第八章數(shù)字傳輸系統(tǒng)第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三Simplepoint-to-pointlink8.1點(diǎn)到點(diǎn)鏈路為達(dá)到系統(tǒng)要求，通常需要反復(fù)的設(shè)計(jì)和分析，以確保在不超過器件限制的前提下使預(yù)期性能指標(biāo)在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)保持穩(wěn)定。第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三傳輸系統(tǒng)要求：1、預(yù)期（或可能）的傳輸距離；2、數(shù)據(jù)速率或信道帶寬；3、誤碼率（BER）；器件和相關(guān)的特性參量：1、單模光纖或多模光纖（a）纖芯尺寸(b）纖芯折射率剖面（c）帶寬或色散（d）損耗（e）數(shù)值孔徑或模場(chǎng)直徑8.1.1光纖鏈路的設(shè)計(jì)要求第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三2、LED或半導(dǎo)體激光器光源（a）發(fā)射波長(zhǎng)（b）譜線寬度（c）輸出功率（d）有效輻射區(qū)（e）發(fā)射方向圖（f）發(fā)射模式數(shù)量第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三3、pin或APD光電二極管（a）響應(yīng)度（b）工作波長(zhǎng)（c）速率（d）靈敏度系統(tǒng)性能分析：鏈路功率預(yù)算和系統(tǒng)展寬時(shí)間預(yù)算第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三1.確定波長(zhǎng)：

-傳輸距離不太遠(yuǎn)，可以選擇800nm到900nm之間的波長(zhǎng)

-傳輸距離較遠(yuǎn)，可以選擇1300nm或1500nm附近的波長(zhǎng)2.聯(lián)合考慮光纖鏈路的三個(gè)模塊(接收設(shè)備、發(fā)送設(shè)備和光纖)

-模塊選擇順序?yàn)椋簷z測(cè)器光源光纖鏈路

-根據(jù)檢測(cè)器的靈敏度和光源的發(fā)射功率決定鏈路中是否需要放大器鏈路功率預(yù)算：系統(tǒng)考慮第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三綜合考慮光檢測(cè)器的性能(如靈敏度)、復(fù)雜度和成本pin結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫度變化時(shí)性能穩(wěn)定，成本低，偏置電壓低(<5伏特)；APD具有更高的靈敏度，能接收微弱的光信號(hào)，但是APD成本相對(duì)較高，偏置電壓在40伏特到幾百伏特之間，且需要溫控。光檢測(cè)器的選擇第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三1.LD的輸出譜寬比LED窄-800nm~900nm：LED的譜寬和石英光纖的色散特性把帶寬距離積限制在150(Mb/s)·km左右。要達(dá)到更高的數(shù)值，如2500(Mb/s)·km以上，則需要使用LD。-~1300nm：該區(qū)域光纖的色散很小，此時(shí)使用LED就可以得到1500(Mb/s)·km的帶寬距離積。若采用InGaAs激光器，則該波長(zhǎng)區(qū)域上的帶寬距離積可達(dá)到25(Gb/s)·km-~1550nm：?jiǎn)文９饫w的帶寬距離積可達(dá)到500(Gb/s)·km2.LD發(fā)光強(qiáng)度高，輸出光束窄，LD耦合進(jìn)光纖鏈路的功率比LED要高出10dB到15dB因此LD具有更長(zhǎng)的無中繼傳輸距離3.LD價(jià)格昂貴，而且需要溫控光源的選擇第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)于光纖而言，我們可選擇單?；蚨嗄９饫w，二者都可能是階躍或漸變折射率光纖。單模光纖由于不存在模間色散的問題，因此被用于長(zhǎng)途傳輸；多模光纖則用于短途傳輸。在考慮光纖的時(shí)候還需要包括光纖成纜時(shí)，連接時(shí)，彎曲時(shí)，以及環(huán)境變化時(shí)帶來的附加損耗。光纖的選擇第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.1.2鏈路的功率預(yù)算光功率損耗模型（連接器損耗、熔接點(diǎn)損耗、光纖損耗）尾纖連接器發(fā)射機(jī)熔接點(diǎn)光纖接收機(jī)連接器尾纖連接器第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三單元損耗：Pin和Pout分別表示損耗單元的輸入及輸出功率。鏈路損耗預(yù)算：Pt是總光功率損耗，Ps是激光器輸出端耦合進(jìn)光纖的功率，Pr是接收機(jī)靈敏度，lc是連接損耗，L是光纖長(zhǎng)度，是光纖衰減系數(shù)（損耗）。Redundance:系統(tǒng)富裕度（6～8dB）。第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三例8.1假定數(shù)據(jù)速率為20Mb/s，誤碼率為10-9（每發(fā)送109個(gè)比特，其錯(cuò)誤最多為一個(gè)）。對(duì)于接收機(jī)，可以選擇工作在850nm的SiPIN光電二極管。接收機(jī)所需要的信號(hào)功率為-42dBm，下面我們選擇一個(gè)GaAlAsLED，使其能夠把50微瓦（-13dBm）的平均光功率耦合進(jìn)纖芯直徑為50微米的尾纖，這樣就允許有29dB的損耗?？梢赃M(jìn)一步假設(shè)尾纖與光纜的連接損耗為1dB，在光纜光-檢測(cè)器的連接點(diǎn)上也有1dB的連接損耗。包括6dB的系統(tǒng)富余度，對(duì)于衰減為的光纜，其傳輸距離為：如果衰減為3.5dB/km,則傳輸距離為6km。第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三鏈路損耗預(yù)算圖示法從LED耦合進(jìn)尾纖的功率連接器損耗耦合進(jìn)光纜的功率3.5dB/km的光纜損耗預(yù)期的傳輸距離由光纜和熔接點(diǎn)帶來的總損耗-21dB6dB的系統(tǒng)余量連接器損耗pin接收機(jī)靈敏度-42dBm-13dBm-14dBm-35dBm-41dBm第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三器件/損耗參數(shù)(dB)輸出/靈敏度/損耗功率富余度激光器輸出3dBm

