（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、
系统结构和传输体制等。
例如，目前于骨干网和城域网中普遍选择同步数字序列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)作为系统制式，于设计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正于研究中）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均作了规定，且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表示距离于15km的局间短距离应用，L表示距离于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等组织也有关联的标准，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，其光缆的长度能够查阅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，但于设计时，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）。于作过关联的分析后，我们要决定：是采用多模光纤仍是单模光纤，且涉及到纤芯尺寸、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仍是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仍是APD接收器，它涉及到响应度、工作波长、速率和灵敏度等参量的选择。
6.1.3系统设计的方法
为了确保获得预期的系统性能，做出合适的选择，必须进行俩种分析：功率预算和带宽预算。
1．功率预算
功率预算的目的是判断光检测器接收到的光功率是否达到其所需的最小光功率（灵敏度）。光发射机发送的功率减去光纤链路的损耗和系统富余度，即为接收机的接收功率。光纤链路的损耗包括光纤损耗、连接器损耗、接头损耗以及诸如分路器和衰减器等元件设备引入的损耗。系统富余度是壹个估计值，用于补偿器件老化、温度波动以及将来可能加入链路器件引起的损耗，这个值于2～8dB 之间。设总的光功率损耗为PT ，光发射机发送的光功率为PS(dBm)，光接收机的灵敏度为PR(dBm)，则
AC(dB)为连接器损耗，FC 型连接器壹般为0.8dB/个，PC 型连接器壹般为0.5dB/个；AS(dB)为光纤固定接点损耗，壹般为0.1dB/个；MC(dB)为系统富余度。由（6.1.1）式能够计算出给定光纤的最大传输距离、连接器和接头等数量，得到较好的设计。
2.带宽预算
带宽预算的目的是为了满足传输速率的要求。光纤通信系统的带宽除了和光纤的色散特性有关外，仍和光发射机和光接收机等设备有关。工程上常用系统上升时间来表示系统的带宽。上升时间的定义是：于阶跃脉冲作用下，系统响应从幅值的10％上升到90％所需要的时间，如图6.1.1所示
系统带宽和上升时间成反比，常用下式作为系统设计的标准
（6.1.2）
上式仅适用于归零码（RZ ），对于非归零码（NRZ ），则应当修正为
（6.1.3） C
S C R S T M A A L P P P +++=-=αr
sys t f ?=?7
.0
系统上升时间和诸多因素有关，较为主要的因素有光纤色散、光发射机和光接收机的上升时间。设由光纤色散引起的上升时间为，光发射机等光电设备的上升时间为，则得到
6.2数字传输系统的设计
6.2.1系统技术考虑
数字传输系统的描述和指标有比特率、传输距离、码型和误码率等，其中误码率是保证传输质量的基本指标，它受多种因素制约，和光探测器性能、前置放大器性能、码速、光波形、消光比以及线路码型有关。数字传输系统设计的任务就是要通过器件的适当选择以减小系统噪声的影响，确保系统达到要求的性能。
于系统的传输容量确定后，就因确定系统的工作波长，然后选择工作于这壹区域内的器件。如果系统传输距离不太远，工作波长能够选择于第壹窗口（800~900nm）；如果传输距离较远，应选择1300nm或1550nm波长。
光纤的选择应该根据通信容量的大小和工作波长来决定。多模光纤和单模光纤除了工作模式上的差别外，它们于带宽、衰减常数、尺寸和价格等方面存于较大差异。表6.5为典型的多模、单模光纤于带宽和衰减常数上差异的比较。多模光纤的带宽比单模光纤带宽小得多，衰减常数比单模光纤大得多，所以比较适用于低速、短距离的系统和网络，典型的应用有计算机局域网、光纤用户接入网等。表6.6为不同类型多模光纤的技术规范。
多模光纤的芯径最小为50μm，最大为100μm，数值孔径较大，有利于光源光功率到光纤的耦合。另外，对于连接器和接头的要求均不高，这也决定了多模光纤比较适用于多交叉点、多连接头的场所的应用。
单模光纤的带宽较宽，衰减较低，所以比较适合高速、长距离的系统，典型的应用有SDH、WDM网络等。
光检测器的选取通常放于光源之前。接收灵敏度和过载光功率是主要考虑的参数。接收
灵敏度是指于壹定误码率（壹般为10-9）下，接收机所能接收到的最小光功率。过载功率是指接收机能够接收的最大光功率。当接收机接收的光功率开始高于灵敏度时，信噪比的改善会使误码率变小，可是若光功率继续增加到壹定地步，接收机前置放大器将进入非线性区域，继而发生饱和或过载，使信号脉冲波形产生畸变，导致码间干扰迅速增加，误码率开始劣化（变大），当误码率再次到达规定值时，对应的接收光功率即为过载功率。
