光纤通信WDM系统结构设计(1)
目录
第一章前言................................................................................................. ２第二章光纤通信原理...................................................................................... ３
2.1光发射机............................................................................................. ３
2.2光接收机............................................................................................. ３
2.3光中继/放大器.................................................................................... ４第三章 WDM技术的主要特点及应用 ................................................................ ５
3.1 WDM的特点 ......................................................................................... ５
3.1.1传输容量超大 ........................................................................... ５
3.1.2传输距离超长 ........................................................................... ５
3.1.3节约光纤................................................................................... ５
3.1.4系统平滑升级扩容.................................................................... ５
3.1.5适合未来业务发展的需要 ........................................................ ６
3.2 WDM系统的应用形式 .......................................................................... ６第四章光纤通信WDM系统结构设计思想........................................................ ８第五章光纤通信WDM系统结构设计 ............................................................ １０
5.1信道中心频率(波长) ....................................................................... １０
5.2波分复用器件 .................................................................................. １２
5.3复用器.............................................................................................. １２
5.4光放大器(OA) .................................................................................. １２
5.5光波长转换器(OTU) ......................................................................... １３
5.6色散补偿模块(DCM) ......................................................................... １４
5.7主光通道指标 .................................................................................. １５第六章系统测试结果................................................................................... １７
6.1测试参考点配置............................................................................... １７
6.2测试项目.......................................................................................... １７参考文献 ....................................................................................................... １９致谢........................................................................................................... ２０
摘要：随着人类社会信息时代的到来，对通信的需求呈现加速增长的趋势。为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。WDM技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。本文主要运用光纤通信原理以及WDM技术，设计一种光纤通信WDM系统结构，对结构各个部分进行了详细的设计，最后对系统进行测试。
关键词：光纤通信;波分复用;光接收机;系统结构
ABSTRACT：With the advent of the information age of human society, the demand for communication is increasing rapidly. In order to adapt to the increasing transmission capacity of communication network and meet the requirements of network interoperability and flexibility, various multiplexing technologies have been developed. WDM technology is a technology that transmits multi-wavelength optical signals in one optical fiber at the same time. In this paper, the principle of optical fiber communication and WDM technology are used to design a structure of optical fiber communication WDM system. Each part of the structure is designed in detail. Finally, the system is tested.
