第1章 光纤通信系统优秀课件
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光对准到光检测器 u光的辐射方向与光纤的接收锥角相同。 一般的光检测器有大的表面积及大的接 收角，能实现有效耦合
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
图1.9 由光纤到光检测器的高效率耦 合。检测器可以接收到由光纤辐射出 的绝大部分光波
§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
§解调：从信道接收到的信息从其载波上分离
§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
图1.6 光载波的模拟和数字调制
§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
§半导体LD和LED的结构使其在一定的
频段内辐射，在此频段上玻璃光纤 的衰减应该很低，这样才能有可能 实现光信号的有效传输。
§光源辐射频率和光纤低损耗区域的
匹配是实现光纤通信的重要条件。
重建数字信号的幅度和波形
§传输信号的失真限制了脉冲的发送速率
u较大的接收角与低的信号失真是一对相 互矛盾
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
图1.8 光脉冲的展宽
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
§大气电信系统：天线收集来自信道的信号，
并将其传送到接收机
§光纤通信系统：输出耦合器将来自光纤的
从理论上讲，就可以通过一个截止频率为ωH的理想低通滤波
器将Ys(ω)中的第一个F(ω)滤出来，恢复出原始信号f(t)。
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
Ys()
重叠部分
－3s －2s －s
0
s
2s
3s
若不满足ωs≥2ωH的条件，则Ys(ω)中的 F(ω)就会出现重叠（见上图），以致于无法用滤 波器提取出一个干净的F(ω)。
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§模拟信号采用数字传输时，其比特率取决
于模拟信号的抽样定理及编码体系
f (t)
y (t)
k (t)
0
t0
t
0
t
图 抽样概念示意图
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
图 信号抽样编码及传输原理
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
抽样定理示意图： f(t)
第1章 光纤通信系统
§1.1 历史回顾 §1.2 基本通信系统 §1.3 光的属性 §1.4 光纤的优点 §1.5 光纤通信的应用 §1.6 总结和讨论
§1.1 历史回顾
§早期的光通信
u目视形式的光通信：太阳为光源、手的运 动改变或调制光波、眼睛是检测装置 u使用烟作为信息载体的光波系统：对远距 离传输十分有用 u1880年贝尔发明了“光电话”的光通信系 统
出来
§光纤通信系统最常用的检测器：半导体光电
二极管 u通过检测器转换得到的电流与输入光波的 功率成比例 u检测得到的电流是驱动光源的电流的再现
§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
图1.10 模拟系统中不同参考点处的信号
§1.2 基本通信系统--1.2.7信号处理器
§模拟传输：信号处理器包括放大和滤波
T(t)
f (t)
T(t)
Hale Waihona Puke Baidu
ys(t) ys(t)
0
t
0 Ts
t
F()
T()
0 Ts
t
理想低通特性 Ys()
－m 0 m －2s －s 0 s 2s
－2s －s －m0 ms 2s
Ys(ω)的波形是由一连串的F(ω)波形组成。在ωs≥2ωH 的前提下，输出样值信号的频谱Ys(ω)就不会发生重叠现象，
§时分复用技术的应用——表1.5 美国电话系统的
数字传输速率 u基本信息块T1（最低级别传输）系统，传送24路 话音信息 uT2级别由4个T1系统组合形成，传送4×24=96路 话音信息 u复用后高级别的信息块包括了同步脉冲和信令脉 冲，需要额外的比特率
之前都必定是电形态。
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
§调制器的功能
u将电信号转换成适合传输的形态 u将这种信号加载到由载波源产生的载波上
§调制格式
u模拟、数字
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
图1.4 模拟调制
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器 §数据速率
ubps—比特每秒
