光通信系统的建模2PowerPointPresent
合集下载
通信系统模型PPT课件
2021/3/9
5
模拟通信系统模型
2021/3/9
6
数字通信系统模型
2021/3/9
7
数据通信系统
数据通信是指依据通信协议，利用数据传输技术(模 拟传输或数字传输)在两个功能单元之间传递信息。 数据通信离不开计算机技术，从某种意义上说，数 据通信可以看成是数字通信的特例。 研究数据通信系统包括两方面内容：
通信双方为交换数据而建立连接 通信双方数据处理设备的其它协商工作 差错控制：检测或纠正因信号失真或信道噪声等原 因而产生的传输差错 流量控制：保证信宿设备不会因信源设备发送太快 以至无法及时接收和处理这些数据而导致超载
2021/3/9
22
通信主要任务
寻址
当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出 信宿的标识
连续波
模拟
线性 AM，SSB，VSB 非线性 FM，PM
数字
ASK，FSK，PSK， QAM
脉冲调制
模拟 PAM，PPM
2021/3/9
数字 PCM，ADPCM，CVSD，△M
19
数据通信及计算机通信
数据通信是指信源产生的数据，按一定通信协 议，通过模拟传输信道或者数字传输信道，形 成数据流传送到信宿的过程。
数据通信标准可以分为：
事实标准：私有标准和开放标准 法定标准
2021/3/9
28
标准化组织
国际 标准化组织 (ISO) 国际电信联盟电信标准化部 (ITU-T) 美国国家标准化协会 (ANSI) 电气电子工程师协会 (IEEE) 电子工业协会 (EIA) 贝尔中心
2021/3/9
29
论坛和管理机构
传输系统的利用 充分合理利用传输设施 复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力 拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载
通信行业光纤通信技术知识之拟光纤通信系统(ppt 92页)
对于电视信号直接光强调制系统的信噪比有些不同，假 设传输的是阶梯形全电视信号，则
SN 2R l0 gB (2 ep b 1 .4 2 e m 4 T dI P V b 4 kT /R L F )
来自 中国最大的资料库下载
式中, mTV为电视信号的调制指数， 其他符号的意义和式 (6.10)相同，但g=1。
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基 带 信 号 m(t)
发 光 二 极 管 调 制 器
发 送 机
光 检 测 器 放 大 器 恢 复 原 信 号
m(t)
光 纤
接 收 机
图 6.1 模拟信号直接光强调制系统方框图
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6.2.1特性参数
和SNR关系密切的一个参数是接收灵敏度。和数字光纤通 信系统相似，在模拟光纤通信系统中，我们把接收灵敏度Pr定 义为：在限定信噪比条件下，光接收机所需的最小信号光功率 Ps, min，并以dBm为单位。
假设系统除量子噪声外，没有其他噪声存在，在这种情 况下，灵敏度由平均信号电流决定，这样确定的灵敏度称为 (最高)极限灵敏度。
3. 方波频率调制(SWFM)
方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波 进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉 冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。然后用这个方波 脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM IM光纤传输 系统。
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根据假设，式(6.10)分母后两项为零，利用式(3.14)响应度 ρ=ηe/hf，m=1, g=1, 式(6.10)简化为
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s Pb
NP 4hfB
在限定信噪比条件下， 光接收机所需的最小信号光功率
SN 2R l0 gB (2 ep b 1 .4 2 e m 4 T dI P V b 4 kT /R L F )
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式中, mTV为电视信号的调制指数， 其他符号的意义和式 (6.10)相同，但g=1。
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基 带 信 号 m(t)
发 光 二 极 管 调 制 器
发 送 机
光 检 测 器 放 大 器 恢 复 原 信 号
m(t)
光 纤
接 收 机
图 6.1 模拟信号直接光强调制系统方框图
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6.2.1特性参数
和SNR关系密切的一个参数是接收灵敏度。和数字光纤通 信系统相似，在模拟光纤通信系统中，我们把接收灵敏度Pr定 义为：在限定信噪比条件下，光接收机所需的最小信号光功率 Ps, min，并以dBm为单位。
假设系统除量子噪声外，没有其他噪声存在，在这种情 况下，灵敏度由平均信号电流决定，这样确定的灵敏度称为 (最高)极限灵敏度。
3. 方波频率调制(SWFM)
方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波 进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉 冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。然后用这个方波 脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM IM光纤传输 系统。
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根据假设，式(6.10)分母后两项为零，利用式(3.14)响应度 ρ=ηe/hf，m=1, g=1, 式(6.10)简化为
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s Pb
NP 4hfB
在限定信噪比条件下， 光接收机所需的最小信号光功率
光纤通信-PowerPointPresentation
第一讲 光纤通信概述
主要内容 ●光纤通信的发展史与趋势 ●电磁波的波谱 ●光纤通信系统基本组成 ●光纤通信的特点
教学重点 ●了解光纤通信的发展史 ●理解光在电磁波谱中的位置 ●掌握光纤通信所用光-波的波长范围 ●光纤通信的特点及光纤通信系统的组
成。
1
光纤通信是以光纤为传输媒质,以光信号为信息载体 的通信方式.