KEY WORDS: Optical fiber communication; wavelength division multiplexing; optical receiver; system structure
第一章前言
互联网的出现彻底改变了信息通信网络的基础结构。在20世纪末至21世纪初，对带宽需求的增长推动了全球电信业的发展。尽管随后的“互联网泡沫”在资本投资市场遭到了破灭，但是互联网流量仍获得了快速增长。随着诸如云计算(Cloud Computing )、流媒体(streaming video) , IP (Internet Protocol)电视等新应用的出现，其再次推动了全球互联网对带宽的需求。思科公司于2014年6月发布的最新网络流量预测白皮书表明，到2018年全球互联网流量将等于2005年全球互联网流量的64倍，过去五年中全球IP流量己增长了5倍以上，并将在接下来的5年内继续增长3倍。如图1-1所示，到2016年底，年度全球互联网IP流量将突破皆字节(1000艾字节)大关，到2018年，全球总体IP流量将从2013年的每月51艾字节增长到每月132艾字节。
图1-1全球互联网总体IP流量增长预测示意图为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络互性、灵活性的要求，产生了各种复用技术。波分复用（WDM）技术的基本原理是在同一根光纤中形成具有不同调制方式的多个信道，同时传输有不同波长的多个信号。通常以GHz或nm这两种计量单位来表示任何两个信道的波长间隔，如200GHz或1.6nm, 100GHz或0.8nm等。当波长的间隔小于等于100GHz或0.8nm时，WDM 就被称为密集波分复用(DWDM)技术。使用WDM技术就可以在原有传输速率的基础上，成倍地扩大光纤的传输能力。波分复用WDM系统的主要优点是：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量迅速扩大几倍至上百倍；在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本；与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；利用WDM选路实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光层传送联网。
第二章光纤通信原理
光纤通信系统的主要工作流程如图2-1。
图2-1光纤通信系统
2.1光发射机
在光纤通信系统中光发射机的主要作用是完成电一光转换，并用利用耦合技术有效地把光信号送入传输光纤。光源是一个非常关键的发射机组件。目前，光纤通信系统均采用半导体激光器LD和发光二极管LED作为光源，它是实现电信号变换到光信号的器件，在光纤通信中具有重要地位。光纤通信可靠工作的关键需要有性能好、寿命长、使用方便的光源来保证。光纤通信对半导体发光器件的发光波长、工作时间、藕合效率及线谱宽度均有要求。
光发射机的关键技术指标包括平均输出光功率、调制特性、温度特性、消光比以及应答速度。平均输出光功率通常是指光源尾纤的平均输出光功率，因此又称其为平均发送光功率。光电器件生产商通常会提供一段带有藕合光纤又称为尾纤的光源组件以方便用户使用。在光纤通信网络中，可通信的距离和光源送入光纤的光功率成正比，这就必要求光源的输出光功率既不能过大也不能过小，合适最好。但是，理论上如果光源送入光纤的光功率太大，光纤将可能工作在非线性状态。非线性状态下光纤的各种特征参数会随输入的光强形成非线性的变化，光纤因此便成了一种非线性器件，这种非线性器件会产生很强的频率转换作用和其他效应。显然，这对光纤的正常工作会有不利影响。
2.2光接收机
光接收机的作用是把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号，在整个光通信系统中起着非常重要的作用。光检测器又称为光探测器或光检波器，它位于光接收机的最前端，是光接收机中最重要的部分之一，具有光探测能力，能将光信号转化为电信号供后续系统模块进行处理，其性能好坏直接影响整个光接收机性能。由于经过长
距离传输后，光接收机需要用光检测器来放大微弱的光信号。因此，这个部件需要能够做到以下实现：(1)能够灵敏的将较小入射光功率输出为较大光电流；
(2)能够快速响应，能够避免因速度差异带来的系统速度瓶颈问题；(3)能够尽可能降低的噪声，以降低器件自身噪音对信号的影响；(4)具有良好的线性特性，以保证转换过程中信号能维持原来的频率、相位或幅度，即检测器输出的电信号能不失真地反应出所接收到的光信号；(5)稳定的性能，高可靠性，低功耗，具有较小的体积、较长的工作寿命等。
2.3光中继/放大器
由光纤的传输特性可知，光纤的损耗和色散影响着光纤通信距离。为了保证光纤长距离传输的性能指标，需要在信道的适当位置上设计中继站点，一种是光/电/光转换形式，另一种是直接对光进行放大的光放大器。为了达到延长传输距离的目的，可以通过使用光再生中继器，它的功能是是重新传输标准的数字光信号，这些信号往往是那些因长距离传输而受到损耗及色散畸变光脉冲信号转变而来的。数字光信号的再生中继方式主要有两种:“电中继”方式和“光信号放大+再生中继”的方式。较常用的是前者，它先将微弱变形的光信号线转换为电信号，经过放大整形后转换成标准数字电信号，最后调制成光信号，沿光纤信道继续传输。后者是按照“放大+整形”的进程转换微弱光信号为电信号，而后再进行一次上述过程。
第三章 WDM技术的主要特点及应用
WDM，顾名思义，指的是通过波长的复用只需增加波长就可以实现系统的扩容，即为将几个或几十个不同波长的光通信信号复用，通过一根光纤传输的技术。
3.1 WDM的特点
WDM近年来一直是研究的热点，受到运行商和设备产商的青睐，主要是具有以下几个优点：
3.1.1传输容量超大
WDM系统能充分利用现在的TDM技术，现在TDM技术如lOGb/s己经非常成熟，而复用的光通路数量为40个、80个目前商用最多是160个，传输容量能达到1. 6Tb/s,而且还有相当的潜力可以挖掘。
3.1.2传输距离超长
WDM系统的传输距离主要得益于放大器的使用。EDFA具有高增益、宽带宽、低噪声等优点，通过放大器进行光中继放大，可以延长传输的距离。光纤喇曼放大器比EDFA噪声更低，传输距离能达2000km。
3.1.3节约光纤
目前的SDH系统以单波长为主，每个系统1对光纤，而WDM系统是几十个波长复用在一根光纤传输，1个WDM系统只需要1对光纤，比如80x10Gb/s系统，只需要2根光纤，而单波长的SDH系统需要160根，大大节约了光纤的投资。对于目前城市内管城区线资源紧张如上海南京路、淮海路及徐汇等商业圈的线路系统扩容也非常方便。
3.1.4系统平滑升级扩容
正如前面所说，WDM系统是充分利用目前使用的TDM技术的，只要增加复用光波长通路数和设备，就可以增加系统的传输容量扩容，对原来的光通路基本无影响，因此系统升级平滑、方便。而且WDM系统的各复用信道是相互独立的，所以各信道可以分别透明地传送不同的业务信号，如语音、数据和图像等，彼此互不干扰，这给使用者带来了极大的便利。
3.1.5适合未来业务发展的需要
全光业务一直是光网络发展的方向，WDM技术用于网络中可以实现大容量的全光交换(光互连网络)，增加了网络的灵活性，简化了网络结构。
3.2 WDM系统的应用形式
WDM基本形式主要有双纤单向传输和单纤双向传输两种。
单向传输指的是所有光通路同时在一根光纤上沿着同一方向传送。如图3-1发送信端将不同波长的信号通过复用器组合在一起在一根光纤传输。在接受端通过解复用将不同波长信号分开，完成多路光信号传输。反方向传输通过另外根光纤，原理相同。
图3-1双纤单向传输
图3-2单纤双向传输
双向传输WDM系统指的是一根光纤同时向两个方向传输。为了实现全双工通信，如上图3-2所示，必须将波长分开。
双纤单向传输WDM系统在开发和应用上比较广泛。单纤双向传输WDM 系统能减少光纤和放大器的使用，但要求更高，比如需要注意双向通道之间的间隔、串扰等问题，在以后会更加广泛应用。
第四章光纤通信WDM系统结构设计思想
