通信概论专题知识课件——数字光纤通信系统
合集下载
数字光纤通信系统课件
光接收机
将光信号转换为电信号，实现 信息的接收。
数字信号处理单元
对电信号进行调制和解调处理 ，以及实现信号的编解码等功
能。
02
数字光纤通信系统关键 技术
调制技术
调相技术
调频技术
通过改变光载波的相位信息承载信号，常 见有二进制相位移位键控（BPSK）和四进 制相位移位键控（QPSK）。
利用光载波的频率变化携带信息，常见有 最小频移键控（MSK）和偏移四相相位移 位键控（OQPSK）。
05
数字光纤通信系统发展 趋势与挑战
超高速率与超长距离传
总结词
随着数据需求的爆炸式增长，超高速率和超长距离传输成为数字光纤通信系统的 重要发展方向。
详细描述
目前，商用数字光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps级别，同时，超长距离传 输技术也在不断发展，以满足大规模数据中心和跨国网络之间的连接需求。
传输距离
总结词
传输距离是数字光纤通信系统覆盖范围的直接体现，它决定了系统的服务范围和应用场景。
详细描述
传输距离是指数字光纤通信系统在保证一定通信质量的前提下，光信号能够传输的最大距离。传输距离受到光纤 损耗、光信号衰减、中继器性能等多种因素的影响。长传输距离的系统可以提供更广泛的网络覆盖，满足不同地 区和领域的通信需求。
误码率与Q因子
要点一
总结词
误码率与Q因子是衡量数字光纤通信系统传输质量的指标 ，它们反映了系统传输二进制位错误的概率。
要点二
详细描述
误码率是指数字光纤通信系统在传输过程中，接收端接收 到的二进制位中出现错误的概率，是评估系统传输质量的 重要参数。Q因子是另一种衡量系统传输质量的参数，它 综合考虑了系统的误码率和信号质量，能够更全面地反映 系统的性能。低误码率和高的Q因子意味着系统传输质量 更高，信息传递更准确。
数字光纤通信系统
15
光发射机的功能：把输入电信号转换为光信号， 并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。
光发射机组成：由光源、 驱动器和调制器组成。 光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上 取决于光源的特性。
光源种类：半导体发光二极管(LED)、半导体激 光二极管(或称激光器)(LD)， 单纵模分布反馈(DFB) 激光器。
2019/8/18
20
2. 光纤为什么能够导光， 能传送大量信息呢? 这里
我们用简单的比喻， 从物理概念上来说明，以加深 对光纤传输信息的理解。
光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中 学习过光从一种介质向另一种介质传播，由于它们在 不同介质中传输速率不一样，因此，当通过两个不同 的介质交界面就会发生折射。
所以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的 重要指标。
2019/8/18
19
4.2 光纤和光器件
一、光纤
1、光纤 光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝,
它的直径只有0.1 mm，它和原来传送电话的明线、 电缆一样，是一种新型的信息传输介质，但它比以 上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍， 可达 到上百千兆比特/秒,而且衰耗极低。
④ 综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源 接入网， 可实现电话、数据、视频(会议电视、可视 电话等)及多媒体业务综合接入核心网，提供各种各样 的社区服务。
2019/8/18
12
三、光纤通信系统的基本组成
1、发射和接收 下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、 接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。
2019/8/18
4
3、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
第一阶段(1966-1976年)，这是从基础研究到商
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》SDH与数字光纤传输系统课件
PDH传输体制的缺陷
PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：
(2) 复用方式 PDH的高次群是异步复接，每次复接就进行一次码速 调整，用来匹配和容纳时钟的差异 导致当低速信号复用到高速信号时，在高速信号的帧结 构中的位置没有规律性和固定性 无法直接从高次群中提取低速支路信号
PDH传输体制的缺陷
PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：
7.1 PDH准同步数字体系
随着光通信技术的发展，按国家组网的有关规定， 近年来，PDH系列设备只在公网中用作市话网的 中继传输系统 但是，在许多专用信息传输系统中它仍然得到广泛 应用 在我国公用电话网及数据网中，PDH系列的数字 结构主要用于数字网络接口标准，特别是2Mb/s 速率的接口，在数据、卫星、移动通信系统中普遍 采用
和PDH相比，SDH有如下优势：
(2) 复用方式 由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH 信号的帧结构中，这样就使低速SDH信号在高速SDH 信号帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可 预见的 采用同步复用方式和灵活的映射结构，将PDH低速支 路信号复用进SDH信号的帧中（STM-N），这样使低 速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的
PDH传输体制的缺陷
PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：
(4) 没有统一的网管接口 由于没有统一的标准，各厂家提供的管理系统不兼容， 不利于形成统一的电信管理网
7.1 PDH准同步数字体系
PDH体系建立在点对点传输的基础上，网络结构 较为简单，无法提供最佳的路由选择，使得设备利 用率较低
凡此种种缺陷导致了一种新的数字体系－同步光网
SDH的优点中，最核心的是同步复用、标准的光 接口和强大的网络管理功能
但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺 牲其它方面为代价的
通信概论课件光纤通信技术
光中继器
光中继器用于对光信号进行整形、再生和放大，以延长通信距离和提高通信质量。
光缆与光缆线路
光缆
光缆是光纤通信系统中的传输介质，由多根光纤和保护层组成，具有传输容量大、传输距离长等优点 。
光缆线路
光缆线路是指由光缆组成的通信链路，它包括光缆线路的敷设、连接和保护等环节。
05
光纤通信系统的性能指 标
色散容限
指光纤通信系统对信号色散的容忍程度。色 散会导致信号畸变，影响通信质量。光纤通 信系统的色散容限通常很高，可达数百至数 千公里。
06
光纤通信技术的发展趋 势
超高速光纤通信技术
总结词
随着信息社会的快速发展，对通信容量的需 求不断增加，超高速光纤通信技术成为研究 热点。
详细描述
超高速光纤通信技术通过提高信号传输速率 来提升通信容量，目前已经实现Tbps级别
散射损耗
光在光纤中传播时，由于光波与光纤中的物质发生相互作用而产生的损耗。包括 瑞利散射和米氏散射等。
光纤的色散特性
材料色散
由于不同波长的光在光纤材料中的传播速度不同而引起的色散。 通常只在短波长范围内显著。
波导色散
由于光纤的几何结构导致的不同波长的光在光纤中的传播常数不同 而引起的色散。主要影响多模光纤。
光子晶体光纤与光子束纤维
总结词
光子晶体光纤和光子束纤维是新型的光纤结构，具有独 特的光学特性和应用前景。
详细描述
光子晶体光纤是一种具有周期性折射率变化的光纤，可 以实现光的带隙传导和低散射损耗。光子束纤维则是一 种将光束约束在细小空间内的光纤结构，可以实现高功 率的光传输和激光加工。这两种光纤结构在光通信、光 学传感和激光雷达等领域具有广泛的应用前景。
THANKS FOR WATCHING
光中继器用于对光信号进行整形、再生和放大，以延长通信距离和提高通信质量。
光缆与光缆线路
光缆
光缆是光纤通信系统中的传输介质，由多根光纤和保护层组成，具有传输容量大、传输距离长等优点 。
光缆线路
光缆线路是指由光缆组成的通信链路，它包括光缆线路的敷设、连接和保护等环节。
05
光纤通信系统的性能指 标
色散容限
指光纤通信系统对信号色散的容忍程度。色 散会导致信号畸变，影响通信质量。光纤通 信系统的色散容限通常很高，可达数百至数 千公里。
06
光纤通信技术的发展趋 势
超高速光纤通信技术
总结词
随着信息社会的快速发展，对通信容量的需 求不断增加，超高速光纤通信技术成为研究 热点。
详细描述
超高速光纤通信技术通过提高信号传输速率 来提升通信容量，目前已经实现Tbps级别
散射损耗
光在光纤中传播时，由于光波与光纤中的物质发生相互作用而产生的损耗。包括 瑞利散射和米氏散射等。
光纤的色散特性
材料色散
由于不同波长的光在光纤材料中的传播速度不同而引起的色散。 通常只在短波长范围内显著。
波导色散
由于光纤的几何结构导致的不同波长的光在光纤中的传播常数不同 而引起的色散。主要影响多模光纤。
光子晶体光纤与光子束纤维
总结词
光子晶体光纤和光子束纤维是新型的光纤结构，具有独 特的光学特性和应用前景。
详细描述
光子晶体光纤是一种具有周期性折射率变化的光纤，可 以实现光的带隙传导和低散射损耗。光子束纤维则是一 种将光束约束在细小空间内的光纤结构，可以实现高功 率的光传输和激光加工。这两种光纤结构在光通信、光 学传感和激光雷达等领域具有广泛的应用前景。
THANKS FOR WATCHING
第5章 数字光纤通信系统PPT课件
135
(24)
(96) (672) (2016)
日本 1.544 6.312 32.064 92.728
(24)
(96) (480) (1440)
光纤通信
5
第5章 数字光纤通信系统
30/32路PCM的帧结构
16帧、2ms F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
高次群
定时
分
恢
离
复
分接器
1低
2 3 4
次 群
滑帧
8448-4 ×2048=256Kbit：帧同步码、对告码、调整比特、标志码
光纤通信
7
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• PDH的主要缺点：
➢ 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容， 没有世界统 一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营运、 管理和 维护变得十分复杂和困难。
6312k
VC-2 C-2
复用 定位校准
映射
均匀字节 ×3
间插 ×4
TU-12
TU-11
2048k
VC-12 C-12
1544k
VC光-11纤通C信-11
+TU-PTR +POH 码速调整 27
第5章 数字光纤通信系统
单位：kbit/s
2.048
C-12
2.176
VC-12 2.240
E1
TU-12 PTR
2 Mb/s(电信号)
分插信号流程的比较
光纤通信
9
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• 同步数字体系（SDH）
(24)
(96) (672) (2016)
日本 1.544 6.312 32.064 92.728
(24)
(96) (480) (1440)
光纤通信
5
第5章 数字光纤通信系统
30/32路PCM的帧结构
16帧、2ms F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
高次群
定时
分
恢
离
复
分接器