光 接 收 机
电 接 收 机
信 息 宿
电信号 光信号 光信号 电信号
输入
输出
输入
输出
6
光发送机
组成------ 半导体光源(核心)、驱动器和调制器。 功能----- 将待发送的电信号进行电/光转换,并将转换
出的光信号最大限度的注入光纤中进行传输。
7
光纤线路
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
2
光纤通信的发展史
1880年，美国科学家贝尔发明光电话 。光通信开始起源发展。 1960年,美国人梅曼发明第一台红宝石激光器 。 1966年，英籍华人高锟指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以
制造出损耗低于20dB/km的光纤。 1970年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗
组成------ 光电检测器(核心)、放大器和相关电路 功能------ 将光纤传来的光信号进行光/电转换,并对
转换出的电信号进行放大和恢复.
9
光中继器
功能——将经过一段光纤线路传输后产生了失真的 光信号进行放大及再生后送入下一段光纤中传送从而 可延长光信号传输距离。
10
光纤通信的特点
• 传输衰减小，传输距离长。 • 传输频带宽，通信容量大。 • 抗电磁干扰，传输质量好。 • 体积小、重量轻、便于施工。 • 原材料丰富，节约有色金属，有利于环保。 • 易碎不易接续。
主要内容 ●光纤通信的发展史与趋势 ●电磁波的波谱 ●光纤通信系统基本组成 ●光纤通信的特点
教学重点 ●了解光纤通信的发展史 ●理解光在电磁波谱中的位置 ●掌握光纤通信所用光-波的波长范围 ●光纤通信的特点及光纤通信系统的组
成。
1
光纤通信是以光纤为传输媒质,以光信号为信息载体 的通信方式.
光 接 收 机
电 接 收 机
信 息 宿
电信号 光信号 光信号 电信号
输入
输出
输入
输出
6
光发送机
组成------ 半导体光源(核心)、驱动器和调制器。 功能----- 将待发送的电信号进行电/光转换,并将转换
出的光信号最大限度的注入光纤中进行传输。
7
光纤线路
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
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光纤通信的发展史
1880年，美国科学家贝尔发明光电话 。光通信开始起源发展。 1960年,美国人梅曼发明第一台红宝石激光器 。 1966年，英籍华人高锟指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以
制造出损耗低于20dB/km的光纤。 1970年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗
组成------ 光电检测器(核心)、放大器和相关电路 功能------ 将光纤传来的光信号进行光/电转换,并对
转换出的电信号进行放大和恢复.
9
光中继器
功能——将经过一段光纤线路传输后产生了失真的 光信号进行放大及再生后送入下一段光纤中传送从而 可延长光信号传输距离。
10
光纤通信的特点
• 传输衰减小，传输距离长。 • 传输频带宽，通信容量大。 • 抗电磁干扰，传输质量好。 • 体积小、重量轻、便于施工。 • 原材料丰富，节约有色金属，有利于环保。 • 易碎不易接续。
光通信实验系统PPT课件
光纤
纤芯
包层
涂敷层
n2
n1
n2
.
11
渐变型光纤折射率分布
n (r)
n1
rn2
0a
阶跃型光纤折射率分布
n1 n2
.
50-90μ m 100-150μ m
12
探测器
Si-PIN 光电二极管 InGaAs-PIN 光电二极管 PIN-TIA 接收组件
.
13
光通信实验系统构成
模拟通 信模块
数字通 信模块
光纤系列教 学仪器介绍
光通信实验系统
报告人：刘志海
.
