1. 光通信基础回顾：光纤传输原理、损耗与色散、系统基本组成

做光通信链路评估，说白了就是跟光信号的质量打交道。你连光纤怎么传光、信号为什么变差、系统由哪些模块组成都不清楚，那后面的性能分析根本没法落地。这一章咱们把基础过一遍，我挑重点讲，不搞教科书式的罗列。

1.1 光纤传输原理——光是怎么在玻璃丝里跑的

光纤传输靠的是全内反射。光从纤芯射向包层时，只要入射角大于临界角，光就被“关”在纤芯里，一路往前弹射。这个原理不难，但实际工程里有个坑——弯曲损耗。

光纤按传输模式分两类：

• 单模光纤（SMF）：纤芯直径约 9 μm，只传一个基模。适合长距离、高速率。我常用的 G.652.D 就是典型。
• 多模光纤（MMF）：纤芯直径 50 μm 或 62.5 μm，传多个模式。适合短距离、低成本。但模式色散大，速率一高就出问题。

你想想看，为什么 100G 以上系统几乎全用单模？因为多模的模间色散会把脉冲展宽到没法恢复。我见过有人想在 2 km 多模上跑 25G，结果眼图完全闭合——这就是选型失误。

1.2 损耗与色散——信号变差的两大元凶

光信号在光纤里走，能量会衰减，脉冲会展宽。前者叫损耗，后者叫色散。这两个参数直接决定了你能传多远、多快。

1.2.1 损耗

损耗的单位是 dB/km。典型值：

我个人习惯在链路预算里留 3 dB 的余量。为什么？因为连接器污染、熔接点老化、温度变化都会带来额外损耗。有一次我在实验室测一段链路，理论损耗 8.2 dB，实测 11.5 dB——结果发现一个法兰盘里灰尘太多。清洁之后降到 8.5 dB。嗯，清洁是成本最低的优化手段。

1.2.2 色散

色散让脉冲展宽，导致码间干扰。主要有三种：

• 材料色散：折射率随波长变化，不同波长速度不同。
• 波导色散：光在纤芯和包层中分布比例随波长变化。
• 模式色散：多模光纤中不同模式传播速度不同。

单模光纤主要考虑前两种，合称色度色散（CD）。单位是 ps/(nm·km)。G.652 光纤在 1550 nm 的色散系数约 17 ps/(nm·km)。

举个例子：10 Gbps NRZ 信号，谱宽 0.1 nm，传 100 km，色散导致的脉冲展宽是：

Δτ = D × Δλ × L
    = 17 × 0.1 × 100
    = 170 ps

170 ps 的展宽对于 100 ps 的码元周期来说，已经接近 2 个 UI。眼图基本就闭合了。所以长距系统必须加色散补偿。

1.3 系统基本组成——一条完整链路的骨架

一个典型的光通信链路，从发到收，包含以下模块：

1. 光发射机：激光器 + 调制器。激光器提供光载波，调制器把电信号“写”到光上。
2. 光纤链路：光纤 + 连接器 + 熔接点 + 光放大器（如有）。
3. 光接收机：光电探测器 + 放大器 + 时钟恢复。把光信号变回电信号。
4. 辅助器件：色散补偿模块、光滤波器、光开关等。

下面这张图是我自己画的一个简化系统结构：

做链路评估时，我习惯把每个模块的关键参数列出来：