单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,8,章 数字光纤通信系统,湖南文理学院电气工程系,第8章 数字光纤通信系统,1,本章重点,数字光纤通信系统的性能指标,(,误码、抖动）,数字光纤通信系统的设计,本章重点数字光纤通信系统的性能指标(误码、抖动）,2,8.1,数字传输模型,8.1 数字传输模型,3,第8章数字光纤通信系统课件,4,第8章数字光纤通信系统课件,5,第8章数字光纤通信系统课件,6,目前，,ITU-T,已经对光纤通信系统的各个速率、各个光接口和电接口的各种性能给出具体的建议，系统的性能参数也有很多，这里介绍系统最主要的两大性能参数：,误码性能和抖动性能。,1,误码性能,系统的误码性能是衡量系统优劣的一个非常重要的指标，它反映数字信息在传输过程中受到损伤的程度。,通常用,长期平均误码率、误码的时间百分数和误码秒百分数,来表示。,8,.,2,光纤通信系统的性能指标,目前，ITU-T已经对光纤通信系统的各个速率,7,8,.,2,光纤通信系统的性能指标,（,1,）长期平均误码率简称误码率,(BER,：,Bit Error Rate),它表示传送的码元被错误判决的概率，,BER=,错误比特,/,总比特数,BER,不能反映系统是否有突发性、成群的误码存在，为了有效地反映系统实际的误码特性，还需引入误码的时间百分数和误码秒百分数。,8.2光纤通信系统的性能指标（1）长期平均误码率简称误码率,8,(2)劣化分（,DM）：,是指每分钟的,BER,av,劣于110,-6,的分钟。,(3)严重误码秒（,SES）：,是指,BER,av,劣于110,-3,的秒。,(4)误码秒（,ES）：,有误码的秒称为误码秒。这是由于现代通信中的数据业务是成块发送的，如果1秒中有误码，相应的数据块都要重发。,需要说明的是，,DM、SES、ES,要求用平均时间百分数来表述，即,DM、SES、ES,是相对于整个测试时间（几天至一个月）的百分数。具体的误码性能指标如表所示。,(2)劣化分（DM）：是指每分钟的BERav劣于,9,第8章数字光纤通信系统课件,10,第8章数字光纤通信系统课件,11,第8章数字光纤通信系统课件,12,第8章数字光纤通信系统课件,13,第8章数字光纤通信系统课件,14,2,抖动性能,所谓数字信号的抖动一般指定时抖动，它是数字传输中的一种不稳定现象，即数字信号在传输过程中，脉冲在时间间隔上不再是等间隔的，而是随时间变化的一种现象，这种现象就称为抖动。,抖动的单位是,UI(Unit Interval),单位时隙,抖动产生的原因主要有：,由于噪声引起的抖动。,时钟恢复电路产生的抖动。,其他原因引起的抖动。,8,.,2,光纤通信系统的性能指标,例如，在逻辑电路中，当输入信号阶跃时，由于信号叠加了噪声，输入信号提前超过了逻辑电路的门限电平，从而引起抖动,在时钟恢复电路中有谐振放大器，如果谐振回路元件老化，初始调谐不准等因素可引起谐振频率的变化，这样，这种输出信号经时钟恢复电路限幅整形恢复为时钟信号时就会出现抖动。,引起抖动还有其他原因，如数字系统的复接、分接过程，光缆的老化等。,2抖动性能8.2光纤通信系统的性能指标例,15,第8章数字光纤通信系统课件,16,不同码速率的1,UI,时间,不同码速率的1UI时间,17,由于抖动难以完全消除，为保证整个系统正常工作，根据,ITU-T,建议和我国国标，抖动的性能参数主要有：,输入抖动容限；,输出抖动；,抖动转移特性。,8,.3光纤通信系统的性能指标,是系统能容忍的输入信号中引入的抖动最大值。该参数反映系统对抖动的承受能力。,是系统在无输入抖动的条件下允许输出信号中产生的抖动最大值。该参数反映了系统本身引入的抖动程度。,系统输出信号的抖动与输入信号中具有对应频率的抖动之比。,8.3光纤通信系统的性能指标是系统能容忍的输,18,第8章数字光纤通信系统课件,19,第8章数字光纤通信系统课件,20,漂移特性 抽样时刻相对其理想时间位置的长时间偏移。