1
❖光通信系统概述
提 ❖光通信基础知识 要 ❖光通信实验系统构成
❖光通信实验系统基础实验
.
2
光
光通信就是利用光波来载送信息、实现通信。
通
1880年,贝尔（Bell） “光电话”
信
1960年,梅曼(Maiman) 红宝石激光器
系
统
1966年,高锟博士“低损耗光纤”
通 1.容量大，频带宽。 信 2.光纤损耗低，传输距离远。
3.不受电磁场干扰。
系 4.抗腐蚀性强。
统 概
5.光纤的重量很轻，安装于飞机、导弹等 军事设备中，可减轻负载，提高速度 和性能。
述 6.原料来源丰富，可以节省大量的金属。
.
5
光通信基础知识
光通信系统的基本组成
:
传输光纤
传输光纤
电端机
光发射机
概
1970年,康宁公司 20dB/km光纤
述
.
3
在数十年的发展过程中，光
光 纤通信系统经历了三代：
通 （1）工作波长为0.85μm多模光
光纤通信技术-第七章-光纤通信系统PPT课件
T参考点
图7.2 假设参考数字连接组成图
(2) 假设参考数字链路（HRDL）
为了简化数字传输系统的研究，保证全程 通信质量，把假设参考数字连接（HRX）中的 两个相邻交换点的数字配线架间所有的传输系 统，复、分设备等各种传输单元，用假设参考 数字链路（HRDL）表示。
数字光纤通信系统通常将来自电端机上的 数字信号调制到光载波上经光纤传送到对端， 再解调为数字信号。数字信号经电端机解复用 后变为基带数字信号，然后送到用户端。通常 数字电端机包括数模转换电路，编解码电路， 复用和去复用电路，相关保护电路等。
不管是数字系统，还是模拟系统，输入到 光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换 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。电接收 机的功能和电发射机的功能相反，它把接收的 电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用 户信息。
7.1.1 光纤通信系统的组成
如图7.1所示，为光纤通信系统组成模型。 可见光纤通信系统由光发送部分、光纤和光接 收部分三部分组成。
图7.1光纤通信系统示意图
在光发射部分，信息源把用户信息转 换为原始电信号，这种信号称为基带信号。 电发射机再把基带信号转换为适合信道传 输的信号，这个转换如果需要调制，则其 输出信号称为已调信号。
3. 根据光纤通信系统所处位置分为接入网系统， 城域网系统，骨干网系统等；
4. 按光纤通信系统所采用的技术不同进行分类 等。
5. 通常我们是按照光纤通信系统中所传送的信 号是数字的还是模拟的，可将光纤通信系统 分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。 下面我们就以这种分类方法来分别介绍模拟 光纤通信系统和数字光纤通信系统的概念和 相关技术。
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
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ppt模板课件
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤维的
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
光纤通信系统PPT课件
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
贝尔电话系统
5 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
贝尔光电话和烽火报警一样，都是利 用大气作为光通道，这种光波传播易受气 候的影响，在大雾天气，它的可见度距离 很短，遇到下雨下雪天也有影响。
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤 维的概念在全世界范围内掀起了发展光纤 通信的高潮。
7.容易均衡 在电通信中，信号的各频率成分的幅
度变化是不相等的，频率越低，幅度的变 化越小；频率越高，其幅度变化则越大。 这对信号的接收极为不利，为使各频率成 分都受到相同幅度的放大处理，就必须采 用幅度均衡。对光纤通信系统则不同，在 光纤通信的运用频带内，光纤对每一频率 的损耗是相等的，一般情况下，不需要在 中继站和接收端采取幅度均衡措施。
25 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
8.抗化学腐蚀、使用寿命长 石英材料具有一定的抗化学腐蚀能力。
比由铜或铝组成的电缆抗腐蚀和氧化能力 强，绝缘性能好，适用于强电系统，使用 寿命长，一般认为光缆的寿命为20～30年。
26 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
9.光纤接头不放电、不产生电火花 进水和受潮对金属导线意味着接地