1低
2 3 4
次 群
滑帧
8448-4 ×2048=256Kbit：帧同步码、对告码、调整比特、标志码
光纤通信
7
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• PDH的主要缺点：
➢ 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容， 没有世界统 一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营运、 管理和 维护变得十分复杂和困难。
6312k
VC-2 C-2
复用 定位校准
映射
均匀字节 ×3
间插 ×4
TU-12
TU-11
2048k
VC-12 C-12
1544k
VC光-11纤通C信-11
+TU-PTR +POH 码速调整 27
第5章 数字光纤通信系统
单位：kbit/s
2.048
C-12
2.176
VC-12 2.240
E1
TU-12 PTR
2 Mb/s(电信号)
分插信号流程的比较
光纤通信
9
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• 同步数字体系（SDH）
《光纤通信概论》PPT课件
光源：
（1）1960年美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器 （2）氦—氖(He - Ne)激光器
（3）二氧化碳(CO2)激光器
激光具有波谱宽度窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和 相位较一致的良好特性。是一种理想的光载波。激光器的发明 和应用， 使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
（1）1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个 实用光纤通信系统的现场试验，系统采用GaAlAs激光器作光源， 多模光纤作传输介质，速率为44.7 Mb/s，传输距离约10 km。
（2）1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线，全长3400 km， 初期传输速率为400 Mb/s，后来扩容到1.6 Gb/s。
光纤通信
h
1
主要内容：
第一章 概论 第二章 光纤和光缆 第三章 通信用光器件 第四章 光端机 第五章 数字光纤通信系统 第六章 光纤通信新技术
h
2
什么叫通信？ 什么叫光纤通信？
利用光纤传输光波信号的通信方式。
h
3
第1章概论
1·1 光纤通信发展的历史和现状 1·2 1·3 光纤通信系统的基本组成
二、光源研制的发展
（1）1970 年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前 苏联先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质 结半导体激光器(短波长)。寿命只有几个小时。
（2）1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。
（3）1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10 万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满足实 用化的要求。
h
6
传输介质的探索：
美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2激光器进 行了大气激光通信试验。实验证明：通过大气的传播承载 信息的光波，实现点对点的通信是可行的。但是通信的距 离和稳定性都受到极大的限制，体现在以下两个方面：
12数字光纤通信系统PPT课件
第4章 数字光纤通信系统
4.1 数字光纤通信系统概述 4.2 光纤和光器件 4.3 光端机 4.4 数字光纤系统的两种传输体制
22.07.2020
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
4.1 数字光纤通信系统概述
一、光纤通信发展史和现状
1、探索时期的光通信:
中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传
送信息， 这些都可以看作是原始形式的光通信。
1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载
波传送话音的“光电话”。光电话证明了用光波作
为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通
信的雏型。
1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗 降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)。
22.07.2020
5
3、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
第一阶段(1966-1976年)，这是从基础研究到商
业应用的开发时期。实现了短波长(0.85μm)低速率
(45或34Mb/s)多模光纤通信系统。
22.07.2020
3
1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红 宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。
激光具有波谱宽度窄，方向性极好， 亮度极高， 以及频率和相位较一致的良好特性。
继红宝石激光器之后，氦—氖(He - Ne)激光器、 二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。 激光器的发明和应用， 使光通信进入一个崭新的阶 段。
7
22.07.2020
8