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§标准的单个数字电话的速率是64kbps
u音频带宽4kHz u信息速率：每秒抽样8000次，每个抽样幅度 值用8比特代表编码，即为64kbps
§时分复用技术
u在发送端，通过间插数据比特，可将不同信 息复用成单路较高速率的数据流 u解复用
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§模数转换器
u可将模拟信息转换成数字序列 u在接收端将数字信号转换成模拟形态
图1.5 数字调制
§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
§载波源
u射频通信系统：电振荡器产生 u光纤通信系统：光振荡器LD、LED
§强度调制（IM）
u发送的信息包含在光功率的变化中 u信 号 电 流 有 正 、 负 部 分 ， 但 光 辐 射 输 出始终为正
§1.2 基本通信系统--1.2.4信道耦合器
§耦合器的功能：将功率送进信道
u无线电或电视广播系统：天线 u电缆导引系统：连接器 u大气光通信系统：透镜 u光纤通信系统：光耦合器
§1.2 基本通信系统--1.2.4信道耦合器
图1.7 将光波耦合进光纤
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
§信道：发送机和接收机之间的传输路径 §光放大器——适用于模拟和数字信号 §中继器（再生器）——只能用于数字系统，
§1.2 基本通信系统
▪ 被导引线路比大气信道成本更高 ▪ 但被导引信道有许多优点
图1.2 部分导体传输线
§1.2 基本通信系统
图1.3 一般的光纤通信系统
§1.2 基本通信系统--1.2.1信源
§信源有多种物理形式，最常见的是将非电信
号转化成电信号的变换器 u如麦克风、摄像头
§无论是在电通信还是光通信中，信息在传输
§1.1 历史回顾
§1960年激光器的发明，是实现大容量光通
信的一个主要突破 u非导引的光通信系统的发展，为光纤通 信提供了理论基础
§1970年，低损耗光纤的发明，使光纤通信
得以实现
§1.2 基本通信系统
▪ 基本通信系统
包括发送机、接收机和信道 信道可分为：非导引信道和被导引信道
图1.1 基本通信系统
u滤除直流成分、同时阻止其他的频率成分，允许 传输信息所含有的频率成分通过 u信噪比（SNR）
§数字系统：放大器、滤波器、判决器
u误码率（BER）
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§表1.3：字首
u太、吉、兆、千、分、毫、微、纳、皮、 飞 u光波长量级：微米
§表1.4：常用的模拟系统的带宽
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
图1.9 由光纤到光检测器的高效率耦 合。检测器可以接收到由光纤辐射出 的绝大部分光波
§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
§解调：从信道接收到的信息从其载波上分离
§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
图1.6 光载波的模拟和数字调制
§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
§半导体LD和LED的结构使其在一定的
频段内辐射，在此频段上玻璃光纤 的衰减应该很低，这样才能有可能 实现光信号的有效传输。
§光源辐射频率和光纤低损耗区域的
匹配是实现光纤通信的重要条件。
重建数字信号的幅度和波形
§传输信号的失真限制了脉冲的发送速率
u较大的接收角与低的信号失真是一对相 互矛盾
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
图1.8 光脉冲的展宽
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
§大气电信系统：天线收集来自信道的信号，
并将其传送到接收机
§光纤通信系统：输出耦合器将来自光纤的
从理论上讲，就可以通过一个截止频率为ωH的理想低通滤波
器将Ys(ω)中的第一个F(ω)滤出来，恢复出原始信号f(t)。
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
Ys()
重叠部分
－3s －2s －s
0
s
2s
3s
若不满足ωs≥2ωH的条件，则Ys(ω)中的 F(ω)就会出现重叠（见上图），以致于无法用滤 波器提取出一个干净的F(ω)。
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§模拟信号采用数字传输时，其比特率取决
于模拟信号的抽样定理及编码体系
f (t)
y (t)
k (t)
0
t0
t
0
t
图 抽样概念示意图
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
图 信号抽样编码及传输原理
