
而光互联设备作为网络传输的重要组成部分，其性能参数对网络传输的影响也十分重要。
本文将介绍光互联设备的性能参数，并探讨其对网络传输的影响。
光互联设备是指利用光纤进行互联的设备，它可以将电信号转化为光信号，并在光纤中进行传输。
光互联设备的性能参数通常包括传输速率、传输距离、波长范围、光损耗和光功率等指标。
首先，传输速率是评估光互联设备性能的重要参数之一。
传输速率表示单位时间内传输的数据量，可以影响数据传输的效率。
在现代网络中，传输速率通常以兆比特每秒（Mbps）或千兆比特每秒（Gbps）来计量。
较高的传输速率可以提高数据传输的效率和速度，满足用户对大容量数据传输的需求。
其次，传输距离也是评估光互联设备性能的重要指标之一。
传输距离指的是信号在光纤中传输的最远距离。
通常，光信号在光纤中以光的速度进行传输，但是由于光信号的衰减和失真，传输距离会有限制。
较长的传输距离可以扩大网络的覆盖范围，满足远距离数据传输的需求。
波长范围是光互联设备的另一个重要性能参数。
它表示设备能够接受和发射的光波的范围。
在光通信中，不同波长的光信号可以在光纤中同时传输，从而提高传输能力。
波长范围的扩展可以增加光互联设备的灵活性和适用范围，满足不同网络环境和应用需求。
此外，光损耗和光功率也是评估光互联设备性能的两个重要参数。
光损耗表示信号在传输过程中的衰减程度，而光功率表示设备输出的光信号的强度。
较低的光损耗和适当的光功率可以确保信号的稳定传输和接收。
光互联设备的性能参数对网络传输有着直接的影响。
首先，高速的传输速率可以提高网络传输的速度和效率。
在大容量数据传输场景下，光互联设备能够实现快速数据传输，满足用户对高速网络的需求。
其次，较长的传输距离可以扩大网络的覆盖范围，满足远距离通信的需求。
对于跨地域网络传输或长距离数据传输，光互联设备能够提供更稳定和可靠的传输性能。
光纤通信中信号损耗与传输距离关系分析
光纤通信中信号损耗与传输距离关系分析随着科学技术的不断进步与发展，光纤通信作为一种高速、大容量、低损耗的信号传输方式，已经成为现代通信领域的主流技术。
然而，光纤通信中的信号损耗与传输距离之间存在着密切的关系。
本文旨在探讨光纤通信中信号损耗与传输距离之间的关系，并对其进行分析。
一、光纤通信中的信号损耗分析光纤通信中的信号损耗主要包括传输损耗、弯曲损耗和连接损耗三个方面。
首先，传输损耗是指光信号在光纤中沿着传输方向逐渐减弱的现象。
这主要由于光信号在传输过程中会受到材料吸收、散射、折射等因素影响，导致信号能量逐渐衰减。
一般来说，光纤通信中的传输损耗与光纤的材料属性、纤芯直径和传输波长等因素密切相关。
较低的传输损耗意味着信号能够更远的传输距离。
其次，弯曲损耗是指光信号在光纤弯曲或弯曲过程中产生的能量损耗。
当光纤弯曲时，光信号会被散射，从而造成信号强度的逐渐减弱。
因此，在安装和维护过程中，需注意光纤的弯曲半径，避免过小的弯曲半径造成额外的信号损耗。
最后，连接损耗是指信号在光纤连接器和耦合器等连接部件中的能量损耗。
连接损耗主要由于光纤连接时，光束与光纤末端的不完美匹配造成的。
在光纤连接时，需要保证连接部件的高精度及准确度，以降低连接损耗。
二、光纤通信中的信号传输距离分析光纤通信中的信号传输距离主要受到衰减和色散的影响。
首先，衰减是指光信号在传输过程中衰减的现象，由传输损耗所造成。
衰减决定了信号在光纤中能够传输的最远距离。
一般来说，较低的传输损耗意味着较低的衰减，从而使得信号能够传输的距离更远。
其次，色散是指光信号在光纤中因折射率随频率而变化而引起的频率失真现象。
由于色散会导致光信号的时间性质发生改变，进而影响了光信号的传输距离。
色散主要包括色散波长和色散时间两种类型，但都会对信号传输距离产生影响。
总体而言，光纤通信中的信号损耗与传输距离之间是相互制约的。
较小的信号损耗能够使得光信号在光纤中传输的衰减减小，从而使得信号能够传输的距离增加。
光传输(WDM)系统的损耗分析
PMD的成因
内在因素
几何尺寸
应力
外在因素
应力
弯曲
扭转
光纤的PMD特性
解决PMD的方法
1. 内因
提高光纤的几何尺寸的制造精度
光纤类别 模场直径，μ m 包层直径, μ m 芯同心误差, μ m 包层不圆度,% G.652 8.6-9.5±0.5 125 ±1 ≤0.8 ≤1 G.655 8.0-11±0.5 125 ±1 ≤0.8 ≤1
1/ 2
2.33ps
内容提要
1 衰减损耗分析 2 色度色散损耗分析 3 偏振模色散损耗分析 4 非线性效应损耗分析
30
非线性效应的分类
• 受激散射
– 光子能量与石英分子间的转移 – 具有阈值特性 – 受激布里渊散射 受激拉曼散射
• 克尔效应
– 光纤折射率随着信号光强度变化 – 自相位调制SPM 交叉相位调制XPM 四波混频FWM