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。
模拟光纤通信系统99页PPT
模拟光纤通信系统
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对Байду номын сангаас不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对Байду номын сангаас不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
光通信技术PPT课件
stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3rstm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端dwdmstm16终端stm16终端16条波长信道1?16stm16终端stm16终端1?1616条波长信道edfaiso组织成立于1946年10月总部设于瑞士日内瓦有九十四个会员国组成137个国家或地区采用该组织标准三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络中设备开发的不同考虑
各种新技术、新器件使波分复用迅速推广使用
EDFA、复用/解复用器、新型光纤，色散补偿技术等
密集波分复用(DWDM)系统
光纤传输容量极限
增加谱宽：1300nm～1700nm=54.3THz
各种新技术、新器件使波分复用迅速推广使用
EDFA、复用/解复用器、新型光纤，色散补偿技术等
密集波分复用(DWDM)系统
光纤传输容量极限
增加谱宽：1300nm～1700nm=54.3THz
光纤通信系统 精品课件.ppt
❖ 护套是由塑料制成的圆形保护套，用来维持光纤的机械强 度。
1.1 光纤制备与应用的发展
❖1.1.2 光纤发展史
❖ 光纤自1841年由 Daniel Colladon 通过实验发现了光线能 够沿着盛水的弯曲通道而传播以来，经历了一百多年的发 展（参见表1.1），现已经是通信的主要干线。
❖ 此外，各种特殊需要的光纤也应运而生，目前已有几十种。
1.2 光纤通信技术的发展
1.2.2 通信系统的分类
通信系统有多种分类方法。 (1) 按传输媒质的不同进行分类 可分为有线通信和无线通信两大类。 (2) 按通信业务和用途进行分类 可分为常规通信和控制通信等。 (3) 按传输信号的特征进行分类 可分为模拟通信系统和数字通信系统。
1.2 光纤通信技术的发展
大气传输的光通信。这种通信方式，其信道为大气，不需 要敷设任何通信线路，简单经济。 (2) 光纤通信 ❖ 光纤通信技术是当代通信技术发展的最高成就，已成为现 代通信的基石。光纤通信得到如此飞速的发展，主要是因 为它具有一系列独特的优点：
1.2 光纤通信技术的发展
① 频带宽，信息容量大。 ② 传输损耗低，传输距离远。 ③ 制作光纤、光缆用的原材料资源丰富。 ④ 光纤作为信道具有体积小、质量轻的优点，便于通信线
(1) 第一代光纤通信系统
❖ 1978年，第一代光纤通信系统（多模光纤通信系统）正 式投入商业应用。光源为半导体激光器(GaAlAs LD)或发 光二极管(LED)，工作波长。
❖ 该光纤通信系统称为短波通信系统。光电探测器为管（硅 光电二极管）或（硅雪崩光电二极管）。信道为均匀多模 光纤.
信。光通信系统使用电磁波谱中的可见光或近红外区域的 高频电磁波（约100 THz）。
❖ 有时又称为光波通信系统，以区别于频率低于5 个数量级 的微波（微波载波频率为1~10 GHz）通信系统。
1.1 光纤制备与应用的发展
❖1.1.2 光纤发展史
❖ 光纤自1841年由 Daniel Colladon 通过实验发现了光线能 够沿着盛水的弯曲通道而传播以来，经历了一百多年的发 展（参见表1.1），现已经是通信的主要干线。
❖ 此外，各种特殊需要的光纤也应运而生，目前已有几十种。
1.2 光纤通信技术的发展
1.2.2 通信系统的分类
通信系统有多种分类方法。 (1) 按传输媒质的不同进行分类 可分为有线通信和无线通信两大类。 (2) 按通信业务和用途进行分类 可分为常规通信和控制通信等。 (3) 按传输信号的特征进行分类 可分为模拟通信系统和数字通信系统。
1.2 光纤通信技术的发展
大气传输的光通信。这种通信方式，其信道为大气，不需 要敷设任何通信线路，简单经济。 (2) 光纤通信 ❖ 光纤通信技术是当代通信技术发展的最高成就，已成为现 代通信的基石。光纤通信得到如此飞速的发展，主要是因 为它具有一系列独特的优点：
1.2 光纤通信技术的发展
① 频带宽，信息容量大。 ② 传输损耗低，传输距离远。 ③ 制作光纤、光缆用的原材料资源丰富。 ④ 光纤作为信道具有体积小、质量轻的优点，便于通信线
(1) 第一代光纤通信系统
❖ 1978年，第一代光纤通信系统（多模光纤通信系统）正 式投入商业应用。光源为半导体激光器(GaAlAs LD)或发 光二极管(LED)，工作波长。
❖ 该光纤通信系统称为短波通信系统。光电探测器为管（硅 光电二极管）或（硅雪崩光电二极管）。信道为均匀多模 光纤.