APD在2.5Gb/s時(shí)的靈敏度-32dBm

允許損耗[3-(-32)]

35光源連接器損耗1dB34跳線+連接器損耗3+1dB30光纜損耗(60km)18dB12跳線+連接器損耗3+1dB8接收機(jī)連接器損耗1dB7例：鏈路損耗預(yù)算列表法假定一個(gè)1550nm的半導(dǎo)體激光器，其發(fā)送到尾纖的光功率為3dBm，一個(gè)InGaAsAPD在2.5Gb/s時(shí)靈敏度為-32dBm；一條60km長(zhǎng)的光纜，衰減為0.3dBm/km。由于設(shè)備安裝需要，在傳輸光纜的末端與SONET設(shè)備架之間的每個(gè)端口都需要一條短跳線，假定每條跳線有3dB的損耗。另外，假設(shè)每個(gè)光纖連接點(diǎn)上有1dB的連接損耗。第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.1.3展寬時(shí)間預(yù)算限制系統(tǒng)速率的四個(gè)因素：（1）發(fā)送機(jī)展寬時(shí)間ttx（2）光纖群速率色散（GVD）展寬時(shí)間tGMD（3）光纖模式色散展寬時(shí)間tmod（4）接收機(jī)展寬時(shí)間trx展寬時(shí)間可用來確定光纖鏈路中的色散限制。鏈路總展寬時(shí)間為：第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三例8.3我們假定LED及其驅(qū)動(dòng)電路有15ns的展寬時(shí)間。采用典型的40nm譜寬的LED，在6km的鏈路上可以得到與材料色散相關(guān)的21ns展寬時(shí)延。假定接收機(jī)有25MHz的帶寬，則可得到接收機(jī)的上升時(shí)延為14ns，如果我們選擇的光纖有400MHzkm的帶寬距離積，而且q=0.7，則模式色散引起的光纖展寬時(shí)間為3.9ns。可以得到鏈路的展寬時(shí)間為：對(duì)于20Mb/s的NRZ數(shù)字流，這個(gè)結(jié)果低于允許的35ns的最高上升時(shí)延。這些器件的選擇符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三例8.4我們假定LD及其驅(qū)動(dòng)電路有0.025ns(25ps)的展寬時(shí)間。采用譜寬為0.1nm、平均色散為2ps/(nm.km)的1550nm半導(dǎo)體激光器，在60km長(zhǎng)的光纖上，總共有12ps（0.012ns)與GVD相關(guān)的展寬時(shí)間。假定基于InGaAs-APD的接收機(jī)有25GHZ的帶寬，則可得接收機(jī)的展寬時(shí)間為0.14ns。把不同部分的展寬時(shí)間代入，可得到總的展寬時(shí)間為0.14ns。器件展寬時(shí)間展寬時(shí)間預(yù)算允許的展寬時(shí)間預(yù)算