6
增 益 因 子
4 2 0
0
20
40
60
80
100
120
140
频率偏移 (nm)
RamanOA的特点
能量转移，波长间距100nm，理论上可以放大任何波段 。 分布放大，等效噪声指数低，特别是和EDFA配合使用， Nf为3dB左右。 后向泵浦，多泵浦源（2－5）。 偏振相关，泵浦光源需进行去偏振。 WDM EDFA 泵浦光功率达500mw，需APR。
•
•
•
使用模场直径大的光纤，可以降低通过光纤的功率密度，可以抑制非线性效应 的产生。
光衰分析报告
光衰分析报告1. 引言光衰分析是对光纤传输中信号强度衰减情况进行评估和分析的过程。
通过光衰分析，可以确定信号传输过程中的损耗情况，从而优化光纤通信系统的性能。
本文将对光衰分析的原理、方法和应用进行详细介绍，并通过实际案例进行说明。
2. 原理光纤传输中的信号衰减主要由两个因素引起：光纤本身的损耗和连接器、跳线等部件引起的损耗。
光纤本身的损耗是由于光纤内部的吸收、散射和弯曲等原因引起的，而连接器和跳线等部件引起的损耗则是由于接触不良、插损、反射等原因导致的。
光衰分析通过测量光信号的输入功率和输出功率，计算出信号经过光纤传输后的衰减量。
其中，输入功率可以通过光功率计等仪器进行测量，输出功率则通过光衰测试仪进行测量。
通过比较输入功率和输出功率的差异，可以确定光纤传输过程中的光衰强度。
3. 方法光衰分析的方法主要包括两种：直接测量法和间接测量法。
3.1 直接测量法直接测量法是通过测量信号的输入功率和输出功率来计算衰减量。
具体步骤如下：1.使用光功率计测量输入光信号的功率，并记录下来。
2.在信号传输的终点处，使用光衰测试仪测量输出光信号的功率，并记录下来。
3.计算衰减量，即输入功率减去输出功率，得到信号的衰减值。
3.2 间接测量法间接测量法是通过测量光纤和连接器等部件的损耗，间接计算出光衰值。
具体步骤如下：1.使用 OTDR（光时域反射计）测量光纤的损耗情况，并记录下来。
2.使用光衰测试仪测量连接器和跳线等部件的插损和反射损耗，并记录下来。
3.将光纤损耗和部件损耗相加，得到信号的总衰减值。
4. 应用光衰分析在光纤通信系统的设计、安装和维护过程中起到了重要的作用。
它可以帮助工程师评估系统的传输性能，并采取相应的措施进行优化。
以下是光衰分析在几个具体应用场景中的应用：4.1 光纤网络设计在光纤网络的设计过程中，光衰分析可以帮助工程师确定信号传输距离和系统性能需求。
通过测量不同长度的光纤传输中的光衰强度，可以选取合适的光纤类型和连接部件，从而保证信号的有效传输。
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片上光互联网络损耗分析
作者：张曙光
来源：《科技视界》2019年第17期
【摘要】光互联具有低损耗、高吞吐率、低延迟等无可比拟的优势，但由于光互联技术面临光缓存和光处理两大障碍，因此有机地结合电互联网络是当前发展的主要趋势。
本文主要介绍了三种最近几年新提出的片上光电混合网络结构：Corona，Dragonfly和Firefly，通过MATLAB工具建立了三种拓扑结构的功耗模型。
通过对比研究，发现在少核芯片上，Corona 拓扑结构的损耗相对较少，而对于多核芯片，Firefly拓扑结构有较好的损耗特性。
【关键词】光电混合互联网络;损耗;Corona;Dragonfly;Firefly
中图分类号： TN405 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0047-001
DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.17.022
0 引言
随着处理器速度的提升，传统的电互联网络已经很难满足人们对功耗、带宽等方面的要求。
因此，一种新型的互联方式，光互联网络（ONoC）成为研究的热点。
它相比传统的电互联网络的主要优点有：光波在高速传递和处理时有更高的传输带宽，接近几十GHz;拥有更低的功耗和更短的时间延时;芯片上光互联网络和传统的CMOS技术兼容[1]。
但是当前光互联技术面临两大障碍：光缓存和光处理，有机地结合电互联网络是当前发展的主要趋势，以光电混合的方式实现片内通信。
目前对芯片级的光互联网络研究重点主要在器件级和路由器级，对网络级损耗研究较少，本文将提出芯片上光电混合互联网络损耗特性的研究模型，并基于Corona，Dragonfly和Firefly拓扑结构进行网络级损耗分析。
1 光技术背景
片上光互连网络是在芯片上实现的光通信网络，在物理层包括光学链路与交换节点两部分。
光互联网络是利用光子的波粒二象性来处理光信号的路由和数据[2]。
现如今基于芯片级别的片上光互联已有望突破电互联的瓶颈。
