光纤通信系统

1 模拟光纤通信

基本功能 —— 数字信号在数字光纤通信系统经过 7 个环节。

G.652 —— 城域网、接入网、路数不多的 DWDM 骨干网。
G.653 —— 单信道高速率系统。
G.654 —— 长距离海底光纤。
G.655
- G.655A : >2.5Gbit/s、有光放大器的长波信道系统，典型的信道间隔为 200GHz。
- G.655B : 支持 10 Gb/s 系统，传输距离达 100km，典型的信道间隔为 100GHz 或者更小。
- G.655C：传输速率分别为 10Gb/s 和 40Gb/s 的系统，支持传输距离大于 400km。

损耗受限系统
- $L_{1} = \frac{P_{T m} - P_{R m} - 2 A_{C m} - P_{P m}}{a_{f m} + \frac{a_{s m}}{L_{f}} + M_{C} (d B / k m)}$
- $L_{1} = \frac{P_{T m} - P_{R m} - 2 A_{C m} - P_{P m} - M_{C} (d B)}{a_{f m} + \frac{a_{s m}}{L_{f}}}$
色散受限系统
- 多纵模： $L_{d} = \frac{10^{6} \times ϵ}{D_{m} \times B \times σ}$ —— $δ_{m a x} = 0.115$
- 单纵模： $L_{d} = \frac{71400}{α \times D_{m} \times λ^{2} \times B^{2}}$

原因：各种噪声、光纤噪声、定时抖动、外界干扰。

特性评定：

概念：短时间 —— 数字脉冲信号的最佳判决时刻相对于理想时间位置的短时间偏移（变化频率高于 10Hz 的相位变化）。

对网络性能的损伤：

影响：信号失真、误码率上升、产生 or 丢失比特帧同步。

原因：各种噪声、系统时钟不稳定、码间干扰、SDH 中的映射与指针调整。

概念：长时间 —— 数字脉冲信号的最佳判决时刻相对于理想时间位置的短时间偏移（变化频率高于 10Hz 的相位变化）。

波长
- 工作波长窗口：1550nm —— 取决于 Er 离子。
- 泵浦光波长：980nm&1480nm
- 增益波长范围/带宽：几十 mb
工作原理
- 吸收泵浦光子，受激吸收 —— 基态 $\to$ 激发态。
- 自发辐射 —— 激发态 $\to$ 亚稳态（可能有激光）。
- 粒子数反转 —— 亚稳态 & 基带间。
- 受激辐射。

作用

分类耦合器位置

增益特性
- 输入光功率 —— 小信号增益大，下降 3dB 后饱和区。
- 泵浦光功率 —— Pp 上升，G 上升。
- 掺铒浓度 —— Er 上升，G 下降。
- 掺铒光纤长度 —— 先上升后下降有峰值。
输出功率 —— 表示：3dB 饱和输出功率 —— 饱和增益下降 3dB 对应时的输出功率。
噪声特性
- 分类
  - 自发辐射 ASE 光谱与信号光间的差拍噪声。
  - 自发辐射 ASE 光谱间的差拍噪声。
  - 信号光的散粒噪声。
  - 被放大的自发辐射 ASE 的散粒噪声。
- 噪声系数 NF
  - 输入小信号时：输入光功率增加，NF 下降。
  - 饱和状态时：输入光信号功率上升，NF 上升。
  - 泵浦功率 Pp 上升，NF 下降。
  - 同向泵浦 NF < 双向泵浦 NF < 反向泵浦 NF。

应用形式

|600

基本作用
- 延长中继距离
- 结合 WDM 实现扩容（WDF：波分复用）
- 结合光孤子技术，实现超长距离、超长容量的光纤通信 —— 光纤非线性中的折射率扰动。
- 结合 CATV.
典型应用
- 在 DWDM 系统中的应用 p.s. 密集波分复用。
- 在光纤有线电视传输系统 HFC 系统的应用。

工作原理 —— SRS：高频光子 $\to$ 低频光子 + 光学声子。
特点：
- 需要泵浦功率高 p.s. 光纤非线性中的受激散射。
- 改变泵浦光波长，可以放大 1270~1670nm 波段。
- 放大电路和传输线路都为光纤分布参数式光放大器。
优点
- 光纤具有良好的兼容性。
- 增益波长由泵浦光波长。
- 增益高，串扰小，噪声系数低，频谱范围宽，温度稳定性好。
应用
- 独立喇曼宽带放大器。
- RFA=EDFA 混合放大器，获得高增益带宽放大。
- 制成有源无损器件或动态均衡器件。