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1、第八章 直接检测光波系统的设计与性能,四川大学 电子信息学院,8.1 光波系统的结构,点到点连接 广播和分配网 局域网,最简单的光波系统 一个光发送机和一个光接收机 传输距离:1 km10 000 km,一个光发送机和多个光接收机 传输距离: 1 km几十 km,有多个节点 传输距离: 100 m10 km,8.1.1 点到点连接,传统补偿光纤损耗的方法:图(a) 使用中继器 (接收机发送机对): 光电转换放大整形电光转换 中继距离:20100 km,也可用光放大器补偿损耗:图(b) 无需光电(电光)转换 中继距离较长:45140 km 但无法补偿色散,图(a):3R中继器 Regenerat
2、ion with Retiming and Reshaping (重定时和重整形的再生) 图(b):1R光放大器,8.1.2 广播和分配网,分配网的拓扑结构: 树形拓扑结构 总线拓扑结构,树形拓扑结构 缺点:一根光纤的中断可能影响大部分的业务 重要中心点间的直接连接应铺设备用光纤,(8.1.1),总线拓扑结构 缺点:信号损耗随分量指数增加,限制了单根光纤总线服务的范围和用户数。,解决办法: 在总线上接入光放大器提升功率,若取:,缺点: 用户数受光纤色散限制,8.1.3 局域网,LAN拓扑结构: 总线结构 环形结构:图(a) 星形结构:图(b) 有源星形 无源星形,无源星形结构中每个节点的功率:
3、,(8.1.2),若取:,星形结构比总线结构能容纳更多用户。,8.2 光纤损耗和色散对系统性能的限制 8.2.1 损耗限制光波系统,点到点连接的最大传输距离:,(8.2.1),其中,灵敏度:,当 时,中继距离,当 时,中继距离,当 时,同轴电缆的传输距离较长; 长距离、高比特率传输时,光波系统具有优势。,8.2.2 色散限制光波系统,色散限制系统:色散限制传输距离比损耗限制距离短的系统。,色散参数 D(),多模光纤 多模阶跃光纤 多模渐变光纤 单模光纤 普通单模光纤 色散位移光纤,多纵模光源 单纵模光源 高啁啾光源 低啁啾光源,1. 0.85m 光波系统,(1a)0.85m,多模阶跃光纤,当B
4、 0.3 Mb/s 时,为色散限制系统。,2. 1.3m 光波系统,1.3m,单模光纤,多纵模光源,当B 1 Gb/s 时,为色散限制系统。(绿线),3. 1.55m 光波系统,(3a)1.55m,单模光纤,单纵模光源(DFB激光器),当B 5 Gb/s 时,为色散限制系统。,(3b)1.55m,色散位移光纤,低啁啾单纵模光源,8.2.3 点到点电信商业光波系统,陆上传输系统 FT3C FTG STM16 海上传输系统 TAT8 TAT9 TAT12,陆上传输系统,海上传输系统,8.3 光波系统的设计,实际光波系统中要考虑的主要因素: 工作波长 光纤、光发送机和光接收机的选择 性价比 可靠性,
5、8.3.1 光波系统的功率预算,功率预算可表示为:,其中,信道总损耗:,系统裕量:,例题: (详见表8.1),要设计一个工作于B50 Mb/s,Lmax8 km,0.85m 的光纤链路,采用: 光纤 多模渐变光纤 光发送机 GaAs 光发送机 光接收机 Si 光接收机,?,?,表8.1 0.85m光波系统的功率预算,备注:对接损耗 已包含在 中。,8.3.2 光波系统的上升时间预算,线性系统的带宽f 与上升时间Tr 成反比:,(8.3.2),(8.3.3),光波系统的总上升时间决定于系统各组成单元的上升时间:,(8.3.4),例题:,考虑设计一个工作于B1 Gb/s,L50 km,1.3m 的光纤链路,采用: 光纤 单模光纤, 光发送机 光接收机 ,光纤上升时间:,所以,本题中当采用RZ 码时,系统不能工作于1 Gb/s, 而采取NRZ 码,系统能正常工作。,8.4 (P205),已知:,求:最大传输距离L,解:,8.5 (P205),已知:,求:中继距离L,解:,8.9 (P206),已知:0.85m , B50 Mb/s,L10 km, 光纤 多模渐变, 光发送机(LED) 光接收机(Si-PIN),解:,首先,计算光纤上升时间和系统上升时间:,所以系统不能工作于NRZ。,
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