tsys=0.7/BNRZ=0.28ns激光發(fā)送機(jī)25ps

光纖的GVD12ps

接收機(jī)展寬時(shí)間0.14ns

系統(tǒng)展寬時(shí)間

0.14ns

第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般分為無光纖放大器系統(tǒng)和有光纖放大器系統(tǒng)(需考慮光信噪比）。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問題是確定中繼距離，尤其對(duì)長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。工程上常用的設(shè)計(jì)方法主要有三種：最壞值設(shè)計(jì)法、統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法和聯(lián)合設(shè)計(jì)法。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三(1)最壞值設(shè)計(jì)法 最壞值設(shè)計(jì)法就是在設(shè)計(jì)再生段距離時(shí)，所有參數(shù)(包括光功率、光譜范圍、光譜寬度、接收機(jī)靈敏度、光纖衰減系數(shù)、接頭與活動(dòng)連接器插入損耗等參數(shù))均采用壽命期中允許的最壞值，而不管其具體的分布如何。第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三(2)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法 統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法是利用光參數(shù)分布的統(tǒng)計(jì)特性更有效地設(shè)計(jì)再生段距離。與最壞值設(shè)計(jì)法相比，統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法可以延長(zhǎng)再生段距離，但橫向兼容性不再滿足。(3)聯(lián)合設(shè)計(jì)法 在某些情況下，按標(biāo)準(zhǔn)的光接口參數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)不能滿足實(shí)際工程再生段距離，運(yùn)營(yíng)者需要仔細(xì)考慮設(shè)計(jì)中不滿足光接口規(guī)范的主要方面。第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三采用800nm的LED光源/Sipin光檢測(cè)器組合和850nm半導(dǎo)體激光器光源/SiAPD檢測(cè)器組合時(shí)，其傳輸距離隨數(shù)據(jù)速率變化的曲線