本文系统方案设计的目的就是定义传输结构和传输参数，使传送距离和光信噪比(OSNR)、误码率(BER)达到通信一的标准。WDM系统的发送端是将多个终端光发射机的光信号复用在一根光纤中进行传输，在接收端将光信号解复用，并由多个终端光接收机来接收。因此，WDM系统是构建于单信道系统之上的。WDM系统的每个信道的性能都应与相应的单信道系统要求一致。如:使用WDM系统承载SDH系统，则每个信道都应符合 6.957光接口标准的要求。
设计中考虑了目前能够实用的设备和器件水平，使系统的性能和成本控制在合理的范围之内。各种设备配置以及参数确定是系统实现的依据，但在实际构建中可以根据情况做出某些调整。但总的原则是在实现设计要求的前提下，使性能更加优化，成本更低。
WDM系统的功能框图如图4-1所示。系统使用的是单纤单向结构，用两根光纤实现双向通信。为保证系统的设备兼容性，采用开放式的设计，用光波长转换器（OTU）实现与终端设备的连接。
图4-1 WDM系统传输功能框图
图中，子路径指线路中两个设备之间的光纤路径；主光路径是从发送端波分复用器到接收端波分复用器之间的光纤路径。这里，接收设备可以是中继设备或解复用器。主光路径也称为光再生段。
中继设备将光信号解复用，通过具有再生电路的光波长转换器（OTU）进行信号的整形、抑制噪声、提高功率，然后再用波长复用器把各波长信号复用在一起转发出去。从中继设备发送的光信号要恢复到最初发送时的状态。
接收端的波分复用器的作用是将复用信道分开，通过各自的光波长转换器
（OTU）送入终端设备，完成信号的传输。
光信号经过一个光再生段以后，又恢复为初始状态。因此，主光路径是最小的功能完整单元。WDM传输系统由一个或多个主光路径组成，通过设计主光路径，就可以完成整个WDM系统的设计。在下面的方案设计中，将只考虑单个再生段的情况，在需要长距离传输的时候，只要加入中继设备即可延长WDM系统的传输距离。
第五章光纤通信WDM系统结构设计
在长距离WDM系统的实验研究中，往往采用色散补偿光纤DCF作为色散管理的主要手段。对新敷设的传输系统来说，在光信号的传输的同时又实现了色散补偿，是一个比较好的方法。但是要对已有的系统进行WDM改造，DCF的加入就有许多困难，比较合理的方法是在每个中继站点加入色散补偿模块DCM。图5-1是WDM传输系统的总体设计框图。
图5-1 32×10Gbit/s 480km WDM系统总体设计图系统设计的性能指标为：在最坏情况下，系统的位误码率(BER)不大于10-12。系统参数主要包括：信道中心频率(波长)、波分复用器件、光放大器(OA)、光波长转换器(OTU)、色散补偿模块(DCM)等设备的主要设计参数。
5.1信道中心频率(波长)
对于常规G.652光纤，ITU-T G.692共给出了以193.1 THz为绝对参考频率，间隔为100GHz(0.8nm)的41个标准波长(192.1THz~196.1THz)，即1528.77nm~1560.61 nm。根据信息产业部于2001年11月1日开始实施的WDM 系统技术要求（32×10Gbit/s部分），选用其中频率在192.1 THz~195.2THz之间的32个波长为系统传输的中心波长，如表3.2所示。在这个波长区间，EDFA 的增益相对平坦，其增益差在1.5dB以内，而且增益较高，可充分利用EDFA 的高增益区。在多级级联的WDM系统中，容易实现各通路的增益均衡。
表3.1系统中心频率(波长)
5.2波分复用器件
波分复用器件是WDM系统的核心器件之一，基本要求是:插入损耗小、隔离度大、带内平坦、带外插入损耗变化陡峭、温度稳定性好、复用通路数目多、尺寸小等等。波分复用器件分为两种：复用器和解复用器，它们的主要指标有:插入损耗、反射系数、工作波长范围、偏振相关损耗、相邻通路隔离度等。
5.3复用器
目前32信道的波长复用器通常采用集成光波导或介质薄膜滤波器等技术制作，相关参数如表3.2所示。
表3.2复用器的参数指标
5.4光放大器(OA)
在WDM系统中，光放大器有三种应用形式:功率放大器(BA)、线路放大器(LA)、前置放大器(PA)。这三种应用都可以用EDFA光放大器来实现。作为光放大器，不仅要求增益平坦，而且还必须有自动增益控制功能: 当32路信号中的某些信号失去的时候，应不影响其它信道的正常工作，没有突发误码产生;在极限情况下，如果同时失去31路信号，剩余的一个信道应在10ms内恢复正常无误码工作;即使发生光纤断开的情况，EDFA光放大器应能够自动关闭泵浦源。
当逐路增加承载的信道数量的时候，不影响其它信道的性能;当同时增加多个信道时，系统也应当不受影响:如果在运行时增加或减少承载的信道数量，EDFA各项参数可以自动调整。
光功率放大器(BA)
光功率放大器(Boost Amplifier)用在复用器输出端的后面，用于提高系统的发送光功率，BA的参数要求如表3.3所示。
表3.3光功率放大器的参数要求
2.光线路放大器(LA )
光线路放大器(Line Amplifier)用在无源光纤段之间以补充光纤损耗，延长中继长度，LA的参数要求如表3.4所示。
5.5光波长转换器(OTU)
系统设计采用开放式WDM结构，采用光波长转换器(OTU)作为WDM系统与终端设备之间的接口设备。在中继设备里使用的OTU，还具有信号再生电路，以实现信号的3R中继功能。发送端OUT的作用是将终端设备的光信号转换为符合6.692规范的标准波长，其接口要求如表3.5所示。
表3.5发送端OTU接口要求
2.接收端OTU
发送端OUT的作用是将解复用器输出的光信号转换终端设备要求的光信号，其接口要求如表3.6所示。
表3.6接收端OTU接口要求
5.6色散补偿模块(DCM)
由于G.652光纤的色散值为正，因此系统使用负色散DCM来进行色散补偿。DCM应当置于光放大器的中间级(MSA )，即两级泵浦源之间。因为两级放大器本来就需要一定的线路损耗，这样，DCM模块不额外增加线路损耗，对系统光信噪比的影响降至最小。DCM的补偿原则根据光功率预算的结果而定，并综合考虑非线性效应的影响。DCM的参数要求如表3.7所示。
由于目前DCM并不能补偿光纤的色散斜率。对于整个复用波段，对总的色散补偿量可以根据实际应用的情况采取欠补偿和完全补偿两种设计方法:欠补偿是以1546nm波长补偿到绝对色散量的92%为原则。这样，长波长区(1545nm以上)欠补偿更加厉害，而在短波长区(1540nm以下)为近似完全补偿;而完全补偿则对复用波段的色散平均值(1545nm附近)进行完全补偿，这种补偿方法在蓝带出现过补偿，而在红带出现一定的欠补偿。
5.7主光通道指标
从发送端的复用器输出耦合器之后的MPI-S点到接收端解复用器输入耦合器之前的MP1-P点，这段距离称为系统的主光通道。光信号在主光通道上的传输指标直接影响系统性能，表3.8给出了主光通道的指标要求，其中线路衰减指线路的损耗，没有考虑加入DCM的功率代价。
表3.8 WDM主光通道指标
在每个EDFA光中继站和WDM系统终端站点上，主光通道配备不中断业务监测接口(可以接入监测仪表)，允许在不中断传输业务的情况下，对波分复
用终端站和线路放大器中继站的主光通道进行实时监测。
第六章系统测试结果
在项目实施的过程中，要对系统进行相关参数测试和性能指标测试，这是检验系统性能是否达到设计要求的重要手段。
6.1测试参考点配置
根据相关标准的规定，图6-1给出了一个单向WDM系统测试的参考点配置。
图6-1系统测试参考点配置
S1、S2...Sn分别是信道1, 2... .n的发射端输出耦合器之后的光纤上的测试点。直接处于OTU的输出发射器(Tx)之后，用于测量光发射器的光输出参数。
RM1, RM2......RMn分别为信道1、2...n在复用器(OM)的输入耦合器之前的光纤上的测试点。用于测量复用器的光输入参数。
MPI-S为复用器输出耦合器之后的光纤上的测试点。用于测量复用器的光输出参数。R'是线路放大器输出耦合器之前的光纤上的测试点。用于测量线路放大器(OA)的光输入参数。S’是线路放大器输出耦合器之后的光纤上的测试点。用于测量线路放大器(OA)的光输出参数。MPI-R为解复用器(OD)输入耦合器之前的光纤上的测试点。用于测量解复用器的光输入参数。
SD1、SD2……SDn分别是解复用器信道1, 2...n输出耦合器之后的光纤上的测试点。用于测量解复用器的光输出参数。
