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第第1章章 光纤通信系统光纤通信系统本讲稿第一页，共六十七页1.1 1.1 历史回顾历史回顾1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统 1.3 1.3 光的属性光的属性1.4 1.4 光纤的优点光纤的优点1.5 1.5 光纤通信的应用光纤通信的应用1.6 1.6 总结和讨论总结和讨论本讲稿第二页，共六十七页1.1 1.1 历史回顾历史回顾早期的光通信早期的光通信u u目视形式的光通信：太阳为光源、手的运动改目视形式的光通信：太阳为光源、手的运动改变或调制光波、眼睛是检测装置变或调制光波、眼睛是检测装置u u使用烟作为信息载体的光波系统：对远距离使用烟作为信息载体的光波系统：对远距离传输十分有用传输十分有用u u1880188018801880年贝尔发明了年贝尔发明了年贝尔发明了年贝尔发明了“光电话光电话光电话光电话”的光通信系统的光通信系统本讲稿第三页，共六十七页1.1 1.1 历史回顾历史回顾1960196019601960年激光器的发明，是实现大容量光通信的一年激光器的发明，是实现大容量光通信的一年激光器的发明，是实现大容量光通信的一年激光器的发明，是实现大容量光通信的一个主要突破个主要突破个主要突破个主要突破u u非导引的光通信系统的发展，为光纤通信提非导引的光通信系统的发展，为光纤通信提供了理论基础供了理论基础1970197019701970年，低损耗光纤的发明，使光纤通信得以实年，低损耗光纤的发明，使光纤通信得以实年，低损耗光纤的发明，使光纤通信得以实年，低损耗光纤的发明，使光纤通信得以实现现现现本讲稿第四页，共六十七页n基本通信系统基本通信系统基本通信系统基本通信系统n n包括发送机、接收机和信道包括发送机、接收机和信道n n信道可分为：非导引信道和被导引信道信道可分为：非导引信道和被导引信道1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统图图图图1.1 1.1 1.1 1.1 基本通信系统基本通信系统基本通信系统基本通信系统本讲稿第五页，共六十七页n被导引线路比大气信道成本更高被导引线路比大气信道成本更高被导引线路比大气信道成本更高被导引线路比大气信道成本更高n但被导引信道有许多优点但被导引信道有许多优点1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统图图图图1.2 1.2 1.2 1.2 部分导体传输线部分导体传输线部分导体传输线部分导体传输线本讲稿第六页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统图图图图1.3 1.3 1.3 1.3 一般的光纤通信系统一般的光纤通信系统一般的光纤通信系统一般的光纤通信系统本讲稿第七页，共六十七页信源有多种物理形式，最常见的是将非电信号转信源有多种物理形式，最常见的是将非电信号转信源有多种物理形式，最常见的是将非电信号转信源有多种物理形式，最常见的是将非电信号转化成电信号的变换器化成电信号的变换器化成电信号的变换器化成电信号的变换器u u如麦克风、摄像头如麦克风、摄像头如麦克风、摄像头如麦克风、摄像头无论是在电通信还是光通信中，信息在传输之前都无论是在电通信还是光通信中，信息在传输之前都无论是在电通信还是光通信中，信息在传输之前都无论是在电通信还是光通信中，信息在传输之前都必定是电形态。必定是电形态。必定是电形态。必定是电形态。1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.1-1.2.1信源信源本讲稿第八页，共六十七页调制器的功能调制器的功能调制器的功能调制器的功能u u将电信号转换成适合传输的形态将电信号转换成适合传输的形态u u将这种信号加载到由载波源产生的载波上将这种信号加载到由载波源产生的载波上将这种信号加载到由载波源产生的载波上将这种信号加载到由载波源产生的载波上调制格式调制格式u u模拟、数字模拟、数字1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.2-1.2.2调制器调制器本讲稿第九页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.2-1.2.2调制器调制器图图图图1.4 1.4 1.4 1.4 