光纤通信新技术优秀课件
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《光纤通信新技术》PPT课件
波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。
编辑ppt
8
增 益 / dB
35.0
30.0
增 益 / dB
25.0
20.0
15.0
输 出 光 功 率 / dBm
10.0
I
I
I
I
5.0
I
0.0
I
噪 声 指 数 / dB
－ 5.0
I
－ 10.0 － 40 － 35 － 30 － 25 － 20 － 15 － 10 － 5 0
光发射机
n 1′
…
2n 光发射机
n′
编辑ppt
20
双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关键的系 统因素，如为了抑制多通道干扰(MPI)，必须注意到光反射的 影响、 双向通路之间的隔离、串扰的类型和数值、两个方向 传输的功率电平值和相互间的依赖性、光监控信道(OSC)传输 和自动功率关断等问题，同时要使用双向光纤放大器。所以 双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高，但与单向 WDM系统相比，双向WDM系统可以减少使用光纤和线路放 大器的数量。
光 纤
光 纤
1
光
接收1
1
…
合 波 BA
n 光转发器n n 器
s
LA
s
s
…
分 PA 波
s
器n 接收n
n
光监控信道
接收/发送
光监控信 道发送器
光监控信 道接收器
网络管理系统
图7.9 实际WD编M辑系pp统t 的基本结构
27
7.2.3WDM技术的主要特点
1. 充分利用光纤的巨大带宽资源
第3章 光纤通信 169页PPT
渐变型光纤（GI）的纤芯折射率随着半径的增加而
按一定的规律减少，到纤芯与包层的交界处为包层的
折射率，即纤芯中折射率的变化呈抛物线型，如图3.5 （b）所示。
第 三 章 光 纤 通 信
图3.5 光纤的折射率分布
（3）按传输光波的模式来分。所谓模式，实质上是电
第 磁波的一种分布形式。模式不同，其分布不同。根据
通 单模光纤只能传输主模，不存在模间时延差，
信 具有比多模光纤大得多的带宽。单模光纤的直
径很小，约为4m～10m，其带宽一般比渐变
型多模光纤的带宽高一两个数量级，因此，它
适合于大容量、长距离通信，其光射线轨迹如
图3.6（c）。
第 3.2.2 光纤的导光原理
三
章 当光在远大于光波长的介质中传播时，光可用
光
纤 第四代为长波长（1.55m）单模光纤通信。
通 信
随着光电集成、光纤放大器、光波复用等 新技术的开 发、使用，光纤通信将成为通信 领域的主力军。
3.1.2 光纤通信的工作波长
第
三 光波的波长在微米级，通常将紫外线、可见光、 章 红外线都归入光波范畴，如图3.1所示为光的波谱图。
光 纤 通 信
于目前制成的SiO2玻璃介质的纯度极高，所以光纤的
损耗极低，在光波长=1.55m附近，损耗有最低点，
为0.2 dB/km，已接近理论极限值。
信 由于光纤的损耗低，因此中继距离可以很长，在
通信线路中可以减少中继站的数量，降低成本并且提
高了通信质量。例如，对于400Mbit/s速率的信号，光
纤通信系统无中继传输距离达到70km以上，而同样
波发展到微波和毫米波，它们的目的都是
通过提高载波频率来扩大通信容量。
《光纤通信》课件
总结词
海底光缆通信系统是光纤通信的重要应用之 一，它实现了跨洋、跨国之间的高速、大系统利用光纤作为传输介质， 通过海底光缆将各个国家和地区连接起来， 实现了高速、大容量的信息传输。这种系统 广泛应用于国际通信、广播电视、金融交易 等领域，对于全球信息交流和经济发展具有 重要意义。
光纤通信系统组成
光发信机
将电信号转换为光信号，通过光纤传输。
光纤
传输光信号的介质，具有低损耗、高带宽等 特点。
