光通信系统
第4章光纤通信系统介绍
1．光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑥ 调制(驱动) • 经过扰码后的数字信号通过调制电路对光源进 行调制，让光源发出的光信号强度跟随信号码 流的变化，形成相应的光脉冲送入光纤。
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1．光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑦ 自动功率控制 • 由于老化等因素的影响，使得光发射机的光源 在使用一段时间之后，出现输出光功率降低的 • 为了保持光源输出功率的稳定，在光发射机中 常使用自动功率控制(APC)电路。
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2．光接收机
• 图4-10 时钟恢复电路方框图
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2．光接收机
• 图4-11 时钟恢复电路波形图
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2．光接收机
• 图4-12 NRZ码的功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-13 RZ码功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-14 一种非线性处理电路
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2．光接收机
• 图4-15 非线性处理电路中的波形图
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2．光接收机
• 图4-8 单个脉冲均衡前后波形的比较
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2．光接收机
⑤ 判决器和时钟恢复电路 • 判决器由判决电路和码形成电路构成。 • 判决器和时钟恢复电路合起来构成脉冲再生电 路。 • 脉冲再生电路的作用是将均衡器输出的信号恢 复成理想的数字信号
26
2．光接收机
• 图4-9 信号再生示意图
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（1）衰减对中继距离的影响
• 一个中继段上的传输衰减包括两部分，其一是 光纤本身的固有衰减，再者就是光纤的连接损 耗和微弯带来的附加损耗。 • 构成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包 括两大类：吸收损耗和散射损耗。 • 引起光纤损耗的因素还有光纤弯曲和微弯产生 的损耗以及纤芯与包层中的损耗等等。
21-光纤通信系统简介
市场需求的发展凸显了各项技术的优势，同时也发现了各项技术的瓶颈。
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一、光纤通信系统组成
12
光纤通信系统由电端机、光端机、光纤线路、光中继器（光
放大器）、复用设备组成。 光端机: 光发射机的作用：进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码 流输入到光纤中进行传输。 光接收机的作用：进行光/电转换。 光源器件: 一般是LED和LD。
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7
按照所服务的范围不同分为 ◦ 骨干层 一级干线 二级干线 ◦ 城域网 核心层 汇聚层 接入层
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程控交换 机系统 车站设备 监控系统
SCADA 系统 列车 系统
旅客信息 系统
更多的应 用 应用 平台
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办公自动 化系统
闭路电视 监控系统
广播系统
调度系统
无线系统
自动售检 票系统
N42 OTN-X3M 2500 and -622 OTN-150, -600 and -2500
N215
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ATM(异步传输模式)：在20世纪80年代为多种业务设计的 实现B-ISDN(宽带综合业务数据网)业务定义的数据传输核 心技术。 是一种基于统计复用的通用的面向连接的传输模式技术。 ATM将数据分割成固定长度的基本单位信元（53个字节其 中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元 体，用来承载用户要分发的信息。）的一种分组交换和复 用技术。 通过虚连接进行交换。 ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步 时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不组交换技术；快速交换技术；面 向连接的信元交换；预约带宽。 其优点：吸取电路交换实时性好，分组交换灵活性强的 优点；采取定长分组（信元）作为传输和交换的单位；具有 优秀的服务质量；目前最高的速度为10GB/S,即将达到 40GB/S. 其缺点：信元首部开销太大；技术复杂且价格昂贵；信 息传输存在一定的时延、抖动及丢包等现象；在话音通信方 面，主要采用电路仿真方式；在LAN(局域网)领域由于千兆位 以太网的崛起，ATM的优势不复存在；在广域网领域，ATM受 到来自IP(网间互连协议)技术的竞争