模拟调制模拟调制模拟调制模拟调制本讲稿第十页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.2-1.2.2调制器调制器图图图图1.5 1.5 1.5 1.5 数字调制数字调制数字调制数字调制数据速率数据速率数据速率数据速率u ubpsbpsbpsbps比特每秒比特每秒比特每秒比特每秒模数转换器模数转换器模数转换器模数转换器u u可将模拟信息转换成数字序列可将模拟信息转换成数字序列可将模拟信息转换成数字序列可将模拟信息转换成数字序列u u在接收端将数字信号转换成模拟形态在接收端将数字信号转换成模拟形态在接收端将数字信号转换成模拟形态在接收端将数字信号转换成模拟形态本讲稿第十一页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.3-1.2.3载波源载波源载波源载波源u u射频通信系统：电振荡器产生射频通信系统：电振荡器产生射频通信系统：电振荡器产生射频通信系统：电振荡器产生u u光纤通信系统：光振荡器光纤通信系统：光振荡器LDLD、LEDLED强度调制（强度调制（IMIM）u u发送的信息包含在光功率的变化中发送的信息包含在光功率的变化中u u信信信信号号号号电电电电流流流流有有有有正正正正、负负负负部部部部分分分分，但但但但光光光光辐辐辐辐射射射射输输输输出出出出始始始始终终终终为正为正为正为正本讲稿第十二页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.3-1.2.3载波源载波源图图图图1.6 1.6 1.6 1.6 光载波的模拟和数字调制光载波的模拟和数字调制光载波的模拟和数字调制光载波的模拟和数字调制本讲稿第十三页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.3-1.2.3载波源载波源半半半半导导导导体体体体LDLDLDLD和和和和LEDLEDLEDLED的的的的结结结结构构构构使使使使其其其其在在在在一一一一定定定定的的的的频频频频段段段段内内内内辐辐辐辐射射射射，在在在在此此此此频频频频段段段段上上上上玻玻玻玻璃璃璃璃光光光光纤纤纤纤的的的的衰衰衰衰减减减减应应应应该该该该很很很很低低低低，这这这这样样样样才才才才能能能能有有有有可可可可能能能能实实实实现现现现光光光光信信信信号号号号的的的的有效传输。有效传输。有效传输。有效传输。光光源源辐辐射射频频率率和和光光纤纤低低损损耗耗区区域域的的匹匹配配是实现光纤通信的重要条件。是实现光纤通信的重要条件。是实现光纤通信的重要条件。是实现光纤通信的重要条件。本讲稿第十四页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.4-1.2.4信道耦合器信道耦合器耦合器的功能：将功率送进信道耦合器的功能：将功率送进信道u u无线电或电视广播系统：天线无线电或电视广播系统：天线u u电缆导引系统：连接器电缆导引系统：连接器u u大气光通信系统：透镜大气光通信系统：透镜大气光通信系统：透镜大气光通信系统：透镜u u光纤通信系统：光耦合器光纤通信系统：光耦合器本讲稿第十五页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.4-1.2.4信道耦合器信道耦合器图图图图1.7 1.7 1.7 1.7 将光波耦合进光纤将光波耦合进光纤将光波耦合进光纤将光波耦合进光纤本讲稿第十六页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.5-1.2.5信道信道信道：发送机和接收机之间的传输路径信道：发送机和接收机之间的传输路径光放大器光放大器适用于模拟和数字信号适用于模拟和数字信号适用于模拟和数字信号适用于模拟和数字信号中中继继器器（再再生生器器）只只只只能能能能用用用用于于于于数数数数字字字字系系系系统统统统，重重重重建数字信号的幅度和波形建数字信号的幅度和波形建数字信号的幅度和波形建数字信号的幅度和波形传输信号的失真限制了脉冲的发送速率传输信号的失真限制了脉冲的发送速率u u较较较较大大大大的的的的接接接接收收收收角角角角与与与与低低低低的的的的信信信信号号号号失失失失真真真真是是是是一一一一对对对对相相相相互互互互矛矛矛矛盾盾盾盾本讲稿第十七页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.5-1.2.5信道信道图图图图1.8 1.8 1.8 1.8 