光纤通信课件第六章cs
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光纤通信课件第6章
图6-4 光信号的分出和插入传输
6.1 WDM技术概述
6.1.3 WDM系统类型
WDM系统可以分为集成式WDM系统和开放式WDM 系统两大类。
1．集成式WDM系统
图6-5
集成式WDM系统
6.1 WDM技术概述
6.1.3
WDM系统类型
2．开放式WDM系统
图6-6
开放式WDM系统
6.1 WDM技术概述
6.2 WDM系统结构与设备
6.2.2 WDM系统设备
1．光终端复用器
图6-11 OTM信号流向图
6.2 WDM系统结构与设备
6.2.2 WDM系统设备
2．光线路放大器
图6-12 OLA信号流向图
6.2 WDM系统结构与设备
6.2.2 WDM系统设备
3．光分插复用器
图6-13
静态OADM（32/2）信号流向图
本章实践要求及教学情境
6.1 WDM技术概述
6.1.1 WDM概述
1．WDM技术产生背景 随着话音业务的快速增长和各种新业务的不断涌 现，特别是IP技术的广泛应用，网络扩容受到严 重的挑战。传统的传输网络扩容方法采用两种方 式：
（1）空分多路复用（SDM）
光纤通信第六章复习课程
关系。因此，对于光源功率特性的线性要求，对
系统信噪比的要求，都比较高。由于噪声的累
积，和数字光纤通信系统相比，模拟光纤通信系
统的 传输距离较短。但是目前采用频分复用
（FDM）技术，实现了一根光纤传输 100多路电
视节目，在有线电视（CATV）网络中，有巨大
的竞争能力。
Chapter 5 典型光纤传输系统
SCM
(1) 一个光载波可以传输多个副载波，各个副载波可以承 载不同类型的业务，有利于数字和模拟混合传输以及不同业务 的综合和分离。
(2) SCM 系 统 灵 敏 度 较 高 ， 又 无 需 复 杂 的 定 时 技 术 ， FM/SCM可以传输60～120路模拟电视节目，制造成本较低。 因而在电视传输网中竞争能力强，发展速度快。
对于电视信号直接光强调制系统的信噪比有些不同，假 设传输的是阶梯形全电视信号，则
SN 2R l0 gB (2 ep b 1 .4 2 e m 4 T dI P V b 4 kT /R L F )
式中, mTV为电视信号的调制指数， 其他符号的意义和式 (6.10)相同，但g=1。
接收机的灵敏度Pr
前置放大器的输入信号电平是全系统最低的， 因此前放 决定着系统的SNR和接收灵敏度。目前这种系统都采用补偿式 跨阻抗前放。 如采用PIN-FET混合集成电路的前放，可获得较 高SNR和较宽的工作频带。
《光纤通信》第六章讲课提纲
《光纤通信》第六章模拟光纤通信系统讲课提纲
浙江传媒学院 陈柏年
一、三种调制方式
（一）模拟基带直接光强调制（DIM ）：光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比例。设备简单、 价格低廉，广泛应用于短距离传输。
（二）模拟间接光强调制方式：先用模拟基带信号进行电的预调制，然后用预调制的电信号对光源进行光强度调制。采用模拟间接光强调制的目的是提高传输质量和增加传输距离。
按照预调制又可分为三种方式：
1、FM －IM ：预调制时，基带信号对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。主调制仍然是光强度调制。
2、PFM －IM ：预调制时，模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽
的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。主调制仍然是光强度调制。
3、SWFM －IM ：预调制时，模拟基带信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。主调制仍然是光强度调制。独特优点：①SWFM 脉冲不含基带成分；②信号质量与传输距离无关；③信噪比高。
（三）频分复用光强调制方式：用每路模拟电视基带信号，分别对某个指定的射频(RF)电信号进行调幅（AM）或调频（FM），然后用组合器把多个预调RF 信号组合成多路宽带信号，再用这种多路宽带信号对发射机光源进行光强调制。受模拟基带信号预调制的RF电载波称为副载波，这种复用方式也称为副载波复用（SCM）。现代有线电视光纤同轴混合网HFC就是采用这种传输方式。
光纤通信技术第六章
PIN光电二极管(1)
在PN结间插入一层非掺杂或轻掺杂半导体材料，以增大 耗尽区宽度w，达到减小扩散运动的影响，提高响应度的 要求。由于PN结中间插入的半导体材料近似为本征半导 体(Intrinsic)，因此这种结构称为PIN光电二极管。
I区高阻抗,电 压基本都落在I 区
PIN光电二极管及反偏时各层的场分布
非全耗尽型光电二极管的典型响应时间
