光纤通信课件第七章之一
合集下载
光纤通信系统培训课件
抖动的单位是UI(Unit Interval)
1UI的时间相差非常大，一般用抖动占UI的 相对值来表示。
由于抖动难以完全消除，为保证整个系统正 常工作，根据ITU-T建议和我国国标，抖动 的性能参数主要有：
①输入抖动容限；
②输出抖动；
③抖动转移特性。
7.4光纤损耗和色散对系统的限制
1 光纤通信系统受到光纤损耗的限制，因此 ，我们要在满足系统的性能指标前提下， 最大限度地延长中继距离。 中继距离的估算一般采用ITU-T G.956所建 议的极限值设计法。
( 3 ) STM-64 系 统 在 选 用 SLM 激 光 器 ， 且 选 用 1550nm工作波长区，不加光放大器也不加色散 补偿的情况下，最大无再生距离至多为37km。 超过37km必须加色散补偿措施。
(4) STM-256系统无补偿措施不能用于局间通信， 而且简单的补偿办法也是行不通的，因为仅频率 啁啾引起的波形展宽就可能使脉冲展宽一倍，表 7-4-1估算结果的误差可能大到已经失去了参考 价值。STM-256系统需要光源的外调制、光放大 和色散补偿多重技术同时采用。可见STM-256系 统目前的传输成本不支持其实用化。
(2) 监控信号的传输
在光纤通信监控系统中，监控信号是怎样在主控 站和被控站之间传输呢?目前有两类方式：
一类是在光缆中加金属导线对来传输监控信号， 已经逐渐被淘汰；
另一类是由光纤来传输监控信号。
光纤来传输监控信号又可分为如下两种方式
a 频分复用传输方式。
采用频分方式可有不同的方法，其中一种方法是脉 冲调顶方法。
4
插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后 在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出， 根 据 插 入 码 的 类 型 分 为 ： mB1P码 ， mB1C码 ， mB1H码。
光纤通信第五版_第七章讲义
则渡越时间为：
d 50 106 9 t 10 s 1 ns 4 v 5 10
7.4
47
7.4.4 响应速度 检测器的上升时间基本上等于渡越时间，带宽限制为：
f3 dB
响应时间。
0.35 tr
除了渡越时间外，检测器电容和负载电阻同样限制着
7.4
48
7.4.4 响应速度 检测器等效电路
第7章 光检测器
7.1
1
7.1 光检测原理
光检测器：将光信号转换为电信号的器件. 内部光电效应
半导体中由于吸收了光子而产生载流子的效应 器件:
• PN型光电二极管 • PIN型光电二极管 • 雪崩型二极管(APD)
7.1
2
7.1 光检测原理
外部光电效应 当光子撞击金属表面而产生自由电荷的效应，电子从金
因此电路中产生电流。
7.3
25
7.3 半导体光电二极管
真空二极管中的结论依然适用：
i
η eP
hf
i ηe P hf
检测条件由功函数变为了带隙能量：
hf W g
Wg f h
7.3
26
7.3 半导体光电二极管
ch Wg 在截止波长有： hfc c
或者：
hc c Wg
0.5
( A /W )
0
0.5
0.7
0.9 (m)
7.1
1.1
5
7.1 光检测原理
3. 响应速度:
在多大的调制频率范围内光检测器能工作。如以前讨 论的那样，设tr 为上升时间则带宽近似为：
f3 dB
P 输入
0.35
tr
i
(7.2)
d 50 106 9 t 10 s 1 ns 4 v 5 10
7.4
47
7.4.4 响应速度 检测器的上升时间基本上等于渡越时间，带宽限制为：
f3 dB
响应时间。
0.35 tr
除了渡越时间外，检测器电容和负载电阻同样限制着
7.4
48
7.4.4 响应速度 检测器等效电路
第7章 光检测器
7.1
1
7.1 光检测原理
光检测器：将光信号转换为电信号的器件. 内部光电效应
半导体中由于吸收了光子而产生载流子的效应 器件:
• PN型光电二极管 • PIN型光电二极管 • 雪崩型二极管(APD)
7.1
2
7.1 光检测原理
外部光电效应 当光子撞击金属表面而产生自由电荷的效应，电子从金
因此电路中产生电流。
7.3
25
7.3 半导体光电二极管
真空二极管中的结论依然适用：
i
η eP
hf
i ηe P hf
检测条件由功函数变为了带隙能量：
hf W g
Wg f h
7.3
26
7.3 半导体光电二极管
ch Wg 在截止波长有： hfc c
或者：
hc c Wg
0.5
( A /W )
0
0.5
0.7
0.9 (m)
7.1
1.1
5
7.1 光检测原理
3. 响应速度:
在多大的调制频率范围内光检测器能工作。如以前讨 论的那样，设tr 为上升时间则带宽近似为：
f3 dB
P 输入
0.35
tr
i
(7.2)
光纤通信技术-第七章-光纤通信系统PPT课件
能传输监控、公务和区间信号; 能实现比特序列独立性，即不论传输的信息
信号如何特殊，其传输系统都不依赖于信息 信号而进行正确的传输。
1. 扰码
为了保证传输的透明性，在系统光发射机 的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的 二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。 它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经 过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概 率相等，从而改善了码流的一些特性。但是它 仍然具有下列缺点：