R1, R2.... .Rn分别是信道1、2...n的接收端输入耦合器的光纤上的测试点。直接处于OTU的光接收器(Rx)之前，用于测量光接收器的光输入参数。
6.2测试项目
系统性能测试项目包括各个信道波长及其稳定性、光传输信噪比、各单元的输出光功率和各单元的接收光功率。
6.2.1波长及其稳定性
信道波长的准确性及稳定性是保证多个波长能够复用进入一根光纤并进行可靠传输的重要指标。因此，测试信道波长是否符合设计要求是至关重要的。这项测试包括在发射机的输出耦合器Sn点测试各个信道的中心波长及波长漂移:在复用器的输出耦合器MPI-S点和光放大器的输出耦合器S’点测试各个信道的中心波长及信道间隔是否满足设计要求。
6.2.2光信噪比
对于速率为l0Gbids的系统，设计要求光信噪比在25dB以上。由于在系统中使用了多种光学器件，各种器件的插入损耗各不相同，可能带来额外的功率损耗:同时，由于信道串扰、放大自发发射(ASE)等噪声的引入，也会降低系统的光信噪比。因此，有必要在各个光输入点上进行信噪比的测试。进行这项测试的参考点包括:光放大器输入耦合器R'点、光解复用器输入耦合器MPI-R 点、接收端输入耦合器Rn点。
6.2.3各单元的输出光功率
各个单元的输出光功率是网络设计所需要的一项重要参数。这项测试包括:发射端输出藕合器Sn点的输出光功率;光复用器输出耦合器MPI-S点的输出光功率;光放大器输出耦合器S’奠定输出光功率。
6.2.4各单元的接收光功率
系统中不同单元对接收光功率的要求是不一样的，在WDM系统中，要分别对各单元的接收光功率进行测试，以确保接收到的光功率在过载功率之内。这项狈(试包括:光复用器输入耦合器Rmn点的接收光功率;光解复用器输入耦合器MPI-R点的接收光功率;接收端输入耦合器Rn点的接收光功率。
通过上面这些测试项目，可以比较全面的衡量WDM系统的传输性能。在实际部署系统的时候，要根据各项测试得到的参数，在设计许可的范围内进行调整，以保证系统性能的稳定性、可靠性，以及与其它相关设备互联的兼容性。
参考文献
[1]高攸纲.通信电缆工程[M].北京：人民邮电出版社，2003
[2]原荣.光纤通信网络[M].北京：电子工业出版社，1999
[3]赵梓森.光纤通信工程[M].北京:人民邮电出版社，1987
[4]杨祥林.光纤通信系统[M].北京：国防工业出版社，2000
[5]王先枝, 李勇, 乔月强. 100G/400G WDM混传在干线WDM系统中的应用[J]. 邮电设
计技术, 2018, No.506(04):39-43.
[6]郭群. WDM系统中偏振复用信号的均衡与频谱整形技术的研究[D].
[7]赵雅静, 蔡炬, 初铭, et al. 高速准线性WDM光传输系统优化分析[J]. 光通信技
术, 2017(6).
[8]徐进, 李慧林, 张封, et al. 4B／5B编码的再调制WDM—PON系统分析与实现[J].
电子设计工程, 2017(7):95-98.
[9]杨竞飞. 传统WDM波分系统OTN改造方案[J]. 电信技术, 2017, 8(10):64-67.
[10]魏澎. 超100 Gbit/s WDM传输系统技术发展及应用分析[J]. 邮电设计技术,
2017(2):70-74.
[11]凌俊, 余向阳. WDM-PON系统调制码型传输性能仿真分析[J]. 电信科学, 2017.
[12]童大中, 陈功, 叶文锦. WDM技术在电网通信领域的应用[J]. 湖州师范学院学
报, 2017(4).
[13]王晓斐. WDM技术在传送网的应用及未来展望[J]. 通讯世界, 2018,
No.337(06):19-20.
光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。
外调制光纤通信系统设计
课程设计题目：外调制光纤通信系统设计 学院：信息科学与工程学院 年级专业：09级光电子1班 学号：xxxxxxxx 学生姓名：xxxxx 指导教师：xxx
一、设计要求 设计10Gpb速率的外调制光纤链路，保证链路能正常通信，误码率BER小于10-12，对应的品质因数Q大于7 二、设计技术参数 1）DFB-LD（SLM），光源中心波长λ0=1552.5nm（193.1Thz），谱线宽度Δλ=0.1 nm(12.5GHz) 2)光纤传输距离120km 3)光发射机发射光功率范围：10dBm～13dBm，可取10dBm 4)APD光接收机灵敏度范围：-25dBm～-9dBm ，可取-18dBm 5) G.652标准单模光纤，光纤的衰减系数α=0.2dB/km，色散系数D=17ps/nm/km 6) 色散补偿光纤衰减系数α=0.5dB/km, 色散系数D=-100ps/(nm.km) 7) 线路编码为NRZ 8) 连接器损耗α=1dB/个 二、设计要点 链路采用外调制的模式，系统通过电信号（NRZ码）控制光调制器产生光信号。产生的光信号通过光纤传输至信号接收端，经光电探测器转换为电信号，完成链路的传输。 衰减：在实际工作中，光纤有一个衰减系数，光信号会随着传输而衰减。为了使光信号传输到探测器时，信号的功率在光电探测器的灵敏度范围之内，链路设计放大模块将信号放大。 色散：不同频率的光波在光纤中传播的速度不同，频率较小的光传播速度快，频率较大的光传播速度慢。由于链路采用的光源激光器存在一定的带宽，因而光信号在传输过程中会产生色散，传输距离越长，色散现象越严重。针对色散问题，链路设计了色散补偿光纤来消除色散。 因此，设计链路所需要解决的主要问题是色散和衰减。通过改变色散光纤的长度和放大器的放大方法来消除传输中带来的色散问题和衰减问题。另外，在设计时，系统的噪声因素也应考虑在内。 三、链路设计 1.根据要求设计链路 通信链路由信号源、线路编码器、光源、连接器、光纤、必要补偿单元、连接器、光接收机组成。设计时，使用伪随机码发生器充当信号源，用连续波激光器和M-Z调制器组成外调制型光源，用1dB衰减器充当连接器，使用不同参数的光纤分别充当传输光纤和色散补偿光纤，使用7dB衰减器充当系统衰减富余量，使用眼图分析仪来观察链路传输的眼图、分析链路的误码率和品质因数。设计链路，初始时不添加色散光纤（色散光纤长度为0）和增益，检测系统的眼图和品质因数。如下图所示：
数字光纤通信系统及其设计教学文案
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(HMAV)、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 Abstrac In 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 (HMAV), light time multiplex access (OTMMA) and WDM access (WDMA), optical solitons (soliton), erbium doped fiber amplifier (EDFA), SDH products began to practical and large,
光纤通信系统与网络
本实验指导书为《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》课程的实验用书，其有关内容也可以配合《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》等课程教材使用。 本实验指导书用于光纤数字传输系统性能测试和光纤传输网络的设备与网络管理操作几方面的必做实验，主要是光纤数字线路系统传输性能测试、SDH 设备认识和SDH网络管理系统及操作。其中光纤数字线路系统传输性能测试是最基本的实验项目。 光纤数字线路系统包括光端机、光中继机和光纤线路等，其性能参数包括设备和系统光接口参数和电接口传输性能，光接口参数主要是光设备光接口参数、光通道（光纤线路）传输特性，电接口传输性能主要包括误码性能、定时性能和可用性等，需要测试的项目较多，涉及多种测试仪表和测试方法。本指导书重点介绍光纤线路接续和接续损耗的监测、光纤衰减测试实验、光接口参数测试和光纤数字传输系统的传输性能测试实验。 选做实验的指导书另行编写。
