单元二话音在光纤通信系统中的传输任务3认识光通信器件教课件.ppt
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1、2022-5-1512022-5-152本章重点内容是:本章重点内容是:1. 光纤通信的特点;光纤通信的特点;2光纤通信系统的差不多组成;光纤通信系统的差不多组成;3光纤的结构和分类、光纤的导光原理及要紧工作特性;光纤的结构和分类、光纤的导光原理及要紧工作特性;4光源、光检测器、光无源器件的工作原理和工作特性光源、光检测器、光无源器件的工作原理和工作特性5光端机的差不多组成及各部分的要紧作用;光端机的差不多组成及各部分的要紧作用;6SDH的差不多特点;的差不多特点;7SDH的标准速率与帧结构;的标准速率与帧结构;8我国我国SDH的复用结构;的复用结构;9SDH网中的复用设备和数字交叉连接器;网
2、中的复用设备和数字交叉连接器;10SDH网络结构。网络结构。2022-5-1534.1.1光纤通信发展史和现状光纤通信发展史和现状1、探索时期的光通信、探索时期的光通信: 中国古代用“烽火台”报警,欧洲人用旗语传送信息, 这些都能够看作是原始形式的光通信。 1880年,美国人贝尔年,美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载发明了用光波作载波传送话音的波传送话音的“光电话光电话”。光电话证明了用光波作。光电话证明了用光波作为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通信的雏型。信的雏型。 2022-5-154 1960年,美国人梅曼年,美国人梅曼(Maim
3、an)发明了第一台红发明了第一台红宝石激光器,宝石激光器, 给光通信带来了新的希望。给光通信带来了新的希望。 激光具有激光具有波谱宽度窄,方向性极好,波谱宽度窄,方向性极好, 亮度极高,亮度极高,以及频率和相位较一致的良好特性以及频率和相位较一致的良好特性。 继红宝石激光器之后,氦继红宝石激光器之后,氦氖氖(He - Ne)激光器、激光器、二氧化碳二氧化碳(CO2)激光器先后出现,并投入实际应用。激光器先后出现,并投入实际应用。 激光器的发明和应用,激光器的发明和应用, 使光通信进入一个崭新的阶使光通信进入一个崭新的阶段。段。 2022-5-1552、现代光纤通信、现代光纤通信 1966年,英
4、籍华裔学者高锟指出了利用光纤年,英籍华裔学者高锟指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径,进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光通信奠定了现代光通信光纤通信的基础。光纤通信的基础。 1970 年,光纤研制取得了重大突破。美国康宁年,光纤研制取得了重大突破。美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗公司就研制成功损耗20 dB/km的石英光的石英光纤。纤。 1973 年,美国贝尔年,美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩,实验室取得了更大成绩,光纤损耗降低到光纤损耗降低到2.5dB/km。 1976 年,日本电报电话年,日本电报电话(NTT)公司将光纤
5、损耗降公司将光纤损耗降低到低到0.47 dB/km(波长波长1.2m)。2022-5-1563、光纤通信的发展能够粗略地分为三个阶段:、光纤通信的发展能够粗略地分为三个阶段: 第一阶段第一阶段(1966-1976年年),这是从基础研究到商业,这是从基础研究到商业应用的开发时期。实现了短波长应用的开发时期。实现了短波长(0.85m)低速率低速率(45或或34Mb/s)多模光纤通信系统。多模光纤通信系统。 第二阶段第二阶段(1976-1986年年),这是以提高传输速率和,这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。期。 光纤从
6、多模发展到单模,工作波长从短波长光纤从多模发展到单模,工作波长从短波长(0.85m)发展到长波长发展到长波长(1.31m和和1.55m)。 第三阶段第三阶段(1986-1996年年),这是以超大容量超长距离,这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期,实现了期,实现了1.55m色散移位单模光纤通信系统。实验色散移位单模光纤通信系统。实验室可以达到更高水平。室可以达到更高水平。2022-5-1574.1.2 光纤通信的特点和应用光纤通信的特点和应用 在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波频率高得多,作为传输介质的光纤又