(BER=10-9，1dB連接器耦合損耗，6dB系統(tǒng)富余度）8.1.5第一窗口傳輸距離第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.1.6單模光纖鏈路的傳輸距離采用衰減為0.3dB/km的單模光纖，激光器工作在1550nm時(shí)，傳輸距離隨數(shù)據(jù)速率變化的曲線第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.1.7數(shù)字光通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)(1)抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。 (2)可以再生，傳輸距離遠(yuǎn)。 (3)數(shù)字系統(tǒng)采用大量的數(shù)字電路，容易集成，采用超大規(guī)模集成電路芯片使數(shù)字設(shè)備體積小，功耗低。第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三線路編碼是指使用一套規(guī)則把信號(hào)符號(hào)編排為一個(gè)特殊的格式。其主要功能是在數(shù)據(jù)流中引入冗余碼，從而使信道干擾引起的誤碼最小。三種常用的編碼方式：（1）非歸零（NRZ）格式（2）歸零（RZ）格式（3）相位編碼（PE）格式8.2線路編碼第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三NRZ-Ldatapattern8.2.1NRZ碼碼型產(chǎn)生簡(jiǎn)單，編解碼容易實(shí)現(xiàn)，無誤差監(jiān)測(cè)或糾錯(cuò)能力，無自有時(shí)鐘(N個(gè)長(zhǎng)碼被判為N+1或N-1個(gè)。傳輸長(zhǎng)連1或連0時(shí)，易產(chǎn)生誤碼。第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三長(zhǎng)連1碼引起的接收機(jī)基線漂移（由于接收機(jī)低頻效應(yīng)引起輸出脈沖的拖尾所致）有可能產(chǎn)生誤碼。光脈沖只能采取單極性，因此光脈沖包含直流分量交流耦合網(wǎng)絡(luò)不能通過碼流包含的直流分量，矩形脈沖經(jīng)過交流耦合網(wǎng)絡(luò)時(shí)出現(xiàn)反極性拖尾脈沖序列的拖尾相互交疊造成基線漂移對(duì)于給定的判決閾值，漂移將影響判決第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三單級(jí)性RZ格式長(zhǎng)連0碼會(huì)導(dǎo)致定時(shí)同步信號(hào)的丟失。對(duì)基帶和時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行模二加運(yùn)算可得光曼徹斯特碼。需兩倍NRZ碼的帶寬，無誤碼檢測(cè)與糾錯(cuò)能力。8.2.2RZ碼第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三特點(diǎn)：比特1的光脈沖僅占比特周期的一部分，典型的有33%RZ、50%RZ和67%RZ產(chǎn)生：NRZ信號(hào)乘以一個(gè)頻率為信號(hào)比特率兩倍的clk信號(hào)8.2.2RZ碼第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三優(yōu)點(diǎn)：長(zhǎng)連1仍帶有時(shí)鐘信息，抗非線性效應(yīng)能力強(qiáng)缺點(diǎn)：長(zhǎng)連0時(shí)仍然容易導(dǎo)致時(shí)鐘丟失；且占用的帶寬為NRZ的2倍，因此抗色散能力差；無誤碼檢測(cè)與糾錯(cuò)能力。第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三曼徹斯特碼特點(diǎn)：每個(gè)比特周期內(nèi)都發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)，根據(jù)翻轉(zhuǎn)的極性不同

來區(qū)分0和1，一般采用NRZ和時(shí)鐘信號(hào)的模二加運(yùn)算獲得優(yōu)點(diǎn)：在長(zhǎng)連0和1的時(shí)候，仍然能保持時(shí)鐘信息，易于編解碼第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三mBnB分組碼是將m個(gè)二進(jìn)制比特構(gòu)成的分組，轉(zhuǎn)化為更長(zhǎng)的由n(n>m，一般n=m+1)個(gè)二進(jìn)制比特構(gòu)成的分組。附加的冗余比特以n/m的比率增加帶寬，但其沒有長(zhǎng)的連1和長(zhǎng)的連0碼，沒有基線漂移問題，可提供足夠的定時(shí)和檢錯(cuò)信息。

適合高速傳輸?shù)挠?B4B、4B5B、5B6B、8B10B碼。

8.2.3分組碼第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三分組碼mBnB特點(diǎn)：將m位二進(jìn)制比特編成n(n>m)位碼并在相同的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)發(fā)送出去，即在數(shù)據(jù)流中引入冗余優(yōu)點(diǎn)：能避免長(zhǎng)連0和長(zhǎng)連1的出現(xiàn)

冗余的引入可以增強(qiáng)糾錯(cuò)能力缺點(diǎn)：帶寬比原來增大了n/m倍例如：曼徹斯特碼就是一種1B2B碼，‘1’‘10’,‘0’‘01’第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三