2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系 统可以用不同方式再生传输信号，消除传输 过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输 距离。
3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通 信系统中，话音、图像等各种信息都变换为 二进制数字信号，可以把传输技术和交换技 术结合起来，有利于实现综合业务。
4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文 与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密 通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并 经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。
光纤部分可根据所传信号的质量要求、传 输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光 纤或其他特ห้องสมุดไป่ตู้光纤。
光接收部分则采用和光发射部分相反的操 作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复 用，然后将基带信号送给相关用户。
7.1.2 光纤通信系统的分类
光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分 为不同类型。 1. 按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模 光纤通信系统和多模光纤通信系统； 2. 按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信 系统和专用光纤通信系统，如专网中的电力光纤 通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系 统等；
不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的 出现；
没有引入冗余，不能进行在线误码检测； 信号频谱中接近于直流的分量较大。
信号如何特殊，其传输系统都不依赖于信息 信号而进行正确的传输。
1. 扰码
为了保证传输的透明性，在系统光发射机 的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的 二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。 它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经 过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概 率相等，从而改善了码流的一些特性。但是它 仍然具有下列缺点：
2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系 统可以用不同方式再生传输信号，消除传输 过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输 距离。
3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通 信系统中，话音、图像等各种信息都变换为 二进制数字信号，可以把传输技术和交换技 术结合起来，有利于实现综合业务。
4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文 与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密 通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并 经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。
光纤部分可根据所传信号的质量要求、传 输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光 纤或其他特ห้องสมุดไป่ตู้光纤。
光接收部分则采用和光发射部分相反的操 作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复 用，然后将基带信号送给相关用户。
7.1.2 光纤通信系统的分类
光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分 为不同类型。 1. 按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模 光纤通信系统和多模光纤通信系统； 2. 按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信 系统和专用光纤通信系统，如专网中的电力光纤 通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系 统等；
