1、數字光纖通信系統及其設計摘要當今世界，計算機與通信技術高度結合，光纖通信有了長足發展。縱觀當今 電信的主要技術，光纖和光波的變革極大的提高著信息的傳輸容量。進入1993 年以后，我國光纖通信已處于持續大發展時期。其特征是大量新技術，特別是網 絡技術、高速介質接入網(HMAV).光時分復用接入(OTMMA)和波分復用接入 (WDMA),光孤子(soliton)、摻餌光纖放大器(EDFA)、SDH產品等開始實用化并 開展大量、深入的研究工作。面對光纖通信技術的普遍應用，了解光纖通信系統 組成及其系統參數的測量技術現狀，無論是對光纖通信的業主、經銷商，還是對 光纖通信的廣大用戶都是重要的。本論文主要

2、介紹數字光纖通信系統基本組成，含義及其特點，闡述數字光信 通信系統的設計方法。針對WDM+EPFA數字光纖鏈路系統進行具體設計。關鍵字；數字光纖通信系統摻鉤光纖放大器(EDFA)波分復用(WDM)Digital optical communications system and its designAbstracIn todayr s world, the combination of computer and communication technology, the height of optical fiber communication with rapid development I

3、n todayr 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, hig

4、h-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, deep research work At the same time, various special optical system into the field of national economy,

5、 contributed to our optical fiber communication technology of vigorous development Facing the optical fiber communication technology, understand the general applicat ion of optical communication system and the system parameters measurement tech no logy situat i on of optical fiber comm un icati on,

6、whether the owner, dealers, or for optical fiber communication customers are importa ntThis paper mainly introduces the basic components and fiber optic communications system, expounds the meaning and characteristics of digital comm uni cati on system design of light letters In WDM optical fiber lin

7、ks EPFA + digital system design.Key words,Digital optical communication system erbium doped fiber amplifier (EDFA)WDM(4)1數字光纖通信系統數字光纖通信系統概論(4)1.1.1數字光纖通信系統的組成(4)1.1.2數字光纖通信系統的含義(5)1.1.3數字光纖通信系統的特點(5)數字光纖通信系統的設計方法(5)1.2.1數字光纖通信系統的構成(5)1.2.2數字光纖通信系統的設計方案(6)2波分復用(WDM) (6)光波分復用(WDM)技術概述(7)WDM系統的基本構成(7)技

8、術的主要特點(7)3摻餌光纖放大器(EDFA)(8)摻弭光纖放大器概述(8)摻鉤光纖放大器原理(8)4基于WDM+EPFA數字光纖鏈路系統的設計(9)(11)注釋和參考文獻謝詞(12)附錄(13)1數字光纖通信系統數字光纖通信系統的概論1.1.1數字光纖通信系統的組成（1）光發信機光發信機是實現電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其 功能是將來自于電端機的電信號對光源發出的光波進行調制，成為已調光波，然 后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機就是常規的電子通信設 備。（2）光收信機光收信機是實現光/電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功 能是將光纖或光纜傳輸來

9、的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后，再將這微 弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。（3）光纖或光纜光纖或光纜構成光的傳輸通路。其功能是將發信端發出的已調光信號，經過 光纖或光纜的遠距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務。(4) 中繼器中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補 償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的蛀近行政性。(5) 光纖連接器、耦合器等無源器件由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉 制長度也是有限度的(如lKm)0因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的 問題。于

10、是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合 器等無源器件的使用是必不可少的。1.1.2數字光纖通信系統的含義光纖光纖通信系統是以光為載波，利用純度極髙的玻璃拉制成極細的光導纖 維作為傳輸媒介，通過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統。(隨著國際互聯網業務和通信業的飛速發展，信息化給世界生產力和人類社會的發 展帶來了極大的推動。光纖通信作為信息化的主要技術支柱之一，必將成為21 世紀最重要的戰略性產業。光纖通信技術和計算機技術是信息化的兩大核心支 柱，計算機負責把信息數字化，輸入網絡中去；光纖則是擔負著信息傳輸的重任。 當代社會和經濟發展中，信息容量日益劇增，為提高信息的傳輸速

11、度和容量，光 纖通信被廣泛的應用于信息化的發展，成為繼微電子技術之后信息領域中的重要 技術。1.1.3數字光纖通信系統的特點光纖傳輸系統是數字通信的理想通道。與模擬通信相比較，數字通信有很多 的優點，靈敏度高、傳輸質量好。因此，大容量長距離的光纖通信系統大多采用 數字傳輸方式。在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈沖”0碼和”1”碼，它由二進 制數字信號對光源進行通斷調制而產生。而數字信號是對連續變化的模擬信號進 行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM (pulse code modulation),即脈沖編碼 調制。這種電的數字信號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。數字光纖通信系統的設

12、計方法1.2.1數字光纖通信系統的構成RX:光接收堺機TX:光發射端機圖1數字光纖通信系統構成最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其 中數據源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數據等業務經過信源編碼所得 到的信號；光發送機和調制器則負責將信號轉變成適合于在光纖上傳輸的光信 號，先后用過的光波窗口有、和。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器 EDFA等；而光學接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉變成電信號， 最后得到對應的話音、圖象、數據等信息。1.2.2數字光纖通信系統的設計方案對數字光纖通信系統而言，系統設計的主要任務是，根據用戶對傳輸距離和 傳輸容量