2. 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 石英光纤在1.31 μm和1.55 μm波长， 传输损耗分
4.1 数字光纤通信系统概述 4.2 光纤和光器件 4.3 光端机 4.4 数字光纤系统的两种传输体制
22.07.2020
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
4.1 数字光纤通信系统概述
一、光纤通信发展史和现状
1、探索时期的光通信:
中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传
送信息， 这些都可以看作是原始形式的光通信。
1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载
波传送话音的“光电话”。光电话证明了用光波作
为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通
信的雏型。
1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗 降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)。
22.07.2020
5
3、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
第一阶段(1966-1976年)，这是从基础研究到商
业应用的开发时期。实现了短波长(0.85μm)低速率
(45或34Mb/s)多模光纤通信系统。
22.07.2020
3
1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红 宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。
激光具有波谱宽度窄，方向性极好， 亮度极高， 以及频率和相位较一致的良好特性。
继红宝石激光器之后，氦—氖(He - Ne)激光器、 二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。 激光器的发明和应用， 使光通信进入一个崭新的阶 段。
7
22.07.2020
8
2. 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 石英光纤在1.31 μm和1.55 μm波长， 传输损耗分
- 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)。
在其传输的路途中, 当距离较远时, 采用光中继设备, 把信 号经过中继再生处理后传输。
实用系统是双方向的, 其结构图如图 5.2 所示。
图中, 数字端机主要是把用户各种数字信号, 包括数字程控 交换机和数字接口, 通过复用设备组成一定的数字传输结构(帧 结构), 不同速率等级的数字信号流送至光端机, 光端机把数字 端机送来的数字信号进行处理, 变成光脉冲送入光纤进行传输, 接收端进行相反的变换。
1. 线径细, 由于光纤的直径小, 只有0.1 mm左右, 所以制成光缆后与 电缆比要细得多, 因而重量轻, 有利于长途和市话干线布放, 而 且便于制造多芯光缆。
数字光纤通信系统
2.
由于技术的发展, 现在制造出的光纤介质纯度很高, 因而损 耗极低。现已制出的在光波导 1.55 mm窗口的衰耗低于 0.18 dB/km。 由于损耗极低, 所以传输的距离可以很长, 这就大大减 少了数字传输系统中中继站的数目, 既可降低成本, 也可提高通 信质量。
数字光纤通信系统
数字 信号
光端机
P CM
发送
模拟 电
信号 端 机
接收
光信号
光中继机 接收 发送 发送 接收光Βιβλιοθήκη 号光端机数字 信号
接收
P CM
电 模拟
发送
端 信号 机
监控台
图 5.2 数字光纤通信传输系统结构方框图
数字光纤通信系统
光端机主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组 成。在光发送部分完成电/光变换, 在光接收部分主要完成光/ 电变换。信号处理, 主要指把数字端机送来的数字脉冲信号再 处理, 以及各种码型变换, 使之适应光传输及其他目的。辅助 电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等。
3. 传输的频带宽、
由于光波频率高, 因此用光来携带信号则信息量大。现在 已经发展到几十千兆比特/秒的光纤通信系统, 它可传输几十万 路电话和几千路彩色电视节目。
数字光纤通信系统
4. 不受电磁干扰、 因光纤是非金属材料, 它不会受到电磁干扰, 也不会发生 锈蚀, 具有防腐的能力。 5. 不怕高温, 防爆、 防火性能强 因光纤是石英玻璃材料, 熔点高达2000℃以上, 所以不怕高 温, 有防火的性能。因而可用于矿井下、军火仓库、石油、 化 工等易燃易爆的环境中。
数字光纤通信系统
2.1
1. 光波分复用系统组成
光波分复用系统的组成如图5.40所示。首先, 在光终端设 备中通过波长转换, 将传输信号标准波长转换为波分复用系统 使用的系列工作波长, 然后多路光信号通过光复用器耦合到一 根光纤上, 经放大后在光纤线路中传输。
在一定距离后设置光纤放大器, 对衰减后的光信号进行光 中继放大。当到达接收端后, 将放大的光耦合信号解复用为多 路光信号, 然后通过波长转换, 将每路的光信号的工作波长再转 换为标准波长。
1)
缆芯是由光纤芯组成的, 它可分为单芯和多芯两种。单芯 型缆芯和多芯型缆芯结构的比例如表 5.1 所示。
数字光纤通信系统
数字光纤通信系统
光纤 一次 涂覆
缓冲 层 二次 被涂覆层
0.1 25 0.4 0.9
(a)
单位 ：mm (b)
图 5.8 (a) 紧套光纤结构示意图； (b) 松套光纤结构示意图
光中继机的作用, 主要是将光纤长距离传输后, 受到的衰 耗及色散畸变的光脉冲信号, 转换为电信号后经放大整形、定 时、再生还原为规则的数字脉冲信号。经过再调制光源, 变为 光脉冲信号送入光纤继续传输, 达到延长传输距离的目的。
数字光纤通信系统
1.3 光纤和光缆
1.
