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1、1概述光纤通信系统设计TRANSMITTERMESSAGEORIGINRECEIVER图1.1标准光纤通信系统架构2模拟系统设计EquationChapter2Section1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耍求。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.
2、1系统方案一：窄带宽和低功率CarnerSourceLED0.8-0.9umInformationChannelMMF(SIorGRIN)DetectorPIN-PD表2.2系统方案二：高带宽和高功率CarrierSourceLD1.3umInformationChannelSMFDetectorAPD2.1.2负载电阻计算已知PIN-PD的电容©和传输带宽fs_dB，根据方程2兀RG(2.1)求得负载电阻R.RL=(2KCdf3_dB)-1=[2k(5x10-12)(6x106)]_I(2.2)=5305Q取Rl近似值5
3、100Q,计算得如他为6.24MHzo2.1功率预算2.2.1平均光功率计算标准的SNR方程是S二(n?/2)(MqeP/hf)2叽N-Mn2eRLAf(ID+r
4、ep/hf)+4kTAf(*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S」5(pP)2Rl(24)N4kTAf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人，假设环境温度T为300K,放大器噪声系数F为2,则Te=FT=600K,又已知PD响应率p为0.5A/W,计算平均光功率P为(2.5)4(1.
5、38x10~23)(600)(6.24x106)(105)0.5(0.5『(5100)=5・7yW取P近似值为6yW。2.2.1平均光电流计算根据平均光功率P为6
6、1W,计算得PIN-PD的平均光电流I=pP=3
7、iA,远大于暗电流（儿个纳安），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—4kTAf4（1.38x1O'23）600（6.24xl06）1==n'Rl5100（2.6）=40.5144nA2散粒噪声电流均方值石=2eIAf=2（1.6x10-,9）（3x10_6）（6.24x106）（2.7）=5.9
8、904nA2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3yA时，并没有驱动探测器进入非线性区，最人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5/5100=9.8xl（r4A（或980gA）,远远大于3
9、1A,系统不存在饱和问题。2.2.2详细方案光源SELEDX=0.85
10、im,Pdc=lmW,trise=12ns,Af=35nm,d<50
11、im光纤SIMMFNA=0.24,f3_dBxL=33MHzxkm,a=5dB/km,rCOK=50
12、im
13、GRINMMFNA=0.24,f3_dBxL=500MHzxkm,a=5dB/km,rcore=50
14、im2.2.1功率分配与链路长度计算使用dBm单位进行功率计算，光源功率为OdBm(lmW),探测器需要-22.2dBm(6gW),意味着从光源到光探测器间各组件总损耗不应超过22.2dBo阶跃折射率光纤与光源的耦合损耗为H=NA2=0.0576(12.4dB)(2.8)根据方程r
15、=NA2/2(2.9)可知渐变折射率光纤的耦合损耗多3dB,使用GRIN光纤的耦合损耗为15.4dB,在光纤的入射端和出射端分别存在O.2dB
16、的反射损耗。假设光纤链路只冇两个连接器(分别位丁•发射机和接收机)，分别存在ldB的损耗。因此预留给SI光纤的损耗为22.2-12.4-0.4-2=7.4dB,预留给GRIN光纤的损耗为4.4dBo850nm处的衰减为5dB/km,将SI光纤的长度限制在7.45/5=1.48km,1公里长的光纤还剩余2.4dB的空间；对于GRIN光纤最大链路长度为4.4/5=0.88km=880mo2.1带宽预算带宽预算应结合光源、光纤和光探测器的特性进行综合计算，通常根据上升吋间和带宽信息来进行系统的初始设计。231上升时间计算系统、光
17、源、光纤和光探测器的上升时间，通过以下方程联系(2」0)对于系统和光纤来说，从上升吋间到带宽的转换通过以下方程实现(2.11)由于系统的信号带宽为6MHz,则系统的上升时间ts=0.35/6xl06=58.3ns。(2.12)根据上升吋间(PN结自由电子迁移称为转移吋间)的计算方程tr=2.19RLCd