自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（ARQ）：

若接收機(jī)檢測(cè)出誤碼，則通過反饋信道技術(shù)請(qǐng)求消息重發(fā)。不適于需要較低執(zhí)行時(shí)間的場(chǎng)合。信源發(fā)送控制器編碼器解碼器接收控制器用戶反饋信道自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（ARQ）8.2.4糾錯(cuò)提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的方法：自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（ARQ）和前向糾錯(cuò)（FEC）第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三FEC避免了高帶寬的光網(wǎng)絡(luò)要求低延遲條件時(shí)ARQ的缺點(diǎn)。在FEC技術(shù)應(yīng)用中，輔助信息和主信息同時(shí)傳輸，若主信息丟失或接收到誤碼，輔助信息可以重構(gòu)主信息。最常用的糾錯(cuò)碼為循環(huán)碼。將它們標(biāo)記為（n，m），其中n等于原比特?cái)?shù)m加上冗余比特?cái)?shù)。一些已經(jīng)得到應(yīng)用的例子，如（224，216）短化的Hanming碼、（192，190）Reed-Solomon碼、（255，239）Reed-Solomon碼、（18880，18865）和（2370，2385）短化的Hanming碼。前向糾錯(cuò)（FEC）：第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三（224，216）碼缺點(diǎn)：占用額外帶寬采用FEC可以使誤碼率降低，從而使系統(tǒng)性能得到相對(duì)改善。第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.3系統(tǒng)性能分析 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能主要包括：（1）誤碼性能（2）抖動(dòng)性能（3）系統(tǒng)的可靠性。第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.3.1.誤碼特性1.誤碼概念 誤碼就是經(jīng)接收判決再生后，數(shù)字碼流的某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，使傳輸信息的質(zhì)量產(chǎn)生了損傷。①內(nèi)部機(jī)理產(chǎn)生的誤碼 它包括各種噪聲源產(chǎn)生的誤碼；定位抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼；復(fù)用器、交叉連接設(shè)備和交換機(jī)的誤碼。第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三②脈沖干擾產(chǎn)生的誤碼 一些具有突發(fā)性質(zhì)的脈沖干擾如外部電磁干擾、靜電放電、設(shè)備故障、電源瞬態(tài)干擾和人為活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生誤碼。第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三2.誤碼源（1）各種噪聲源接收機(jī)光電檢測(cè)器散彈噪聲、雪崩倍增噪聲、放大器熱噪聲等。（2）色散引起的碼間串?dāng)_（3）定位抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼（4）復(fù)位器、交叉連接設(shè)備和交換機(jī)的誤碼（5）突發(fā)脈沖干擾靜電放電、配線架接觸不良、設(shè)備故障、電源瞬間干擾。第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三3.誤碼率 誤碼率是指在特定的一段時(shí)間內(nèi)所接收到的數(shù)字碼元誤差數(shù)目與在同一時(shí)間內(nèi)所收到的數(shù)字碼元總數(shù)之比。

誤碼率對(duì)誤碼發(fā)生的形態(tài)和原因、誤碼的評(píng)定方式、誤碼全程指標(biāo)的確定記載網(wǎng)絡(luò)各組成部分的分配有重要影響，是提供光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三4.誤碼特性的評(píng)定方法（1）長(zhǎng)期平均比特誤碼率 長(zhǎng)期平均誤碼率是指在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)的平均誤碼率。僅適于單個(gè)隨機(jī)誤碼情況，不適于突發(fā)的群誤碼的情況。

（2）誤碼的時(shí)間率 以比特誤碼率超過規(guī)定閾值（BERT）的百分?jǐn)?shù)來表示。10-310-610-9TLT0不可接受時(shí)間1×T0劣化時(shí)間4×T0第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.3.2.抖動(dòng)和漂移特性 抖動(dòng)是電信號(hào)傳輸過程中的一種瞬時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象。它定義為：數(shù)字信號(hào)的各有效瞬間對(duì)其理想時(shí)間位置的短時(shí)偏移。 抖動(dòng)可分為相位抖動(dòng)和定時(shí)抖動(dòng)。相位抖動(dòng)是指?jìng)鬏斶^程中所形成的周期性的相位變化。定時(shí)抖動(dòng)是指脈沖編碼傳輸系統(tǒng)中的同步誤差。第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三