带宽受限的主要因素:产生的光电流中存在扩 散分量，它与耗尽区外的光吸收有关。载流子 作扩散运动的时延将使检测器输出电流脉冲后 沿的托尾加长，影响光电二极管的响应速度。
解决方法：减小P,N区厚度，增加耗尽区的宽度， 使大部分入射光功率在耗尽区吸收，减少P,N区 吸收的光能--PIN
要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽
6.2.1 光接收机的前端(2)
光检测器的选择：要视具体应用场合而定。
PIN光电二极管具有良好的光电转换线性度，不需要高的 工作电压，响应速度快。 APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，其探测灵敏度 特别高，但需要较高的偏置电压和温度补偿电路。 从简化接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用PIN光电 二极管作光探测器。
光检测器的比较（1）
Si、Ge、InGaAs pin光电二极管的通用工作特性参数
参数
波长范围 响应度 暗电流 上升时间 带宽
《现代通信技术课件》第六章 光纤通信
光所以能在光纤中传输，主 要是纤芯和包层的共同作用。
4、突变型(突变型)光纤
突变型光纤(Step Index Fiber, SIF)
突变型(阶跃型)：光纤中心芯到 玻璃包层的折射率是突变的 ； 即：整个纤芯的折射率是均匀 的；
阶跃型光纤性能参数
n1 n 2
2
2
相对折射指数差： 数值孔径(NA)：
单模光纤和多模光纤比较
项目 距离 单模光纤 长 多模光纤 短
数据传输率
光源
高
激光
低
发光二极管
信号衰减
端接 造价
小
较难 高
大
较易 低
单模传输条件
归一化频率V小于其归一化截止频率 Vc(2.405）时，才能实现单模传输 单模传输的条件：
1、光纤的参量 (纤芯半径等) 2、NA必须满足一定条件 3、λ≥λc (截止波长)
半导体激光器LD(Laser Diode)
首个绿光激光二极管
发光二极管 LED( Light Emitting Diode):
光发送机
光发送机：将数字复用设备的电 信号转化为光信号，电-光转化 核心部件：光源
常用连接器类型
SC
LC
MT-RJ
DSC
VF-45
Opti-Ja
光纤通信第六章
非线性失真一般可以用幅度失真参数——微分增益(DG) 和相位失真参数——微分相位(DP)表示。DG可以从LED输出 功率特性曲线看出，其定义为
DG
ddpI|I2 ddpI|I1 ddpI |I2
m
1
ax
0
0%
DP是LED发射光功率P和驱动电流I的相位延迟差，其定 义为
关系。因此，对于光源功率特性的线性要求，对
系统信噪比的要求，都比较高。由于噪声的累
积，和数字光纤通信系统相比，模拟光纤通信系
统的 传输距离较短。但是目前采用频分复用
（FDM）技术，实现了一根光纤传输 100多路电
视节目，在有线电视（CATV）网络中，有巨大
的竞争能力。
Chapter 5 典型光纤传输系统
2.
定义：模拟信号经直接光强调制系统输出光信号不能真实 地反映输入电信号，即系统输出光功率与输入电信号不能成比 例地随时间变化。
信号失真的原因：一般说，实现电/光转换的光源， 由于在大 信号条件下工作，线性较差，所以发射机光源的输出功率特性 是D-IM系统产生非线性失真的主要原因。故略去光纤传输和 光检测器在光/电转换过程中产生的非线性失真， 只讨论光源 LED的非线性失真。参看图6.2。
第 6 章模拟光纤通信系统
6.1 调制方式 6.2 6.3 副载波复用光纤传输系统
光纤通信第六章
从不同源端到不同宿端的突发分组利用时域共享、统计复用的方 式就可以有效地使用链路上相同波长的带宽,带宽的使用效率较高。 突发分组的长度从一个、几个分组或到一个短的会话，都只使用 一个控制分组，这样每个数据单元具有较低的控制开销。 BHP和BDP的分离，有效降低了中间交换节点的复杂度：可以不 需要光缓存，同步要求低； 对光开关的开关速度要求较高（ns量级），一般光开关（如 MEMS）难以达到。
将受阻的光分组转换到其它的空闲波长上，在波长域
上解决冲突。
光纤通信课程 第6章 12
对光分组网前景的展望
光分组交换是未来光网络发展的一个方向； 由于光学逻辑器件的匮乏和高速光开关技术的不成熟 ，光分组交换近期难以实用化； OPS在近期、中期和远期的分层参考模型如下图所示
光纤通信课程 第6章
光纤通信课程 第6章
9
光分组的 SCM编 码方法
组装算法 长度门限算法：限定光分组的最大长度 时间门限算法：限定光分组的最大装配时间 混合门限算法：同时考虑队列长度和装配时间
光纤通信课程 第6章 10
透明光分组交换网节点结构
输入模块: 主要 的功能为光信号 的预放大和同步 、净荷定位、光 信号缓存，可能 含有波长转换或 光电转换功能。 输出模块: 主要的功能为数据缓存、净荷定位、信头插入、输出同步 、信号放大，可能含有波长转换和光电转换以及2R/3R功能。
光纤通信课件06解析
6.1 DWDM技术概述 6.1.1 WDM概述