光收信机
将光信号转换为电信号，实现信息的接收和 解调。
中继器
用于延长传输距离和提高信号质量，包括光 放大器、光检测器等组件。
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子 特性。在光纤通信中，利用光的 波动特性进行信息传输。
《光纤通信》课件
目录 Contents
• 光纤通信概述 • 光纤基础知识 • 光纤通信技术 • 光纤通信应用 • 光纤通信发展趋势与挑战 • 案例分析
01
光纤通信概述
光纤通信定义
01
光纤通信是一种利用光波在光纤 中传输信息的通信方式。它通过 光信号的调制和传输，实现信息 的传递和交换。
02
光纤通信具有传输容量大、传输 距离远、传输损耗低、抗电磁干 扰等优点，是现代通信网络的重 要组成部分。
光纤通信发展历程
1960年代
激光的发明为光纤通信奠定了 基础。
1970年代
低损耗石英光纤的研制成功， 为光纤通信的实用化创造了条 件。
1980年代
光纤通信进入实用化阶段，广 泛应用于电话、有线电视等领 域。
1990年代至今
光纤通信技术不断发展，传输 速率和传输距离不断提高，成 为现代通信网络的主流技术。
最新第9章 光纤通信技术课件.ppt
这一参数直接影响光纤的性能。光纤通信 中所用的光纤的△一般小于1％，所以△可近 似表示为
精品
由光纤中光线在界面的全反射条件。可以推出临
界角 c为
那么光在纤芯端面的最大入射角 max应满足
由此可以定义光纤的数值孔径为
数值孔径表征了光纤的集光能力。由此看出n1,n2差别 越大，即△ 越大，光纤的集光能力越强。通信用光 纤的数值孔径是较小的。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 波导毫米波无线电 10一lm
105—107 光纤激光空间传播
GHz
O．3～3×10-6
多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化 的。它随纤芯半径r的增加按一定规律减小，如前图 9．4所示。采用渐变光纤的目的是减小多模光纤的模 式色散。 在多模渐变折射率光纤中，相对折射率差定义为
渐变折射光纤的折射率分布可以表示为
精品
如图9．7所示的渐变光纤中的子午射线，以不 同入射角进入纤芯的光射线在光纤中传过同一距离 时，靠近光纤轴线的射线所走的路程短，而远离轴 线所走的路程长。由于纤芯折射率是渐变的，所以 近轴处的光速慢，远轴处的光速快。当折射率分布 指数g取最佳时，就可以使全部子午射线以同样的轴 向速度在光纤中传输。
（3）塑料包层光纤
光纤的芯子是用石英制成，包层是硅树脂。
（4）全塑光纤
光纤的芯子和包层均由塑料制成，其损耗较大，可
靠性也不高。
精品
4．按光纤的套塑层分类
（1）紧套光纤
精品
由光纤中光线在界面的全反射条件。可以推出临
界角 c为
那么光在纤芯端面的最大入射角 max应满足
由此可以定义光纤的数值孔径为
数值孔径表征了光纤的集光能力。由此看出n1,n2差别 越大，即△ 越大，光纤的集光能力越强。通信用光 纤的数值孔径是较小的。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 波导毫米波无线电 10一lm
105—107 光纤激光空间传播
GHz
O．3～3×10-6
多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化 的。它随纤芯半径r的增加按一定规律减小，如前图 9．4所示。采用渐变光纤的目的是减小多模光纤的模 式色散。 在多模渐变折射率光纤中，相对折射率差定义为
渐变折射光纤的折射率分布可以表示为
精品
如图9．7所示的渐变光纤中的子午射线，以不 同入射角进入纤芯的光射线在光纤中传过同一距离 时，靠近光纤轴线的射线所走的路程短，而远离轴 线所走的路程长。由于纤芯折射率是渐变的，所以 近轴处的光速慢，远轴处的光速快。当折射率分布 指数g取最佳时，就可以使全部子午射线以同样的轴 向速度在光纤中传输。