实验一光纤接续和监测 1 实验二光纤衰减测试 3 实验三光接口参数测试 5 实验四电接口传输性能测试10 实验五SDH设备认识17 实验六SDH网络管理系统及操作19
实验一 光纤的接续和监测 一． 试验目的 掌握光纤接续原理 掌握光纤接续损耗的测试原理 学习使用熔接机和了解光纤接续过程 二．试验原理 光纤接续的常用方法有热熔法和冷接法等，热熔法的主要步骤如下：连接光纤端面的制备，端面的定位和对准，熔接。 光纤接续损耗A s 的定义为 t r s p p A lg 10?= （dB ） 式中 p t 为发射光纤发出的光功率，W p r 为接收光纤接收的光功率，W 监测光纤接续损耗的方法有多种，如：光时域反射计(OTDR)监测和四功率法测试等，目前都采用光时域反射计监测法，其测试系统原理土如图1.1所示。 测试时OTDR 发出测试光脉冲，并测得连接光纤的背向色散曲线如图1.2所示，根据所得曲线设置五个测试点（即采用五点法）即得到接续损耗值。 三． 试验仪器和设备 1.TYPE35SE 光纤熔接机， 1台 2.光时域反射计， 1台 3.光纤， 2盘，2Km/盘 四． 测试步骤
光纤通信系统设计实例
光纤通信系统设计 1 概述 图 1.1 标准光纤通信系统架构 2 模拟系统设计 光纤系统中，各组件的累加损耗应足够低以符合探测器的阈值要求。模拟系统中，充足的功率意味着高SNR，另外，组件的组合应该提供足够的带宽以通过较高的调制频率，因此，应对单个器件的损耗和带宽进行分析，并计算整个系统的功率分配和带宽预算。 2.1 系统规格 2.1.1 初始方案 以设计简单的点对点视频系统为例，电视广播信号的带宽为6MHz，要求SNR为50dB。 表2.1 系统方案一：窄带宽和低功率 Carrier Source LED0.8-0.9um Information Channel MMF (SI or GRIN) Detector PIN-PD 表2.2 系统方案二：高带宽和高功率 Carrier Source LD 1.3um Information Channel SMF Detector APD 2.1.2 负载电阻计算 已知PIN-PD的电容和传输带宽，根据方程 求得负载电阻
取近似值，计算得为6.24MHz。 2.2 功率预算 2.2.1 平均光功率计算 标准的SNR方程是 由于使用PIN-PD作为光电探测器，假设系统是热噪声限系统，调制系数m为100%，SNR方程简化为 由于放大器噪声的存在，将实际温度T替换为等效噪声温度，假设环境温度T为300K，放大器噪声系数F为2，则，又已知PD响应率为，计算平均光功率P为 取P近似值为。 2.2.2 平均光电流计算 根据平均光功率P为，计算得PIN-PD的平均光电流，远大于暗电流（几个纳安），因此系统中暗电流的影响可以忽略，计算热噪声电流均方值 散粒噪声电流均方值 可以得到，热噪声功率是散粒噪声功率的近7倍，符合最开始采用热噪声限模型的假设。 预测平均光电流为时，并没有驱动探测器进入非线性区，最大饱和电流等于偏置电压与负载电阻的比值，使用5V偏压时，最大允许电流为（或），远远大于，系统不存在饱和问题。 2.2.3 详细方案 光源SE LED SI MMF
光纤通信系统总体设计的一些考虑
光纤通信系统总体设计的一些考虑 内蒙古铁通通信工程公司 师林 摘 要：当设计一个光纤通信系统（例如一个数字段）时，首先要弄清所设计系统的整体情况，它所处的地理位置，当前和未来3～5年内对容量的要求，ITU—T的各项建议及系统的各项性能指标，以及当前设备和技术的成熟程度等。在弄清楚情况的基础上，对下述问题进行具体的考虑和设计。 关键词：光纤通信系统，总体设计。 一、选择路由，设置局站 对于一个需要设计的系统，首先要在两个终端站之间选择最合理的路由、设置中继站（或转接站和分路站）。选择路由一般以直、近为依据，同时应考虑不同级别线路（例如一级干线和二级干线）的配合，以达到最高的线路利用效率和覆盖面积。 中间站的设置（中继站、转接站和分路站）既要考虑上下话路的需要，又要考虑信号放大再生的需要。由于光纤通道的衰减和色散使传输距离受限，需要在适当的距离上设置光再生器以恢复信号的幅度和波形，从而实现长距离传输的目的。 传统的O/E/O实再生器具有所谓的3R功能，即再整形（Reshaping）、再定时（Retiming）和再生（Regenerating）功能。这种再生器相当于光接收机和光发射机的组合，设备较复杂，成本很高，耗电也大。目前，在1.55μm波段运行的系统，已普遍采用掺铒光纤放大器（EDFA）代替传统的O/E/O再生器。虽然国际上也在研究具备3R功能的EDFA，但目前实用的EDFA只具备光放大的功能。因此，对高速率、长距离光纤通信系统，当使用级联EDFA时，须考虑对色散的补偿和对放大的自发辐射（ASE）噪声的抑制。 二、确定系统的制式、速率 20世纪90年代中期，SDH设备已经成熟并在通信网中大量使用，考虑到SDH设备良好的兼容性和组网的灵活性，新建设的长途干线和大城市的市话通信一般都应选择SDH设备，长途干线已采用STM－16、多路波分复用的2.5Gbit/s系统、甚至10Gbit/s系统。 对于农话线路，为了节省投资，也可采用速率为34Mbit/s，140 Mbit/s的PDH系统。 三、光纤选型 目前可选择的光纤类型有G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤及大有效面积光纤。G.652光纤是目前已大量敷设。在1.3μm波段性能最佳的单模光纤，该光纤设计简单、工艺成熟、成本底。但这种光纤工作在1.55μm波段时，有＋17ps/km﹒nm左右的色散， 109
(通信企业管理)第章_光纤通信系统的设计精编
（通信企业管理）第章_光纤通信系统的设计
第7章光纤通信系统 于前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，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。于这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来见，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信于计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不壹样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有壹全面了解。 6.1设计原则 6.1.1工程设计和系统设计 光纤通信系统的设计包括俩方面的内容：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概预算，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；光缆线路敷设方式的选择；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。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 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，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、
光纤通信系统与网络试卷及答案教学提纲
光纤通信系统与网络试卷及答案
浙江师范大学《光纤通信》考试卷 （2013----2014 学年第一学期） 考试形式闭卷使用学生 sample 考试时间120分钟出卷时间2013年12月27日 说明：考生应将全部答案都写在答题纸上，否则作无效处理。 一、选择题（10％） 1 半导体光源中，由以下哪个电路模块解决其对温度变化敏感的问题（B） A.APC B.ATC C.过流保护 D.时钟控制 2 ECL激光器是利用以下哪个器件对工作波长进行选择。（A） A.光栅 B.棱镜 C.透镜 D.波导 3 STM-16的标准速率为（C） A.155Mb/s B.622Mb/s C. 2.5Gb/s D.10Gb/s
