光通信系统

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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
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
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。
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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
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。
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
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
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。
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
Biblioteka Baidu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。
▪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 2.5Gb/s
320Gb/s
光纤通信系统构成及WDM简介
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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
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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） 。
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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)
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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。
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
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L
L
L
L
A
A
A
A
N
N
N
N
E
E
E
E
C
C
C
C
L
L
L
L
OO
O
O
S
S
S
S
E
E
E
E
D
D
D
D
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
80Gb/s 40Gb/s
10Gb/s
40Gb/s
每波长比特率(TDM)
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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
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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！
通过这3个R，可得到接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