多模光纤带宽与传输速率

在多模光纤参数中都会有一个带宽（信道带宽）的参数，单位为MHz·km，而有时又会被问到多模光纤的传输速率达到200Mbit/s吗？怎么理解这两者的关系呢？

我们先来理解多模光纤的带宽。

通常多模光纤的信息容量大小用带宽长度积来度量。单位为什么不是常见的MHz，而是MHz·km？首先要理解多模光纤本身的特性：多模光纤在传输光波导信号过程中附加的群时延、模间色散、材料色散、波导色散等导致信号失真，其中，模间色散是带宽决定性因数，而材料色散、波导色散通常可以忽略，但对于单模光纤的影响却十分显著。上述的因数将造成光波导信号在多模光纤中传输时，其信号在多模光纤中的传输长度与带宽成反比。一般地，传输长度越大，则传输带宽下降。MHz·km为单位正是为了表征多模光纤在1KM内所能传输的容量（前提是信号不失效）。光纤长度是标志性物理参数，一旦确定距离，就可以根据用户现在或将来的带宽需求缩小光纤的选择范围。因此，简单地说多模光纤的实际带宽并无意义，所以必须加上长度来保证信号不失效，因此单位就变成MHz·KM。比如带宽600MHz·KM的在2KM的地方其带宽就只有300M了。对于阶跃折射率多模光纤，多种因数的影响使它的带宽长度积被限定在20MHz·KM，对于梯度型折射率光纤，其带宽长度积可高达2.5GHz·KM，而对于单模光纤的带宽，由于色散小、光源谱宽窄等因数，可以认为其传输带宽是无限的。有研究表明，对于短波长0.85μm,如果光源的均方根谱宽是20nm的话,最好情况的光纤总带宽不过是1GHz·km;对于1.30μm波长,如果剖面指数控制得好的话,最高的带宽可以超过10GHz·km。

（备注信息：就目前而言，LED（发光二极管）的均方根谱宽大约是中心波长的5%，例如，假设LED的发射峰值波长为850nm，则其典型谱宽应为40nm，也就是他发射光的功率大部分集中在830~870nm的波长范围内。LD（半导体激光器）光源的谱宽则要窄得多，其中多模LD的典谱宽为1~2nm，而单模LD的典型谱宽仅有0.0001nm。）

多模光纤的传输速率跟多模光纤带宽是有一定关联的。首先，数据传输速率（又称码率、比特率或数据带宽）描述通信中每秒传送数据代码的比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s=b/s=bps。信道带宽与数据传输速率的关系可以奈奎斯特(Nyquist)准则与香农(Shanon)定律描述。

奈奎斯特准则指出：如果时间间隔为π/ω (ω=2πf-->2f=w/π),通过理想通信道传输窄脉冲信号，则前后码元之间不产生相互窜扰。因此，对于二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax（单位为bps）与通信信道带宽B（B=f,单位为Hz)的关系可以写为：Rmax＝2f。对于二进制数据，若信道带宽B=f=200MHz，则最大数据传输速率为400Mbps，多进制的话速率可增加N倍。奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。

香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信噪比之间的关系。香农定理指出：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N的关系为：Rmax＝B·log2(1+S/N) 式中，Rmax单位为bps,带宽B单位为Hz，信噪比S/N通常以dB（分贝）数表示。若S/N=30(dB),那么信噪比根据公式：S/N(dB)=10·lg(S/N) 可得，S/N＝1000。若带宽B=3000Hz，则Rmax≈30kbps。香农定律给出了一个有限带宽、有热噪声信道的最大数据传输速率的极限值。它表示对于带宽只有3000Hz的通信信道，信噪比在30db时，无论数据采用二进制或更多的离散电平值表示，都不能用越过30kbps的速率传输数据。

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