信。光通信系统使用电磁波谱中的可见光或近红外区域的 高频电磁波（约100 THz）。
❖ 有时又称为光波通信系统，以区别于频率低于5 个数量级 的微波（微波载波频率为1~10 GHz）通信系统。
光通信系统的建模2-PowerPointPresent
sy(t)+ny(t)
光带通 光检测器 滤波器
fe(t) z(t)
电低通
滤波器
z
电信号 处理
考虑：色度色散， 偏振模色散， ASE噪声
光电检测器的低通等效：平方律检波器
z(t) fe (t) sx (t) nx (t) 2 sy (t) ny (t) 2
z zk | zk z(kT)
8
2
2
0
d
J
0
8
x
2
sec h( )( tanh )1/2
x
24
2
d
0
sinh3/ 2 cosh5/ 2
1 F1
5 ;1; 2
4 x2 2
tanh
2G 2
0
E( X 2 ) x2 p(x)dx
服从麦克斯韦(Maxwellian) 分布
Dp l
自发辐射噪声——主要的噪声来源
来源：放大器介质中电子空穴对的自发复合 自发辐射噪声可以使用分布在放大器介质中无数短脉冲
构成的随机脉冲串来模拟 自发辐射噪声的功率谱密度为
SASE ( f ) hvnsp[G( f ) 1] PASE / vopt 当光放大器的增益足够大时，接收机中的热噪声可以忽
判决or输入电信号处理器
主要内容
IM/DD光纤通信系统的低通等效模型 PMD效应的仿真建模 PMD效应的光域均衡
偏振模色散向量1
主偏振态
在光纤信道的信号输入端，总可以找到两个正交的偏振 态，在仅考虑一阶偏振模色散效应的条件下，沿该偏振 态传输的光脉冲，输出的信号波形不会发生畸变。
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主偏振态
在光纤信道的信号输入端，总可以找到两个正交的偏振 态，在仅考虑一阶偏振模色散效应的条件下，沿该偏振 态传输的光脉冲，输出的信号波形不会发生畸变。
x
单模光纤
y
基于右旋斯托克斯空间
pˆ 慢群速主偏振态 z pˆ 快群速主偏振态
光脉冲
Jones向量和Stokes向量
x
单模光纤
Jones空间
sx
z(t) fe (t) sx (t) nx (t) 2 sy (t) ny (t) 2
考虑：色度色散， 偏振模色散， ASE噪声
z zk | zk z(kT )
判决or输入电信号处理器
主要内容
IM/DD光纤通信系统的低通等效模型 PMD效应的仿真建模 PMD效应的光域均衡
偏振模色散向量1
低通等效系统模型——接收机
ux(t) sx(t)+nx(t)
cx(t) + fo(t)
2
I g(t) x(t)
+
成形脉冲
cy(t) + fo(t)
2
光纤信道
uy(t)
ASE 噪声
sy(t)+ny(t)
光带通 光检测器 滤波器
fe(t) z(t)
电低通
滤波器
z
电信号 处理
光电检测器的低通等效：平方律检波器
散向量 pˆ
光纤信道的输入与输出偏振态
差分群时延
R：米勒(Müller)旋转矩阵
展开成 泰勒级数：
(0 ) (0 ) (0 ) (0 ) 2
一阶PMD 二阶PMD ……
高阶偏振模色散效应
高阶偏振模色散效应中占主导地位的是二阶偏振模色散
效应 ：
pˆ
d d
pˆ
pˆ
描述的是主 偏振态随频 率的变化
光纤通信系统的建模
杨川川 2009.9.22
主要内容
IM/DD光纤通信系统的低通等效模型 PMD效应的仿真建模 PMD效应的光域均衡
IM/DD光纤通信系统的结构
发射机 激光器 调制器
单模光纤
单模光纤
光放大器
光放大器
电低通 滤波器
光电转换 接收机
光带通 滤波器
单模光纤 光放大器
导致ISI的线性效应
只考虑一阶偏振模色散效应时
Εout (t) Ein (t 0 / 2)ˆox 1 Ein (t 0 / 2)ˆoy
偏振模色散——随机效应2
传输函数