光脉冲的展宽光脉冲的展宽光脉冲的展宽光脉冲的展宽本讲稿第十八页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.5-1.2.5信道信道大大大大气气气气电电电电信信信信系系系系统统统统：天天天天线线线线收收收收集集集集来来来来自自自自信信信信道道道道的的的的信信信信号号号号，并并并并将其传送到接收机将其传送到接收机将其传送到接收机将其传送到接收机光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统：输输输输出出出出耦耦耦耦合合合合器器器器将将将将来来来来自自自自光光光光纤纤纤纤的的的的光光光光对对对对准准准准到光检测器到光检测器到光检测器到光检测器u u光光的的辐辐射射方方向向与与光光纤纤的的接接收收锥锥角角相相同同。一一般般的的光光检检测测器器有有大大的的表表面面积积及及大大的的接接收收角角，能实现有效耦合能实现有效耦合本讲稿第十九页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.5-1.2.5信道信道图图图图1.9 1.9 1.9 1.9 由光纤到光检测器的高效率耦合。由光纤到光检测器的高效率耦合。由光纤到光检测器的高效率耦合。由光纤到光检测器的高效率耦合。检测器可以接收到由光纤辐射出的绝大检测器可以接收到由光纤辐射出的绝大检测器可以接收到由光纤辐射出的绝大检测器可以接收到由光纤辐射出的绝大部分光波部分光波部分光波部分光波本讲稿第二十页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.6-1.2.6检测器检测器解调：从信道接收到的信息从其载波上分离出来解调：从信道接收到的信息从其载波上分离出来解调：从信道接收到的信息从其载波上分离出来解调：从信道接收到的信息从其载波上分离出来光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统最最最最常常常常用用用用的的的的检检检检测测测测器器器器：半半半半导导导导体体体体光光光光电电电电二二二二极极极极管管管管u u通通通通过过过过检检检检测测测测器器器器转转转转换换换换得得得得到到到到的的的的电电电电流流流流与与与与输输输输入入入入光光光光波波波波的的的的功功功功率率率率成成成成比例比例比例比例u u检测得到的电流是驱动光源的电流的再现检测得到的电流是驱动光源的电流的再现本讲稿第二十一页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.6-1.2.6检测器检测器图图图图1.10 1.10 1.10 1.10 模拟系统中不同参考点处的信号模拟系统中不同参考点处的信号模拟系统中不同参考点处的信号模拟系统中不同参考点处的信号本讲稿第二十二页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.7-1.2.7信号处理器信号处理器模拟传输：信号处理器包括放大和滤波模拟传输：信号处理器包括放大和滤波模拟传输：信号处理器包括放大和滤波模拟传输：信号处理器包括放大和滤波u u滤滤滤滤除除除除直直直直流流流流成成成成分分分分、同同同同时时时时阻阻阻阻止止止止其其其其他他他他的的的的频频频频率率率率成成成成分分分分，允允允允许许许许传传传传输输输输信信信信息所含有的频率成分通过息所含有的频率成分通过息所含有的频率成分通过息所含有的频率成分通过u u信噪比（信噪比（SNRSNR）数字系统：放大器、滤波器、判决器数字系统：放大器、滤波器、判决器u u误码率（误码率（BERBER）本讲稿第二十三页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据表表1.31.3：字首：字首u u太、吉、兆、千、分、毫、微、纳、皮、飞太、吉、兆、千、分、毫、微、纳、皮、飞太、吉、兆、千、分、毫、微、纳、皮、飞太、吉、兆、千、分、毫、微、纳、皮、飞u u光波长量级：微米光波长量级：微米光波长量级：微米光波长量级：微米表表表表1.41.41.41.4：常用的模拟系统的带宽：常用的模拟系统的带宽：常用的模拟系统的带宽：常用的模拟系统的带宽本讲稿第二十四页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号采采采采用用用用数数数数字字字字传传传传输输输输时时时时，其其其其比比比比特特特特率率率率取取取取决决决决于于于于模模模模拟信号的拟信号的拟信号的拟信号的抽样定理抽样定理抽样定理抽样定理及及及及编码体系编码体系 图图图图 抽样概念示意图抽样概念示意图抽样概念示意图抽样概念示意图 本讲稿第二十五页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据图图图图 信号抽样编码及传输原理信号抽样编码及传输原理信号抽样编码及传输原理信号抽样编码及传输原理本讲稿第二十六页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据抽样定理示意图抽样定理示意图：Y Ys()s()的的波波形形是是由由一一连连串串的的F F()()波波形形组组成成。