（3）塑料包层光纤
光纤的芯子是用石英制成，包层是硅树脂。
（4）全塑光纤
光纤的芯子和包层均由塑料制成，其损耗较大，可
靠性也不高。
精品
4．按光纤的套塑层分类
（1）紧套光纤
光纤通信ppt课件第七章
波分复用（WDM）
波分复用（DWM）：将各路信息分别加载在不同波长 的光载波上并且在同一根光纤中传输，再借助光学方 法在接收端将各路信息分解。
TX TX TX TX TX TX
TX TX
M 120 km
U
EDFA
X
120 km
TX
D
TX TX
EDFA
E 120 km
TX TX
M
TX TX
TX
7.2.1
可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络
WDM技术对网络升级、发展宽带业务(如CATV， HDTV 和IP over WDM等)、充分挖掘光纤带宽潜力、 实现超高速光纤通信等具有十分重要意义，尤其是 WDM加上EDFA更是对现代信息网络具有强大的吸引 力。
目 前 ， “ 掺 铒 光 纤 放 大 器 (EDFA)+ 密 集 波 分 复 用 (WDM)+非零色散光纤(NZDSF，即G.655光纤)+光子集 成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技 术方向。
时分复用
TDM(Time Division Multiplexer)
波分复用
WDM(Wavelength Division Multiplexer)
TDM和WDM技术合用
空分复用（SDM） Space Division Multiplexer
空分复用(SDM）即多对电线或光纤共用一条缆的复用 方式。比如5类线就是4对双绞线共用1条缆。能够实现 空分复用的前提条件是光纤或电线的直径很小，可以 将多条光纤或多对电线做在一条缆内，既节省外护套 的材料又便于使用。
RL 10 lg pr (dB) pj
(7.3)
其中Pj为发送进输入端口的光功率，Pr为从同一个输 入端口接收到的返回光功率。
光传输第10章 光纤通信新技术(OTN介绍)PPT课件
• OTN借鉴SDH的开销思想，引入丰富的开销，使OTN真正具有 OAM&P能力；
• OTN定义了OCH、OMSn、OTSn三个光层概念，其中OCH通过数字 域的三个子层OPUk、ODUk、OTUk来实现；
• OTN定义了网络接口（域内、域间）； • OTN引入了带外FEC，增强了线路的容差性；
OTN层次结构及接口
Reduced functionality OTM interface
OTN结构关联关
系 Client
OH
Client
Wrapper
Associate d overhead
OH
OPUk
OH
ODUk
OCh Payload Unit (OPUk) OCh Data Unit (ODUk) FEC OCh Transport Unit (OTUk)
12 3 4 56 78 1 23 4 56 7 81 2 34 56 7 8 12 3 4 5 67 81 23 4 5 67 8 1 23 4 5 6 7 8
O A 1
O A 1
O A 1
O A 2
O A 2
O A 2
T 1 5 4 2 5 1 0 - 0 0
• 复帧定位信号 － MFAS （1 Byte）, 256帧构成一
• 分层：OCH、OMSn、OTSn
Clients (e.g. STM-N, ATM, IP, Ethernet)
OCh substructure
• 接口：OTM-n.m、OTM-nr.m、OTM-0.m ➢ n表示最高容量时承载的波数； ➢ m表示速率，取值范围为1(OTU1)、2(OTU2)、