光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝, 它的直 径只有0.1 mm, 如同人的头发丝粗细。在通信中, 它和原来传 送电话的明线、电缆一样, 是一种新型的信息传输介质, 但它 比以上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍, 可达到上百 千兆比特/秒, 而且衰耗极低。
光纤的芯线由纤芯、包层、涂覆层、套塑四部分组成。 包
层的外面涂覆一层很薄的涂覆层, 涂覆的材料为硅铜树脂或聚 氨基甲醚乙脂, 涂覆层的外面套塑, 套塑的原料大都采用尼龙、 聚乙烯或聚本烯等塑料。
数字光纤通信系统
纤芯
包层
一次 涂覆 ( 涂 覆层) 二次 涂覆 ( 套 塑)
2a 2b
图5.5 光纤芯线的剖面构造
数字光纤通信系统
1 数字光纤通信系统概述 2 光波分复用系统 3 全光通信系统
数字光纤通信系统
1
1.1
数字光纤通信, 是以光波运载数字信号, 以光导纤维为传 输媒介的一种通信方式。1996年，英籍华人“光通信之父” 高锟(C.K.Kilo)博士根据介质波导理论提出了光纤通信的概念。 光纤通信有如下的显著特点。
数字光纤通信系统
3. 单模光纤及特性参数
根据波导传输波动理论分析, 光纤的传播模式可分为多模 光纤和单模光纤。
1) 多模光纤 多模光纤即能承受多个模式的光纤。这种光纤结构简单、 易于实现, 接头连接要求不高, 用起来方便, 也较便宜。因而在 早期的数字光纤通信系统(PDH系列)中采用但这种光纤传输带 宽窄、衰耗大、时延差大, 因而已逐步被单模光纤代替。
数字光纤通信系统
4.
为了使光纤能在工程中实用化, 能承受工程中拉伸、 侧压 和各种外力作用, 还要具有一定的机械强度才能使性能稳定。 因此, 将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适 应光纤通信的需要。
根据不同的用途和条件, 制成的光缆种类很多, 但其基本结 构是相同的。光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。
数字光纤通信系统
电信号
E/O变换 O/E变换
E/O变换
O/ E变换
光发 送机
光源
光中继机
光缆 光检测器
光接 收机
光纤连结器
电信号
图 5.1 光纤通信系统组成原理方框图
数字光纤通信系统
在发送设备中, 有源器件把数字脉冲电信号转换为光信号 (E/O变换), 送到光纤中进行传输。在接收设备中, 设有光检测 器件, 将接收到的光信号转换为数字脉冲信号(O/E变换)。
从一种介质向另一种介质传播, 由于它们在不同介质中传输速 率不一样, 因此, 当通过两个不同的介质交界面就会发生折射。
若现在有两种不同介质, 其折射率分别为n0, n1而且n1＞n 0, 设界面为XX′, 折射率小的称光疏媒质, 折射率大的称光密媒 质。假定光线从光疏媒质射向光密媒质, 其折射情况如图5.3所 示。图中，入射角为θ0——入射光线与法线YY′夹角, 折射角为 θ1——折射光线与YY′夹角，由图可见，θ1＜θ0。
数字光纤通信系统
终端 设备
终端 设备
光放大设备 光放大设备
1
D
D
1
2
D
…
D
2
… …
M
M 光放 光放
光放
光放 M
M
大器 大器
大器 大器
图5.40 光波分复用系统组成
数字光纤通信系统
2. 光波分复用传输原理