定時(shí)抖動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能損傷表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面： ①對(duì)數(shù)字編碼的模擬信號(hào)，在解碼后數(shù)字流的隨機(jī)相位抖動(dòng)使恢復(fù)后的樣值具有不規(guī)則的相位，從而造成輸出模擬信號(hào)的失真，形成所謂抖動(dòng)噪聲；發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三 ②在再生器中，定時(shí)的不規(guī)則性使有效判決偏離接收眼圖的中心，從而降低了再生器的信噪比余度，直至發(fā)生誤碼； ③在SDH網(wǎng)中，像同步復(fù)用器等配有緩存器的網(wǎng)絡(luò)單元，過大的輸入抖動(dòng)會(huì)造成緩存器的溢出或取空，從而產(chǎn)生滑動(dòng)損傷。第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三UI（UnitIntreval)：1比特信息所占有的時(shí)間間隔1UI=1/傳輸比特率第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三8.3.3.系統(tǒng)可靠性 系統(tǒng)的可靠性一般采用故障統(tǒng)計(jì)分析法，即根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的可用時(shí)間和不可用時(shí)間，然后用可用性指標(biāo)來表示。所謂可用性是指可用時(shí)間占系統(tǒng)全部運(yùn)營(yíng)時(shí)間的百分比。因?yàn)槭墙y(tǒng)計(jì)量，因此統(tǒng)計(jì)時(shí)間越長(zhǎng)，所得結(jié)果越精確。第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三可用性的表示方法：

其中，MTBF：平均故障時(shí)間； MTTR：平均故障修復(fù)時(shí)間失效性的表示方法：

第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三傳播光功率頻譜的不理想和光波導(dǎo)色散之間的各種相互作用導(dǎo)致投射到光檢測(cè)器中的光功率發(fā)生變化，這些變化最終導(dǎo)致光接收機(jī)輸出噪聲，從而導(dǎo)致光功率損傷。這對(duì)高速鏈路的影響尤為嚴(yán)重。這些損傷包括：1.模式噪聲(LD+多模光纖)2.模式分配噪聲3.光源輸出波長(zhǎng)啁啾4.激光器回波導(dǎo)致的頻譜展寬8.4噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響

第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)將激光器發(fā)出的光注入多模光纖，其輸出功率會(huì)在多模光纖中激勵(lì)出許多相互相干的傳播模式。這些模式之間的相互干涉，在光纖截面出現(xiàn)一定亮度分布的光斑圖。在鏈路隨機(jī)機(jī)械振動(dòng)的作用下，光斑圖隨時(shí)間發(fā)生變化。光斑圖的變化造成了入射接收機(jī)的光功率隨時(shí)間發(fā)生變化，因此引入模式噪聲。

因此，造成模式噪聲的因素為：1.光源的相干性相干時(shí)間=(光源譜寬)-1>模間色散時(shí)延

dT=(Dv)-1>Ln12D/(n2·c)2.光纖鏈路上的隨機(jī)振動(dòng)、微彎模式噪聲第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三消除模式噪聲的措施：1.使用LED光源，主要用于避免模式噪聲2.使用多縱模激光器，這將增加光斑圖的粒狀性，從而降低鏈路中因機(jī)械干擾而引起的光強(qiáng)度起伏3.使用數(shù)值孔徑較大的光纖，因?yàn)樗С趾芏嗄Ｊ?，從而?dǎo)致光斑數(shù)目增多4.使用單模光纖，不存在模式間的干涉模式噪聲M'-光斑數(shù)中心波長(zhǎng)1200nm數(shù)據(jù)率280Mb/s第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三由于未能有效地抑制激光器邊模，半導(dǎo)體激光器中縱模的強(qiáng)度起伏相關(guān)產(chǎn)生了模式噪聲。即便是激光器輸出總功率不變，各個(gè)模式的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生起伏。不同的模式之間有微小的波長(zhǎng)差，于是每種模式進(jìn)入光纖之后將有不同的損耗和延時(shí)(色散)。因此在光纖色散的作用下，如果主模式的功率發(fā)生明顯起伏，那么接收端所收到的電平也將發(fā)生明顯變化。模式分配噪聲是單模光纖最主要的噪聲。模式分配噪聲第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三由激光器模式分配噪聲導(dǎo)致的功率損傷可以由下式近似表示：其中x是APD的過剩因子，Q是信噪比因子，k是模分配噪聲因子(一般在0.6-0.8之間)，B是數(shù)據(jù)比特