不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的 出现；
没有引入冗余，不能进行在线误码检测； 信号频谱中接近于直流的分量较大。
光纤通信_第7章 光纤通信系统PPT课件
FOH FOH FOH FOH
123 … N 1 … N 1 … N 1 … 时隙
一帧
图7.11 数字信号的时分复用
PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）是指准同 步数字体系。根据国际电报电话咨询委员会CCITT （现改为国际电联标准化组织ITU-T）G.702建议， PDH的基群速率有两种， 即PCM30/32路系统和PCM24 路系统。 我国和欧洲各国采用PCM30/32路系统， 其 中每一帧的帧长是125μs，共有32个时隙（TS0～ TS31），其中30个为话路（TS1～TS15和TS17～ TS31），时隙TS0被用作帧同步信号的传输，而时隙 TS16用作信令及复帧同步信号的传输。
每个时隙包含8 bit， 所以每帧有8×32=256 bit， 码速 率为256 bit×（1/125 μs）=2.048 Mb/s。 日本和北美使 用的PCM24路系统， 基群速率为1.544 Mb/s。 几个基 群信号（一次群）又可以复用到二次群， 几个二次群 又可复用到三次群……。 表7.1是PDH各次群的标准比 特率。
模拟信号
输出信号
6
6
抽 样4
4
滤波
2
2
0
0
量化 3
67
5 12
6 3
7
5
1
2
解码
编码
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
图7.10 PCM编码和解码过程
PCM编码包括抽样、 量化、 编码三个步骤， 如 图7.10左半部分所示。 把连续的模拟信号以一定的抽 样频率f或时间间隔T抽出瞬时的幅度值， 再把这些幅 度值分成有限的等级， 四舍五入进行量化。 如图中把 幅度值分为8种， 所以每个范围内的幅度值对应一个量 化值， 这8个值可以用3位二进制数表示， 比如0对应 000， 1对应001， 2对应010， 3对应011， 4对应100， 5对应101， 6对应110， 7对应111。
光纤通信ppt模板课件
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤维的
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
光纤通信第7章光放大器讲解学习
SOA也是一种 重要的光放大 器，其结构类 似于普通的半 导体激光器。
I
R1
R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与 有源层的介质特性。
•根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大 器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA)
EDFA + 均衡器 → 合成增益
增益平坦/均衡技术(2)
2. 新型宽谱带掺杂光纤： 如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、
铒/铝共掺杂光纤（20nm）等， 静态增益谱的 平坦，掺杂工艺复杂。
3. 声光滤波调节： 根据各信道功率，反馈控制放大器输出端的
多通道声光带阻滤波器，调节各信道输出功率使 之均衡，动态均衡需要解复用、光电转换、结构 复杂，实用性受限
增益钳制技术(1)
电控：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整 泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的
方法。
In
Out
EDFA
LD Pump
泵浦控制均衡放大器（电控）
增益钳制技术(2)
在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率， 改变附加波长的功率，而实现增益钳制。
注入激光
四、EDFA的大功率化(1)
=1.3%
=0.7%
用于制作大功率EDFA 的双包层光纤结构图
芯层：5m 内包层： 50m 芯层(掺铒)，传播信号层(SM) 内包层，传播泵浦光(MM)
7.1 光放大器
7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA
7.1.3 半导体光放大器SOA
输出信号光功率 输入信号光功率
通信原理第七章数字带通传输系统课件
xDSL技术
xDSL技术利用数字带通传输系统实现宽带接入，提供了高速上 网、视频通话等服务。
光纤通信系统
光纤通信系统利用数字带通传输系统实现长距离、高速、大容量 的数据传输，广泛应用于城域网、骨干网等。
卫星通信系统中的数字带通传输系统
卫星电视接收系统
数字带通传输系统用于卫星电视接收系统中传输电视信号，实现 了覆盖广泛的电视节目服务。
无线局域网（WLAN）
WLAN利用数字带通传输系统实现无线高速上网，提供了灵活的接入方 式和便捷的数据传输服务。
03
全球定位系统（GPS）
GPS通过数字带通传输系统发送和接收信号，实现了高精度的定位和导