光纤通信
6.1 DWDM技术概述
光纤通信
2．WDM的概念和特点 （1）WDM的概念 波分复用（WDM）技术是在一根光纤中同时传输 多个波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端 将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光 缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组 合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理， 恢复出原信号后送入不同的终端，因此，将此项技术 称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。
5
6.1 DWDM技术概述
光纤通信
图6-1 WDM系统的基本组成及频谱示意图
6
6.1 DWDM技术概述
（2）WDM技术的特点 ① 充分利用光纤的巨大带宽资源 ② 多种类型的信号可同时传输 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 降低器件的超高速要求 ⑥ 可兼容全光交换
光纤通信
（2）单纤双向传输 指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输， 两个方向的光信号应安排在不同波长上。如图 6-3所示。
图6-3 单纤双向传输的WDM系统
9
6.1.2 WDM工作方式
光纤通信
另外通过在中间设置光分插复用器（OADM）或 光交叉连接器（OXC）可以实现各波长的光信号在中 间站的分出与插入，即完成光路的上/下，如图6-4所 示。
光纤通信课件第6章解析
6.1 WDM技术概述
光纤通信
图6-1 WDM系统的根本组成及频谱示意图
6.1 WDM技术概述
光纤通信
6.1.1 WDM概述 2．WDM的概念和特点 〔2〕WDM技术的特点 ① 充分利用光纤的巨大带宽资源。 ② 多种类型的信号可同时传输。 ③ 系统升级时能最大限度地爱护已有投
资。 ④ 高度的组网敏捷性、经济性和牢靠性。 ⑤ 降低器件的超高速要求。 ⑥ 可兼容全光交换。
图6-21 二纤单向光复用段爱护环
6.2 WDM系统构造与设备 光纤通信
6.2.4 WDM系统的监控 WDM系统的监控要求在一个新波长上传
送有关WDM系统的网元治理和监控信息 。 1．对光监控信道的要求 2．WDM系统的监控 〔1〕带外波长监控技术 〔2〕带内波长监控技术
6.2 WDM系统构造与设备 光纤通信
图6-13 静态OADM〔32/2〕信号流向图
6.2 WDM系统构造与设备 光纤通信
6.2.2 WDM系统设备
双OTM背靠背组成的OADM的信号流向如图6-14所 示。
图6-14 两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图
6.2 WDM系统构造与设备 光纤通信
6.2.2 WDM系统设备
4．电中继器
6.2 WDM系统构造与设备 光纤通信
WDM系统的性能 国家骨干网的波分复用系统是基于SDH多
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光传输系统
6.2.2 FDDI网络的组成
•两根光纤构成的主环、副环 •双连接站DAS：具有两个光连接线路端口，用 于连接主环和副环；接收信号并将其放大； •单连接站SAS：只有一个端口,只能连接到主环 上，要连到双环则必须经过集中器 •集线器 •FDDI网卡
光传输系统
3、FDDI介质访问控制方式与令牌介质访问控制方 式区别
• Ⅱ 充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带
• Ⅲ 对传输码率、数据格式及调制方式透明。可 以传送不同码率的ATM、SDH/SONET和千兆
光传输系统
2．接入技术
• 采用宽带IP网络作为IP骨干网之后，可以 支持宽带接入服务，为用户提供各种宽 带的多媒体业务
• 解决方案一般有FTTx+xDSL， FTTx+HFC，FTTx+LAN，无线接入等方 式，其中FTTx+LAN最为看好。
① CSMA/CD ② ③
光传输系统
3．体系结构
• 从网络的体系结构来讲，目前使用的局 域网大致相同，它们都对应于OSI参考模 型的最下面两层：物理层和数据链路层。
(1) CSMA/CD (2) 光纤分布式数据接口FDDI
光传输系统
3．体系结构
• 图6-1-8 IEEE 802协议层与OSI模型的比 较
采用多数据帧访问方式（令牌环网采用单数据帧） 采用定时的、早释放令牌传送技术
光传输系统
4、FDDI的主要特点
