多模光纖和傳輸速率帶寬的關(guān)系

在多模光纖參數(shù)中都會(huì)有一個(gè)帶寬（信道帶寬）的參數(shù)，單位為MHz.km，而有時(shí)又會(huì)被問(wèn)到多模光纖的傳輸速率達(dá)到200Mbit/s嗎？怎么理解這兩者的關(guān)系呢？我們先來(lái)理解多模光纖的帶寬。通常多模光纖的信息容量大小用帶寬長(zhǎng)度積來(lái)度量。單位為什么不是常見(jiàn)的MHz，而是MHz-km？首先要理解多模光纖本身的特性：多模光纖在傳輸光波導(dǎo)信號(hào)過(guò)程中附加的群時(shí)延、模間色散、材料色散、波導(dǎo)色散等導(dǎo)致信號(hào)失真，其中，模間色散是帶寬決定性因數(shù)，而材料色散、波導(dǎo)色散通?？梢院雎?，但對(duì)于單模光纖的影響卻十分顯著。上述的因數(shù)將造成光波導(dǎo)信號(hào)在多模光纖中傳輸時(shí)，其信號(hào)在多模光纖中的傳輸長(zhǎng)度與帶寬成反比。一般地，傳輸長(zhǎng)度越大，則傳輸帶寬下降。MHz?km為單位正是為了表征多模光纖在1KM內(nèi)所能傳輸?shù)娜萘浚ㄇ疤崾切盘?hào)不失效）。光纖長(zhǎng)度是標(biāo)志性物理參數(shù)，一旦確定距離，就可以根才用戶(hù)現(xiàn)在或?qū)?lái)的帶寬需求縮小光纖的選擇范圍。因此，簡(jiǎn)單地說(shuō)多模光纖的實(shí)際帶寬并無(wú)意義，所以必須加上長(zhǎng)度來(lái)保證信號(hào)不失效，因此單位就變成MHz-KM。比如帶寬600MHz-KM的在2KM的地方其帶寬就只有300M了。對(duì)于階躍折射率多模光纖，多種因數(shù)的影響使它的帶寬長(zhǎng)度積被限定在20MHz.KM，對(duì)于梯度型折射率光纖，其帶寬長(zhǎng)度積可高達(dá)2.5GHz.KM，而對(duì)于單模光纖的帶寬，由于色散小、光源譜寬窄等因數(shù)，可以認(rèn)為其傳輸帶寬是無(wú)限的。有研究表明，對(duì)于短波長(zhǎng)0.85gm，如果光源的均方根譜寬是20nm的話(huà)，最好情況的光纖總帶寬不過(guò)是1GHz?km;對(duì)于1.30pm波長(zhǎng)，如果剖面指數(shù)控制得好的話(huà)，最高的帶寬可以超過(guò)10GHz-kmo（備注信息：就目前而言，LED（發(fā)光二極管）的均方根譜寬大約是中心波長(zhǎng)的5%，例如，假設(shè)LED的發(fā)射峰值波長(zhǎng)為850nm，則其典型譜寬應(yīng)為40nm，也就是他發(fā)射光的功率大部分集中在830?870nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。LD（半導(dǎo)體激光器）光源的譜寬則要窄得多，其中多模LD的典譜寬為1?2nm，而單模LD的典型譜寬僅有0.0001nm。）多模光纖的傳輸速率跟多模光纖帶寬是有一定關(guān)聯(lián)的。首先，數(shù)據(jù)傳輸速率（又稱(chēng)碼率、比特率或數(shù)據(jù)帶寬）描述通信中每秒傳送數(shù)據(jù)代碼的比特?cái)?shù)，單位是比特/秒，可記為bit/s=b/s=bps。信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系可以奈奎斯特（Nyquist）準(zhǔn)則與香農(nóng)（Shanon）定律描述。奈奎斯特準(zhǔn)則指出：如果時(shí)間間隔為n/3（3=2nf-->2f=w/n），通過(guò)理想通信道傳輸窄脈沖信號(hào)，則前后碼元之間不產(chǎn)生相互竄擾。因此，對(duì)于二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax（單位為bps）與通信信道帶寬B（B=f,單位為Hz）的關(guān)系可以寫(xiě)為：Rmax=2f。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)據(jù)，若信道帶寬B=f=200MHz，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為400Mbps，多進(jìn)制的話(huà)速率可增加N倍。奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無(wú)噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率與信道帶寬的關(guān)系。香農(nóng)定理則描述了有限帶寬、有隨機(jī)熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信噪比之間的關(guān)系。香農(nóng)定理指出：在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信噪比S/N的關(guān)系為：Rmax=B-log2(1+S/N)式中，Rmax單位為bps，帶寬B單位為Hz,信噪比S/N通常以dB(分貝)數(shù)表示。若S/N=30(dB),那么信噪比根據(jù)公式：S/N(dB)=10-lg(S/N)可得，S/N=1000。若帶寬B=3000Hz，則Rmax%30kbpso香農(nóng)定律給出了一個(gè)有限帶寬、有熱噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的極限值。它表示對(duì)于帶寬只有3000Hz的通信信道，信噪比在30db時(shí)，無(wú)論數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制或更多的離散電平值表示，都不能用越過(guò)30kbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。1、 模擬信道的帶寬模擬信道的帶寬W=f2-f1其中f2:信道能通過(guò)的最高頻率f1:信道能通過(guò)的最低頻率2、 數(shù)字信道的帶寬信道中能不失真地傳輸?shù)拿}沖序列的最高速率，即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)。碼元速率也叫波特率，碼元速率的單位叫波特(Baud)有限帶寬無(wú)噪聲信道的極限波特率(尼奎斯特定理)：若信道帶寬為W，則最大碼元速率B=2W其表明：?jiǎn)挝幻亢掌澋膸?，單位時(shí)間內(nèi)所通過(guò)的最大碼元個(gè)數(shù)是2個(gè)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)(在數(shù)字信道中如何使用模擬信號(hào)表示01碼)幅度鍵控(ASK)頻移鍵控(FSK)相移鍵控(PSK)數(shù)據(jù)速率和波特率a、 數(shù)據(jù)速率和波特率是兩個(gè)不同的概念，僅當(dāng)碼元取兩個(gè)離散值時(shí)二者才相等。舉例：即有時(shí)候可以令f1表示11，f2表示00，f3表示01，f4表示10,這樣的話(huà)，一個(gè)碼元就攜帶了2比特的信息。b、 用n表示一個(gè)碼元攜帶的信息量，用N表示波可以表示的碼元種類(lèi)數(shù)，則n=log2Nc、 所以令R表示數(shù)據(jù)速率R=n*碼元速率，所以無(wú)噪聲信道數(shù)據(jù)速率公式為：R=n*B=2Wlog2N，單位是每秒比特(bps或b/s)d、 香農(nóng)定理(有噪聲信道的極限數(shù)據(jù)速率)C=Wlog2(1+S/N)其中S表示信號(hào)的平均功率，N表示噪聲的平均功率，S/N叫做信噪比，信噪比值太大，故常取其分貝數(shù)dBdB=10log10S/N例如S/N=1000時(shí)，信噪比為30dB,所以香農(nóng)定理跟波所可以表示的碼元種類(lèi)數(shù)無(wú)關(guān)，只要信噪比給定則單位時(shí)間內(nèi)最大信息傳輸量就確定了，例如：信道帶寬為3000HZ，信噪比為30dB則C約等于30000b/s，但這只是一個(gè)極限值，只是理論上的，實(shí)際上能達(dá)到9600b/s就不錯(cuò)了。e、在數(shù)字信道上所提到的帶寬實(shí)際上是信道的最大傳輸速率，如以太網(wǎng)的10Mb/s,100Mb/s,它與模擬信道的帶寬可以通過(guò)香農(nóng)定理互相轉(zhuǎn)換。3、在數(shù)字模式和模擬模