在在s s22H H的的前前提提下下，输输出出样样值值信信号号的的频频谱谱Y Ys()s()就就不不会会发发生生重重叠叠现现象象，从从理理论论上上讲讲，就就可可以以通通过过一一个个截截止止频频率率为为H H的的理理想想低低通通滤滤波波器器将将Y Ys()s()中中的的第第一一个个F F()()滤出来，恢复出原始信号滤出来，恢复出原始信号f f(t t)。本讲稿第二十七页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据 若若若若不不不不满满满满足足足足s s2H的的条条件件，则则YYs()s()中中中中的的的的F F()()就就就就会会会会出出出出现现现现重重重重叠叠叠叠（见见见见上上上上图图图图），以以以以致致致致于于于于无无无无法法法法用用用用滤滤滤滤波波波波器器器器提提提提取取取取出出出出一个干净的一个干净的一个干净的一个干净的F()。本讲稿第二十八页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据标准的单个数字电话的速率是标准的单个数字电话的速率是标准的单个数字电话的速率是标准的单个数字电话的速率是64kbps64kbps64kbps64kbpsu u音频带宽音频带宽4kHz4kHzu u信信信信息息息息速速速速率率率率：每每每每秒秒秒秒抽抽抽抽样样样样8000800080008000次次次次，每每每每个个个个抽抽抽抽样样样样幅幅幅幅度度度度值值值值用用用用8 8 8 8比特代表编码，即为比特代表编码，即为比特代表编码，即为比特代表编码，即为64kbps64kbps64kbps64kbps时分复用技术时分复用技术u u在在发发送送端端，通通过过间间插插数数据据比比特特，可可将将不不同同信信息息复用成单路较高速率的数据流复用成单路较高速率的数据流u u解复用解复用解复用解复用本讲稿第二十九页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据时时时时分分分分复复复复用用用用技技技技术术术术的的的的应应应应用用用用表表1.5 1.5 美美国国电电话话系系统统的的数数字字传输速率传输速率u u基基基基本本本本信信信信息息息息块块块块T1T1T1T1（最最最最低低低低级级级级别别别别传传传传输输输输）系系系系统统统统，传传传传送送送送24242424路路路路话话话话音音音音信信信信息息息息u uT2T2T2T2级级级级别别别别由由由由4 4 4 4个个个个T1T1T1T1系系系系统统统统组组组组合合合合形形形形成成成成，传传传传送送送送4 4 4 424=24=96969696路路路路话话话话音音音音信信信信息息息息u u复复复复用用用用后后后后高高高高级级级级别别别别的的的的信信信信息息息息块块块块包包包包括括括括了了了了同同同同步步步步脉脉脉脉冲冲冲冲和和和和信信信信令令令令脉脉脉脉冲冲冲冲，需要额外的比特率需要额外的比特率本讲稿第三十页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据光纤的传输容量光纤的传输容量光纤的传输容量光纤的传输容量u u单根光纤可达单根光纤可达2.5Gbps2.5Gbps、10Gbps10Gbps、甚至、甚至40Gbps40Gbps一个更新的传输标准一个更新的传输标准一个更新的传输标准一个更新的传输标准同步光网络同步光网络同步光网络同步光网络SONETSONETSONETSONETu u基本传输速率是基本传输速率是OC-1OC-1u u更高级别的更高级别的更高级别的更高级别的SONETSONETSONETSONET参考表参考表参考表参考表1.61.61.61.6数字电视广播数字电视广播u u模模拟拟电电视视带带宽宽6MHz6MHz，每每个个抽抽样样值值用用8 8比比特特编编码码，数数据速率为据速率为268=96Mbps268=96Mbps本讲稿第三十一页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据为了传输尽可能多的数字化图像，需要降低数据速率为了传输尽可能多的数字化图像，需要降低数据速率为了传输尽可能多的数字化图像，需要降低数据速率为了传输尽可能多的数字化图像，需要降低数据速率u