光纤通信系统PPT课件
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
光学通信系统的设计与优化
光学通信系统的设计与优化光通信作为一种现代化的通信方式，已经被广泛应用于现代的通信网络之中。
它通过光纤传输数据信息，具备了高速、稳定、安全等特点，成为了当前应用最为广泛的通信方式之一。
而在光通信系统的设计与优化方面，也是需要我们深入掌握一些关键因素，以确保系统的效率和稳定性。
一、光通信系统的设计我们知道，光通信系统的设计主要涉及到光源、调制器、探测器、放大器、光纤和相关的连接器等大量的元器件和设备，其中每一个环节都会对整个系统的性能产生重要的影响。
因此，在系统设计时，我们需要充分地考虑以下因素：1. 光源光源是光通信系统中的最基础的组成元件，直接影响到信号的传输距离和效率。
在光源的选取上，我们需要注意其光谱宽度、功率、最大输出波长、温度抗性等指标，以确保其能够稳定供给光信号，并满足实际应用中的需求。
2. 调制器调制器是光通信系统中的另一个重要组成元件，用于将电信号转换成光信号。
在选取调制器时，我们需要注意其调制速度、偏振相关性、驱动电压、热稳定性等指标，以确保其在通信系统中能够稳定可靠地工作。
3. 探测器探测器是光通信系统中的信号检测元件，用于将光信号转换为电信号。
在选取探测器时，我们需要考虑其响应速度、灵敏度、量子效率、热稳性等指标，并使用合适的前置放大器，以满足实际应用中的需求。
4. 光纤光纤是光通信系统中的信号传输媒介，其传输速度和距离都与光纤的品质和参数密切相关。
在选取光纤时，我们需要考虑其折射率、损耗、色散、非线性效应等指标，并使用合适的光纤连接器和配件，以确保光信号的稳定传输。
二、光通信系统的优化在光通信系统的实际应用过程中，除了对各组成元件性能的要求外，还需要考虑一些优化策略，以提高系统的效率和稳定性。
1. 系统调制格式选择合适的调制格式是光通信系统中提高传输效率的一个重要因素。
在不同的调制格式中，有些适用于长距离传输，有些适用于短距离传输等，正确地选择对应的调制格式，将可以最大化用户对其通信网络的目标要求。
光通信发展趋势
光通信发展趋势
光通信是一种利用光学的原理进行信息传输的技术，其具有高速、大带宽、低延迟等优点，逐渐成为了现代通信领域的重要技术之一。
光通信的发展趋势如下：
1. 高速和大容量：光通信系统的传输速率一直在不断提高，传统的光纤通信系统已经实现了100Gbps的传输速率，而新一代的光通信系统如400Gbps和1Tbps的传输速率也已经开始商用化。
同时，光通信系统也在不断扩展其容量，以满足越来越大的数据传输需求。
2. 极短的延迟：光信号的传输速度非常快，因此光通信系统具有非常低的延迟。
在需要实时传输的应用领域，如金融交易、云计算等，光通信系统将扮演越来越重要的角色。
3. 非线性光学和调制技术：非线性光学和调制技术能够提高光通信系统的性能。
利用非线性光学效应，可以实现更高的传输速率和更长的传输距离。
而调制技术则可以使光信号能够在更复杂的信道中传输，提高光通信系统的适应性和稳定性。
4. 光纤网络：随着互联网的快速发展，全球范围内的光纤网络正在不断扩展。
光纤网络具有高速、大容量的特点，已经成为互联网的主要传输方式之一。
未来，光纤网络将进一步延伸到更偏远的地区，以实现全球范围内的高速互联。
5. 光通信与无线通信的融合：光通信和无线通信之间的融合将成为未来的发展方向。
光纤作为传输介质，可以为无线通信提
供更大的带宽和更快的传输速率，以满足日益增长的无线数据需求。
同时，光通信系统也可以与5G和其他无线通信技术结合，提供更强大的通信能力。
总而言之，光通信作为一种高速、大容量的通信技术，其发展趋势将继续朝着更高速、更大容量、更低延迟、更稳定和更灵活的方向发展。
光纤通信系统
第一章概论光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载体的通信系统，主要由光发电机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
光线通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。
不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机的带有信息的电信号，都可以调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端。
再由光接收机把光信号转换为电信号。
光纤的主要作用：利用光的全反射原理传递光学信号，其优点是信号损耗小，抗干扰能力强。
与电缆或微波等电通信方式相比，光通信优点：（1）通信容量大（2）中继距离长（3）保密性能好（4）适应能力强（5）体积小、重量轻，便于施工维护（6）原材料资源丰富，节约有色金属和能源，潜在价格低廉。
光纤通信中常用的三个低功耗窗口的中心波长为：0.85微米 1.31微米 1.55微米其中后两个的应用更为广泛。
基本光纤传输系统作为独立的“光信道”单元，若配置适当的接口设备，则可以插入现有的数字通信系统或模拟通信系统，有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间。
光发射机、光纤线路和光接收机，若配置适当的光器件，可以组成传输能力更强、功能更完善的光纤通信系统。
光发射机的功能是把输入的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。