13、（話路數或比特率）及其分布的要求，按照國家相關的技術標準和當前設 備的技術水平，經過綜合考慮和反復計算，選擇最佳路由和局站設置、傳輸體制 和傳輸速率以及光纖光纜和光端機的基本參數和性能指標，以使系統的實施達到 最佳的性能價格比。在技術上，系統設計的主要問題是確定中繼距離，尤其對長途光纖通信系統, 中繼距離設計是否合理，對系統的性能和經濟效益影響很大。中繼距離的設計有三種方法：（1）最壞情況法（參數完全已知）（2）統計法（所有參數都是統計定義）（3）半統計法（只有某些參數是統計定義）2波分復用（WDM）光發射機光中繼放大光接收機圖2波分復用光纖通信系統構成光波分復用（WDM）技術概述光波分復用（

14、Wavelength Division Multiplexing, WDM）技術是在一根光 纖中同時同時多個波長的光載波信號，而每個光載波可以通過FDM或TDM方式， 各自承載多路模擬或多路數字信號。其基本原理是在發送端將不同波長的光信號 組合起來（復用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又 將這些組合在一起的不同波長的信號分開（解復用），并作進一步處理，恢復出 原信號后送入不同的終端。因此將此項技術稱為光波長分割復用，簡稱光波分復 用技術。WDM系統的基本構成WDM系統的基本構成主要分雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸兩種方式。單向 WDM是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳

15、送，在發送端將載有各種信 息的具有不同波長的已調光信號通過光延長用器組合在一起，并在一根光纖中單 向傳輸，由于各信號是通過不同波長的光攜帶的，所以彼此間不會混淆，在接收 端通過光的復用器將不同波長的光信號分開，完成多路光信號的傳輸，而反方向 則通過另一根光纖傳送。雙向WDM是指光通路在一要光纖上同時向兩個不同的方 向傳輸，所用的波長相互分開，以實現彼此雙方全雙工的通信聯絡。目前單向的 WDM系統在開發和應用方面都比較廣泛，而雙向WDM由于在設計和應用時受各 通道干擾、光反射影響、雙向通路間的隔離和串話等因素的影響，目前實際應用 較少。技術的主要特點1. 充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的

16、傳輸容量比單波長傳輸增 加幾倍到幾十倍，從而增加光纖的傳輸容量，降低成本，具有很大的應用價值和 經濟價值。2. 由于WDM技術中使用的各波長相互獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信 號，完成各種信號的綜合和分離，實現多媒體信號混合傳輸。3. 由于許多通信都采用全雙式方式，因此采用WDM技術可節省大量線路投 資。4. 根據需要，WDM技術可以有很多應用形式，如長途干線網、廣播式分配網 絡，多路多地局域網等，因此對網絡應用十分重要。5. 隨著傳輸速率不斷提高，許多光電器件的響應速度明顯不足，使用WDM 技術可以降低對一些器件在性能上的極髙要求，同時又可實現大容量傳輸。6. 利用WDM技術選路，實現網

17、絡交換和恢復。3摻鉀光纖放大器(EDFA)rJ押號輸入 泵LD2雨高能級9S0 nm 、 傅號光4眾攀303 202 = 1530 nm6= 1550 nm低能級(b)b15501600Mum.圏1(a)EDFA的結構；(b)能級；(c)増益譜圖3摻鉤光纖放大器構成摻餌光纖放大器概述摻弭光纖放大器(EDFA即在信號通過的纖芯中摻入了餌離子Er3 +的光信號 放大器。)是1985年英國南安普頓大學首先研制成功的光放大器，它是光纖通信 中最偉大的發明之一。摻弭光纖是在石英光纖中摻入了少量的稀土元素弭(Er)離子的光纖，它是摻 鉤光纖放大器的核心。從20世紀80年代后期開始，摻鉤光纖放大器的研究工作

18、 不斷取得重大的突破。WDM技術、極大地增加了光纖通信的容量。成為當前光纖 通信中應用最廣的光放大器件。摻餌光纖放大器原理EDFA的基本結構如圖1(a)所示，它主要由有源媒質(幾十米左右長的摻餌石 英光纖，芯徑3-5微米，摻雜濃度(25-1000) x 10-6)、泵浦光源(990或1480nm LD)、 光耦合器及光隔離器等組成。信號光與泵浦光在鉤光纖內可以在同一方向(同向 泵浦)、相反方向(反向泵浦)或兩個方向(雙向泵浦)傳播。當信號光與泵光同時 注入到鉤光纖中時，弭離子在泵光作用下激發到髙能級上(圖1 (b),三能級系 統)，并很快衰變到亞穩態能級上，在入射信號光作用下回到基態時發射對應

19、于 信號光的光子，使信號得到放大。圖1 (c)為其放大的自發發射(ASE)譜，帶寬 很大(達20-40nm),且有兩個峰值，分別對應于1530nm和1550nm。EDFA的主要優點是增益高、帶寬大、輸出功率髙、泵浦效率高、插入損耗 低、對偏振態不敏感等。4基于WDM+EPFA數字光纖鏈路系統的設計摻餌光纖放大器在密集波分復用系統中的應用主要是補償傳輸中的光纖損 耗，根據放大器在系統中的位置及作用，可以分成以下三種類型：1.功率放大器(booster-Amp 1 ifier),處于合波器之后，用于對合波以 后的多個波長信號進行功率提升，然后再進行傳輸，由于合波后的信號功率一般 都比較大，所以，對一功率放大器的噪聲指數、增益要求并不是很高，但要求放 大后，有比較大的輸出功率。2線路放大器(Line-Amplifier),處于功率放大器之后，用于周期性 地補償線路傳輸損耗，一般要求比較小的噪聲指數，較大的輸出光功率。3前置放大器(Pre-Amplifier),處于分波器之前，線路放大器之后， 用于信號放大，提高接收機