航功能。
有线通信系统中的数字带通传输系统
有线电视网络
数字带通传输系统用于有线电视网络中传输电视信号，提供了高 清晰度、稳定的电视节目服务。
通信原理第七章数 字带通传输系统课 件
contents
目录
• 数字带通传输系统的基本概念 • 数字带通传输系统的调制技术 • 数字带通传输系统的解调技术 • 数字带通传输系统的性能分析 • 数字带通传输系统的实际应用案例
01
CATALOGUE
数字带通传输系统的基本概念
数字带通传输系统的定义
数字带通传输系统是指利用调制 技术将数字信号转换为适合在带 通频段上传输的信号的一种通信
差错控制技术
采用各种差错控制技术，如奇偶校验、循环冗余校验、自动重传等， 可以降低误码率，提高抗干扰性能。
带通传输系统的频带利用率
频带利用率
数字带通传输系统的频带利用率 是指在有限的频带资源内传输尽 可能多的信息。
调制方式
采用高效的调制方式，如QPSK、 16QAM、64QAM等，可以有效 提高频带利用率。
xDSL技术利用数字带通传输系统实现宽带接入，提供了高速上 网、视频通话等服务。
光纤通信系统
光纤通信系统利用数字带通传输系统实现长距离、高速、大容量 的数据传输，广泛应用于城域网、骨干网等。
卫星通信系统中的数字带通传输系统
卫星电视接收系统
数字带通传输系统用于卫星电视接收系统中传输电视信号，实现 了覆盖广泛的电视节目服务。
无线局域网（WLAN）
WLAN利用数字带通传输系统实现无线高速上网，提供了灵活的接入方 式和便捷的数据传输服务。
03
全球定位系统（GPS）
GPS通过数字带通传输系统发送和接收信号，实现了高精度的定位和导
航功能。
有线通信系统中的数字带通传输系统
有线电视网络
数字带通传输系统用于有线电视网络中传输电视信号，提供了高 清晰度、稳定的电视节目服务。
通信原理第七章数 字带通传输系统课 件
contents
目录
• 数字带通传输系统的基本概念 • 数字带通传输系统的调制技术 • 数字带通传输系统的解调技术 • 数字带通传输系统的性能分析 • 数字带通传输系统的实际应用案例
01
CATALOGUE
数字带通传输系统的基本概念
数字带通传输系统的定义
数字带通传输系统是指利用调制 技术将数字信号转换为适合在带 通频段上传输的信号的一种通信
差错控制技术
采用各种差错控制技术，如奇偶校验、循环冗余校验、自动重传等， 可以降低误码率，提高抗干扰性能。
带通传输系统的频带利用率
频带利用率
数字带通传输系统的频带利用率 是指在有限的频带资源内传输尽 可能多的信息。
调制方式
采用高效的调制方式，如QPSK、 16QAM、64QAM等，可以有效 提高频带利用率。
光纤通信课件第七章
28
7.2.2 无源光网络（PON）
光纤通信
1．无源光网络（PON）的应用类型与组网
应用类型：按ONU所处的位置不同，可将PON分为3种基本的
应用类型，光纤到路边（FTTC），光纤到大楼（FTTB），光纤
到家（FTTH）和/或光纤到办公室（FTTO）。如图7-16所示。
图7-16 PON基本应用类型
11
7.1.1 DWDM概述
光纤通信
5．DWDM的优越性
（1）超大容量 （2）对数据“透明” （3）系统升级时能最大限度地保护已有投资 （4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性 （5）可兼容全光交换
12
7.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
1．DWDM器件
DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图7-5所示。 合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。 分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。
合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波
长为λs的光监控信道。
在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道
进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信
号。OTM的信号流向如图7-6所示。
14
7.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
图7-6 OTM信号流向图
光纤通信
学习本章目的和要求
掌握DWDM技术及系统结构。 了解光接入的原理，掌握光接入网的相关技术。 了解相干光通信及光弧子通信的基本概念。 了解全光网的概念。
3
7.1 DWDM技术
光纤通信
介绍：DWDM的原理 DWDM关键技术和实现方式 传输媒质（也就是光纤）的种类和特性 DWDM系统组网
7.2.2 无源光网络（PON）
光纤通信
1．无源光网络（PON）的应用类型与组网
应用类型：按ONU所处的位置不同，可将PON分为3种基本的
应用类型，光纤到路边（FTTC），光纤到大楼（FTTB），光纤
到家（FTTH）和/或光纤到办公室（FTTO）。如图7-16所示。
图7-16 PON基本应用类型
11
7.1.1 DWDM概述
光纤通信
5．DWDM的优越性
