光纤通信课件第六章cs
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光纤通信概论课件
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光纤放大技术
总结词
简化网络结构
详细描述
光纤放大技术简化了网络结构，减少了中继 站的数量，降低了网络的复杂性和成本。这 有助于提高网络的可靠性和可维护性，降低 运营和维护成本。
光纤放大技术
总结词
推动光网络发展
详细描述
光纤放大技术是推动光网络发展的重要支撑 技术之一。它促进了光网络的规模应用和发 展，使得光网络成为现代通信网络的主流技
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，会绕过障碍物或孔隙继续传播的现象。 衍射是光波的波动性的另一重要表现，它也是光学仪器和光通信中常用的技术手 段。
光的全反射
• 光的全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大 于某一临界角，光波将在界面上完全反射回光密介质，而不能 进入光疏介质的现象。全反射是光纤通信中的重要原理之一， 它使得光波能够在光纤中实现低损耗、长距离的传输。
光纤通信面临的挑战
技术成熟度
虽然光纤通信技术已经取得了长 足的进步，但在一些特殊环境和 应用场景中，技术成熟度仍需进
一步提高。
成本与投资
光纤通信系统的建设和维护成本较 高，需要大量的资金投入，同时也 需要探索更加有效的商业模式。
网络安全与隐私
随着光纤通信网络的普及，网络安 全和隐私保护问题也日益突出，需 要加强技术和管理措施，保障网络 的安全和用户的隐私。
军事领域
光纤通信在军事领域中具有保 密性好、抗电磁干扰等优点， 广泛应用于军事通信。
企业和校园网络
光纤通信也广泛应用于企业和 校园网络的建设，提供高速、 稳定的数据传输服务。
02
光纤通信系统组成
光源和光发送机
光源
现代通信技术课六光纤通信PPT优质资料
光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因此其保密性能极好。
连接器件：连接光纤到光源、光检测以 渐变型光纤(Graded Index Fiber, GIF) ：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播；
模式色散
单模光纤（Single Mode Fiber， SMF）只能有一道光信号传输，使用单独模式的光信号，无光的信号色散，传输距离会更长，传输
光 的 色 散
结论：白光不是单色光，而是由各 种色光混合成的．
光 的 色
太阳光通过三棱镜后被分解成
七种色光,依次是红、橙、黄、 绿、蓝、靛、紫.
散
光纤色散(Dispersion)
光纤中的信号是由不同的频率成分或模式 成分构成的，它们是由不同的传播速度，
从而引起比较复杂的色散现象。它是限 制传输容量的主要因素。
90º>θ>临界角
1.光从空气中斜射入玻璃中时,
空气
折射光线向 靠近 法线方向偏
玻璃
折.(填“靠近”或“远离”)
2.一束光线斜射到一块玻璃三棱镜上(如下 图),画出光折射的情况.
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)
模式色散
色度色散(模内色散)
① 定义
同一个导波模式的不同光波长之间的色散
② 产生原因
光源光谱不纯;（材料色散）
光纤石英材料的折射率不是一个常数，而是随光 波长的增大而减小; （材料色散）
波导结构与折射率分布等参量有关，使得不同路 径光线之间的速度差是一个随传输路径变化的复
杂函数。（波导色散）
光纤通信课件第六章002教材
(1)超大容量。可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤 上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。
(2) N个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时 可以节约大量的光纤。
(3)对数据“透明” 。波分复用通道对传输信号是完全透明的， 即
对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可同时提
在DWDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的工作 状态进行监控。
除监控线路中的EDFA之外，DWDM系统中的监控系统还应 完成对各波道工作状态的监控。
监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用 的开销字节等。
23
6.1.2 DWDM系统结构
2．DWDM的几种网络单元类型
光纤通信
29
6.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
OXC的功能与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们
OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA 将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光 信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元 直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端 传输。以MR2为例，其信号流向如图6-8所示。
27
6.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
10
6.1.1 DWDM概述
光纤通信
DWDM是密集波分复用的英文缩写。DWDM系统是一种波长间隔 更紧密的WDM系统。现在的通道间隔则更小，只有0.8-2nm，甚 至小于0.8nm，所谓密集是针对波长间隔而言的.
CWDM技术是为了满足接入网应用的要求，是一种近来流行的 被称为粗波分复用的技术CWDM系统是在1530-1560nm的频谱范围 内每隔10nm分配一个波长，此时可以使用频谱较宽的、对中心 波长精确度要求低的、比较便宜的激光器，通常为了节约投资 成本不使用放大器.