光波分复用传输系统WDM传输原理图如图5.41所示。
5.41(a)中是在一根光纤中同时单向传输几个不同波长的光 波信号。首先把信号通过光源变为不同波长的光波信号；然后， 通过光波分复用WDM耦合到一根光纤中传输 , 如图中的λ1, λ2,…,λn; 最后，当光信号到达收端时，把光耦合信号解复, 通过
数字光纤通信系统
1.2
数字光纤通信系统与一般通信系统一样, 它由发送设备、 传输信道和接收设备三大部分构成。
现在普遍采用的数字光纤通信系统, 是采用数字编码信号
经强度调制-直接检波的数字通信系统。这里的强度是指光强 度, 即单位面积上的光功率。强度调制是利用数字信号直接调
制光源的光强度, 使之与信号电流成线性变化。直接检波, 是指 信号在光接收机的光频上检测出数字脉冲信号。光纤通信系统 组成原理方框图如图 5.1 所示。
数字光纤通信系统
2) 单模光纤即只能传送单一基模的光纤, 如图5.6(c)所示。 这种光纤从时域看不存在时延差, 从频域看, 传输信号的带 宽比多模光纤宽得多, 有利于高码率信息长距离传输。单模光 纤的纤芯直径一般为4~10 μm, 包层即外层直径一般为125μm, 比多模光纤小得多。
3) 光纤的特性参数及定义相当复杂。在一般数字光纤工程中， 单模光纤所需的主要参数有: 模场直径、衰减系数和工作波长 或截止波长等。
2.
光纤为什么能够导光, 能传送大量信息呢? 这要研究其传 输理论, 但其传输理论涉及的数学、 物理知识面相当广, 它要 用到微分方程、场论等等高等数学知识及物理的微电子学、 光学等高深理论。这里我们用简单的比喻, 从物理概念上来说 明, 以加深对光纤传输信息的理解。
数字光纤通信系统
光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中学习过光
光纤 油膏
一次 涂覆 松套 管
数字光纤通信系统
数字光纤通信系统
光纤 加强 构件
光纤 单位
加强 构件
(a) 塑料 骨架 光纤
(b) 光纤 带
加强 构件 防热 层 综合 护套
(c)
加强 构件 (d)
图 5.9 (a) 层绞式； (b) 单位式； (c) 骨架式； (d) 带状
数字光纤通信系统
2
为进一步挖掘光纤传输的频带资源, 以满足多种宽带业务 (会议电视、高清晰度电视等)对传输容量的要求, 克服传统的 点到点单个波长的光纤通信方式的局限性, 现已将波分复用系 统投入了商用。它使光纤上单个波长(一个波长为一个光信道) 的传输变为多个波长同时传输(多个光信道), 从而大大提高了 信息传输容量。 通过世界上一些发达国家前几年的研究、现 场试验, 目前, 波分复用系统商用产品已达到32×10 Gb/s, 40×10 Gb/s(400 Gb/s), 在实验室已达到132×20 Gb/s(264Tb/s)。 现在，我国已建成了多个WDM系统及WDM网络。
实用系统是双方向的, 其结构图如图 5.2 所示。
图中, 数字端机主要是把用户各种数字信号, 包括数字程控 交换机和数字接口, 通过复用设备组成一定的数字传输结构(帧 结构), 不同速率等级的数字信号流送至光端机, 光端机把数字 端机送来的数字信号进行处理, 变成光脉冲送入光纤进行传输, 接收端进行相反的变换。
1. 线径细, 由于光纤的直径小, 只有0.1 mm左右, 所以制成光缆后与 电缆比要细得多, 因而重量轻, 有利于长途和市话干线布放, 而 且便于制造多芯光缆。
数字光纤通信系统
2.