4.下列哪些指标是系统可靠性指标（D） A.HRDL B.HRDS C.BER D.MTTR 5如果原始码序列为100010001，采用3B1P奇校验进行编码，则变换后的码序列为（C） A.100101010010 B.100101000010 C.100001000010 D.1000100010 二、是非判断题(28％) 1.由于LED具有阈值电流，所以不适合模拟调制 2.光纤通信系统的带宽主要由其色散所限制 3.光纤通信系统所采用的波长的发展趋势是向短波方向转移的 4.激光是光纤通信系统所采用的主要光源 5.在通信中，我们通常使用弱导光纤 6.本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体 7.光纤的数值孔径越大，集光能力越强，所以在通信中我们采用大数值孔 径光纤 8.在光纤中，比光波长大的多的粒子引起的散射称为瑞利散射 9.光电效应产生的条件是入射波长大于截止波长 10.SRS现象总是由于光信号和介质中的声子相作用产生 11.OXC节点和OADM节点是全光网中的核心节点
数字光纤通信系统课程设计
~~~~~~学院课程设计报告 课程名称：通信系统课程设计 院部：电气与信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间：2010 年12 月31日 报告成绩：
高速数字光纤通信系统的设计
目录 (3) 摘要 (4) 关键词 (4) Abstract (5) 第一章数字光纤通信系统的整体设计 (6) 1.1数字光纤通信系统的简介 (6) 1.2 数字光纤通信系统的基本设计思想 (7) 1.3 数字光纤通信系统设计的方案分析 (7) 第二章数字光纤通信系统的具体设计 (8) 2.1 A—E的工程分站设计 (8) 2.2 系统部件的选择 (8) 2.2.1光源的选择 (8) 2.2.2光纤的选择 (8) 2.2.3光电检测器的选择 (9) 2.2.4光接口规范的选择 (9) 2.3 应用代码的选择 (9) 2.4 衰耗预算 (10) 2.4.1无光放大器系统的衰耗预算 (10) 2.4.2带光放大器系统的衰耗预算 (10) 2.5色散预算 (11) 2.5.1码间干扰与频率啁啾的功率代价 (11) 2.5.2色散相关参数的确定 (12) 2.5.3色散的具体计算 (12) 第三章数字光纤通信系统设计结果 (14) 总结 (16) 参考文献 (17)
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，光纤和广波的变革极大的提高着信息的传输。进入1993年以后，我国光纤通信已处于持续大反战时期。其特征是大量新技术，特别是网络技术、高速介质接入网（HMAV）光时分复用接入（OTMMA）和波分复用接入（WDMA）、光孤子（solition）、掺铒光纤放大器（EDFA）、SDH产品等开发实用实用化开展大量、深入研究工作。同时，各种专用光纤系统组成及其系统参数测量技术现状，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。 20世纪70年代末，光纤通信开始进入实用化阶段，各种各样的光纤通信系统如雨后春笋在世界各地建立起来，逐渐成为电信传送网的主要传送手段。近几年来，光纤通信中的各种新技术，新系统也日新月异地发展着，在全球信息高速公路建设中扮演重要角色。 光纤通信是以光波为载波，光纤为传输媒介的通信方式。本次课程设计论文主要介绍光纤系统的基本组成，性能指标，还要对损耗和色散进行预算，用最坏值设计方法来设计高速数字光纤系统。 关键词：光纤通信系统、光纤、损耗、色散、光缆
第五章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：
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 系统的实施达到最佳的性能价格比。 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。 数字光纤线路系统 (a)无中继器； (b) 一个中继器 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 过系统的总功率衰减，即 [板书] [板书] [板书] [多媒体课件] 96分钟
第6章 光纤通信系统的设计
第6章光纤通信系统的设计 在前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，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。在这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来看，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信在计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不一样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有一全面了解。 6.1 设计原则 6.1.1 工程设计与系统设计 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概预算，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；光缆线路敷设方式的选择；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。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 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，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、系统结构和传输体制等。 例如，目前在骨干网和城域网中普遍选择同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)作为系统制式，在设计SDH体制的光纤通信系统时，首先要掌握其标准和规范，SDH的传输速率分为STM-1(155.52Mb/s)、STM-4(622.08Mb/s)、STM-16(2.5Gb/s)和STM-64(10Gb/s)等四个级别。ITU-T对每个级别（STM-64正在研究中）所使用的工作波长范围、光纤通道特性、光发射机和接收机的特性都作了规定，并对其应用给出了分类代码，表6.1给出了STM-1标准光接口的主要指标，其中应用分类代码中的符号I表示距离不超过2km的局内应用，S表示距离在15km的局间短距离应用，L表示距离在40～80km的局间长距离应用，符号后的数字表示STM的速率等级和工作波长（1310nm）。 又例，对于局域网(LAN)的设计，IEEE、TIA/EIA等组织也有相关的标准，见表6.2，对数据速率、波长作了规定。表6.3表示了波长范围以及相应技术的要求。对于数据速率为10Mbit/s或100Mbit/s的LAN系统，其光缆的长度可以查阅IEEE802.3u和TIA/EIA568A标准。表6.4为其建议的最大光缆长度。 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）。在作过相关的分析后，我们要决定：是采用多模光纤还是单模光纤，并涉及到纤芯尺寸、折射率剖面、带宽或色散、损耗、数值孔径或模场直径等参数的选取；是采用LED还是LD光源，涉及到波长、谱线宽度、输出功率、有效辐射区、发射方向图、发射模式数量等指标的确定；是采用PIN还是APD接收器，它涉及到响应度、工作波长、
