第七讲光纤数字通信系统(2)fiberdigitalcommunicationsystem表征光纤传输系统传输能力的两个重要指标是传输距离和信息容量。对于数字系统而言，就是中继距离和码速容量。这里的中继距离也指短距离无中继传输时，两端站之间的距离。尽可能合理延长传输距离是光纤传输设计的一个目标。光纤传输的中继距离，受到两方面的限制：一是光纤损耗的限制；一是光纤色散的限制。下面分别说明。(一)中继距离受到光功率传输衰耗的限制因此，传输中的功率损耗分配可以写成：St-Sr=2ac+afL+∑asl+M式中St及Sr分别为发送及接收光功率（接收灵敏度）的分贝毫瓦（dBm）值；平均发射光功率取决于所用光源，对单模光纤通信系统，LD的平均发射光功率一般为-3～-9dBm,LED平均发射光功率一般为-20～-25dBm。光接收机灵敏度取决于光检测器和前置放大器的类型，并受误码率的限制，随传输速率而变化。因此，传输中的功率损耗分配可以写成：St-Sr=2ac+afL+∑asl+Mac为活动连接器的衰耗，算作有两个活动连接器；af为每公里光纤衰耗；L为收、发机之间光纤线路长度；∑asl为接续的熔接点总衰耗，常把它取为统计平均的每公里衰耗as值乘以L。在已知St、Sr及各衰耗值时，可在设定一些系统边际后，写出求中继间距L的公式：L=（St-Sr-2ac-Me-Ms）/（af+as+Mc）式中：Me：设备余度，包括环境因素及时间引起老化，对设备性能影响需留出的富余度。Ms：系统设计中考虑各种功率代价留出的富余度。Mc：光缆线路损耗富余度，它是用每公里缆长上的损耗分贝数（dB／km）来计算的，包括使用期内增加的修复熔接点，线路路由改变、线路增长而留出的余度。当码率升高时，由于接收机灵敏度下降，Sr增大，可由上式看出，中继间隔下降（距离缩短）。这表明在衰耗限制情况下，随着码率增高中继距离会减小。下面我们对几种光纤传输系统的中继距离作一比较。——多模光纤与0.8umLED系统；——0.8umLD或1.3umLED多模光纤系统；——1.3umLD与多模光纤；——1.3umLD常规单模光纤；——1.55umLD常规单模光纤；在几种不同衰耗限制中，以0.8um多模光纤及LED系统限制最严重。因为LED发送功率只有数十微瓦，光纤又有3～4dB／km的损耗，使中继距离低于10km；若使用LD光源，传输距离与用1.3um的LED光源结果相当。因1.3um上多模光纤衰耗已减小到1～2dB／km，所以如用LD光源，可使L增加一倍以上。如采用1.3um的LD及常规单模光纤系统，中继距离将继续加长。由于光纤衰耗在0.5dB／km左右，各种码速的通信距离已有很大提高。在常规单模光纤的1.55um窗口，以LD作光源的情况，由于光纤衰减为0.3dB／km，距离比上一种几乎增加了一倍。例题（1）(二)中继距离受到光纤色散的限制注：光纤的色散大体可分为模间色散和模内色散，模内色散又分为材料色散和波导色散。对于单模光纤主要是材料和波导色散构成的模内色散，对于梯度多模光纤，是用下式表示色散：τ1/2=√τ2m+τ2M式中τ1/2为光纤的总色散，τm为模内色散，τM为模间色散，可以用上两式计算出光纤带宽，看能否符合码率的要求。也可以据码率估算出fL后，用：fc=LfL（模内色散）fc=LγfL（模间色散）γ为带宽距离指数计算需要的光纤每公里带宽fc。例题（2）单模光纤中只有一种模，不存在模间偶合问题，可用fc=LfL计算。在较高码率下，如果选不到满足带宽的光纤，只有使L减小，传输受色散（带宽）的限制。单模光纤的色散影响较小，特别是在零色散波长上，理论上有m=0（色散系数）使τm=m△ωL=0，故带宽对距离的影响变的很小，在200Mb/s以下基本不必考虑。但对200Mb/s以上的速率仍不可忽视，这是因为光纤的零色散波长因制造偏差不一定在1.31um上，经多段连接后没有m=0的波长存在，而且光源具有一定宽度，且峰值波长不一定与光纤零色散波长相重合，所以τm≠0引起的脉冲展宽必须考虑。1989年CCITT提出一个简化的计算方法，即考虑τm引起的灵敏度下降，给出一个光通道的色散灵敏度代价Dc，它相当于Ms，所以带入中继距离计算式分子中扣除即可。一般取Dc为0.5~1dB。在多模光纤传输系统中，由于色散对传输距离的限制较严重，在计算中继距离时，多从衰耗及色散的两方面分别考虑对中继距离的限制，取其中限制较大（距离小）的。也有两者一并考虑的较为复杂的计算方法。下图示出各种光纤的中继距离和传输速率的关系，包括损耗限制和色散限制的结果。实线为损耗限制系统，虚线为色散限制系统。对于波长为0.85um的多模光纤，由于损耗大，中继距离一般