于选取光检测器时，应综合考虑成本和复杂程度。PIN管和APD管相比，结构简单，成本较低，但灵敏度没有APD管高，目前它们经常和前置放大器组合成组件使用。
光源的选择要考虑系统的壹些参数，如色散、数据速率、传输距离和成本等。LD的谱宽比LED的要窄得多。于波长800nm到900nm的区域里，LED的谱宽和石英光纤的色散特性的共同作用将带宽距离积限制于150(Mb/s)·km以内，要达到更高的数值，于此波长区域内就要用激光器。当波长于1300nm附近时，光纤的色散很小，此时使用LED能够达到1500(Mb/s)·km的带宽距离积。若采用InGaAsP激光器，则该波长区域上的带宽距离积能够超过25(Gb/s)·km。而于1550nm波长区域内，单模光纤的极限带宽距离积能够达到500(Gb/s)·km。
壹般而言，半导体激光器耦合进光纤的功率比LED要高出10dB到15dB，因此采用LD 能够获得更大的无中继传输距离，可是价格要昂贵许多，所以要综合考虑加以选择。
6.2.2光通道功率代价和损耗、色散预算
当传输距离确定后，根据功率预算关系式（6.1.1）能够知道链路允许损耗和光发送机和接收机的功率关系。实际的数字光纤链路除了光纤本身的损耗、连接器和接头的损耗外，仍存于着因模式噪声、模分配噪声、激光器频率啁啾、反射以及码间干扰而导致的光通路功率代价。模式噪声
于多模光纤中，由于振动、微弯等机械扰动，各传输模式间的干涉于光检测器的受光面
上产生的斑图将随时间波动，它会导致接收功率发生波动，且附加到总的接收噪声中，使得误码率劣化，这种波动称为模式噪声。另外，连接器和接头起到了空间滤波器的作用，它们也会造成斑图的瞬时波动，增加模式噪声。
相干激光器的谱宽（）如果比较小，使得相干时间（）大于模间时延差（见2.2节）的话，同样会产生模式噪声。
壹般而言，运行速率低于100Mb/s的链路，能够不考虑模式噪声的影响，但当速率达到400Mb/s之上时，模式噪声就变得较为严重了。减小模式噪声能够采取下列方法：使用非相干光源LED；或使用纵模数多的激光器；使用数值孔径较大的光纤或使用单模光纤。模分配噪声
多模LD于调制时，即使总功率不随时间改变，其各个模式的功率随着时间呈随机波动。由于光纤色散的存于，这些模式以不同的速度传播，造成各模式不同步，引起系统接收端电流附加的随机波动，形成噪声，使判决电路的信噪比降低。因此，为了维持壹定的信噪比，达到要求的误码率，就要增大接收光功率。考虑模分配噪声需要增加的这部分功率就是要付出的功率代价。
模分配噪声的影响于高速率的系统中表现较为明显。由于DFB激光器的边模抑制比很高，所以选择动态单纵模DFB激光器而不是F-P腔激光器就能够有效地降低这种噪声的影响。
频率啁啾
单纵模激光器工作于直接调制状态时，由于注入电流的变化引起了有源区载流子浓度变化，进而使有源区折射率发生变化，结果导致谐振波长随时间漂移，产生频率啁啾，由于光纤的色散作用，频率啁啾造成光脉冲波形展宽，影响到接收机的灵敏度。
减小啁啾效应最理想到方法是通过选择激光器的工作波长接近于光纤的零色散波长，另
外采用多量子阱结构DFB-LD 或者采用外调制器均能够减少频率啁啾的影响。
码间干扰
码间干扰是因为光纤色散导致所传输的光脉冲展宽，最终相邻光脉冲彼此重叠而形成的。对于使用多纵模激光器的系统，即使光接收机能够对单根谱线形成的波形进行理想均衡，但由于各个谱线产生的波形经历的色散不同而前后错开，光接收机很难对不同模式携带的合成波进行理想均衡，从而造成光信号损伤，导致功率代价。
反射
于光传输路径上总是存于连接器、接头等折射率不连续的点，这时壹部分光功率就会被反射回来，反射信号对光发射机和接收机均会产生不良影响，于高速系统中，这种反射功率造成的光反馈使激光器处于不稳定状态，表现为激光器的输出功率发生波动、激光器的谐振状态受到扰乱，形成较大的强度噪声、抖动或相位噪声，同时引起发射波长、线宽和阈值电流的变化。
如果于俩个反射点之间产生多次反射，反射光和信号光相互叠加，将产生干涉强度噪声，对高速系统将产生较大的影响。于STM-1标准光接口的主要指标中，为了控制反射的影响，规定了俩种反射指标，即S 点的最小回波损耗和S-R 点之间的最大离散反射系数。
减小光反射的方法有：将光纤端面制成曲面或者斜面，从而使反射光偏离轴线，不重新进入光纤传输；将光纤和空气交界面上涂上折射率匹配的物质，如凝胶；使用PC 连接器；使用光隔离器。
当考虑到上述因素后，于（6.1.1）式的右边，仍需要加上壹项光通道功率代价PC ，取值范围约为1～2dB ，功率预算关系式重新表达为
式中Ld 为色散受限中继距离（km ），ε为和激光器有关的系数，光源为多纵模激光器时取C
C S C R S T M P A A L P P P ++++=-=α
0.115，为LED 时取0.306，B 为信号比特率（Mb/s ），D 是光纤色散系数[ps/(nm·km)]， 对于采用单纵模激光器的系统，假设光脉冲为高斯波形，允许的脉冲展宽不超过发送脉冲宽度的10％，用的计算公式是
（6.2.3）
（6.2.3）式中，λ为工作波长（μm ），B 为信号比特率（Tb/s ），α为啁啾系数，对于量子阱激光器，，若采用EA 调制器，取。实际设计时，应根据（6.2.1）式和（6.2.2）式或（6.2.3）式分别计算后，取俩者较小值为最大无中继距离。 6.3模拟传输系统的设计
6.3.1系统组成及其评价
1.系统组成
大多数光纤通信系统是数字系统，但有的时候，以模拟的形式传送信息具有更多的优点。图
6.3.1画出了模拟光纤传输系统的示意图。