（1）超大容量 （2）对数据“透明” （3）系统升级时能最大限度地保护已有投资 （4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性 （5）可兼容全光交换
12
7.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
1．DWDM器件
DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图7-5所示。 合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。 分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。
合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波
长为λs的光监控信道。
在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道
进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信
号。OTM的信号流向如图7-6所示。
14
7.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
图7-6 OTM信号流向图
光纤通信
学习本章目的和要求
掌握DWDM技术及系统结构。 了解光接入的原理，掌握光接入网的相关技术。 了解相干光通信及光弧子通信的基本概念。 了解全光网的概念。
3
7.1 DWDM技术
光纤通信
介绍：DWDM的原理 DWDM关键技术和实现方式 传输媒质（也就是光纤）的种类和特性 DWDM系统组网
光纤通信ppt课件第七章
波分复用（WDM）
波分复用（DWM）：将各路信息分别加载在不同波长 的光载波上并且在同一根光纤中传输，再借助光学方 法在接收端将各路信息分解。
TX TX TX TX TX TX
TX TX
M 120 km
U
EDFA
X
120 km
TX
D
TX TX
EDFA
E 120 km
TX TX
M
TX TX
TX
7.2.1
可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络
WDM技术对网络升级、发展宽带业务(如CATV， HDTV 和IP over WDM等)、充分挖掘光纤带宽潜力、 实现超高速光纤通信等具有十分重要意义，尤其是 WDM加上EDFA更是对现代信息网络具有强大的吸引 力。
目 前 ， “ 掺 铒 光 纤 放 大 器 (EDFA)+ 密 集 波 分 复 用 (WDM)+非零色散光纤(NZDSF，即G.655光纤)+光子集 成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技 术方向。
时分复用
TDM(Time Division Multiplexer)
波分复用
WDM(Wavelength Division Multiplexer)
TDM和WDM技术合用
空分复用（SDM） Space Division Multiplexer
空分复用(SDM）即多对电线或光纤共用一条缆的复用 方式。比如5类线就是4对双绞线共用1条缆。能够实现 空分复用的前提条件是光纤或电线的直径很小，可以 将多条光纤或多对电线做在一条缆内，既节省外护套 的材料又便于使用。
RL 10 lg pr (dB) pj
(7.3)
其中Pj为发送进输入端口的光功率，Pr为从同一个输 入端口接收到的返回光功率。
精品课件-现代光纤通信-第7章
在所用光纤的带宽足够宽，系统传输的码速率又较低(或 频带较窄)的光纤通信系统中，其中继传输距离主要受光纤系 统衰减的限制。如果整个传输系统如图7-1-1所示，则其传输 距离为
L(km)
发送光功率（dBm）
接收机灵敏度（dBm） 接头损耗（dB） 每千米光纤衰减（dB/km）
富余度
(7-1-1 )
其中，接头损耗包括活动接头和固定接头损耗，固定接头损耗
(7-1-10)
第7章 光纤通信系统的总体设计和系统实例
上式表示了一个δ脉冲经过特性为H(f)的光纤网络后， 其输出波形的表达式。由于δ脉冲的宽度是趋近于零的，因此 上述波形的宽度即为脉冲波形的展宽。若与高斯波原形比较， 我们可以假定，δ脉冲的输出波形，仍是一个高斯形状。在实 际中，波形的均方根宽度不好测量，但是最大高度一半的宽度 τ1/2是容易得到的，而且这个τ1/2就等于脉冲幅度从10％上 升到90％所需的上升时间(从下面的图7-1-2可以看出)。因此， 将上述高斯波函数用τ1/2参量表示为
上升时间与其带宽Bc的关系
tc
2.2 2πBc
0.35 Bc
(7-1-8)
第7章 光纤通信系统的总体设计和系统实例
此式告诉我们，当一个电网络的频带宽度确定以后，那么 一个阶跃脉冲通过它时，其脉冲前沿的上升时间就是确定的， 即脉冲要被展宽。
在第2章中已经知道，光纤的传输函数为
H(
f
)
e
f fcL
2ln2
第7章 光纤通信系统的总体设计和系统实例 第7章 光纤通信系统的总体设计
和系统实例
7.1 光纤通信系统的总体设计 7.2 数字光纤传输系统举例 7.3 超长距离超大容量光纤通信系统 7.4 海底光缆通信系统
L(km)
发送光功率（dBm）
接收机灵敏度（dBm） 接头损耗（dB） 每千米光纤衰减（dB/km）
富余度
(7-1-1 )
其中，接头损耗包括活动接头和固定接头损耗，固定接头损耗
(7-1-10)