3(OTU3)、12(OTU1和OTU2混传)、23(OTU2和 OTU3混传)、123(OTU1、OTU2、OTU3混传)； ➢ r表示该OTM去掉了部分功能，这里表示去掉了 OSC功能；0表示单波； ➢ OTM-nr.m加上OSC信号就变成了OTM-n.m；
• OTN定义了OCH、OMSn、OTSn三个光层概念，其中OCH通过数字 域的三个子层OPUk、ODUk、OTUk来实现；
• OTN定义了网络接口（域内、域间）； • OTN引入了带外FEC，增强了线路的容差性；
OTN层次结构及接口
Reduced functionality OTM interface
OTN结构关联关
系 Client
OH
Client
Wrapper
Associate d overhead
OH
OPUk
OH
ODUk
OCh Payload Unit (OPUk) OCh Data Unit (ODUk) FEC OCh Transport Unit (OTUk)
12 3 4 56 78 1 23 4 56 7 81 2 34 56 7 8 12 3 4 5 67 81 23 4 5 67 8 1 23 4 5 6 7 8
O A 1
O A 1
O A 1
O A 2
O A 2
O A 2
T 1 5 4 2 5 1 0 - 0 0
• 复帧定位信号 － MFAS （1 Byte）, 256帧构成一
• 分层：OCH、OMSn、OTSn
Clients (e.g. STM-N, ATM, IP, Ethernet)
OCh substructure
• 接口：OTM-n.m、OTM-nr.m、OTM-0.m ➢ n表示最高容量时承载的波数； ➢ m表示速率，取值范围为1(OTU1)、2(OTU2)、
3(OTU3)、12(OTU1和OTU2混传)、23(OTU2和 OTU3混传)、123(OTU1、OTU2、OTU3混传)； ➢ r表示该OTM去掉了部分功能，这里表示去掉了 OSC功能；0表示单波； ➢ OTM-nr.m加上OSC信号就变成了OTM-n.m；
《xPON技术介绍》课件
XG-PON 和 XGS-PON 都是 下一代 PON（NG-PON）技 术，但是 XGS-PON 具有更 高的速率和更低的时延。
NG-PON2的特点
NG-PON2 是目前最新的 PON 技术，可以使用最多 8 个 WDM 波长，支持多个用 户和服务。
xPON技术的基本原理
1
OLT设备的架构和功能
3
相互补充
5G 技术和 xPON 技术将相互依存和补充，共同构建数字生态环境，提升人们的 生产力和生活品质。
xPON技术介绍
本 PPT 课件将带您深入了解 xPON 技术：从基础原理到市场应用，掌握一切 必备知识。
xPON技术简介
1 什么是xPON技术
xPON 技术是一种新型的光纤通信系统，可以实现高速数据传输，提高带宽，延长网络 寿命。
2 xPON技术的优势
相比于传统的 ADSL 和 Cable 网络，xPON 技术具有更高速率、更稳定的传输、更广泛 的覆盖范围、更高的容量和更好的延迟性能。
OLT 设备是 xPON 技术中最重要的设备之一，它负责将信号从 IP 网络转换成光信号 并传输到 ONU 设备。
2
ONU设备的架构和功能
ONU 设备是 xPON 技术中最后一公里的设备之一，它负责将接收到的光信号转换成 电信号，并将这些信号发送到用户网络中。
3
光纤链路的组网结构
光纤链路是 xPON 技术中最重要的连接介质之一，它采用串行电路传输，可以实现高 效、稳定的数据传输。
xPON技术与5G技术的关系
1
5G技术的优势
相比于之前的移动网络，5G 技术具有更高的速度、更低的时延、更广泛的覆盖 范围和更高的稳定性，将成为数字化经济的基石。
术提供充足的带宽、高质量的传输和稳定的网络支撑， 可以实现智慧城市、智慧医疗和工业控制等领域的数字化转型。
NG-PON2的特点
NG-PON2 是目前最新的 PON 技术，可以使用最多 8 个 WDM 波长，支持多个用 户和服务。