光发射机由光源、驱动器和调制器组成。
其中，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，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。
光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。
光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。
实际工程中使用的是容纳多根光纤的光缆。
光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心，对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。
光纤通信系统
什么是光纤通信系统什么是光纤通信系统？本文将从光纤通信系统的构成,发展,优点,光纤通信技术的发展趋势方面来进行阐述。
光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。
从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。
光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。
传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。
光纤通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。
光导纤维通信简称光纤通信。
可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。
实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。
光纤通信系统的构成一个实用的光纤通信系统，配置各种功能的电路、设备和辅助设施，如接口电路、复用设备、管理系统以及供电设施等，才能投入运行。
要根据用户需求、要传输的业务种类和所采用传输体制的技术水平等来确定具体的系统结构。
因此，光纤通信系统结构的形式是多种多样的，但其基本结构仍然是确定的。
有种通信系统主要是由3部分组成：光发射机、光纤光缆和光接收机。
由于光纤只能传光信号不能传电信号，因此，这种通信系统在发送端必须先把电信号变成光信号，在接收端再把光信号变为电信号，即电/光和光/电变换。
其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。
实现过程如下：输入的电信号既可以是模拟信号(如视频信号、电视信号)，也可以是数字信号(如计算机数据、PCM 信号);调制器将输入的电信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能;光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端;在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电处理过程，弥补线路传输过程中带来的信号损伤(如损耗、波形畸变)，最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传输过程。
典型光通信系统介绍
典型的光通信系统主要由光源、光纤、光发送机和光接收机组成。
1. 光源：是光波产生的根源。
2. 光纤：是传输光波的导体。
3. 光发送机：功能是产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤。
4. 光接收机：负责接收从光纤上传输的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理。
此外，光通信系统还包括一些光互联与光信号处理器件，如光纤跳线、光耦合器、光分束器、光放大器、再生中继器等。
以上信息仅供参考，建议咨询专业人士获取更准确的信息。
光纤通信系统
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。
大气光通信 激光器一问世，人们就模拟无线电通信进
行了大气激光通信的研究。
实验证明：用承载信息的光波，通过大气 的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通 信能力和质量受气候影响十分严重。
1970年，光纤研制取得了重大突破
• 1970年，美国康宁(Corning)公司研制 成功损耗 20dB/km 的石英光纤。把光纤通 信的研究开发推向一个新阶段。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤 损耗降低到 4 dB/km。
• 1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光 纤损耗降低到 2.5dB/km。
由于当时没有理想的光源和传输介 质， 这种光电话的传输距离很短，并没 有实际应用价值，因而进展很慢。
然而，光电话仍是一项伟大的发明， 它证明了用光波作为载波传送信息的可 行性。
因此，可以说贝尔光电话是现代光 通信的雏型。
红宝石激光器
• 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。
1000 km内中继器 个数
20
小同轴
960
4
250
中同轴
1800
6
1600
光缆
1920
30
33
光缆
14000(1Gb/s)
84
11
光缆
6000(445MB/S)
