第8章现代通信系统介绍光纤通信系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,光纤通信系统的基本概念,2,光纤通信系统的基本组成,3,光纤,4,光缆,5,波分复用,第,8,章,现代数字通信系统介绍,-,光纤通信系统,研究内容：,1.,光纤通信系统的基本概念,1.,电通信与光通信,电通信：信息数据加载于一个正弦电磁波,光通信：信息的传输是通过改变光功率强度而实现,2.,光波频段：,红外、可见光、紫外线,3.,光纤的组成：,二氧化硅,10,1,10,7,10,2,10,6,10,3,10,5,10,4,10,4,10,5,10,3,10,6,10,2,10,7,10,1,10,8,10,0,10,9,10,-1,10,10,10,-2,10,11,10,-3,10,12,10,-4,10,13,10,-5,10,14,10,-6,10,15,ELF,VF,VLF,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,频率,(Hz),电力、电话,无线电、电视,微波,红外,可见光,双铰线,同轴电缆,光纤,卫星,/,微波,AM,无线电,FM,无线电,通信波段划分及相应传输媒介,频段划分,传输介质,1.,光纤通信系统的基本概念,光纤通信系统的特点：,1.,频带宽，传输容量大,2.,损耗小、中继距离长,3.,重量轻、体积小,4.,抗电磁干扰性能好,5.,泄露小、保密性好,6.,节约金属材料，有利于资源合理使用,1.,光纤通信系统的基本概念,1.,光纤通信系统的基本概念,1.,光纤通信系统的基本概念,2.,光纤通信系统的基本组成,光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输,光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号,光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器有光,-,电,-,光中继器和全光中继器,2.,光纤通信系统的基本组成,光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。,复用器的作用是把多路信息信号复用为时分复用（,TDM,）,信号或频分复用（,FDM,）,信号。,调制器的作用是用复用信号直接调制（,IM,）,激光器（,LD,）,的光强，或通过外调制器调制,LD,的相位。,光源是把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。,2.,光纤通信系统的基本组成,光源：,半导体二极管,(LD),、发光二极管,(LED),自发辐射：,处于激发态的原子中，电子在激发态,能,量上只能停留一段很短的时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出一个光子。,受激辐射,:,对于物质中处于高能级上的原子，如果在它发生自发辐射以前，受到频率的外来光子的作用，就有可能在外来光子的影响下，发射出一个同样的光子，而由高能级跃迁到低能级上。,光的调制：,1.,直接调制：,光载波信号的强度随调制信号的变化而变化,2.,间接调制：,改变调制器的物理特性，当激光通过晶体,时，光波的特性将随信号变化而变化,2.,光纤通信系统的基本组成,光探测器：,PIN,光电二极管、,APD,光电二极管,受激吸收：,处于低能级的,原子,（,El,），受到外来,光子,的激,励下，在满足,能量,恰好等于低、高两,能级,之差,（,E,）时，该原子就,吸收,这部分能量，,跃迁,到高能级（,Eh,），即,E=Eh-El,。,受激吸收与,受激辐射,是互逆的过程。,2.,光纤通信系统的基本组成,3.,光纤,光纤的导光原理,全反射,纤芯折射率为,n1,，包层折射率为,n2,，,n1 n2,n,2,n,1,包层,纤芯,光线,光线将在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而,向前传播。,3.,光纤,光纤的分类：,1.,按传输模式分类：单模光纤和多模光纤,2.,按纤芯介质的折射率的径向分布分类：,阶跃型折射率光纤,渐变型折射率光纤,3.,光纤,阶跃光纤：,在纤芯中折射率的分布是均匀的，在纤芯和包层的界面上折射率发生突变。,渐变光纤,:,在纤芯中折射率的分布是变化的，而包层中的折射率通常是常数。,相对折射率差：,3.,光纤,n,2,n,1,包层,纤芯,光线,光纤中传输的光信号具有一定的频谱宽度，也就是说光信号具有许多不同的频率成分。同时，在多模光纤中，光信号还可能由若干个模式叠加而成，也就是说上述每一个频率成份还可能由若干个模式分量来构成,光纤的色散：,在光纤中传输的光信号的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度传播，到达一定距离后必然产生信号失真，通常用时延差表示,3.,光纤,3.,光纤,色散的种类：,1.,模式色散：传输的模式很多，不同的模式，其传输路径不同，所经过的路程就不同，达终点的时间也就不同，这就引起了脉冲的展宽,2.,材料色散：具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。,3.,波导色散：在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异,光纤的比特率与带宽,1.,光纤的比特率 ：,光纤能够传输的最大数据速率,2.,最大比特率：,3.,光纤,光纤的传输特性,衰减：,衰减系数：,1.,吸收损耗：,本征吸收：光纤材料二氧化硅,杂质吸收：氢氧根离子与金属杂质,2.,散射损耗：,瑞利散射损耗、波导散射损耗等,3.,辐射损耗：,由于光纤弯曲所产生的损耗,4.,外套损耗：,光纤的外保护套将包层内剩余的能量全部,吸收掉,3.,光纤,为了构成实用的传输线路，同时便于工程上安装和敷设，常常将若干根光纤组合成光缆。,光缆的结构可分为缆芯、加强元件和护层三大部分。,缆芯是光缆结构中的主体，其作用主要是妥善地安置光纤的位置，使光纤在各种外力影响下仍能保持优良的传输性能。,加强件对缆芯起机械保护和环境保护作用,被覆光纤：对光纤进行两次覆盖,4,光缆,4,光缆,各类光缆的典型结构示意图,(a),层绞式；,(b),骨架式；,(c),带状式；,(d),束管式,5,波分复用,波分复用,(WND),：,是将两种或多种不同波长的光载波信号,(,携带各种信息,),在发送端经复用器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。,5,波分复用,