HPMD () exp[ j( / 2)]ˆox 1 exp[ j( / 2)]ˆoy
服从麦克斯韦(Maxwellian) 分布
略
IM/DD光纤通信系统低通等效系统模型— —发射机
ux(t) sx(t)+nx(t)
cx(t) + fo(t)
2
I g(t) x(t)
+
成形脉冲
cy(t) + fo(t)
2
光纤信道
uy(t)
ASE 噪声
sy(t)+ny(t)
光带通 光检测器 滤波器
fe(t) z(t)
电低通
滤波器
z
电信号 处理
考虑：色度色散， 偏振模色散， ASE噪声
x
单模光纤
光纤制造过程中引入的缺陷；外界的压力、 温度、湿度等因素的变化
z
y
两个偏振正交的模式将具有不同的传输常数
光脉冲
光纤中的双折射效应：在光纤中 存在两个正交的主偏振模式
Ein (t) Ein (t)ˆx 1 Ein (t)ˆy
在光纤的输出端，当两个正交模式的能 量合在一起时，脉冲就将发生畸变展宽。
自发辐射噪声建模为：两个正交传输信道上的加性高斯白噪声 N0 nsphv(G 1) / G
sx (t) Iihx (t iT ) sy (t) Iihy (t iT )
i
i
hx (t) g(t) cx (t) fo (t) hy (t) g(t) cy (t) fo (t)
+
fe(t)
z(t)
2
电低通
滤波器
光纤信道 uy(t)
sy(t)+ny(t)
ASE 光带通 光检测器
噪声 滤波器
exp[ j( / 2)]exp( jr( / Rb )2 / 4)
z
电信号 处理
考虑：色度色散， 偏振模色散， ASE噪声
F cy (t) 1 exp[ j( / 2)]exp( jr( / Rb )2 / 4)
色度色散 偏振模色散 自发辐射噪声
色度色散——静态效应1
x
单模光纤
慢变振幅 A(z,t)
y
光脉冲
z 满足非线性薛定谔方程(NLSE)
A z
1
A t
j 2
2
2 A t 2
2
A j
A2 A
E(r,t) xˆF (x, y) A(z,t) exp[ j(0t 0z)]
变换参考坐标系
0 0
Dp l
自发辐射噪声——主要的噪声来源
来源：放大器介质中电子空穴对的自发复合 自发辐射噪声可以使用分布在放大器介质中无数短脉冲
构成的随机脉冲串来模拟 自发辐射噪声的功率谱密度为
SASE ( f ) hvnsp[G( f ) 1] PASE / vopt 当光放大器的增益足够大时，接收机中的热噪声可以忽
(0 )
pˆ
(0 )
差分群时延随频率的变 化，导致偏振相关的色 度色散(PCD)，表现为 偏振相关的脉冲展宽或 压缩。
偏振模色散向量的统计特性
X
pX (x)
E( X )
xp(x)dx
8
2
2x 2
e ; x
2x
2
/
0
0; x 0
pˆ
8 2
4x 2
tanh
s
y
y
z
sx sy
H
sx sy
1
光脉冲
s1
sx sx*
s
y
s
* y
s2
sxs* y来自sx*sys1
Stokes空间
s2
s3
s3
j
sx
s
* y
sx*sy
偏振模色散向量2
输入
光纤信道
在斯托克斯(Stokes)空间中：
输出
tˆ Rsˆ
sˆ pˆs R
tˆ pˆ 偏振模色 pˆ Rpˆs
t t z
z z vg
t 1z
A z
j 2
2
2 A t 2
0
色度色散——静态效应2
频域解：A(z,) exp( j22z / 2) A(0,)
HCD () exp( j22l / 2)
HCD ()
exp
jr( / Rb )2
4
色度色散导致脉 冲展宽示意图。
偏振模色散——随机效应1
I Ii Ii 0,1
x(t) Ii g(t iT )
i
g (t )
cos
2
cos2
(t
T / T
2)
IM/DD光纤通信系统低通等效系统模型— —信道
ux(t) sx(t)+nx(t)
I g(t) x(t)
成形脉冲
F cx (t)
cx(t) + fo(t)
2
cy(t) + fo(t)