xPON技术的基本原理
1
OLT设备的架构和功能
3
相互补充
5G 技术和 xPON 技术将相互依存和补充，共同构建数字生态环境，提升人们的 生产力和生活品质。
xPON技术介绍
本 PPT 课件将带您深入了解 xPON 技术：从基础原理到市场应用，掌握一切 必备知识。
xPON技术简介
1 什么是xPON技术
xPON 技术是一种新型的光纤通信系统，可以实现高速数据传输，提高带宽，延长网络 寿命。
2 xPON技术的优势
相比于传统的 ADSL 和 Cable 网络，xPON 技术具有更高速率、更稳定的传输、更广泛 的覆盖范围、更高的容量和更好的延迟性能。
OLT 设备是 xPON 技术中最重要的设备之一，它负责将信号从 IP 网络转换成光信号 并传输到 ONU 设备。
2
ONU设备的架构和功能
ONU 设备是 xPON 技术中最后一公里的设备之一，它负责将接收到的光信号转换成 电信号，并将这些信号发送到用户网络中。
3
光纤链路的组网结构
光纤链路是 xPON 技术中最重要的连接介质之一，它采用串行电路传输，可以实现高 效、稳定的数据传输。
xPON技术与5G技术的关系
1
5G技术的优势
相比于之前的移动网络，5G 技术具有更高的速度、更低的时延、更广泛的覆盖 范围和更高的稳定性，将成为数字化经济的基石。
术提供充足的带宽、高质量的传输和稳定的网络支撑， 可以实现智慧城市、智慧医疗和工业控制等领域的数字化转型。
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三、WDM的特点
1、充分利用光纤的带宽 2、对信号透明 3、经济、灵活、方便 4、降低对器件的要求
第四节、光滤波器和光波分复用器 光滤波器与光波分复用器密切相关， 有时也用做波分复用器
一、光滤波器的应用 （一）单纯的滤波作用： 只允许一路特定波长的光通过。 λ1λ2λ3λ4 λ1
λ2λ3λ4
（二）波长的复用和解复用中
将多个低频的模拟基带信号用不同射频信号去调制， 然后混频后再驱动光源，以光的形式发送出去。
频道1 放 大
频道2 放 大
频道3 放 大
Rf1 调制
Rf2 调制
Rf3 调制
fs1 微 BPF
波
fs2 合 BPF
成
fs3 电 BPF
路
驱 宽动光 放电源
路
发送框图
光
检
宽
测
放
器
接收框图
微 fs1 解调器
波 分 fs2 解调器 离
复 用
λn+n 光发送机
器
第三节、WDM系统的结构与特点
一、WDM系统组成图
光转发器
合
波
光转发器
器
BA
光监控信 道发送器
LA
光监控信道的接收与发送
分
波
PA 器
光监控信 道接收器
光转发器 光转发器
网
管
二、WDM设备的分类
1、 集成式WDM系统 光接口与其他设备必须一致，不能兼容其他设备。
2、 开放式WDM设备 能兼容其他厂家的设备
按信道间的间隔分： 宽波分复用（WWDM）：信道间隔≧100nm(已淘汰) 粗波分复用（CWDM）：信道间隔在20nm-10nm之间，复用窗口1310/1550nm. (尚未发展起来) 密集波分复用（DWDM）:信道间隔在1-10nm，复用窗口在1550nm. (广泛使用，因此可用WDM代指密集波分复用)
4、WDM系统的基本形式
光波分复用器（合波器）：将不同波长的光信号混合在一
WDM的关键部件：
起送入同一根光纤中传输。
光解复用器（分波器）：将一根光纤中传来的多波长信号 按波长进行分离。
WDM应用的几种形式：（1）双纤单向传输：两套设备，两根光纤
λ1
光发射机
复
λn
光发射机
用 器
λ1
光接收机
解
复
λn
用
3、WDM 的实现方式 国际上高速光纤通信的发展趋势是：
EDFA+DWDM+NZDSF+PIC
EDFA：对光信号进行放大，工作频段在1550nm的窗口附近， 与DWDM的工作窗口相匹配。
NZDSF：非零色散位移光纤，可以克服DWDM中由于复用信道 数目多带来的四波混频效应。