134
7
2. 损耗很小，中继距离很长且误码率很小。
目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为 石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区的损耗可 低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损 耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统 的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。
光通信系统的作用和特点
光通信系统的作用和特点
光通信系统的作用主要包括信息传输和数据交互。
光通信系统以其高速、大容量的信息传输能力，在电信网络、数据中心、云计算等领域发挥着至关重要的作用。
光通信系统的特点包括以下几点：
1. 通信容量大：光通信系统利用光波作为信息载体，可以在一根光纤上同时传输多个波长的光信号，实现大容量的信息传输。
2. 传输距离远：光信号在光纤中传输时损耗较小，因此光通信系统可以实现远距离的信息传输。
3. 信号串扰小：光纤中的光信号传输不受电磁干扰影响，同时光纤之间的耦合损耗也比较小，因此光通信系统的信号串扰较小。
4. 抗电磁干扰能力强：由于光纤的绝缘性和抗电磁干扰能力较强，光通信系统在强电磁场环境下仍能保持稳定的传输性能。
5. 可靠性高：光通信系统的组件具有较高的可靠性，且光纤传输过程中不受电磁辐射和核辐射的影响，因此光通信系统具有较高的可靠性。
6. 安全性高：由于光信号在光纤中传输时不会被外界窃取或干扰，因此光通信系统具有较高的安全性。
总之，光通信系统具有高速、大容量、远距离、抗电磁干扰能力强等优点，被广泛应用于电信网络、数据中心、云计算等领域。
光纤通信系统性能测试与分析
光纤通信系统性能测试与分析光纤通信系统已经成为现代通信技术的主要手段，它的传输速度快，噪声小，抗干扰能力强，传输距离长等优点，让它在通信领域得到广泛的应用。
但是，由于光纤通信系统中的光信号易受外界影响，导致其受到各种噪声和失真的干扰，从而影响系统的传输性能，因此需要对光纤通信系统进行性能测试与分析。
光纤通信系统性能测试的流程光纤通信系统的性能测试应该包括以下几个方面：1. 光纤距离测试首先需要进行的是光纤距离测试，即确定信号传输的距离。
可以采用光时域反射仪（OTDR）等设备进行测试，将光发射到光纤中，然后测量光的反射信号和散射信号的时间延迟和强度，从而确定信号传输的距离。
2. 光信号质量测试随着光信号在光纤中传输，受到的污染、噪声和衰减将会使信号质量降低。
因此，需要对光信号的质量进行测试。
可采用眼测仪、光谱仪等设备来测试光信号的功率、波长、带宽、目标值等性能参数。
3. 光纤衰减测试光纤通信系统中的信号在传输的过程中，会受到光纤本身的损耗.为了保证光信号传输的正确性和质量，需要对光纤的衰减情况进行测试，常用的测试方法有使用光源和光功率计进行衰减测试和使用OTDR测试衰减。
4. 美化测试美化测试是对光信号在光纤中传输时产生的时域畸变情况进行测试。
时域畸变的主要原因是光信号在光纤中传输时出现的中心偏移、色散、时钟抖动等因素导致的。
可以使用光眼仪等设备来进行测试。
5. 稳定性测试稳定性测试是对光纤通信系统中的各种器件和设备在使用过程中的稳定性进行测试。
这个测试主要是测试设备的可靠性和稳定性。
光纤通信系统性能分析的方法进行了测试后，需要对测试结果进行分析，以确定光纤通信系统存在的问题，然后将其加以解决，从而提高光纤通信系统的性能。
1. 时间域分析通过对光信号在时域上的波形进行分析，可以获得关于光信号宽度、峰值等参数的信息,以及评估光通信系统的时域稳定性。
2. 功率谱密度分析通过对光信号在频域上的功率谱密度进行分析，可以获得关于光信号带宽、中心波长等参数的信息，从而判断光信号的频域稳定性。
光学通信系统的性能分析与调控
光学通信系统的性能分析与调控近年来，随着信息技术的不断发展，光传输技术成为高速数据传输领域的重要方向之一。
因为光传输技术具有传输速率高、距离远、耗能低等优点，所以光通信系统已经成为现代通信技术中不可或缺的一部分。
但是，由于实际传输中的光损耗、噪声影响等原因，光通信系统的性能会受到很大的影响。
为了充分发挥光通信技术的优势，需要对光通信系统的性能进行细致的分析和调控。
一、光通信系统的性能评估光通信系统的性能评估是对光信号传输质量的综合评价，包括传输速率、信号幅度、信噪比、误码率等指标。
1. 传输速率：传输速率是用于衡量光通信系统传输性能的一个重要的物理量，单位为比特每秒（bps），是指单位时间内传输的信息量。
因此，传输速率的大小关系到光通信系统传输容量大小，也就直接决定了光通信系统的传输效率。
通常，光通信系统的传输速率高达数十亿比特每秒，可以满足大量数据传输的需求。
2. 信号幅度：信号幅度是指光信号强度的大小，通常以光功率表示，单位是毫瓦（mW）。
在光通信系统中，信号幅度对信号的传输距离、信道难度等因素产生了很大的影响。
要保证信号能够稳定传输，需要进行信号幅度调控。
3. 信噪比：信噪比是指在信号中所含有的信号功率与噪音功率比值的对数值。
信噪比的大小代表了信号的清晰程度，也是一个衡量光通信系统性能的重要指标。
通常情况下，信噪比越高，传输信号的质量越好，误码率越低。
4. 误码率：误码率是指信号在光通信系统中传输过程中的失真和干扰导致的错误信息占传输信息总量的比例，通常用10的负几次方或百分比表示。
如果误码率过高，在数据传输过程中就会出现大量错误信息，从而影响光通信系统的性能。
二、光通信系统性能调控为了实现光通信系统的性能优化，需要结合实际情况进行精细的调控。