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(HMAV)、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 ] Abstrac In 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 (HMAV), light time multiplex access (OTMMA) and WDM access (WDMA), optical solitons (soliton), erbium doped fiber amplifier (EDFA), SDH products began to
OptiSystem仿真实例
OptiSystem 仿真实例 目录 1光发送机（Optical Transmitters）设计 1.1光发送机简介 1.2光发送机设计模型案例：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器的啁啾（Chirp） 分析 2光接收机（Optical Receivers）设计 2.1光接收机简介 2.2光接收机设计模型案例：PIN光电二极管的噪声分析 3光纤（Optical Fiber）系统设计 3.1光纤简介 3.2光纤设计模型案例：自相位调制（SPM）导致脉冲展宽分析 4光放大器（Optical Amplifiers）设计 4.1光放大器简介 4.2光放大器设计模型案例：EDFA的增益优化 5光波分复用系统（WDM Systems）设计 5.1光波分复用系统简介 5.2光波分复用系统使用OptiSystem设计模型案例：阵列波导光栅波分复用器（AWG ） 的设计分析 6光波系统（Lightwave Systems）设计 6.1 光波系统简介 6.2 光波系统使用OptiSystem设计模型案例：40G单模光纤的单信道传输系统设计 7色散补偿（Dispersion Compensation）设计 8.1 色散简介 8.2 色散补偿模型设计案例：使用理想色散补偿元件的色散补偿分析 8孤子和孤子系统（Soliton Systems） 9.1 孤子和孤子系统简介 9.2 孤子系统模型设计案例： 9结语
1 光发送机（Optical Transmitters ）设计 1.1 光发送机简介 一个基本的光通讯系统主要由三个部分构成，如下图1.1所示： 作为一个完整的光通讯系统，光发送机是它的一个重要组成部分，它的作用是将电信号转变为光信号，并有效地把光信号送入传输光纤。光发送机的核心是光源及其驱动电路。现在广泛应用的有两种半导体光源：发光二级管（LED ）和激光二级管（LD ）。其中LED 输出的是非相干光，频谱宽，入纤功率小，调制速率低；而LD 是相干光输出，频谱窄，入纤功率大、调制速率高。前者适宜于短距离低速系统，后者适宜于长距离高速系统。 一般光发送机由以下三个部分组成： 1) 光源（Optical Source ）：一般为LED 和LD 。 2) 脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator ）：提供数字量或模拟量的电信号。 3) 光调制器（Optical Modulator ）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以 光源和调制器的关系来看，可划分为光源的内调制和光源的外调制。采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。 图1.2为一个基本的外调制激光发射机结构：在该结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator 模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ 脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator 转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder 调制器，通过电光 图1.1 光通讯系统的基本构成 1）光发送机 2） 传输信道 3）光接收机 图2 外调制激光发射机
数字光纤通信系统简介
浅谈数字光纤通信系统 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。因而传统的模拟信号的传输的信息容量已经远远不能满足当前生产生活的实际技术需求，从上世纪开始数字信号传输已经逐步取代模拟信号，成为当前电视、电话、网络中信息传输的主要方式。 本文就光纤通信网络中的数字光纤通信部分进行了简要的介绍以及分析，涉及数字光纤通信系统基本概念特点的解析，系统的组成结构，主要传输体制以及线路的编码方式。 关键字数字光纤通信系统准同步数字系列（PDH）同步数字系列（SDH）线路编码 内容 一．数字光纤通信系统概况 光纤是数字通信的理想的传输信道。与模拟通信相比，数字通信有许多优点，最主要的是数字系统可以恢复因传输损失导致的信号畸变，因而传输质量高。大容量长距离的光纤通信系统几乎都是采用数字传输方式。 在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。 二．数字光纤通信系统组成 数字光纤通信系统如图1所示，与模拟系统主要区别在于数字系统中有模数转换设备和数字复接设备，即为PCM端机。 1.模数转换设备。它将来自用户的模拟信号转换为对应的数字信号。数字 复接设备则将多路低速数字信号按待定的方式复接成一路高速数字信 号，以便在单根光纤中传输。 2.输入接口将来自PCM端机的数字基带信号适配成适合在光纤信道中传 输的形态。
毕业设计单片机光通信系统设计
摘要 LED作为冷光源和节能光源，正在不断发展和普及。所以利用这个新的光源来通信，也变成了目前研究的热门课题之一。LED光传输技术就是利用常见的LED等室内照明设备，发出肉眼感觉不到的高速明暗闪烁的通信信号，以无线通信的方式来传输数据。采用无线光通信最大的特点就是它的波长范围大，可以将可见光讯号用不同的波长来进行信号的传输。可见光还有无电磁辐射、易保密等特点，尤其搭借了照明平台，所以不需要采用另外的传输介质，采用广播方式，受体的数量即容量受到的制约小，但是其缺点是不易实现双向的通信。 这次毕业设计的主要内容是尝试设计并制作一个LED通信试验系统，通过对频率的调制，发出特定的编码信号，接收方利用光电敏感器件接收调制光，解调后还原成数据信号。最后，本次毕业设计完成了基本功能的LED发射管、接收管的发射和接收工作，并且尝试将其时分复用和频分复用。在发送端添加了温度传感器和超声波测距传感器，数码管显示，在接收端用1602液晶屏幕显示出来。两者的对比，反应出通信的正确性。 本设计是基于两个89C51单片机，利用红外led发射装置和HS0038接收装置设计的简单慢速通信。目标是熟悉单片机的编程思路和学习通信的基本原理。基本的慢速光通信在传感器与单片机之间的通信上有着广泛的应用。 关键词：LED;调解;解调;频分复用;时分复用 I
Abstract As a cold light and energy-saving light source, LED is rapidly developing and being popularization. So using this new light source to communicate has become a hot research topic nowadays. The technology of LED light transmission is to using common LED indoor lamps. Communication signal of high speed light by the naked eye can not feel the flashing, in a way of wireless communication to transmit data. The most special characteristic of light communication is that the light wavelength range is very long, and visible light can be signal transmission