由于技术的发展, 现在制造出的光纤介质纯度很高, 因而损 耗极低。现已制出的在光波导 1.55 mm窗口的衰耗低于 0.18 dB/km。 由于损耗极低, 所以传输的距离可以很长, 这就大大减 少了数字传输系统中中继站的数目, 既可降低成本, 也可提高通 信质量。
数字光纤通信系统
数字 信号
光端机
P CM
发送
模拟 电
信号 端 机
接收
光信号
光中继机 接收 发送 发送 接收光Βιβλιοθήκη 号光端机数字 信号
接收
P CM
电 模拟
发送
端 信号 机
监控台
图 5.2 数字光纤通信传输系统结构方框图
数字光纤通信系统
光端机主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组 成。在光发送部分完成电/光变换, 在光接收部分主要完成光/ 电变换。信号处理, 主要指把数字端机送来的数字脉冲信号再 处理, 以及各种码型变换, 使之适应光传输及其他目的。辅助 电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等。
3. 传输的频带宽、
由于光波频率高, 因此用光来携带信号则信息量大。现在 已经发展到几十千兆比特/秒的光纤通信系统, 它可传输几十万 路电话和几千路彩色电视节目。
数字光纤通信系统
4. 不受电磁干扰、 因光纤是非金属材料, 它不会受到电磁干扰, 也不会发生 锈蚀, 具有防腐的能力。 5. 不怕高温, 防爆、 防火性能强 因光纤是石英玻璃材料, 熔点高达2000℃以上, 所以不怕高 温, 有防火的性能。因而可用于矿井下、军火仓库、石油、 化 工等易燃易爆的环境中。
数字光纤通信系统
2.1
1. 光波分复用系统组成
光波分复用系统的组成如图5.40所示。首先, 在光终端设 备中通过波长转换, 将传输信号标准波长转换为波分复用系统 使用的系列工作波长, 然后多路光信号通过光复用器耦合到一 根光纤上, 经放大后在光纤线路中传输。
在一定距离后设置光纤放大器, 对衰减后的光信号进行光 中继放大。当到达接收端后, 将放大的光耦合信号解复用为多 路光信号, 然后通过波长转换, 将每路的光信号的工作波长再转 换为标准波长。
1)
缆芯是由光纤芯组成的, 它可分为单芯和多芯两种。单芯 型缆芯和多芯型缆芯结构的比例如表 5.1 所示。
数字光纤通信系统
数字光纤通信系统
光纤 一次 涂覆
缓冲 层 二次 被涂覆层
0.1 25 0.4 0.9
(a)
单位 ：mm (b)
图 5.8 (a) 紧套光纤结构示意图； (b) 松套光纤结构示意图
光中继机的作用, 主要是将光纤长距离传输后, 受到的衰 耗及色散畸变的光脉冲信号, 转换为电信号后经放大整形、定 时、再生还原为规则的数字脉冲信号。经过再调制光源, 变为 光脉冲信号送入光纤继续传输, 达到延长传输距离的目的。
数字光纤通信系统
1.3 光纤和光缆
1.
光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝, 它的直 径只有0.1 mm, 如同人的头发丝粗细。在通信中, 它和原来传 送电话的明线、电缆一样, 是一种新型的信息传输介质, 但它 比以上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍, 可达到上百 千兆比特/秒, 而且衰耗极低。
光纤的芯线由纤芯、包层、涂覆层、套塑四部分组成。 包
层的外面涂覆一层很薄的涂覆层, 涂覆的材料为硅铜树脂或聚 氨基甲醚乙脂, 涂覆层的外面套塑, 套塑的原料大都采用尼龙、 聚乙烯或聚本烯等塑料。
数字光纤通信系统
纤芯
包层
一次 涂覆 ( 涂 覆层) 二次 涂覆 ( 套 塑)
2a 2b
图5.5 光纤芯线的剖面构造
数字光纤通信系统
1 数字光纤通信系统概述 2 光波分复用系统 3 全光通信系统
数字光纤通信系统
1
1.1
数字光纤通信, 是以光波运载数字信号, 以光导纤维为传 输媒介的一种通信方式。1996年，英籍华人“光通信之父” 高锟(C.K.Kilo)博士根据介质波导理论提出了光纤通信的概念。 光纤通信有如下的显著特点。
数字光纤通信系统
3. 单模光纤及特性参数
根据波导传输波动理论分析, 光纤的传播模式可分为多模 光纤和单模光纤。
1) 多模光纤 多模光纤即能承受多个模式的光纤。这种光纤结构简单、 易于实现, 接头连接要求不高, 用起来方便, 也较便宜。因而在 早期的数字光纤通信系统(PDH系列)中采用但这种光纤传输带 宽窄、衰耗大、时延差大, 因而已逐步被单模光纤代替。
数字光纤通信系统
4.