•传输速度高 •同时传输多个数据帧 •容量大：可以容纳更多的站点数 •传输距离远：相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离 为200KM。 •可靠性高：具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中 不受电磁和射频噪声的影响,也不影响其设备。 •保密能好：光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐 射波的窃听,因而是最安全的传输媒体。
光传输系统
6.2.3 FDDI的应用 作为企业网、校园网的主干
光传输系统
6.3 光互联网
6.3.1 实现宽带IP网络的主要技术 6.3.2 IP over SDH技术 6.3.3 IP over WDM技术
光传输系统
6.3.1 实现快带IP网络的主要技术
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光传输系统
1．传送技术
(1) IP over ATM • ① IP over ATM • ② IP over ATM • Ⅰ ATM技术本身能提供QoS保证，具有地址、流量控制、带宽管
① ② ③
光传输系统
2．网络协议
• 图6-1-4 令牌总线配置
光传输百度文库统
2．网络协议
• 图6-1-5 令牌传输过程
光传输系统
2．网络协议
• 图6-1-6 数据传输过程
光传输系统
2．网络协议
(3) • 令牌环网的媒体访问控制方式又称为
IEEE 802-5标准，它同样可以应用于办公 楼、工厂、军事环境，但它主要采用环
理 、拥塞控制功能以及故障恢复能力，这些是IP所缺乏的，因而 IP与ATM技术的融合，也使IP • Ⅱ 适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力，并能对其它几种 网络协议如IPX • Ⅲ 需对ATM交换机的呼叫处理能力提出要求。 • Ⅳ 封装开销较高。
光传输系统
1．传送技术
• 图6-3-1 POA、POS、POW的重叠结构
光传输系统
1．光纤局域网的类型
• 图8-1-1 总线形连接局域网构成示意图
光传输系统
1．光纤局域网的类型
• 图6-1-2 星形网络结构示意图
光传输系统
1．光纤局域网的类型
(3) ① ② Ⅰ
– 将所接收的所有数据向下传输； –
Ⅱ
– – – 发送状态
光传输系统
1．光纤局域网的类型
• 图6-1-3 环形网络结构
光传输系统
1．传送技术
(2) IP over SDH • IP over SDH，也称为Packet over
SDH(POS)，即直接以SDH网络作为IP数 据网络的物理传输网络，可见是一种IP 与SDH • ① IP over SDH • ② IP over SDH
光传输系统
1．传送技术
(3) IP over WDM • ① IP over WDM • ② IP over WDM • Ⅰ 简化了层次，减少了网络设备和功能重叠，
光传输系统
3．体系结构
• 图6-1-9 LLC和MAC帧结构
光传输系统
3．体系结构
• 图6-1-10 FDDI协议结构
光传输系统
3．体系结构
• 图6-1-11 令牌环的MAC帧结构
光传输系统
6.2光纤分布式数据接口 （FDDI）环网
光传输系统
6.2.1 FDDI网的网络特点
采用光纤作为传输介质 传输速率可达100M 采用环型拓扑结构 使用令牌作为共享介质的访问控制方式 采用两根光纤串接成两个封闭的环路
光传输系统
第6章光纤计算机网
内容提要： 6.1光纤局域网的概念 6.2光纤分布式数据接口 6.3光互联网
光传输系统
6.1光局域网的概念
• 光纤局域网是指利用光纤将较为靠近的许多用 户连接起来的网络，这样网上的所有用户都可 以通过该网络进行相互数据交流，因此在光纤 局域网中要求用户都具有发送/接收数据的功能， 并且在一个网络协议的规定下操作。
光传输系统
2．网络协议
(1) 载波监听多路访问/ • 载波监听多路访问/冲突检测方式，多数
应用于总线形和星形拓朴网络中，称为 IEEE802-3
光传输系统
2．网络协议
(2) • 令牌总线方式又称为IEEE 802-4标准，它不仅
是为办公环境而设计的，而且还适用于工厂和 其他军事环境之中，该标准通常运用于总线和
• 在令牌环网技术中，使用了称为令牌的
光传输系统
2．网络协议
• 图6-1-7 令牌环网操作示意图
光传输系统
2．网络协议
(4) CSMA/CD • 在总线、星形网络中，媒体访问技术可以采用
CSMA/CD方式，也可以采用令牌总线方式， 而在环形网中主要采用令牌环网的媒体访问技 术方式，当然不同的访问方式，各有优缺点。
• 不同的网络协议适合于不同的网络柘朴结构， 不同的拓朴结构，适用于不同的场合。
光传输系统
6.1.1 光局域网结构
1．光纤局域网的类型 2．网络协议 3．体系结构
光传输系统
1．光纤局域网的类型
(1) • 总线形结构网络是一种非常典型的网络
结构，它可以将多台计算机和终端设备 进行连接。 (2) • 星形网络拓朴结构具有交叉连接的功能， 使之有别于总线形网络结构。