图中的模拟电输入信号能够是微波多路复用信号、雷达信号、视频分配信号等。以多路电视信号传输为例，它是将各个电视基带信号调制到不同频率的载波上，CATV 系统壹般均是采用残留边带幅度调制方式。这些信号的频谱相互不重叠，每路信号所占带宽为8MHz 。这些信号合成后再以某种方式去调制光载波，壹般对激光器以直接强度方式调制。因为合成的载波信号对于光信号而言扮演着副载波的角色，所以这种技术也称为副载波复用SCM （SubcarrierMultiplexing ），见图6.3.2。
2.主要指标
模拟传输系统的主要性能指标有三个，它们是载噪比CNR(CarriertoNoiseRatio)、复合二阶失真CSO(CompositeSecondOrderIntermodulation)和复合三阶差拍2
271400B D L d ???=λα
CTB(CompositeTripleBeat)。后俩项指标针对多路信道复用的使用情况。
图6.3.2中，多路频分复用的模拟电信号对激光器进行调制时，由于激光器的P-I 曲线不是理想线性的，所以会出现谐波及互调产物（各个副载波之间的和频和差频的各种组合），如果它们落于所传输的频带内，将导致谐波失真和互调失真。当输入的驱动电流信号超过了激光器的阈值Ith 时，仍会出现削波失真。所有这些失真称之为非线性失真。非线性失真的影响能够用CSO 、CTB 来描述，CSO 定义
是对于多信道视频图像传输系统，CSO 和CTB 的值应分别低于－60dBc 、－63dBc 。载噪比CNR 是于规定的带宽内载波功率和噪声功率的比值，单位为dB 。调制方式不同，对CNR 值的要求不同。对于幅度调制度电视信号，CNR 应大于50dB ，若采用频率调制，该值只需大于15dB 。
系统总的载噪比和各个类型噪声成份导致的载噪比之间的关系是
式中n 为噪声类型的数目。
对于单信道模拟传输链路，主要噪声源有激光器相对强度噪声RIN 、削波噪声、光检测器噪声和光放大器噪声，其基本噪声类型是相对强度噪声RIN 和光检测器噪声。仅考虑它们作用时系统CNR 的表达式推导如下。
。如图6.3.3所示。设模拟驱动信号为，
则输出光功率为
教学后记： ）
调产物总功率（某频道三阶差拍产物和三阶互载波功率（某频道）
=CTB t
I t i m ωsin )(=
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。
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：
第三章 光通信信道 专业通信103班 代高凯 201027209 3-2.什么是阶跃光纤？什么是渐变光纤？ 答：光纤按照折射率的分布分类，可分为阶跃光纤和渐变光纤。 (1).阶跃光纤是指在纤芯和包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别是n1与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，折射率分布的表达式为 ?????≤<≤=2 1)2()1()1()(a r a n a r n n r ，， 阶跃光纤是早起光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤取代，但是它用来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。 (2).渐变光纤是指光纤轴心处的折射率n1最大，而随沿剖面径向的增加而逐渐减小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的，即为n2 ?????≤<≤?-=212 1211)()(21a r a n a r a r n n r ，， 式中，n1为光纤轴心处的折射率；n2包层区域的折射率；a1为纤芯半径；121n n n -= ?称为相对折射率差。 3-4.什么是单模光纤？什么是多模光纤？ 答：光纤按照传播的模式分类，可分为多模光纤和单模光纤。 (1).当光纤的几何尺寸（主要是纤径直径d1）远远大于光波波长（约1μm ）时，光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。计算多模光纤中除传播模式数量的经典公式为4/2V N =，其中V 为归一化频率。模式色散会使许多多模光纤的带宽变窄，降低其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布，即渐变折射率分布，其纤芯直径d1大约为50μm 。 (2)根据电磁场理论与求解麦克斯韦方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与波长相比拟时，如芯径d1在5~10μm 范围，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤，由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信，但是必须满足 归一化频率4048.221 ≤=NA a V λπ
第4章第3节作业 1、图示光接收机的噪声及其分布，并说明各自噪声的概念。 答： ⊿量子噪声 量子噪声(或散弹噪声)来自单位时间内到达光检测器上信号光子数的随机性，因此它与信号电平有关。在采用APD作光检测器时，倍增过程的统计特征产生附加的散弹噪声，它随倍增增益而增加。 ⊿暗电流噪声 当没有光信号照射光检测器时，外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电子—空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流Id，暗电流也要产生散粒噪声。 ⊿漏电流噪声 光检测器表面物理状态不完善和加有偏置电压，也会引起很小的漏电流噪声，但这种噪声并非本征性噪声，可通过光检测器的合理设计，良好的结构和严格的工艺降低。 ⊿热噪声 热噪声是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用
