自由空间光通信概述29页PPT
光通信技术简介-PPT课件
光谱特性
紫外 Invisible
可见
红外 wavelength
Invisible
850 nm
980 nm 1310 nm
1480 nm
1550 nm
1625 nm
光通信频带范围
光纤通信波长范围目前利用 850, 1310nm和1550nm三个窗口
光纤结构
coating n cladding n core cladding core n cladding n core
E/OConversion
Optical Transmission
O/E Conversion
Electrical transmission
electrical signal processing
Fiber as transmission medium
依据国际标准进行电子信号处理。 将信号转换为光波频带可以利用后来发展起来的光纤 传输的优势。
红外吸收在长波方向限制传输。OH吸收峰在 1400nm附近。 造成三个传输窗口：850, 1310nm和1550nm 。
弯曲下光纤损耗
attenuation coefficient / dB/km -->
3,0 宏弯光纤 2,0
微弯光纤 未弯曲光纤
1,0
0,0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 wavele网络示意（2）
干线网 层1
STM-4 STM-16 STM-1 Exchange
干线网 层2
Local Exchange
FlexMux
用户 接入
Mux 64/2M
复用技术
•目前PDH、SDH等技术均采用时分复用（TDM）技术。
光通信技术发展概述(1)幻灯片PPT
13
SDH（同步数字传输系统）
固定的帧结构 丰富的开销和指针，便于维护管理
9×270×N字节
1 3 RSOH 4 AU-PTR
5
MSOH
STM-N净负荷 (含POH)
先行后列
以字节为单位(8bit) 的块状帧 帧频8000帧/s，帧 周期125us
9
9×N
261×N
RSOH、MSOH、HPOH、LPOH完成层层细化的监控功能。
▪ 相对于PW，吸收了多业务承载，TDM 业务仿真等技术，并增加了ITU-T面向 连接的OAM和保护恢复功能；
▪ 基于MPLS-TP技术的PTN网络具有数 据网络灵活性的特点，同时，具有传送 网络的多业务、高可靠性、可扩展性、 可管理性、QoS机制等优点；
▪ MPLS-TP传送平面也秉承了传送网络 的分层架构，实现逻辑分层和嵌套。
数据链路层 物理层
3
PDU
Segment Packet Frame Bits
光通信网络层次结构
GGS N
SGS N
MSC Server
3G
RNC
CN
MG
W
BAS SR
OTU/ODU
WDM/OT N
OTU/ODU
IP CORE
NGN
SR
OTU/ODU OTU/ODU
PTN SDH
Core
Aggregatio n
传输媒介层 ETH、SDH、OTN
传送模型视图
E1 C.STM-1
TDM PWE3
FE/GE
ETH
UNI
IMA E1 ATM STM-1
ATM PWE3
Packet Switch Fabric
自由空间光通信系统
自由空间光通信系统自由空间光通信（Free Space Optics communication，简称FSO，也称无线光网（WON）系统或光无线系统），是以激光为载波、自由空间为传输介质的通信技术， FSO是目前光纤通信技术和无线通讯技术的结合，与光纤通信一样，它也是利用光作为信号载体，能够发送和接收声音、视频和数字信号，并且以很高的速率（10M～2.5G）进行传输。
在网络拓扑方面，它同样能够提供点到点、点到多点、以及网状的结构。
FSO具有高保密、毋须频率许可、成本低廉、全天候工作、可以独立组网或作为光纤通信的补充和接入延伸、可用性可达99.9%等其它通信方法所不具有的独特优点。
在应急通信、战术通信、快速业务提供、密集商业区通信、高速本地网组建、现有光纤网络备份、宽带城域网和接入网等领域有广阔的应用前景。
由于光纤通信近年在半导体激光器、光电检测器、光放大器、波分复用、千兆比和万兆比以太网、多协议波长交换、弹性分组环等领域的飞速发展，使自由空间光通信比早期激光大气通信具备更坚实的基础和明确的应用目标，而被评为2001年度全球10大热点通信技术。
本公司采用自适应窄带滤波、快速反应机构等多项技术研制的高速可靠灵活“快速反应高速自由空间光通信系统”，可有效地解决目前通信建设中最后一公里宽带接入的问题和满足其它特殊环境和场合的需要，其传输速率覆盖电信接入和企事业局域网常用的2Mb/s～155Mb/s。
并因此得到了江苏省信息化建设专项资金的资助和总参通信部的支持。
技术优势光纤通信与无线通信是当前的热门技术，自由空间光通信系统是二者结合的产物，它既具有光纤通信的一些优点，也兼有无线通信的一些长处。
与这两种技术相比，其独特之处如下：与无线电通信（如微波）相比：a)不占用宝贵的无线电频率资源；b)电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强、保密性好；c)信息容量大；d)体积小、重量轻、功耗低；e)具有比特率透明性，对传输信息的比特率、信号格式和编码都是透明的。