规定主时钟最大长期绝对漂移,3us,，从时钟最大相对漂移,1us,延迟特性,系统可靠性,系统的可靠性一般采用故障统计分析法，即根据实际调查结果，统计足够长时间内的可用时间和不可用时间，然后用可用性指标来表示。所谓可用性是指可用时间占系统全部运营时间的百分比。,漂移特性 抽样时刻相对其理想时间位置的长时间偏移。规定主时,21,8.7.1,系统总体设计考虑,8.7,光纤通信系统总体设计,8.7.1 系统总体设计考虑 8.7 光纤通信系统总体设计,22,8.7.2,总体设计方法,8.7.2 总体设计方法,23,8.7.3,功率预算：损耗受限系统,所谓损耗受限系统，是指光纤通信的中继距离受诸传输损耗参数的限制，如光发送机的平均发光功率、光缆的损耗系数、光接收机灵敏度等。,图,8-7,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,8.7.3 功率预算：损耗受限系统,24,图,8-7,数字光纤线路系统的示意图，,功率预算：损耗受限系统,图8-7数字光纤线路系统的示意图，功率预算：损耗受限系统,25,图中符号：,T,T:,光端机和数字复接分接设备的接口；,Tx:,光发射机或中继器发射端；,Rx:,光接收机或中继器接收端；,C1,C2:,光纤连接器；,S:,靠近,Tx,的连接器,C1,的接收端；,R:,靠近,Rx,的连接器,C2,的发射端；,SR:,光纤线路，包括接头。,功率预算：损耗受限系统,图中符号：功率预算：损耗受限系统,26,损耗受限系统中的中继距离可用下式计算,(8.1),针对式中各参数的含义与取值，做如下说明：,P,t,：,光发送机平均发光功率,这是设备本身给出的技术指标，以,dBm,为单位。,功率预算：损耗受限系统,损耗受限系统中的中继距离可用下式计算功率预算：损耗受限系统,27,P,r,：,光接收机灵敏度,它也是设备本身给出的技术指标，也以,dBm,为单位。,A,c,：,活动连接器的损耗,活动连接器又称活接头，它把光纤线路和光终端设备连接在一起，可以方便的进行拆装。因在光发送机与光接收机上各有一个活接头，故式中为,2,A,c,。,一般取值,A,c,=0.5 dB,。,功率预算：损耗受限系统,Pr：光接收机灵敏度功率预算：损耗受限系统,28,M,E,：,设备富余度,关于,M,E,的概念，主要考虑光终端设备在长期使用过程中会出现性能老化。一般取,M,E,3 dB,。,功率预算：损耗受限系统,ME：设备富余度功率预算：损耗受限系统,29,a,：,光纤的损耗系数,该参数我们已经熟知，它的取值由所供应的光缆参数给定，单位为,dB/km,。,其典型值为：在,1310,nm,波长，,0.30.4,dB/km,；,在,1550,nm,波长，,0.15,0.25,dB/km,。,功率预算：损耗受限系统,a：光纤的损耗系数功率预算：损耗受限系统,30,a,s,：,平均每公里接续损耗,在具体施工中需要把一盘盘的光缆用熔接机连接起来才能形成较长的传输线路。随着技术的不断发展，每个熔接点的衰耗可以保证在,0.05,dB,以下。,一般来讲，光缆每盘长度为,2,km,，,所以可取,a,s,=0.05/2 dB,。,功率预算：损耗受限系统,as：平均每公里接续损耗功率预算：损耗受限系统,31,m,c,：,光缆富余度,光缆在长期使用中性能会发生老化。尤其是随环境温度的变化,(,主要是低温,),，其损耗系数会增加，故必须留出一定的余量。,一般取值为,m,c,=0.1,0.2 dB/km,。,功率预算：损耗受限系统,mc：光缆富余度功率预算：损耗受限系统,32,知道,(,81,),式中各参数的物理意义与取值范围，则可以很容易的计算出最大中继距离了。当然也可以根据予先设计好的中继距离去计算对某些参数的要求，如对光纤的损耗系数的要求或对光发送机发光功率、光接收机灵敏度的要求等。