根据光通信系统存在问题的不同，可以采用不同的调控措施。
1. 减小光损耗：在光通信系统中，光信号传感器在传输过程中会受到一定的损耗，导致传输距离的限制。
光通信系统、光缆、光纤知识
光通信系统
——通信光纤
（6）、关于在传输网络建设中的光纤选择等方面的相关建议 （一）G.652和G.655光纤的传输应用选择
目前，应用于长途骨干和城域网的光纤主要是G.652和G.655两种光纤。 对于基于2.5Gb/s及其以下速率的WDM系统，G.652光纤是最佳选择； G.652B/C/D和G.655光纤均能支持基于10Gb/s及更高速率的WDM系统； G.652C/D光纤在城域网中的优势明显。 通常G.652单模光纤在C波段1530~1565nm和L波段1565~1625nm的色散较大， 一般为17~22ps/nm·km。在开通高速率系统及基于单通路高速率的WDM系 统时，可采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。但DCF同时引入较 大的衰减，因此它常与光放大器一起工作，DWDM波长范围越宽，补偿困 难越大。 G.655光纤的基本设计思想是在1550nm窗口工作波长区具有合理的较低的 色散，足以支持10Gb/s的长距离传输而无需色散补偿，同时，其色散值 又保持非零特性，具有一个起码的最小数值，足以抑制非线性影响，适 宜开通具有足够多波长的WDM系统。
光通信基础知识
——系统、光纤、光缆
主要内容
光通信系统概述 光纤知识 光缆知识
2
光通信系统概述
3
光通信系统
通信传输网常用的物理媒体——光纤、微波、电缆 以光纤为通信载体，可提供高速往外通道的光纤传输网已成为目前通 信传输网的主要部分。 一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、光纤光缆、 光接收设备。
14
光通信系统
——通信光纤
（3）G.652D光纤的发展与应用 G.652光纤可细分为A、B、C、D四个子类。其中G.652A和 G.652B为常规单模光纤，其水峰处衰减未作优化；G.652C 和G.652D为低水峰单模光纤，永久地降低水峰的衰减。 几种G.652光纤的主要性能区别： 1、G.652C/D规定了1383NM衰减特性，并经氢老化试验， 使OH漂移出长波长，大于1700nm，不在光通信系统的工作 波长范围内 2、G.652B相对于G.652A，PMDQ链路值由0.5降低至0.2 3、G.652D相对于G.652B，降低了水峰衰减，相对于 G.652C降低了偏振模色散。
光通信原理PPT课件
按制式分类分类
二进制IM/DD系统：
开关键控（ On Off Keying ——OOK）编码：
在OOK编码中，每一比特时间内光脉冲处于开或关的状 态。每个“1”比特编码为一个光脉冲，而每个“0”比特则以 一个关闭比特(无光场)进行编码。
光场 光电探测器 +
前放
主放
i(t) 阈值判别 解码比特
光场 光电探测器 i(t)
+ 前放
Tb 0
v
解码比特
阈值判别
图 接收机和解码器
按制式分类
二进制IM/DD系统：
曼彻斯特编码：
曼彻斯特码利用一个半占空的对称方波（如01）表示数 据“1”，而其反相波（如10）表示数据“0”。
0
编码激光强度
0
T2 b
T b
1
0
T2 b
T b
按制式分类
光场 光电探测器 i(t)
+ 前放
Tb 2 0
解码PPM 字节
按制式分类
相干光通信系统
比特
激光调制器
光场
接收光场
本振 光源
光电 探测器
RF滤波器
射频解码 器
载波追踪
按制式分类
接收光场
光电 探测器
RF滤波器
射频解码 器
频谱 频谱
频谱
本振 光源
fs
2B
fLF
fL
2B
频率
频率
B 频率
外差检测及信号频谱分布
按制式分类
接收光场
光电 探测器
基带信号
频谱 频谱
光通信子系统 中继光学平台
ATP子系统
无线光通信系统组成
激光通信终端
光通信系统设计教材
以下是一些光通信系统设计的教材推荐：
1. "Optical Fiber Communications" by Gerd Keiser: 这本书是关于光纤通信的经典教材，介绍了光通信系统的基础原理、光纤传输、光放大器、光调制解调、光检测等重要内容。
2. "Optical Networks: A Practical Perspective" by Rajiv Ramaswami and Kumar N. Sivarajan: 这本教材涵盖了光网络的设计、规划和操作等方面的内容，包括光传输、光交换、光路由等关键技术。
3. "Optical WDM Networks" by Biswanath Mukherjee: 这本书详细介绍了波分复用（WDM）技术在光通信系统中的应用，包括光网络拓扑设计、光路由算法、光网络管理等。
4. "Introduction to Optical Communication Systems" by Wayne Tomasi: 这本教材提供了光通信系统的基础知识，包括光纤传输、光放大器、光调制解调器、光接收器等。
5. "Fiber-Optic Communication Systems" by Govind P. Agrawal: 这本教材介绍了光纤通信系统的理论和设计，包括光传输特性、光调制与解调技术、光网络拓扑设计等。
这些教材涵盖了光通信系统设计的基本原理和关键技术，对于学习和理解光通信系统设计非常有帮助。
可以根据个人的学习需求和兴趣选择合适的教材进行深入学习。
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一根光纤比作宽敞的公路——车道 21
通过WDM提高现存光纤的传输容量
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DWDM系统频谱