无线光通信技术课件ppt.pptx
FSO的特点和优势 六
• 成本低
光纤网络的成本通常很高，铺设过程耗时， 而且投资不可撤回，而无线光通信技术可以在城 域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下 埋设光缆的五分之一。
38
接入方式各种性能
带
宽
保密性
传输距离
成
本
建设速度
市政许可
频率许可
便携性
维
护
光纤接入 Gbps以上 好 120公里以上 10-20万美元/ 公里 4-12月 有 无 困难 复杂
无线光通信技术
杨奋华
前言
• 无线光通信也称为自由空间光通信（Free Space Optics），简 称为FSO。 • FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以 激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不 需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二 极管为光源，因此又有“无线光纤”之称。
光接收机的灵敏度是研究接收机的主要问题。
14
FSO的关键技术
• 高功率激光光源技术 • 光收发天线和精密可靠的光束控制技术 • 大气信道的研究 • 高灵敏度的信号探测和处理技术 • 高精度的捕获、跟踪和瞄准( ATP) 技术
15
高功率激光光源技术
在FSO 通信中,背景光的干扰很强,所以 在通信过程中需要大功率、低损耗光源,调制 速率又要尽可能高。同时,光源的调制需要采 用纠错技术,尽可能减少误码和突发误码。目 前, 主要采用800～860 nm波段和1 550 nm 波段的光源。800 nm 波段光源研究时间较 早,器件比较成熟，被广泛采用。
FSO的提出：“最后一公里”的新方案
随着通信网建设的发展，局域网以及千兆以太网开始 快速增长，将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营 商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。当前有很 多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等，但光 纤敷设时间长及高额投入限制了普及；微波技术日渐成熟 ，但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许证），对 业务提供商而言，这种接入方式不很经济；尽管铜缆是一 种易得的传输媒质，但XDSL带宽太低。
光纤通信基础知识ppt课件
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
自由空间光通信
谢谢观看
自由空间光通信
以光波为载体在真空或大气中传递信息的通信技术
01 自由原理
03 技术分析
目录
02 传输原理 04 研究重点
05 优点特点
07 发展趋势
目录
06 存在问题 08 应用前景
自由空间光通信（Free Space Optical Communica tions）是指以光波为载体，在真空或大气中传递信息 的通信技术。可分为大气光通信、卫星间光通信和星地光通信。
存在问题
（1）FSO是一种视距宽带通信技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时波束就会 变宽导致难以被接收点正确接收。在1km以下才能获得最佳的效果和质量，最远只能达到4Km。多种因素影响其达 不到99.999%（五个9）的稳定性。
（2）FSO系统性能对天气非常敏感是FSO的另一个主要问题。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨、雪和雾 对传输质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、 雪，50-150db/km、雾，50-300db/km。国外为解决这个难题，一般会采用更高功率的激光器二极管、更先进的 光学器件和多光束来解决。
技术分析
高功率激光器的选择
激光器用于产生激光信号，并形成光束射向空间。激光器的好坏直接影响通信质量及通信距离，对系统整体 性能影响很大，因而对它的选择十分重要。空间光通信具有传输距离长，空间损耗大的特点，因此要求光发射系 统中的激光器输出功率大，调制速率高。一般用于空间通信的激光器有三类：
自由光通信