(2) N个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时 可以节约大量的光纤。
(3)对数据“透明” 。波分复用通道对传输信号是完全透明的， 即
对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可同时提
在DWDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的工作 状态进行监控。
除监控线路中的EDFA之外，DWDM系统中的监控系统还应 完成对各波道工作状态的监控。
监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用 的开销字节等。
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6.1.2 DWDM系统结构
2．DWDM的几种网络单元类型
光纤通信
29
6.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
OXC的功能与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们
OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA 将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光 信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元 直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端 传输。以MR2为例，其信号流向如图6-8所示。
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6.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
10
6.1.1 DWDM概述
光纤通信
DWDM是密集波分复用的英文缩写。DWDM系统是一种波长间隔 更紧密的WDM系统。现在的通道间隔则更小，只有0.8-2nm，甚 至小于0.8nm，所谓密集是针对波长间隔而言的.
CWDM技术是为了满足接入网应用的要求，是一种近来流行的 被称为粗波分复用的技术CWDM系统是在1530-1560nm的频谱范围 内每隔10nm分配一个波长，此时可以使用频谱较宽的、对中心 波长精确度要求低的、比较便宜的激光器，通常为了节约投资 成本不使用放大器.
《光纤通信绪论》课件
和传输容量。
光纤放大技术需要解决增益平坦 、噪声抑制、泵浦光源等问题， 以保证信号的传输质量和稳定性
。
光孤子通信技术
光孤子通信技术是一种利用光孤子效 应进行信息传输的技术，它可以在光 纤中进行长距离、高速、低损耗的传 输。
光孤子通信技术需要解决光孤子产生 和放大、光孤子操控和检测等问题， 目前仍处于实验阶段，尚未大规模应 用。
总结词
随着互联网流量的爆炸式增长，高速光 纤通信技术成为研究热点。
VS
详细描述
近年来，高速光纤通信技术发展迅速，传 输速率不断提升。通过采用先进的调制解 调技术、信号处理技术和光子集成技术， 光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps 级别，满足了不断增长的数据传输需求。
超远距离光纤通信技术发展
总结词
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性 。光波在空间传播时，光子携带信息 以光速c进行传播。
光的干涉与衍射
光的波动性表现为干涉和衍射现象， 这是光信息传输的重要理论基础。
光纤的结构与分类
光纤结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯负责传输光信号，包 层对光信号进行束缚，涂覆层保护光纤不受外界影响。
抗电磁干扰
光纤材料（如石英）具有 抗电磁干扰的特性，可有 效降低外部环境对信号传 输的影响。
03
光纤通信原理
光的调制与解调
调制
将低频信号转换为高频信号的过程，以便传输。调制方式可分为直接调制和间接 调制。
解调
将高频信号还原为低频信号的过程，以便处理和应用。解调方式可分为相干解调 和非相干解调。
信号的编码与解码
波分复用技术需要使用高性能的波长稳定器和光滤波器，以保证不同波长信号的传 输质量和稳定性。
光纤放大技术需要解决增益平坦 、噪声抑制、泵浦光源等问题， 以保证信号的传输质量和稳定性
。
光孤子通信技术
光孤子通信技术是一种利用光孤子效 应进行信息传输的技术，它可以在光 纤中进行长距离、高速、低损耗的传 输。
光孤子通信技术需要解决光孤子产生 和放大、光孤子操控和检测等问题， 目前仍处于实验阶段，尚未大规模应 用。
总结词
随着互联网流量的爆炸式增长，高速光 纤通信技术成为研究热点。
VS
详细描述
近年来，高速光纤通信技术发展迅速，传 输速率不断提升。通过采用先进的调制解 调技术、信号处理技术和光子集成技术， 光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps 级别，满足了不断增长的数据传输需求。
超远距离光纤通信技术发展
总结词
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性 。光波在空间传播时，光子携带信息 以光速c进行传播。
光的干涉与衍射
光的波动性表现为干涉和衍射现象， 这是光信息传输的重要理论基础。
光纤的结构与分类
光纤结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯负责传输光信号，包 层对光信号进行束缚，涂覆层保护光纤不受外界影响。
抗电磁干扰
光纤材料（如石英）具有 抗电磁干扰的特性，可有 效降低外部环境对信号传 输的影响。
03
光纤通信原理
光的调制与解调
调制
将低频信号转换为高频信号的过程，以便传输。调制方式可分为直接调制和间接 调制。
解调
将高频信号还原为低频信号的过程，以便处理和应用。解调方式可分为相干解调 和非相干解调。
信号的编码与解码
波分复用技术需要使用高性能的波长稳定器和光滤波器，以保证不同波长信号的传 输质量和稳定性。
《光纤通信第六章》PPT课件
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
TV入
箝位 电路
同步 分离
驱动 电路
LED
图 6.6 光发射机方框图
＋Ec
Rc C1
V1
R1 LED
光 功 率
V2
Re
时间
时间 电流
(a)
(b)
图6.7 LED驱动电路的末级及其工作原理
2.