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
抽样定理示意图： f(t)
第1章 光纤通信系统
§1.1 历史回顾 §1.2 基本通信系统 §1.3 光的属性 §1.4 光纤的优点 §1.5 光纤通信的应用 §1.6 总结和讨论
§1.1 历史回顾
§早期的光通信
u目视形式的光通信：太阳为光源、手的运 动改变或调制光波、眼睛是检测装置 u使用烟作为信息载体的光波系统：对远距 离传输十分有用 u1880年贝尔发明了“光电话”的光通信系 统
出来
§光纤通信系统最常用的检测器：半导体光电
二极管 u通过检测器转换得到的电流与输入光波的 功率成比例 u检测得到的电流是驱动光源的电流的再现
§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
图1.10 模拟系统中不同参考点处的信号
§1.2 基本通信系统--1.2.7信号处理器
§模拟传输：信号处理器包括放大和滤波
T(t)
f (t)
T(t)
Hale Waihona Puke Baidu
ys(t) ys(t)
0
t
0 Ts
t
F()
T()
0 Ts
t
理想低通特性 Ys()
－m 0 m －2s －s 0 s 2s
－2s －s －m0 ms 2s
Ys(ω)的波形是由一连串的F(ω)波形组成。在ωs≥2ωH 的前提下，输出样值信号的频谱Ys(ω)就不会发生重叠现象，
§时分复用技术的应用——表1.5 美国电话系统的
数字传输速率 u基本信息块T1（最低级别传输）系统，传送24路 话音信息 uT2级别由4个T1系统组合形成，传送4×24=96路 话音信息 u复用后高级别的信息块包括了同步脉冲和信令脉 冲，需要额外的比特率
之前都必定是电形态。
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
§调制器的功能
u将电信号转换成适合传输的形态 u将这种信号加载到由载波源产生的载波上
§调制格式
u模拟、数字
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
图1.4 模拟调制
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器 §数据速率
ubps—比特每秒
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§标准的单个数字电话的速率是64kbps
u音频带宽4kHz u信息速率：每秒抽样8000次，每个抽样幅度 值用8比特代表编码，即为64kbps
§时分复用技术
u在发送端，通过间插数据比特，可将不同信 息复用成单路较高速率的数据流 u解复用
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§模数转换器
u可将模拟信息转换成数字序列 u在接收端将数字信号转换成模拟形态
图1.5 数字调制
§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
§载波源
u射频通信系统：电振荡器产生 u光纤通信系统：光振荡器LD、LED
§强度调制（IM）
u发送的信息包含在光功率的变化中 u信 号 电 流 有 正 、 负 部 分 ， 但 光 辐 射 输 出始终为正
§1.2 基本通信系统--1.2.4信道耦合器
§耦合器的功能：将功率送进信道
u无线电或电视广播系统：天线 u电缆导引系统：连接器 u大气光通信系统：透镜 u光纤通信系统：光耦合器
§1.2 基本通信系统--1.2.4信道耦合器
图1.7 将光波耦合进光纤
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
§信道：发送机和接收机之间的传输路径 §光放大器——适用于模拟和数字信号 §中继器（再生器）——只能用于数字系统，
§1.2 基本通信系统
▪ 被导引线路比大气信道成本更高 ▪ 但被导引信道有许多优点
图1.2 部分导体传输线
§1.2 基本通信系统
图1.3 一般的光纤通信系统
§1.2 基本通信系统--1.2.1信源
§信源有多种物理形式，最常见的是将非电信
号转化成电信号的变换器 u如麦克风、摄像头
§无论是在电通信还是光通信中，信息在传输
§1.1 历史回顾
§1960年激光器的发明，是实现大容量光通
信的一个主要突破 u非导引的光通信系统的发展，为光纤通 信提供了理论基础
§1970年，低损耗光纤的发明，使光纤通信
得以实现
§1.2 基本通信系统
▪ 基本通信系统
包括发送机、接收机和信道 信道可分为：非导引信道和被导引信道
图1.1 基本通信系统
u滤除直流成分、同时阻止其他的频率成分，允许 传输信息所含有的频率成分通过 u信噪比（SNR）
§数字系统：放大器、滤波器、判决器
u误码率（BER）
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§表1.3：字首
u太、吉、兆、千、分、毫、微、纳、皮、 飞 u光波长量级：微米
§表1.4：常用的模拟系统的带宽