第八章数字传输系统.ppt
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1、第八章 数字传输系统,功率预算和带宽分析 线路编码技术 噪声来源,本章讨论的主要问题,8.1 点到点链路,设计要求: 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) 4. 使用寿命,系统性能分析:链路功率预算和信号展宽分析,1. 确定波长: - 传输距离较短,可以选择800 nm到900 nm之间的波长 - 传输距离较远,可以选择1300 nm或1500 nm附近的波长 2. 联合考虑光纤链路的三个模块 (接收设备、发送设备和光纤) - 模块选择顺序为:检测器 光源 光纤链路 - 根据检测器的灵敏度和光源的发射功率决定链路中是否需 要放大器,链路功率预算
2、:系统考虑,综合考虑光检测器的性能 (如灵敏度) 、复杂度和成本,光检测器的选择,APD - 灵敏度高 - 成本相对较高 - 所需偏压高 (40到几百伏) - 需要温控,pin - 结构简单、成本低 - 所需偏压低 ( 5伏特) - 无需温控,1. LD的输出谱宽比LED窄 - 800 nm 900 nm: LED 的谱宽和石英光纤的色散特性把 带宽距离积限制在 150 (Mb/s)km 左右。要达到更高的数 值,如2500 (Mb/s)km以上,则需要使用LD。 - 1300 nm:该区域光纤的色散很小,此时使用 LED就可 以得到1500 (Mb/s)km的带宽距离积。若采用InGaAs激
3、光 器,则该波长区域上的带宽距离积可达到25 (Gb/s)km - 1550 nm:单模光纤的带宽距离积可达到500 (Gb/s)km 2. LD发光强度高,输出光束窄,LD耦合进光纤链路的功率 比LED要高出10 dB到15 dB因此LD具有更长的无中继传输 距离 3. LD价格昂贵,而且需要温控,光源的选择,单模光纤不存在模间色散的问题被用于长途传输 多模光纤则用于短途传输 附加损耗:成缆损耗,连接损耗,弯曲损耗,光纤的选择,Pt链路功率损耗 lc连接损耗 Ps光源入纤功率 L光纤长度 Pr接收机灵敏度 af光纤衰减系数,点到点链路的功率损耗模型,注: 可以用于计算每个组成单元的损耗,某系
4、统数据速率为20Mb/s,要求的误码率为10-9。其接收机为工作在850nm的Si pin光电二极管,灵敏度为-42dBm。系统光源为GaAlAs LED,它能把-13dBm的平均光功率耦合进纤芯直径为50mm微米的尾纤。于是系统允许有29dB的链路损耗。设每个连接点的连接损耗为1dB,且系统设计富裕度为6dB,那么对于衰减af,其传输距离可以由上式得到 如果af = 3.5dB/km,则传输距离为6km,例,链路损耗预算图示法,例:链路损耗预算列表法,假定一个1550 nm的半导体激光器,其发送到尾纤的光功率为3 dBm,一个InGaAs APD在2.5 Gb/s时灵敏度为-32dBm;一条
5、60 km长的光缆,衰减为0.3 dBm/km。由于设备安装需要,在传输光缆的末端与SONET设备架之间的每个端口都需要一条短跳线,假定每条跳线有3 dB的损耗。另外,假设每个光纤连接点上有1 dB的连接损耗。,展宽时间(rising-time),限制系统速率的四个主要因素为: 1. 发送机展宽时间ttx; 2. 光纤群速率色散 (GVD) 展宽时间tGVD; 3. 光纤模式色散展宽时间tmod; 4. 接收机展宽时间trx 定义:链路总的展宽时间tsys等于每种因素引起的脉冲展宽时间ti的平方和的平方根: 一般来说,一条数字链路的总展宽时间不能超过NRZ比特周期的70%,或不超过RZ比特周期
6、的35%。,系统展宽时间的定义及其影响因素,发射机和接收机展宽时间,发射机的展宽时间ttx主要取决于光源及其驱动电路,而接收机的展宽时间由光检测器响应时间和接收机电路的3 dB带宽来决定。接收机电路可以由一个具有阶跃响应的一阶低通滤波器来模拟: Brx为接收机3dB带宽,u(t)为阶 跃函数。如果Brx以兆赫兹为单 位,则接收机展宽时间为纳秒 级:,1. 由群速率色散导致的展宽时间: D:平均色散系数;L:光纤长度;sl:光源半功率谱宽 2. 模式色散引起的展宽 (多模光纤) B0表示1公里光缆的带宽 (MHz),q一般在0.51之间取值,光纤展宽时间,系统总展宽时间,例:假定LED及其驱动电
7、路有15 ns的展宽时间。采用典型的 40 nm谱宽的LED,在6 km的链路上可以得到与材料色散相关 的21 ns展宽时延。假定接收机有25 MHz的带宽,则可得到接 收机的上升时延为14 ns,如果光纤有400 MHzkm的带宽距离 积,而且q = 0.7,则模式色散引起的光纤展宽时间为3.9 ns。 可以得到链路的展宽时间为:,对于20 Mb/s (50 ns)的NRZ数字流,这个结果低于允许的35 ns的最高上升时延。故这些器件的选择符合系统设计标准。,假定LD及其驱动电路有0.025 ns的展宽时间。采用谱宽为0.1 nm的1550 nm半导体激光器,所采用光纤的平均色散值为2 ps
8、/(nmkm),因此在60 km长的光纤上总共有0.012 ps与GVD相关的展宽时间。假定基于InGaAs-APD的接收机有2.5 GHz的带宽,则可得接收机的展宽时间约为0.14 ns。把不同部分的展宽时间代入,可得到总的展宽时间为0.14 ns。,例,第一窗口传输距离 (多模光纤),850 nm半导体激光器光源/Si APD检测器组合,800 nm的LED光源/Si pin光检测器组合,单模光纤链路的传输距离,8.2 线路编码,设计光纤链路是,要考虑的一个重要因素是传输的光信号 格式,其重要性在于实际的系统中,能够: 1. 容易提取出时钟信息以便接收机的判决 2. 具有较强的抗色散和抗非
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- 第八 数字 传输 系统
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