DWDM系统频谱示意图
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波分复用WDM和光纤放大器EDFA
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WDM系统的基本结构
点到点系 统的光发 射机输出
光发射机
通常光纤通信系统划分为点对点系统，一点对多
点系统以及网络。
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这些系统用来连接一些结点，这些结点通常可能 是交换机、终端（如SDH 终端）、计算机、工作 站等。
点对点系统和一点对多点系统仅仅是网络的特例， 在网络中，每个站可以与其他任一个站进行通信。
在此，以点对点系统为例，介绍光纤通信系统的
光纤通信系统构成及WDM简介
1
主要内容
1. 光纤通信的概念 2. 现代光纤通信系统的构成 3.波分复用（WDM）系统
2
1. 光纤通信的概念
▪ 通信（communication） 分为：
1、电通信（telecommunication） ； 2、光纤通信（optical communication） 。
构成
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2.2 点到点光通信系统
点对点光纤通信链路示意图
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• 数字光纤通信系统的组成
驱动电路
光源
调制器
光发射机
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光接收机
由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。
此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离 器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。
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3. 波分复用（WDM）系统
传统的电通信遇到了电子瓶颈，随后发展了光纤通信。 光纤的带宽是30T-50THz，一路语声信号的带宽是4KHz， 图像信号6MHz，一根光纤传一路信号造成巨大的带宽浪费 因此，充分发掘光纤的巨大带宽潜力具有重要意义
扩大光纤通信容量的有效方法： 复用技术——多路信号共用一根光纤！
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2.2.1 光发射机
光发射机由光源、调制器和信道耦合器组成。
光信号是用电信号调制光载波产生的，包括如下两种: 1）直接调制：通过改变注入电流直接调制半导体光源的
输出。带有啁啾，影响通信系统性能。
2）外调制：增加一调制器，适于高速系统应用。
驱动电路
信号输入
光源
调制器
通道耦合器
光发射机结构框图
▪两个窗口合在一起，总带宽超过30THz。如果信道 频率间隔为10 GHz， 在理想情况下， 一根光纤可 以容纳3000个信道，（需要3000个波长，目前仅实 现64个波长）
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网络容量演进战略
WDM 波长数
32 80Gb/s 16 40Gb/s
20Gb/s 8
4 10Gb/s
1 2.5G近于发射端的光信号， 从而延长传输距离，提高信号质量。
需要光----电-----光 转换 12
3R再生功能
放大 消除波 形畸变 消除时 间抖动
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2.2.4 光接收机
光接收机：将光信号变换为电信号，再进行放 大、再生。
光电检测器件：PIN光电检测器、APD光电 检测器
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光 波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing) 纤 通 时分复用(TDM,Time Division Multiplexing) 信 复 用 码分复用(CDM,Code Division Multiplexing) 技 术 空分复用(SDM,Space Division Multiplexing)
光中继放大：采用EDFA实现对不同波长光信号的相同增益放大。
光接收机：先由前置光放大器（PA）放大经传输衰减的主信道光信号，再 用分波器从主信道光信号中分出不同特定波长的光信号。
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波分复用（WDM）系统带宽
▪波长为1310nm的窗口：1.26～1.36μm，相应的带 宽为17.5THz ▪波长为1550nm的窗口：1.48～1.58μm，相应的带 宽为12.5THz
波分复用技术的分类： 波分复用(WDM)：光载波复用数小于8波，信道间隔大于3.2nm 的系统。 密集波分复用（DWDM）：光载波复用数大于8波，信道间隔小 于3.2nm的系统。 粗波分复用技术(CWDM)：
➢波长范围：1280nm～1625nmμm；345nm ➢波长间隔：20nm；16个信道 ➢在城域网中，更低的硬件成本、功耗和体积更小
光中继放大
光接收机
1
λ1 光转发器1 光
光 纤
合
光 纤
光λ1 接收1 1
分
.. .. ..