当前，光互联的主要挑战是生产低成本、低功耗的硅光子器件。
随着工艺的不断提升，许多新型的光器件结构被广泛应用，极大地促进了光互联技术的发展，其中包括激光器、光调制器、光波导、光开关、光探测器和耦合器等。
光源一般采用片外激光器产生，然后耦合进片上的光波导，通过连接器将光信号传输到芯片上，然后通过调制器将电信号加载到光信号中，经过光波导到达接收端，通过光探测器转换成电信号。
2 片上光互联网络拓扑结构
在片上光网络中，电控制网络用来传输电分组交换报文和短报文，光网络用来传输光线路交换的长报文。
片上光网络采用的混合结构使用两层网络：（1）电控制网络，是标准的CMOS工藝及其金属互联结构，其拓扑结构与光互联网络一样，用来传输控制短报文;（2）光互联网络，是由光波导连接光开关组合而成，用来传输长报文。
下面介绍最近几年新提出的光电混合网络结构：Corona，Dragonfly和Firefly结构。
Corona结构（冠状结构） Corona结构是HP公司于2008年提出的典型的Crossbar总线结构[3]。
Corona是基于光总线系统的。
多写单读模式是Corona系统很重要的一个模式，每一个节点都有自己专属读操作通道。
每次发送报文时可以对其余的N-1个通道进行写操作。
Dragonfly结构（蜻蜓结构） Dragonfly结构是2008年提出的片外互联拓扑结构，当初这个模型是为集群间通信建立快速二次网络和高速光通道而建立的，这个拓扑提高了光电混合互联网络的改进潜力[4]。
Firefly结构（萤火虫结构）Firefly结构是在研究Corona和Dragonfly结构路由方法时提出来的。
随着光模节点数量的增加，电功率也相应的增加。
内部集群在预留辅助单写多读总线上与光学蛇形波导连接，有利于点对点通信而不是浪费额外的通道[5]。
3 数值模拟与仿真分析
3.1 数值模拟
Corona、Dragonfly和Firefly三种拓扑结构功耗可以概括为以下两个方面：（1）光传输损耗，这部分损耗包括激光源、光调制器、光开关、光探测器。
（2）电互联功耗，混合的光电网络的切换需要用电控，这会产生很大一部分的功耗。
这三种结构的功耗计算公式和相关的假设参数下文会给出。
P总功耗=P激光源+P光调制器+P光开关+P光探测器+P电互联损耗（1）
3.2 仿真分析
如图1所示，在片内核数量不大于210核时，Corona拓扑结构损耗相较于其他两种拓扑结构要少，在片内核数量大于210核时，Firefly拓扑结构表现了较好的损耗特性。
4 结语
通过MATLAB工具建立了芯片上光互联网络网络级的损耗模型，并利用该模型分析了分别由Corona、Dragonfly和Firefly三种典型的当前主流光电混合拓扑结构建立的片上光网络的损耗特性。
随着片上核数量的增加，片上损耗也逐渐增加，通过对比研究，发现在低核芯片上，Corona拓扑结构的损耗相对较少，而对于多核芯片，Firefly拓扑结构有较好的损耗特性。
该研究对芯片上光互连网络的拓扑结构选用提供了一定的理论支持。
【参考文献】
[1]Kirman N， Kirman M， Dokania R K. Leveraging Optical Technology in Future Bus-Based Chip Multiprocessors[C]∥Proc of Int’l Symp on Micro architecture， 2006：492-503.
[2]张以谟，光互联网络技术[M].北京：电子工业出版社，2006.
[3]J.Ahn，M.Fiorentino，R.G.Beausolei，et al.Devices and architectures for photonic chip-scale integration.Appl.Phys.A-Mater.Sci.Process，2009.17（3）：989-997.
[4]P.J AylliFe，J.W.Parker，Comparison of Optical and Electrical data Interconnection at the Broad and Back plan Levels[C]. SPIE LTS. Optical Interconnection Network，1990：10-15.
[5]Batten C，Joshi A，Orcutt J，et al.Building Many core Processor-to-Dram Networks with Monolithic Silicon Photonics[C]∥Proc of the 16th IEEE Symp on High Performance Interconnect，2008：21-30.。