目录1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2自由空间光通信 (1)1.21定义： (1)1.22特点 (1)2自由空间光通信的研究现状 (2)2.1基于光电探测器直接耦合的FSO系统 (2)2.11缺点 (3)2.2基于光纤耦合技术的FSO系统 (3)2.21这种新型的FSO系统具有以下优点： (3)2.22基于光纤耦合技术的FSO系统的2个必要因素： (4)2.3国内空间光通信系统研究现状和进展 (4)2.31国内研究现状 (4)2.32国外研究现状 (5)3关键技术分析 (5)3.1几种技术 (5)3.11光源及高码率调制技术 (6)3.12高灵敏度抗干扰的光信号接收技术 (6)3.13收发天线 (6)3.14快速、精确的捕获、跟踪和瞄准技术 (6)3.15大气信道的研究 (7)3.2影响自由空间光通信的重要因素 (7)3.21传输信道的影响 (7)3.22影响激光信号传输性质 (7)3.23气候条件影响 (8)4自由空间光通信系统的基本原理 (8)4.1概述 (8)4.2系统基本框架 (9)4.21系统结构 (9)5常见问题及解决方法 (10)5.1大气媒介的影响 (10)5.2传输距离的影响 (10)5.3收发端对准问题 (11)6自由空间光通信技术的应用及未来发展趋势 (11)6.1应用 (11)6.2发展趋势 (11)7结束语 (12)参考文献 (13)自由空间光通信技术的应用研究【摘要】：自由空间光通信技术起源于上个世纪70年代，近年来随着半导体技术和通信技术的发展，尤其是光纤通信技术的普遍应用，是的该项技术得到了快速的发展。
自由空间光通信具有极好的保密性，并且能够解决通信中“最后一公里”的瓶颈问题，对于人类的通信具有很高的利用价值。
天气影响严重等问题的制约，其发展一直停滞不前。
目前国内对于无线光通信的研究进展较慢，与国外先进水平还相差较大，因此对无线光通信技术的研究有重要意义。
应在及时采取有效措施的基础上，借鉴国外的一些先进经验，以尽快赶上国外先进水平，争取在无线光通信领域获得更多的成果，拥有更加广阔的应用前景。
光通信基础知识PPT课件
码. 间干扰
25
光通信系统
——通信光纤
（4）色散 ➢色散种类：
模间色散（单模光纤无模间色散） 波长色散（材料色散、波导色散、折射剖面色散） ➢色散表示方法： 群时延差 ➢常用光纤色散(系数) G.652光纤（B1）: （1）在1288～1339nm范围内色散系数不大于3.5 ps/nm.km （2）1550nm波长的色散系数不大于18 ps/nm.km G.655光纤（B4）:0.1ps/（nm.km）.≤D（λ）≤10.0ps/（nm.km） 26
故其可用于远距离、波分复用、高速系统。
➢新建系统在传输速率和价格允许的条件下，应优选G.655光纤。扩容
系统将原系统的G.652光纤的工作波长选择到1550nm波长，可用色散补
偿光纤来解决色散问题。
（2）衰减和非线性因素
对采用波分复用和光纤放大器的高速系统较优先选用G.655光纤和
G.652D光纤。
O′ 包层
.
19
光通信系统
——通信光纤
2、光纤的导光原理
光源发出的光射线进入光纤纤芯以后，并不是所有的光射 线都能向前传输的，符合全反射的光射线才能向前传输。
n０
θ2
O
n1
n2
O′
.
20
光通信系统
——通信光纤
3、单模光纤的主要参数 (1)几何特性：模场直径9～10μm，偏差小于10％；模场同心度误差不 得大于1μm，实际商用小于0.5μm。 (2)弯曲损耗：宏弯损耗G.652在1550nm,100圈直径为60mm的光纤所增 加的损耗不得大于1dB，G.655光纤不应大于0.5dB。
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
光纤通信介绍-PPT
损耗起因（二）
散射损耗：由于光纤的材料、形状、折射率分布等
的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光与微小粒子相碰撞 发生散射，由此产生的损耗。
分类： 同质结半导体激光器：早期使用，阈值电流高 异质结半导体激光器：阈值电流小，发光强度高
工作特性： 阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
半导体发光二极管(LED)
半导体发光二极管(LED)是无阈值器件，没有光学谐振腔， 发光只限于自发辐射，发出的是荧光。 半导体发光二极管(LED)工作特性：
模间色散
多模光纤中，各传输模式路径不同，到达出射端时间不同， 从而引起光脉冲展宽，产生的色散。
材料色散
由于光纤材料的折射率随光波长而变化，使得信号各频率 成分群速不同，引起脉冲展宽的色散现象。
波导色散
把具有一定波谱线宽的光源发出的光脉冲射入到光纤后， 由于不同波长的光传输路程不完全相同，所以到达光纤出 射端时间不同，从而使脉冲展宽的色散。
规率减少: P(L)=P(0)10(α L/10)
式中： P(0)－在L＝0处注入光纤的光功率 P(L)－传输到轴向距离L处的光功率
衰减系数α（L） ＝－(10/L)㏒[P(L)/P(0)] dB/km
衰减谱
衰减系数与波长的函数关系
损耗起因（一）
吸收损耗：光波通过光纤材料时，一部分 光能变成热能，造成光功率的损失。
1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤）
选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减 最大优点：在1550nm波长的最低衰减为0.18dB/km 制造困难，价格昂贵，适用于海底光缆。
光通信技术PPT课件
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
自由空间光通信