u压压缩缩数数字字图图像像技技术术可可可可以以以以将将将将普普普普通通通通图图图图像像像像的的的的数数数数据据据据速速速速率率率率从接近从接近从接近从接近100Mbps100Mbps100Mbps100Mbps降低到降低到降低到降低到5Mbps5Mbps5Mbps5Mbpsu u数数数数字字字字化化化化高高清清晰晰度度电电视视（HDTVHDTV）信信号号一一般般需需要要1Gbps1Gbps的的传传输输速速率率，经经过过压压缩缩后后大大约约只只需需要要20Mbps20Mbps的的传传输输速速率率本讲稿第三十二页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据各类信息与带宽之间的关系各类信息与带宽之间的关系u u以以太太局局域域网网运运运运行行行行速速速速率率率率为为为为10Mbps10Mbps10Mbps10Mbps，可可可可用用用用同同同同轴轴轴轴电电电电缆缆缆缆或光纤传输线实现或光纤传输线实现或光纤传输线实现或光纤传输线实现u u高高速速数数据据传传输输光光光光纤纤纤纤分分分分布布布布式式式式数数数数据据据据接接接接口口口口（FDDI)FDDI)FDDI)FDDI)的的的的标标标标称运行速率为称运行速率为称运行速率为称运行速率为100Mbps100Mbps100Mbps100Mbpsu u更更快快的的局局域域网网如如高高性性能能并并行行接接口口（HPPI)HPPI)运运行行速率为速率为800Mbps800Mbps本讲稿第三十三页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据带带带带宽宽宽宽与与与与速速速速率率率率是是是是信信信信息息息息本本本本身身身身的的的的特特特特征征征征，并并并并不不不不取取取取决决决决于于于于所所所所用用用用的的的的传传传传输输输输类类类类型型型型，对对对对于于于于相相相相同同同同的的的的待待待待传传传传输输输输信信信信息息息息，光光光光通通通通信信信信系系系系统统统统和射频通信系统需要相同的传输带宽和数据速率和射频通信系统需要相同的传输带宽和数据速率和射频通信系统需要相同的传输带宽和数据速率和射频通信系统需要相同的传输带宽和数据速率本讲稿第三十四页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1.2.9一些数据一些数据信号传输的质量信号传输的质量u u模拟线路模拟线路模拟线路模拟线路用信噪比（用信噪比（用信噪比（用信噪比（SNRSNRSNRSNR）表示）表示）表示）表示u u数字系统数字系统用误码率（用误码率（BERBER）表示）表示标准数字电话允许的误码率指标是多少？标准数字电话允许的误码率指标是多少？标准数字电话允许的误码率指标是多少？标准数字电话允许的误码率指标是多少？本讲稿第三十五页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率分别分别分别分别(dB)(dB)(dB)(dB)是表示通信系统中相对功率电平的一个十分方便的量是表示通信系统中相对功率电平的一个十分方便的量是表示通信系统中相对功率电平的一个十分方便的量是表示通信系统中相对功率电平的一个十分方便的量u u若若若若P P P P1 1 1 1是输入，是输入，是输入，是输入，P P P P2 2 2 2是输出，是输出，是输出，是输出，P P P P2 2 2 2/P/P/P/P1 1 1 1是两点间的传输效率是两点间的传输效率是两点间的传输效率是两点间的传输效率u u分分分分贝贝贝贝值值值值为为为为负负负负说说说说明明明明存存存存在在在在损损损损耗耗耗耗，分分分分贝贝贝贝值值值值为为为为正正正正数数数数说说说说明明明明两两两两点点点点间间间间有有有有放大器放大器放大器放大器P P P P2 2 2 2可由可由可由可由P P P P1 1 1 1求得求得求得求得本讲稿第三十六页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率链路有元器件级联时，使用对数计算很方便，如图链路有元器件级联时，使用对数计算很方便，如图链路有元器件级联时，使用对数计算很方便，如图链路有元器件级联时，使用对数计算很方便，如图u u用分贝表示相应的损耗为用分贝表示相应的损耗为用分贝表示相应的损耗为用分贝表示相应的损耗为u