光接收机的功能是把光信号转换为电信号。 对光接收机的 基本要求是：
(1) 信噪比(SNR)要高；
(2)
(3) 带宽要宽
• 模拟间接光调制优点：提高传输质量、增加传输 距离。
• 原因：模拟直接光调制（D-IM）光纤电视传输系统的性 能受到光源非线性的限制，一般只能使用线性良好的LED 作光源。 LED入纤功率很小，所以传输距离很短。而模 拟间接光强调制基本不受到光源的非线性影响，所以可以 采用线性较差、入纤光功率较大的LD作为光源，故传输 距离长。
模拟基带DIM光纤电视传输系统光接收机方框图如图6.8所示。
光检测器把输入光信号转换为电信号，经前置放大器和主放大 器放大后输出，为保证输出稳定，通常要用自动增益控制 (AGC)。
光检测器可以用PIN-PD或APD。PIN-PD只需较低偏压(10～ 20 V)就能正常工作，电路简单，但没有内增益，SNR较低。
(4) 光功率温度稳定性要好。LED温度稳定性优于LD， 用LED作光源一般可以不用自动温度控制和自动功率控制， 因而可以简化电路、降低成本。
《光纤通信基础》课件
光放大器
• 光放大器：光放大器是光纤通信系统中的重要器件，用于放大光信号的功率，以补偿光信号在光纤传输过程中的衰减。常 见的光放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器等。
光波分复用技术
• 光波分复用技术：光波分复用技 术是一种利用单根光纤传输多个 不同波长的光信号的技术，通过 将多个不同波长的光信号合并在 一根光纤中传输，可以提高光纤 通信系统的传输容量和传输效率 。
光的衰减与损耗
光在光纤中传播时，会因为吸收、散射等原因发生衰减和损耗，影响光信号的 传输距离和强度。
03
光纤通信系统
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
光源与光发送机
光源
光源是光纤通信系统中的重要组成部分，负责将电信号转换为光信号。常见光源 包括发光二极管（LED）和激光器（LD）。
04
光纤通信网络
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
光纤通信网络架构
核心网
负责高速、大容量的数据传输，通常采用光纤作为传 输介质。
汇聚层
将核心网与接入层连接起来，实现数据的汇聚和分发 。
接入层
负责将用户接入网络，提供宽带接入和无线接入等多 种接入方式。
光纤通信网络协议
数据采集
结果分析
按照实验要求，采集光纤传输过程中的各 项数据，如光功率、光谱、眼图等。
对采集到的数据进行处理和分析，得出实 验结果，并与理论值进行比较。
实验结果分析与讨论
01
结果对比
将实验结果与理论值进行对比， 分析误差产生的原因，提高实验 精度。
结果讨论
02
03
结果应用
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.
《光纤通信概述》PPT课件 (2)
2021/7/9
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§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
一、光纤通信系统的基本组成 光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光
波以达到通信的目的。其基本组成如下：
光放大器
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§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
1. 信道（光纤线路） 完成光信号（携带信息）的传输，由光纤/光缆、
5. 光孤子通信；
6. 光纤放大器；
7. 全光通信（两个含义）。
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§1-4 光纤通信的新发展
2021年，单根光纤每秒106或101兆兆位（美国和日 本），每秒钟传输时长三个月的高清电视视频，165公 里，380个激光器发送光脉冲。
单路速率不断提升， 已达到10、20、40Gb/s
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思考题
➢光纤通信最早在哪一年、由谁提出? ➢光纤通信的里程碑事件有哪些？ ➢光纤通信有哪些优点? ➢光纤的通信的发展阶段？ ➢光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
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33
光纤接头、光纤连接器组成，其中光纤具有两个重 要的特性参数：损耗和色散。
0.85µm的约2dB/km，1.31µm的约0.5dB/km， 1.55µm的约0.2dB/km。 2. 光发射机
功能：完成电信号→光信号的转换，并把光信 号流耦合进光纤进行传输；由光源、驱动电路以及 其他辅助电路组成。核心部件：LED或LD光源。 通过电信号对光源的调制实现电光转换。
1. optisys/optisystem：光通讯系统、放大器仿真软 件包；
2. Fiber-CAD；
3. Attolight：光纤光栅设计软件；
4. Optigrating：光纤、波导光栅仿真设计软件；
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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
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
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
• 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。
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，
• 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。
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。
① ② ③
光传输系统
2．网络协议
• 图6-1-4 令牌总线配置
光传输系统
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
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
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
1 2
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
• 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。
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 环形网络结构源自光传输系统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
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