为了使光纤能在工程中实用化, 能承受工程中拉伸、 侧压 和各种外力作用, 还要具有一定的机械强度才能使性能稳定。 因此, 将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适 应光纤通信的需要。
根据不同的用途和条件, 制成的光缆种类很多, 但其基本结 构是相同的。光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。
数字光纤通信系统
电信号
E/O变换 O/E变换
E/O变换
O/ E变换
光发 送机
光源
光中继机
光缆 光检测器
光接 收机
光纤连结器
电信号
图 5.1 光纤通信系统组成原理方框图
数字光纤通信系统
在发送设备中, 有源器件把数字脉冲电信号转换为光信号 (E/O变换), 送到光纤中进行传输。在接收设备中, 设有光检测 器件, 将接收到的光信号转换为数字脉冲信号(O/E变换)。
从一种介质向另一种介质传播, 由于它们在不同介质中传输速 率不一样, 因此, 当通过两个不同的介质交界面就会发生折射。
若现在有两种不同介质, 其折射率分别为n0, n1而且n1＞n 0, 设界面为XX′, 折射率小的称光疏媒质, 折射率大的称光密媒 质。假定光线从光疏媒质射向光密媒质, 其折射情况如图5.3所 示。图中，入射角为θ0——入射光线与法线YY′夹角, 折射角为 θ1——折射光线与YY′夹角，由图可见，θ1＜θ0。
数字光纤通信系统
终端 设备
终端 设备
光放大设备 光放大设备
1
D
D
1
2
D
…
D
2
… …
M
M 光放 光放
光放
光放 M
M
大器 大器
大器 大器
图5.40 光波分复用系统组成
数字光纤通信系统
2. 光波分复用传输原理
光波分复用传输系统WDM传输原理图如图5.41所示。
5.41(a)中是在一根光纤中同时单向传输几个不同波长的光 波信号。首先把信号通过光源变为不同波长的光波信号；然后， 通过光波分复用WDM耦合到一根光纤中传输 , 如图中的λ1, λ2,…,λn; 最后，当光信号到达收端时，把光耦合信号解复, 通过
数字光纤通信系统
1.2
数字光纤通信系统与一般通信系统一样, 它由发送设备、 传输信道和接收设备三大部分构成。
现在普遍采用的数字光纤通信系统, 是采用数字编码信号
经强度调制-直接检波的数字通信系统。这里的强度是指光强 度, 即单位面积上的光功率。强度调制是利用数字信号直接调
制光源的光强度, 使之与信号电流成线性变化。直接检波, 是指 信号在光接收机的光频上检测出数字脉冲信号。光纤通信系统 组成原理方框图如图 5.1 所示。
数字光纤通信系统
2) 单模光纤即只能传送单一基模的光纤, 如图5.6(c)所示。 这种光纤从时域看不存在时延差, 从频域看, 传输信号的带 宽比多模光纤宽得多, 有利于高码率信息长距离传输。单模光 纤的纤芯直径一般为4~10 μm, 包层即外层直径一般为125μm, 比多模光纤小得多。
3) 光纤的特性参数及定义相当复杂。在一般数字光纤工程中， 单模光纤所需的主要参数有: 模场直径、衰减系数和工作波长 或截止波长等。
2.
光纤为什么能够导光, 能传送大量信息呢? 这要研究其传 输理论, 但其传输理论涉及的数学、 物理知识面相当广, 它要 用到微分方程、场论等等高等数学知识及物理的微电子学、 光学等高深理论。这里我们用简单的比喻, 从物理概念上来说 明, 以加深对光纤传输信息的理解。
数字光纤通信系统
光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中学习过光
光纤 油膏
一次 涂覆 松套 管
数字光纤通信系统
数字光纤通信系统
光纤 加强 构件
光纤 单位
加强 构件
(a) 塑料 骨架 光纤
(b) 光纤 带
加强 构件 防热 层 综合 护套
(c)
加强 构件 (d)
图 5.9 (a) 层绞式； (b) 单位式； (c) 骨架式； (d) 带状
数字光纤通信系统
2
为进一步挖掘光纤传输的频带资源, 以满足多种宽带业务 (会议电视、高清晰度电视等)对传输容量的要求, 克服传统的 点到点单个波长的光纤通信方式的局限性, 现已将波分复用系 统投入了商用。它使光纤上单个波长(一个波长为一个光信道) 的传输变为多个波长同时传输(多个光信道), 从而大大提高了 信息传输容量。 通过世界上一些发达国家前几年的研究、现 场试验, 目前, 波分复用系统商用产品已达到32×10 Gb/s, 40×10 Gb/s(400 Gb/s), 在实验室已达到132×20 Gb/s(264Tb/s)。 现在，我国已建成了多个WDM系统及WDM网络。