u即即即即以分贝为单位，以分贝为单位，以分贝为单位，以分贝为单位，总的效率是单个级联部分的效率之和总的效率是单个级联部分的效率之和总的效率是单个级联部分的效率之和总的效率是单个级联部分的效率之和本讲稿第三十七页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率图图图图1.13 1.13 1.13 1.13 分贝计算分贝计算分贝计算分贝计算本讲稿第三十八页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率图图图图1.14 1.14 1.14 1.14 放大的分贝尺度放大的分贝尺度放大的分贝尺度放大的分贝尺度本讲稿第三十九页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率例例例例题题题题1.1 1.1 1.1 1.1 假假假假设设设设图图图图1.121.121.121.12所所所所示示示示的的的的三三三三个个个个级级级级联联联联部部部部分分分分的的的的损损损损耗耗耗耗分分分分别别别别为为为为-11dB11dB11dB11dB，-6dB-6dB-6dB-6dB，-3dB-3dB-3dB-3dB。计计计计算算算算此此此此系系系系统统统统的的的的总总总总损损损损耗耗耗耗。如如如如果果果果输输输输入入入入功功功功率率率率为为为为5mW5mW5mW5mW，试计算输出功率。，试计算输出功率。，试计算输出功率。，试计算输出功率。本讲稿第四十页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率用分贝可以表示相对功率电平，也可以表示绝对功率。用分贝可以表示相对功率电平，也可以表示绝对功率。用分贝可以表示相对功率电平，也可以表示绝对功率。用分贝可以表示相对功率电平，也可以表示绝对功率。相对于相对于相对于相对于1mW1mW1mW1mW用分贝表示的功率值用用分贝表示的功率值用用分贝表示的功率值用用分贝表示的功率值用dBmdBmdBmdBm表示，则有表示，则有表示，则有表示，则有u u利用图利用图利用图利用图1.131.131.131.13、图、图、图、图1.141.141.141.14同样可以进行同样可以进行同样可以进行同样可以进行dBmdBmdBmdBm运算运算运算运算u uP P P P2 2 2 2以以以以mWmWmWmW为为为为单单单单位位位位，代代代代替替替替图图图图中中中中P P P P2 2 2 2/P/P/P/P1 1 1 1，纵纵纵纵坐坐坐坐标标标标的的的的刻刻刻刻度度度度值值值值就就就就是是是是dBmdBmdBmdBm本讲稿第四十一页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率例例例例题题题题1.3 1.3 1.3 1.3 假假假假设设设设一一一一个个个个发发发发光光光光二二二二极极极极管管管管的的的的辐辐辐辐射射射射功功功功率率率率为为为为2mW2mW2mW2mW，计计计计算算算算与与与与此此此此辐辐辐辐射射射射功功功功率率率率相相相相对对对对应应应应的的的的dBmdBmdBmdBm值值值值。此此此此功功功功率率率率通通通通过过过过一一一一组组组组元元元元件件件件后后后后有有有有23dB23dB23dB23dB的的的的损损损损耗耗耗耗，计计计计算输出功率。算输出功率。算输出功率。算输出功率。本讲稿第四十二页，共六十七页1.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.10以分贝表示功率以分贝表示功率微瓦是另外一个常用的参考电平。微瓦是另外一个常用的参考电平。微瓦是另外一个常用的参考电平。微瓦是另外一个常用的参考电平。相对于相对于相对于相对于1 1 1 1W W W W用分贝表示的功率值用用分贝表示的功率值用用分贝表示的功率值用用分贝表示的功率值用dBdBdBdB表示，则有表示，则有表示，则有表示，则有本讲稿第四十三页，共六十七页1.3 1.3 光的属性光的属性-1.3.11.3.1光的波动性光的波动性“光光光光”这这这这一一一一术术术术语语语语指指指指的的的的是是是是频频频频谱谱谱谱中中中中的的的的红红红红外外外外光光光光、可可可可见见见见光光光光、紫紫紫紫外外外外光光光光部部部部分分分分的的的的电磁波。电磁波。电磁波。电磁波。这这这这样样样样划划划划分分分分是是是是因因因因为为为为这这这这些些些些频频频频段段段段范范范范围围围围内内内内应应应应用用用用的的的的许许许许多多多多分分分分析析析析方方方方法法法法、技技技技术术术术和器件都相同。和器件都相同。和器件都相同。和器件都相同。