第7章 光纤通信系统的总体设计和系统实例
上式表示了一个δ脉冲经过特性为H(f)的光纤网络后， 其输出波形的表达式。由于δ脉冲的宽度是趋近于零的，因此 上述波形的宽度即为脉冲波形的展宽。若与高斯波原形比较， 我们可以假定，δ脉冲的输出波形，仍是一个高斯形状。在实 际中，波形的均方根宽度不好测量，但是最大高度一半的宽度 τ1/2是容易得到的，而且这个τ1/2就等于脉冲幅度从10％上 升到90％所需的上升时间(从下面的图7-1-2可以看出)。因此， 将上述高斯波函数用τ1/2参量表示为
上升时间与其带宽Bc的关系
tc
2.2 2πBc
0.35 Bc
(7-1-8)
第7章 光纤通信系统的总体设计和系统实例
此式告诉我们，当一个电网络的频带宽度确定以后，那么 一个阶跃脉冲通过它时，其脉冲前沿的上升时间就是确定的， 即脉冲要被展宽。
在第2章中已经知道，光纤的传输函数为
H(
f
)
e
f fcL
2ln2
第7章 光纤通信系统的总体设计和系统实例 第7章 光纤通信系统的总体设计
和系统实例
7.1 光纤通信系统的总体设计 7.2 数字光纤传输系统举例 7.3 超长距离超大容量光纤通信系统 7.4 海底光缆通信系统
光纤通信(Optical Fiber Communication)Optical FiberPPT课件
tan
2
2E0x E0y cos
E02x E02y
2020/7/24
The Sch. Of Information Engineering, WHUT
14
CONTENT
2020/7/24
The Sch. Of Information Engineering, WHUT
15
CONTENT
When E0x E0 y E0 , 2 2m (m 0, 1, 2 )
CONTENT
Chapter2 Optical Fiber
2020/7/24
The Sch. Of Information Engineering, WHUT
1
OUTLINE
CONTENT
The nature of light The fabrication of optical fibers The structure of an optical fiber The propagation principle of light along a fiber The transmission character of fiber
CONTENT
In 1815, Fresnel gived the correct explanation of diffraction. In 1864, Maxwell theorized that light waves must be electromagnetic in nature. The observation of polarization effects indicated that light wave are transverse. It is no different from a radio wave except that the wavelength is much shorter.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
取实际光纤色散分布最大值。
2013-1-6 8
光纤通信
（1）多纵模激光器（MLM-LD）和发光二极管 （LED）
Ld 10 f b Dm
6
（7-9）
式中f b是线路信号比特率，单位为Mbit/s； Dm 是 光纤色散系数，单位为ps/（nm· km）；δλ是光源 的均方根谱宽，单位为nm；ε是与色散代价有关的系 数，当光源为多纵模激光器（MLM−LD）时，ε取 0.115，若为发光二极管，ε取0.306。
2013-1-6 9
光纤通信 （2）单纵模激光器（SLM-LD）
LC
71400
（7-10）
2
式中α为啁啾系数，当采用普通DFB激光器作为系统光源
Dm f b
2
时，α取值范围为4～6；当采用新型的量子阱激光器时，α取
值范围为2～4；λ为波长（单位为nm）；f b为线路信号பைடு நூலகம்特 率（单位为Tbit/s）。
PSR =PT−PR−PP （7-1） PT为光发送功率；PR为光接收灵敏度；PP为光通道功率
代价。
2013-1-6 2
第7章 光纤通信系统设计
光纤通信
PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是
实际S-R点的允许损耗为 AS PSR Af L L M c L 2AC （7-2） \ Lf 式中A f表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），
2013-1-6 11
光纤通信 以STM−16长途通信系统光传输设计为例。 计划建设一条2.4Gbit/s单模光纤干线系统，系统采用单纵模 激光器，沿途具备设站条件的候选站点间的距离为（57～70）km， 系统设计要求设备富余度Me为4dB，光缆富余度Mc为0.05dB/km。
并假设工作波长为极端的1 580nm，单盘光缆的衰减系数
A S是再生段平均接头损耗（dB）， L f是单盘光缆的盘长（km）， M c是光缆富余度（dB/km）， A C是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗（dB），
这里按两个考虑。图7-1形象地演示了整个光通道损耗的
