光通信那些事 2

jamdel

光通信那些事 2

3、光通信结构

3.1 基本架构

基本架构，其实就是模拟-数字-模拟(光信号)-数字-模拟多轮转换的过程

光通信系统可分为光发射机、光接收机、传输介质三大部分。在发送端电信号通过光发射机转换为光信号，进入传输介质中传输（中途可能经过中继器进行再生），最后抵达接收端由光接收机接收再转化为电信号。上图中：

l  中继器将传输中衰减的光信号转变为电信号，并进行放大、整形和定时处理，恢复信号形状和幅度，然后再转换回光信号，沿光纤线路继续传输，用于长途传输系统如WDM，以保证信号的质量。中继器结构复杂，价格昂贵，后来有了光放大器，能对光信号进行直接放大，克服了光纤损耗对通信距离的限制。

l  LD/LED是光发射机里的光源，LD是发光二极管，LED是半导体激光器；

l  PIN/APD是光接收机里的光电检测器，PIN与APD是光电二极管；

l  Fiber指光纤及传输介质。

3.2 传输介质光纤

     光纤，全称光导纤维，是一种利用光的全反射原理，用玻璃或塑料纤维制成的光传导工具。

3.2.1结构

光纤结构

1.    纤芯：直径8um，光传输的主通道。

2.    包层：直径125um，折射率低于纤芯，约束光在纤芯中。

3.    缓冲层：直径250um，缓冲冲击、保护光纤。

4.    外套：直径400um，缓冲冲击、保护光纤。

3.2.2光纤分类

按照纤芯－包层折射率的分布可将光纤分为阶跃型折射率光纤和渐变型折射率光纤。

l  阶跃型折射率光纤（step-index fiber）在纤芯-包层边界区域的折射率是突变的。

l  渐变型折射率光纤（graded-index fiber）的折射率是缓慢改变的，从纤芯到包层，逐渐地减小；

按照传输模式的数量多少分为单模光纤和多模光纤

     随着纤芯直径的粗细不同，光纤中传输模式的数量多少也不同，可分为单模光纤和多模光纤。

l  多模光纤：一般会以橘色外皮做为辨识。当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在波导光纤中会以几十种或更多的传播模式进行传播。多模光纤既有阶跃型折射指数光纤，也有渐变型折射指数光纤。因其模间色散较为严重，一般用于短距离通信。

l  单模光纤：一般会以黄色外皮做为辨识。大多数是阶跃型折射率光纤。中心玻璃芯很细，纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时，只能传播一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯。在光通信中，单模光纤较常用。

通俗地讲，单模光纤只允许一种传输模式，如对应于端面上入射光的某一特定入射角和入射方向。而多模光纤则允许多个传输模式，对应于端面上入射光的多个入射角和入射方向（波分通信系统里用的都是单模光纤，注意“模”指以一定角度进入光纤的一束光线，不是一种波长的信号）。

3.2.3光纤基本指标

l  损耗 损耗又叫衰减，表现于光在光纤中传输时光功率会呈指数下降。导致损耗的原因有吸取、散射和弯折。观察单模光纤的损耗特性曲线，存在损耗峰的特性，这是由于杂质导致的，现在随着光纤制造工艺的提升，这个损耗峰已经被抹平。

光纤损耗曲线，很重要，是决定当前光纤传输波长选择的基础

l  色散 光信号在光纤中传输时，由于传输速度不同而造成彼此互相分离的过程，称为色散。在光纤色散的作用下，光脉冲将发生展宽，不但引起光脉冲的峰值光功率降低，而且引起前后脉冲在时间上的交叠并产生码间干扰（ISI: Inter Signal Interfere），从而引起接收性能劣化，增加误码率。这个指标在前期10G网络传输里比较重要，现在100G或者大于100G的传输都是收发机通过芯片算法调优了，光路设计上不再需要考虑这个指标了。

l  非线性效应 （非线性及无规律性，光纤传输中最麻烦的指标）。当光纤的入纤功率不大时，光纤呈现线性特征，当光放大器和高功率激光器在光纤通信系统中使用后，光纤的非线性特征愈来愈显著。注意非线性效应一旦产生，就无法消除或补偿，必须尽量防止非线性效应的产生。非线性效应与色散相关，色散并不是越小越好。使用模场直径大的光纤，可以降低通过光纤的功率密度，可以抑制非线性效应的产生。最主要大家可以通过降低入纤光功率、采用大有效面积光纤等来防止非线性效应的发生。

3.2.4常用光纤类型

光纤标准由ITU-T定义，下表为三种常见的单模光纤定义。其中G.652光纤应用最广，G.655次之，包括TWC、TWRS、ELEAF等不同品牌和种类，G.653在日本应用较多。除此之外还有海缆通信常用的G.654、室内通信常用的G.657等等。

无论是With DCM的非相干系统，还是DCM free的相干系统，色散都不再是瓶颈，主要矛盾一般都是非线性或者信噪比。（DCM色散补偿模块与相干，非相关的常识点，可以单独写一篇聊聊）因此，模长直径大的G652更适合波分网络。对于新铺设光纤，大家一律建议客户采用G.652光纤，或者模场直径与衰耗系数比G.652光纤更优的光纤，现在新光纤标准还没有定论。所以大家一般推荐G.652光纤。

小结一下，G653光纤很小众，G655美国用得多，拉美人们离他们近，所以也部署了不少。我国部署初期就比较有远见，直接上G.652，目前证明高速大容量传输性能是最好的。

类型	定义	适用范围
G.652	标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。	SDH系统、DWDM系统均可。
G.653	色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1550nm附近的光纤，它相对于标准单模光纤（G.652），其色散零点发生了移动。	SDH系统可以，DWDM一般不采用，存在严重四波混频非线性问题，波分传输能力较差！
G.655	非零色散位移光纤（NZDSF），将色散零点的位置从1550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1550nm附近的DWDM工作波长范围内。	SDH/DWDM系统均可，但更适合SDH系统的传送。