可见光的波长范围可见光的波长范围可见光的波长范围可见光的波长范围0.40.4 mm（蓝光）到（蓝光）到（蓝光）到（蓝光）到0.70.7 mm（红光）。（红光）。（红光）。（红光）。可见光频段、紫外线，在石英玻璃光纤中的衰减较大。可见光频段、紫外线，在石英玻璃光纤中的衰减较大。可见光频段、紫外线，在石英玻璃光纤中的衰减较大。可见光频段、紫外线，在石英玻璃光纤中的衰减较大。红红红红外外外外区区区区域域域域，0.850.85 mm附附附附近近近近，1.261.26 mm 1.751.75 mm之之之之间间间间为为为为光光光光纤纤纤纤的的的的传传传传输输输输窗口。窗口。窗口。窗口。本讲稿第四十四页，共六十七页1.3 1.3 光的属性光的属性-1.3.11.3.1光的波动性光的波动性本讲稿第四十五页，共六十七页1.3 1.3 光的属性光的属性-1.3.11.3.1光的波动性光的波动性本讲稿第四十六页，共六十七页1.3 1.3 光的属性光的属性-1.3.11.3.1光的波动性光的波动性光光波波的的频频率率比比射射频频电电磁磁波波高高得得多多，但但两两者者都都遵遵循循相同的规律。相同的规律。由由由由于于于于光光光光波波波波长长长长很很很很短短短短，在在在在光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统中中中中的的的的大大大大部部部部分分分分器器器器件件件件的的的的线线线线度度度度都都都都要要要要比比比比波波波波长长长长大大大大得得得得多多多多。但但但但低低低低频频频频器器器器件件件件的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸可可可可能能能能在在在在一一一一个波长左右或更小。个波长左右或更小。个波长左右或更小。个波长左右或更小。本讲稿第四十七页，共六十七页1.3 1.3 光的属性光的属性-1.3.21.3.2光的粒子性光的粒子性单个光子的能量是单个光子的能量是单个光子的能量是单个光子的能量是例例例例1.41.4如如如如果果果果光光光光功功功功率率率率是是是是1 1 WW，波波波波长长长长是是是是0.80.8 mm，计计计计算算算算1s1s内内内内投投投投射射射射到到到到检检检检测测测测器器器器上的光子数。上的光子数。上的光子数。上的光子数。电电电电子子子子伏伏伏伏特特特特（eVeV），由由由由一一一一个个个个电电电电子子子子在在在在1V1V的的的的电电电电势势势势差差差差中中中中加加加加速速速速得得得得到到到到的的的的动能来定义，即动能来定义，即动能来定义，即动能来定义，即0.80.8 mm光子的能量用电子伏特表示为光子的能量用电子伏特表示为光子的能量用电子伏特表示为光子的能量用电子伏特表示为本讲稿第四十八页，共六十七页1.3 1.3 光的属性光的属性-1.3.21.3.2光的粒子性光的粒子性图图图图1.17 1.17 1.17 1.17 光子能量光子能量光子能量光子能量光光光光的的的的粒粒粒粒子子子子理理理理论论论论可可可可以以以以解解解解释释释释LEDLED、激激激激光光光光器器器器和和和和半半半半导导导导体体体体激激激激光光光光器器器器等等等等光光光光源源源源的的的的发发发发光光光光机机机机理理理理，也也也也可可可可以以以以用用用用来来来来解解解解释释释释将将将将光光光光辐辐辐辐射射射射转转转转换换换换成成成成电电电电流流流流的的的的光光光光检检检检测过程。测过程。测过程。测过程。本讲稿第四十九页，共六十七页1.4 1.4 光纤的优点光纤的优点玻玻玻玻璃璃璃璃光光光光纤纤纤纤的的的的基基基基础础础础材材材材料料料料二二二二氧氧氧氧化化化化硅硅硅硅取取取取之之之之不尽。不尽。不尽。不尽。光光光光缆缆缆缆传传传传输输输输比比比比金金金金属属属属电电电电缆缆缆缆传传传传输输输输更更更更为为为为便便便便宜宜宜宜，铺设更为容易。铺设更为容易。铺设更为容易。铺设更为容易。光光光光纤纤纤纤和和和和光光光光缆缆缆缆机机机机械械械械强强强强度度度度高高高高，柔柔柔柔韧韧韧韧性性性性好。好。好。好。光纤可以获得很低的损耗。光纤可以获得很低的损耗。光纤可以获得很低的损耗。光纤可以获得很低的损耗。图图图图1.18 1km1.18 1km1.18 1km1.18 1km长的同轴线和玻璃光长的同轴线和玻璃光长的同轴线和玻璃光长的同轴线和玻璃光纤的等效衰减。光纤的纤的等效衰减。光纤的纤的等效衰减。光纤的纤的等效衰减。光纤的3-dB3-dB3-dB3-dB带宽带宽带宽带宽是是是是500MHz500MHz500MHz500MHz。