,功率预算：损耗受限系统,知道(81)式中各参数的物理意义与取值范围，则可以很容易的计,33,8.7.4,色散影响的中继距离,对于损耗较低的光纤传输系统，光纤色散使得脉冲展宽得很严重，出现码间干扰，从而限制了传输距离。码间干扰的严重程度可以用相对均方根脉宽表示，即,8.7.4 色散影响的中继距离,34,其中，,是均方根脉冲宽度，,T,是码元持续时间，为,10,6,/,B,，,B,为比特速率，单位为,M,b/s,。而,=,DL,，,D,是光纤色散系数（单位为,ps/(kmnm),），,L,是光纤长度（单位为,km,），,是光源的均方根谱宽（单位为,nm,）。因此,(8.2),其中，是均方根脉冲宽度，T是码,35,上式中,为光脉冲的相对展宽值。当光源为多纵模激光器时，,0.115,；,当光源为发光二极管时，,0.306;,为光源的根均方谱宽，单位为,nm;,D,（）,为所用光纤的色散系数，单位为,ps/km,nm;,B,为线路码的码率，单位为,M,bit/s,。,色散受限系统：色散预算,上式中色散受限系统：色散预算,36,当光源器件为单纵模激光器（,SLM,）,时，啁啾声引起的脉冲展宽占主要地位，其中继距离为,（,8,.,3,）,其中,为啁啾声系数。对分布反馈型（,DFB,）,单纵模激光器而言，=,4,6,ps/nm,；,对量子阱激光器而言，,=2,4,ps/nm;,D,（）,仍为单模光纤的色散系数，单位为,ps/km,nm;,为系统的工作波长上限，单位为,nm;,B,为线路码的速率，其单位为,Tbit/s,。,当光源器件为单纵模激光器（SLM）时，啁啾声引起的脉冲展,37,光纤通信系统的中继距离受损耗限制时由式,(,8,.,1,),确定；中继距离受色散限制时由式,(,8,.,2,),和式,(,8,.,3,),确定。从损耗限制和色散限制两个计算结果中，选取较短的距离，作为中继距离计算的最终结果。,中继距离的确定,光纤通信系统的中继距离受损耗限制时由式(8.1)确定；中继距,38,例题：某,140,Mb/s,光纤通信系统的参数为：,光发送机最大发光功率,P,max,=-2 dBm,光接收机灵敏度,P,r,=-43 dBm,光纤衰耗系数,a=0.4 dB/km,求其最大中继距离。,例题：某140Mb/s光纤通信系统的参数为：,39,除上述参数外，其它参数可做如下取值：设备富余度,M,E,3dB,；,活接头损耗,A,C,0.5dB,；,每公里接续损耗,a,s,=0.05/2=0.025dB,；,光缆富余度,m,c,=0.1 dB/km,。,除上述参数外，其它参数可做如下取值：设备富余度ME3dB；,40,如果采用,NRZ,码调制，则光发送机平均发送光功率应该是最大发光功率的一半，即,P,t,=-2-3,-5 dBm,。,把上述数据代入（,8,.,1,）式：,如果采用NRZ码调制，则光发送机平均发送光功率应该是最大发光,41,下面举一个实例来说明如何综合考虑中继距离的计算。,140 Mb/s,单模光纤通信系统平均发射功率,Pt=-3 dBm,接收灵敏度,Pr=-42 dBm,，设备余量,Me=3 dB,，连接器损耗,c=0.3dB/,对，光纤损耗系数,f=0.35 dB/km,光纤余量,m=0.1 dB/km,，每,km,光纤平均接头损耗,s=0.03 dB/km,。线路码型为,5B6B,|D|=3.0 ps/(nmkm),，,=2.5 nm,。求中继距离。,第8章数字光纤通信系统课件,42,先按损耗受限求其中继距离。,由（,8,.,1,）式可求其中继距离：,先按损耗受限求其中继距离。,43,再按色散受限求其中继距离。,因为光源为多纵模激光器，所以取,0.115,，,于是由（,8,.,2,）式得,两个中继距离值相比较，显然此系统为损耗受限系统，其最大中继距离应为,74km,。,再按色散受限求其中继距离。两个中继距离值相比较，显然此系统为,44,已知某光纤通信系统的光发送机光源的入纤功率为,2mW,，光纤损耗为,0.5dB/km,，光纤平均接头损耗为,0.1d