引起的一种随机脉动。 一个电阻中的这种随机脉动，即使没有外加电压也表现为一种电流波动。在光接收机中，前端负载电阻中产生的这种电流波动将叠加到光检测器产生的光电流中。 ⊿ 放大器噪声 前端的前置放大器要增加噪声，而且其影响远远超过后级元器件产生的噪声。 2、写出PIN 光接收机与APD 光接收机的信噪比表达式，分析在何种条件下何种光接收机信噪比占优势。 解：（1）PIN 信噪比与噪声的关系 ()2 42p PIN n e P d e L I S R kTF B e I I B R =++2 2 0042n e e L R P kTF B eR PB R =+ 散粒噪声限制下： 2 22 000222P PIN P e e e R P I S R eI B eR PB R P eB == = （SNR 随入射功率线性增加，且只与量子效率、光子能量和接收机带宽有关） 热噪声限制下： 2 2 220044L PIN n e n e L R P R P R S R kTF B kTF B R == （显示SNR 随入射功率平方倍变化，增加负载电阻可以提高信噪比） （2）APD 信噪比与噪声的关系
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 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 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
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
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
~~~~~~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
第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。
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、
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
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
第一章绪论 简答：光纤通信的发展方向 第二章光纤和光缆 填空 1.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm 和。 2.光纤中的传输信号由于受到光纤的和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。 3.阶跃型单模光纤的截止波长λc=___________。 4.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85 μm,1.55 μm 和___________。 5.在阶跃型光纤中，归一化频率V的定义式为。 6.按照折射率分布规律，光纤可以分为、和单模光纤等。 7.光纤的色散主要有材料色散、、。 8.单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较，通常在 4μm～10μm 范围内。多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较，典型尺寸为50μm左右。 9．光纤特性包括它的结构特性、光学特性及传输特性。结构特性主要指光纤的几何尺寸；光学特性包括、数值孔径等；传输特性主要是及特性。 10.按射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有_________和
___________两类。 判断 1.光纤中要求纤芯的折射率应该小于包层的折射率。 2.当光纤参数确定后，只有工作波长小于截止波长时，光纤才能实现单模传输 3.光纤的数值孔径与入射光波长有关。 4.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是n1>>n2。 5.目前通信用光纤主要是用高纯度的玻璃材料制成的。 6.光纤中光能量主要在纤芯内传输，包层为光的传输提供反射面和光隔离。 7.光纤单模传输时，应该保证归一化频率V大于归一化截止频率V c。 8.光纤中传输的模式数由归一化频率决定，当归一化频率确定后，光纤中所传输的模式数和模式分布也就确定了。（）9.．单模光纤中存在模间色散，多模光纤中不存在模间色散。（） 10.．在单模光纤传输中，实际传输信号的频谱宽度取决于两个因素，一是半导体激光器发射的光的固有频谱宽度，二是电信号调制造成的频谱展宽。（） 11．改变光纤的折射率分布和剖面结构参数，可以改变波导色散的值，从而在所希望的波长上实现零色散。（）
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。