对对对对于于于于高高高高频频频频应应应应用用用用，与与与与光光光光纤纤纤纤系系系系统统统统相相相相比比比比，电电电电缆缆缆缆传传传传输输输输系系系系统统统统的的的的线线线线路路路路长长长长度度度度和和和和放放放放大大大大器器器器之间的间隔距离要小得多。之间的间隔距离要小得多。之间的间隔距离要小得多。之间的间隔距离要小得多。本讲稿第五十页，共六十七页1.4 1.4 光纤的优点光纤的优点光纤具有巨大的传输能力。光纤具有巨大的传输能力。u u对对对对于于于于模模模模拟拟拟拟传传传传输输输输单单单单根根根根光光光光纤纤纤纤可可可可以以以以传传传传输输输输调调调调制制制制带带带带宽宽宽宽达达达达数百兆赫兹甚至更高的信息。数百兆赫兹甚至更高的信息。数百兆赫兹甚至更高的信息。数百兆赫兹甚至更高的信息。u u在数字系统中，光信号的失真限制了传输速率。在数字系统中，光信号的失真限制了传输速率。本讲稿第五十一页，共六十七页图图图图1.18 1.18 1.18 1.18 信号随调制频率变化的典型曲线信号随调制频率变化的典型曲线信号随调制频率变化的典型曲线信号随调制频率变化的典型曲线u u当调制频率较低时，传输当调制频率较低时，传输当调制频率较低时，传输当调制频率较低时，传输1km1km时光纤有时光纤有时光纤有时光纤有4dB4dB的损耗。的损耗。的损耗。的损耗。u u当当当当频频频频率率率率提提提提高高高高到到到到500MHz500MHz时时时时，传传传传输输输输损损损损耗耗耗耗会会会会增增增增加加加加3dB3dB，称称称称光光光光纤纤纤纤在在在在这这这这个个个个长长长长度度度度上上上上有有有有500Mhz500Mhz的的的的3-dB3-dB带带带带宽宽宽宽，用用用用f f3-dB3-dB表表表表示示示示。高高高高于于于于这这这这个个个个调调调调制频率，衰减会进一步增加。制频率，衰减会进一步增加。制频率，衰减会进一步增加。制频率，衰减会进一步增加。本讲稿第五十二页，共六十七页高高高高频频频频衰衰衰衰减减减减不不不不是是是是因因因因为为为为诸诸诸诸如如如如光光光光纤纤纤纤吸吸吸吸收收收收这这这这样样样样的的的的功功功功率率率率损损损损耗耗耗耗引引引引起起起起的的的的。实实实实际际际际上无论调制频率多高，光纤的传输损耗仍然是上无论调制频率多高，光纤的传输损耗仍然是上无论调制频率多高，光纤的传输损耗仍然是上无论调制频率多高，光纤的传输损耗仍然是4dB4dB4dB4dB。对于高频调制出现的问题，图对于高频调制出现的问题，图对于高频调制出现的问题，图对于高频调制出现的问题，图1.191.191.191.19给出了解释。给出了解释。给出了解释。给出了解释。图图图图1.19 1.19 1.19 1.19 对对对对于于于于不不不不同同同同的的的的调调调调制制制制频频频频率率率率，光光光光缆缆缆缆输输输输出出出出口口口口的的的的光光光光功功功功率率率率。3-dB3-dB3-dB3-dB带带带带宽宽宽宽用用用用f f f f3-dB3-dB3-dB3-dB表表表表示示示示，其意义是光功率的峰值变化降低到低频调制时的一半。其意义是光功率的峰值变化降低到低频调制时的一半。其意义是光功率的峰值变化降低到低频调制时的一半。其意义是光功率的峰值变化降低到低频调制时的一半。本讲稿第五十三页，共六十七页1.4 1.4 光纤的优点光纤的优点典型的有线电缆电话系统和光缆系统之间的比较：典型的有线电缆电话系统和光缆系统之间的比较：典型的有线电缆电话系统和光缆系统之间的比较：典型的有线电缆电话系统和光缆系统之间的比较：u u典典典典型型型型金金金金属属属属电电电电缆缆缆缆：900900个个个个线线线线对对对对，直直直直径径径径70mm70mm，每每每每个个个个线线线线对对对对传传传传输输输输2424个话音信道，可承载个话音信道，可承载个话音信道，可承载个话音信道，可承载2160021600路呼叫。路呼叫。路呼叫。路呼叫。u u用用用用于于于于电电电电话话话话传传传传输输输输的的的的光光光光缆缆缆缆：直直直直接接接接12.7mm12.7mm，144144根根根根光光光光纤纤纤纤，假假假假设设设设每每每每根根根根传传传传输输输输672672个个个个信信信信道道道道，总总总总容容容容量量量量为为为为9676896768个个个个呼呼呼呼叫叫叫叫，而而而而其其其其横横横横截截截截面面面面要小要小要小要小3030倍还多。倍还多。倍还多。倍还多。u u如如如如果果果果光光光光纤纤纤纤系系系系统统统统以以以以更更更更高高高高的的的的速速速速率率率率运运运运行行行行2.5Gbps2.5Gbps、10Gbps10Gbps，两者差别更大。，两者差别更大。，两者差别更大。，两者差别更大。本讲稿第五十四页，共六十七页1.4 1.4 光纤的优点光纤的优点光纤有极好的抗射频