.. .. ..
n
光转发器
n
λn
波 器
BA
λS
LA
λS
λS
PA λS
波 器
λn
接收n
n
光监控信道 接收/发送
光监控信 道发送器
网络管理系统
光监控信 道发送器
光发送机：将来自不同终端的多路光信号分别由光转发器转换为各自特定 波长的光信号后，经光合波器合成组合光信号，再通过光功率放大器（BA） 放大输出至光纤中传输。
80Gb/s 40Gb/s
10Gb/s
40Gb/s
每波长比特率(TDM)
27
随着传输线路的延长，会由于传输损耗而使 脉冲衰减，同时加上传输线路的失真特性 （光纤中的各种色散）产生脉冲波型的失真。 因此，需要中继器来进行修复。
3R： Re-amplifying 再放大（光放大器的功能）
Re-timing
再定时 （消除时间抖动） 3R
Re-shaping 再整形 （消除波形畸变） 组合
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2.2.2 光纤
光纤：将光信号从光发射机无失真地传送到光 接收机。
基本特性参数： 损耗（dB/km）：直接影响通信距离。 色散（ps/nm.km）：将引起光脉冲信号 展宽和码间串扰，影响通信距离和容量。 为实现高速长距离传输，要求光纤具有低损 耗和低色散特性。
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2.2.3 光中继器
电通信：广义的电通信指的是一切运用电波作为 载体来传送信息的所有通信方式的总称，而不管 传输所使用的介质是什么。
电通信又可分为有线电通信和无线电通信。
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光通信（optical communication） 广义的光通信指的是一切运用光波作为载体 而传送信息的所有通信方式的总称，而不管 传输所使用的介质是什么。 光通信也可以分为利用大气进行通信的无线 光通信和利用石英光纤或塑料光纤进行通信 的有线光通信。
光发射机 1 光发射机 2 光发射机 3
光发射机 N
复用
EDFA
解复用
1 光接收机 2 光接收机 3 光接收机
N 光接收机
典型的点对点光纤通信系统(WDM) 19
波分复用定义、分类
波分复用 ：一根光纤同时传输多个不同波长的光载波，把光纤 可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独 立的通道,传输一种预定波长的光信号。
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➢三棱镜色散给我们的启示
由于三棱镜对于不同波长的光信号折射的角 度不同，输出的信号就成了七色光谱。
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启示我们：只要信号的波长或频 率不同，多路信号就可在同一传输 媒质中同时进行传输，互不影响。
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3.1 波分复用（WDM）系统
▪ WDM基本工作原理：
在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并 耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输，在接收端 将组合波长的光信号进行分离（解复用），并作进一 步处理后恢复出原信号送入不同终端。
本课程所讲的光纤通信指的是利用光纤进行通 信的有线光通信，简称光纤通信。
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光纤通信技术特点：
传输容量大。 传输损耗小，中继距离长 抗干扰性好，保密性强，使用安全 材料资源丰富，可节约金属材料 重量轻，可挠性好，敷设方便
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2. 现代光纤通信系统的构成
2.1 光纤通信系统分类