组成。 2013-1-6
3
第7章 光纤通信系统设计
光纤通信
图7-1 光通道损耗的组成 在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素，因 而对于中继距离的设计可以分为两种情况来讨论。 第一种情况是损耗受限系统，即再生段距离由S和R点之间的 光通道损耗决定。 第二种情况是色散受限系统，即再生段距离由S和R点之间
2013-1-6 12
LMAX
P P 2 AC P M e AS R P 光纤通信 T A Af S M C Lf
Lmin 27.4(km)
2013-1-6
2 ( 28) 2 0.35 2 4 0.1 0.1 0.22 0.05 2 19.4 0.32 60 (km) 71400 LC Dm 2 f b 2
（dBm），AC是光纤配线盘上的收发端两个附加活动连接器
损耗（dB），PP为光通道功率代价（dB），由反射功率代价
Pr和色散功率代价Pd组成，Me为系统设备富裕度（dB），Mc 为光缆富余度（dB/km），n是再生段内所用光缆的盘数，αfi 是单盘光缆的衰减系数（dB/km），Af表示再生段平均光缆衰 减系数（dB/km），αsi是单个光纤接头的损耗（dB），AS是
以2.4Gbit/s系统为例，假设工作波长λ为1550nm，Dm
为17ps/（nm· km），则采用普通量子阱激光器（设α=3） 和EA调制器（设α=0.5）后，传输距离可以分别达101km和
607km。
2013-1-6 10
光纤通信 （3）采用外调制器
LC
式中c为光速。
c Dm f b
71400 2 3 20 15802 0.0025 76(km)
由于Ll＜LC，所以此系统为损耗受限系统，且能满足58km无
中继传输距离的要求。
13
光纤通信
第7章 光纤通信系统设计
2013-1-6 1
第7章 光纤通信系统设计 一、损耗受限系统设计
光纤通信
光缆数字线路系统设计的基本方法是最坏值设计法。
所谓最坏值设计法，就是在设计再生段距离时，将所有参
数值都按最坏值选取，而不管其具体分布如何。 按照ITU−T建议G.957的规定，允许的光通道损耗PSR 为
2 2
（7-11）
以2.4Gbit/s为例，λ=1550nm，Dm=17ps/（nm· km），
则采用MZ外调制器的系统色度色散受限距离可以延长到1 275km
左右。 实际系统设计分析时，首先根据式（7-4）或（7-7）算出损耗
受限的距离，再根据式（7-8）至式（7-11）算出色散受限的距离，
最后选择其中较短的一个即为最大再生段距离。
Lmin L Lmax
2013-1-6 7
光纤通信
二、色散受限系统设计
色散受限系统可达的再生段距离的最坏值可用下式
估算：
Ld=DSR/Dm
（7-8）
其中DSR为S点和R点之间允许的最大色散值，可 以从相关的标准表格中查到，Dm为允许工作波长范围
内的最大光纤色散系数，单位为ps/（nm· km），可
所以
PT PR 2 AC PP M e AS Ll AS Af Mc Lf
（7-4）
其中
Af
i 1
n
fi
/n
（7−5） （7−6）
5
AS
2013-1-6
i 1
n 1
si /(n 1)
光纤通信 式中PT为发送光功率（dBm），PR为光接收灵敏度
αfi=0.22dB/km，单个光纤接头的损耗αsi=0.1（dB），单盘光缆 的盘长Lf=2km，活动连接器损耗AC=0.35dB，光纤色散系数 Dm=20ps/（nm· km）,Dr=18dB. 依据L−16.2规定， PT=（−2～3）dBm，PR=−28dBm，PP=2dB，设激光器啁啾系 数的α=3，则依据式（7-4）和式（7-10）可以分别计算出：
的光通道总色散所限定。
2013-1-6 4
光纤通信
损耗受限系统的实际可达再生段距离可以用下式来估算：
L PT PR Af L AS 1 M c L PP M e 2 AC Lf （7-3） AS 2 AC PP M e AS ( Af Mc) L Lf
再生段平均接头损耗（dB）。 采用最坏值法设计时，再生段距离Lmax的计算公式（7−4） 可以简化为下式
2013-1-6
PTm PRm 2 ACm PPm－M em＋Asm Lmax （7-7） Asm Afm Mc Lf
6
光纤通信
最小中继距离长度计算
Lmin
PT PR 2 AC Dr AS AS Af Lf
2013-1-6 8
光纤通信
（1）多纵模激光器（MLM-LD）和发光二极管 （LED）
Ld 10 f b Dm
6
（7-9）
式中f b是线路信号比特率，单位为Mbit/s； Dm 是 光纤色散系数，单位为ps/（nm· km）；δλ是光源 的均方根谱宽，单位为nm；ε是与色散代价有关的系 数，当光源为多纵模激光器（MLM−LD）时，ε取 0.115，若为发光二极管，ε取0.306。
2013-1-6 9
光纤通信 （2）单纵模激光器（SLM-LD）
LC
71400
（7-10）
2
式中α为啁啾系数，当采用普通DFB激光器作为系统光源
Dm f b
2
时，α取值范围为4～6；当采用新型的量子阱激光器时，α取
值范围为2～4；λ为波长（单位为nm）；f b为线路信号பைடு நூலகம்特 率（单位为Tbit/s）。
PSR =PT−PR−PP （7-1） PT为光发送功率；PR为光接收灵敏度；PP为光通道功率
代价。
2013-1-6 2
第7章 光纤通信系统设计
光纤通信
PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是
实际S-R点的允许损耗为 AS PSR Af L L M c L 2AC （7-2） \ Lf 式中A f表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），
2013-1-6 11
光纤通信 以STM−16长途通信系统光传输设计为例。 计划建设一条2.4Gbit/s单模光纤干线系统，系统采用单纵模 激光器，沿途具备设站条件的候选站点间的距离为（57～70）km， 系统设计要求设备富余度Me为4dB，光缆富余度Mc为0.05dB/km。
并假设工作波长为极端的1 580nm，单盘光缆的衰减系数
A S是再生段平均接头损耗（dB）， L f是单盘光缆的盘长（km）， M c是光缆富余度（dB/km）， A C是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗（dB），
这里按两个考虑。图7-1形象地演示了整个光通道损耗的
组成。 2013-1-6
3
第7章 光纤通信系统设计
光纤通信
图7-1 光通道损耗的组成 在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素，因 而对于中继距离的设计可以分为两种情况来讨论。 第一种情况是损耗受限系统，即再生段距离由S和R点之间的 光通道损耗决定。 第二种情况是色散受限系统，即再生段距离由S和R点之间
2013-1-6 12
LMAX
P P 2 AC P M e AS R P 光纤通信 T A Af S M C Lf
Lmin 27.4(km)
2013-1-6
2 ( 28) 2 0.35 2 4 0.1 0.1 0.22 0.05 2 19.4 0.32 60 (km) 71400 LC Dm 2 f b 2
（dBm），AC是光纤配线盘上的收发端两个附加活动连接器
损耗（dB），PP为光通道功率代价（dB），由反射功率代价
Pr和色散功率代价Pd组成，Me为系统设备富裕度（dB），Mc 为光缆富余度（dB/km），n是再生段内所用光缆的盘数，αfi 是单盘光缆的衰减系数（dB/km），Af表示再生段平均光缆衰 减系数（dB/km），αsi是单个光纤接头的损耗（dB），AS是
以2.4Gbit/s系统为例，假设工作波长λ为1550nm，Dm
为17ps/（nm· km），则采用普通量子阱激光器（设α=3） 和EA调制器（设α=0.5）后，传输距离可以分别达101km和
607km。
2013-1-6 10
光纤通信 （3）采用外调制器
LC
式中c为光速。
c Dm f b
71400 2 3 20 15802 0.0025 76(km)
由于Ll＜LC，所以此系统为损耗受限系统，且能满足58km无
中继传输距离的要求。
13
光纤通信
第7章 光纤通信系统设计
2013-1-6 1
第7章 光纤通信系统设计 一、损耗受限系统设计
光纤通信
光缆数字线路系统设计的基本方法是最坏值设计法。
所谓最坏值设计法，就是在设计再生段距离时，将所有参
数值都按最坏值选取，而不管其具体分布如何。 按照ITU−T建议G.957的规定，允许的光通道损耗PSR 为
2 2
（7-11）
以2.4Gbit/s为例，λ=1550nm，Dm=17ps/（nm· km），
则采用MZ外调制器的系统色度色散受限距离可以延长到1 275km
左右。 实际系统设计分析时，首先根据式（7-4）或（7-7）算出损耗
受限的距离，再根据式（7-8）至式（7-11）算出色散受限的距离，
最后选择其中较短的一个即为最大再生段距离。
Lmin L Lmax
2013-1-6 7
光纤通信
二、色散受限系统设计
色散受限系统可达的再生段距离的最坏值可用下式
估算：
Ld=DSR/Dm
（7-8）
其中DSR为S点和R点之间允许的最大色散值，可 以从相关的标准表格中查到，Dm为允许工作波长范围
内的最大光纤色散系数，单位为ps/（nm· km），可
所以
PT PR 2 AC PP M e AS Ll AS Af Mc Lf
（7-4）
其中
Af
i 1
n
fi
/n
（7−5） （7−6）
5
AS
2013-1-6
i 1
n 1
si /(n 1)
光纤通信 式中PT为发送光功率（dBm），PR为光接收灵敏度
αfi=0.22dB/km，单个光纤接头的损耗αsi=0.1（dB），单盘光缆 的盘长Lf=2km，活动连接器损耗AC=0.35dB，光纤色散系数 Dm=20ps/（nm· km）,Dr=18dB. 依据L−16.2规定， PT=（−2～3）dBm，PR=−28dBm，PP=2dB，设激光器啁啾系 数的α=3，则依据式（7-4）和式（7-10）可以分别计算出：
的光通道总色散所限定。
2013-1-6 4
光纤通信
损耗受限系统的实际可达再生段距离可以用下式来估算：
L PT PR Af L AS 1 M c L PP M e 2 AC Lf （7-3） AS 2 AC PP M e AS ( Af Mc) L Lf
再生段平均接头损耗（dB）。 采用最坏值法设计时，再生段距离Lmax的计算公式（7−4） 可以简化为下式
2013-1-6
PTm PRm 2 ACm PPm－M em＋Asm Lmax （7-7） Asm Afm Mc Lf
6
光纤通信
最小中继距离长度计算
Lmin
PT PR 2 AC Dr AS AS Af Lf