in different wavelength. Visible light and no electromagnetic radiation, such as confidentiality, especially a borrowed lighting platform, so do not need to use the transmission medium, the broadcast, the number that is restricted by receptor capacity is small, it is not easy to achieve two-way communication. The main purpose of this paper is to try to design a LED communication system, through the modulation of the frequency coding signal, the photoelectric sensitive device receives the light modulation, demodulation back into the data signal. Finally, the graduation design, completed the basic function of the LED launch tube, receiving tube emission and reception work, and try to time division multiplexing and frequency division multiplexing. The temperature sensor and the ultrasonic ranging sensor is added in the transmitter, the digital tube display, the receiver with 1602 LCD screen display. The contrast of the two, reflect the correctness of communication. The design is based on two MCUs, simple slow communication using infrared LED emission device and HS0038 receiver design. The target is the basic principle of the programming ideas and learning communication with single-chip microcomputer. Slow light communication basic is widely used in communication between sensor and MCU. Keywords: LED; mediation; demodulation; frequency; division; II
光纤通信系统技术的发展与展望
光纤通信系统技术的发展与展望 发表时间：2018-11-02T12:10:13.943Z 来源：《防护工程》2018年第15期作者：周中亮 [导读] 随着国家科学技术水平的提升，光纤通信领域的发展得到了不小的突破与创新，很多行业领域都会将光纤通信技术融入到实际工作中 周中亮 哈尔滨太平国际机场 摘要:随着国家科学技术水平的提升，光纤通信领域的发展得到了不小的突破与创新，很多行业领域都会将光纤通信技术融入到实际工作中，以此来为工作的顺利开展提供有利条件。近年来，很多科研团队也提高了对光纤通信系统技术的重视与研究，并对技术的应用原理和注意事项等内容进行了深入的研究，从而为日后技术应用价值的提升奠定良好基础。本篇文章就光纤通信系统技术的发展与展望进行简单论述，并提出一些观点，希望能对相关人士的研究有所帮助。 关键词:光纤；通信；技术；发展 光纤通信系统技术在现阶段国家建设与发展中扮演着非常重要的角色，与人们的生活与以及工作质量有着紧密的联系。在近几年的发展中，很多科研团队以及国家相关部门都提高了对此技术的重视与研究。一方面是由于光线通信系统技术具有一定的专业性与科学性，需要操作人员能够熟练掌握技术的操作原理和要点，以此来保证技术应用效果。另一方面是由于光线通信系统技术的发展趋势还需要进行进一步的探讨，明确其发展方向与目标才能为国家建设奠定良好的基础。 一、光纤通信系统技术的发展现状 光线通信是信息时代的产物，不仅对很多行业领域的发展有着重要影响，还间接的影响着国家经济发展水平。要想进一步提高光线通信系统技术的应用价值，那么相关科研团队就要对该技术的发展现状进行全面的了解与掌握。 1、光弧子载体方面 由于光弧子的超短光脉冲特点，以它作为载体的经过光纤长距离的运输后，波形和速度都可以较大程度保持不变，从而保证了零误码的情况。在很早以前就有实验研究了光弧子，随后又进行了一系列实验才说明了光弧子是可以作为运输载体的。由此，全世界的许多国家都积极展开了研究探讨，比如美国和日本进行了双信道波分复用弧子通信系统和直通光弧子通信系统的实验。光弧子具有容量大、抗干扰性强，适用于长距离运输的特点，将光纤通信技术发展推进了一步。 2、光波分复用技术方面 利用光波分复用技术可以使多束激光在一条光纤上传播多个不同波长的光波，让光纤通信具有更大的容量，改善了光纤传输量问题，得到了广泛的运用。特别是近几年，日本首先成功研发出世界最高容量的WDM系统，使得光波分复用系统得到传播，有效的克服了光纤通信发展过程中的困难，带来了巨大的经济效应。目前，还有将波分复用和光时分复用相结合，将多束激光再一次复分，从而更加大大提高传输容量。 3、光纤接入技术方面 进入信息时代，人们的通信数量和频率都日益增加，互联网、物联网等多媒体服务也有着更广泛的运用，这就需要宽带能力强的光纤接入。而其中，PON技术与多种技术相结合产生成本较低的EPON技术，依赖于以太网，作为最佳接入网。有了进一步的相结合后，EPON技术还可以扩展到更广阔的网络环境中，连接更多的设备，使光纤通信技术有了质的飞跃。 二、光纤通信系统技术的未来展望 就现阶段光纤通信系技术的发展情况开展，超高速传输系统领域以及光传送联网技术领域中会经常出现其身影。另外，光接入网技术也逐渐被融入到光纤通信系统技术中，不仅为其未来的发展带来了不小的机遇与挑战，还在很大程度上推进着光纤通信系统技术的可持续发展。 1、超高速系统的发展 目前10Gbps系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。 2、超大容量WDM系统的发展 采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用率低于1％，还有99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用的基本思路。基于WDM应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。 3、实现光联网的发展 上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性，又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。 由于光联网具有潜在的巨大优势，美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络，不仅可以为未来的国家信息基础设施奠定一个坚实的物理基础。 4、新代光纤的发展 目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光(G.655光纤)和无水吸收峰光纤。其中，全波光纤将是以后开发的重点，也是现在研究的热点。从长远来看，BPON技术无可争议地将是未来宽带接入技术的发展方向，但从当前技术发展、成本及应用需求的实际状况看，它距离实现广泛应用于电信接入网络这一最终目标还会有一个较长的发展过程。