PIC：将功能不同的若干光器件通过波导互联和材料生长技术， 优化集成在一个芯片上。
λ1
λ2λ3 λ4
λ1λ2λ3λ4 合波作用
λ1λ2λ3λ4
λ1 λ2 λ3 λ4
分波作用
（三）在波长路由中的应用
λ1 λ2 λ3 λ4
λ1 λ3 λ2 λ4
二、 常用光滤波器的原理
（一）光纤布拉格光栅（FBG） 原理： 基于光的干涉效应 制造原理：在光纤的二氧化硅中加入具有光敏特性的锗，用紫外 线照射使之折射滤呈现周期分布的光栅。（见板书） 滤波原理： （见板书）
M2
满足一定的相位 条件的光发生光 的加强干涉其他 波长的光发生相
消干涉
（三）M-Z干涉仪
L+△L
λ1折射率实现滤波的可调性。
克服了电子瓶径对电TDM中SDH的速率限制。但对光器件的要求太高。
三、光码分复用（OCDMA）
系统给每个用户分配一个唯一的光正交码的码字作 为该用户的地址码。在发送端，对要传输的数据该 地址码进行光正交编码，然后实现信道复用；在接
收端，用与发端相同的地址码进行光正交解码。
数据信号1 编码器
正交码1
地下管道
一条光纤的复用： 在一根光纤中实现空分复用，即对于光纤的 纤芯区域光束的空间分割。
技术难度大。
空间光信道
单根光纤
二、光时分复用（OTDM）
用多个电信道信号调制具有同一个光频的不同光时隙， 经复用后在同一根光纤传输。
光 分 路 器
超窄光脉冲 发生器
10G电TDM信号
外调 制器
光 合 路 器
解 10G 复 用 器
光
光
方
方
数据信号2 编码器
向 耦
向 耦
合
合
正交码2
器
器
数据信号3 编码器
解码器 数据信号1
正交码1
解码器 数据信号2
正交码2
解码器 数据信号3
正交码3
在OTDM和WDM的基础上进一步提高光纤通信的带宽，但仍处于实验阶段。
四、波分复用（WDM） 在同一个光纤同时传输多个波长的光信号的复用方式。
λ1
合
光纤通信新技术
WDM技术
第一节、多信道复用技术
光纤通信最大的特点是高的带宽，可以通过 以下几种方式实现光信号的复用：
1、光时分复用（OTDM） 2、光波分复用（WDM） 3、光空分复用（OSDM） 4、光码分复用（OCDMA） 5、光频分复用（OFDM） 6、副载波复用（SCM）
一、光空分复用（OSDM） 多条光纤的复用：利用现有的光纤管道，加缚更多的光纤。 方法简单， 成本高。
光接收机
器
λ1 λn EFDA
EDFA
λ1
光接收机
解 复
用 器
λn 光接收机
λ1 光发送机
复
用
器
λn 光发送机
(2)单纤双向传输：只需一根光纤，大大降低成本。
λ1
光发送机
光发送机 λn
复
用
器
/
光接收机
解
复
光接收机
用 器
λ1 λn EDFA
λ1+n λn+n
光接收机
复 用
光接收机
器
/ 解
λ1+n 光发送机
光纤布拉格光栅的作用： （1）滤波
λ1λ2 λ3 λ4 λ3
λ1λ2 λ4
（2）作光分插复用(OADM)
λ1λ2 λ3 λ4 λ3
λ1λ2 λ4
λ1λ2 λ3 λ4
λ3
(3) 色散补偿作用 啁啾光纤： 使光纤结距呈线形变化的光纤
长波长 短波长
长波长
短波长
（二）法布里-珀罗滤波器（F-P） M1
λ2
波 λ3
器
分
λ1
λ2
波 λ3
器
技术成熟 ，实用化
五、光频分复用技术（OFDM） 本质上与波分复用无分别， 只是 波长的间 隔要更小， 我们把 波长间隔小于1nm 的分 波技术叫做OFMD，反之叫做WDM 。 。
复用路数更多，但对器件的要求更高。
六、 副载波复用（SCM—subcarrier multiplexing）
电 路
fs3 解调器
LPF 频道1 LPF 频道2 LPF 频道3
技术成熟，应用于光纤CATV系统。
第二节、波分复用原理
1、波分复用的理论依据
1310nm附近：通信带宽17700GHz
常用 窗口
30THz的带宽 信道间隔10GHz 3000个信道 1550nm附近:通信带宽12500GHz
2、波分复用的分类