7、比同轴电缆或波导管的损耗低得多,因此相关于电缆通信或微波通信,光纤通信具有许多独特的优点。 1. 容许频带很宽,传输容量很大容许频带很宽,传输容量很大 单波长光纤通信系统的传输速率一般为单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5 Gb/s和和10 Gb/s。波分复用。波分复用(WDM)和光时分复用和光时分复用(TDM)更是极大地增加了传输容量,更是极大地增加了传输容量, 见下表见下表 。2022-5-158通信手段 传输容量(话路)/条 中继距离/km 1000 km内中继器个数 微波无线电 960 5020小同轴 9604250中同轴 180061600光缆 19203033光缆 14000(
8、1Gb/s)8411光缆 6000(445MB/S)1347表表 光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较 2022-5-159 2. 损耗很小,损耗很小, 中继距离很长且误码率很小中继距离很长且误码率很小 石英光纤在石英光纤在1.31 m和和1.55 m波长,波长, 传输损耗分传输损耗分别为别为0.50 dB/km和和0.20 dB/km,甚至更低。因此,用,甚至更低。因此,用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多,见表。光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多,见表。 传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点,传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优
9、点,使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接入网的使用,入网的使用, 这也是降低每公里话路的系统造价的这也是降低每公里话路的系统造价的要紧缘故。要紧缘故。项目 8 芯 18 芯 光缆 电缆 光缆 电缆 重量/(kgm-1) 重量比 0.42 16.3150.4211126直径/mm 截面积比 211475211659.62022-5-1510 3. 重量轻、重量轻、 体积小体积小 光纤重量很轻,直径很小。即使做成光缆,在光纤重量很轻,直径很小。即使做成光缆,在芯数相同的条件下,其重量依然比电缆轻得多,体芯数相同的条件下,其重量依然比电缆轻得多
10、,体积也小得多。表给光缆和标准同轴电缆的重量和截积也小得多。表给光缆和标准同轴电缆的重量和截面积的比较。面积的比较。 表表 光缆和电缆的重量和截面积比较光缆和电缆的重量和截面积比较 2022-5-1511 4. 抗电磁干扰性能好抗电磁干扰性能好 光纤由电绝缘的石英材料制成,光纤通信线路光纤由电绝缘的石英材料制成,光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。 5. 泄漏小,泄漏小, 保密性能好保密性能好 在光纤中传输的光泄漏特别微弱,即使在弯曲在光纤中传输的光泄漏特别微弱,即使在弯曲地段也无法窃听。因此信息在光纤中传输特别安全。地段也无法窃听。因此信息
11、在光纤中传输特别安全。 6. 节约金属材料,节约金属材料, 有利于资源合理使用。有利于资源合理使用。 平行双绞线电缆同轴电缆微波10210103104105106101102103104105系统/话路公里相对造价话路数/条光缆2022-5-1512 总之,光纤通信不仅在技术上具有很大的优越总之,光纤通信不仅在技术上具有很大的优越性,由图可见,随着传输容量的增加,由于采用了性,由图可见,随着传输容量的增加,由于采用了新的传输媒质,新的传输媒质, 使得相对造价直线下降。使得相对造价直线下降。图图 各种通信系统相对造价与传输容量的比较各种通信系统相对造价与传输容量的比较 2022-5-1513 光
12、纤能够传输数字信号,也能够传输模拟信号。光纤能够传输数字信号,也能够传输模拟信号。光纤通信的各种应用可概括如下:光纤通信的各种应用可概括如下: 通信网,包括全球通信网、各国的公共电信网、通信网,包括全球通信网、各国的公共电信网、各种专用通信网、特殊通信手段。各种专用通信网、特殊通信手段。 构成因特网的计算机局域网和广域网,如光纤构成因特网的计算机局域网和广域网,如光纤以太网、以太网、 路由器之间的光纤高速传输链路。路由器之间的光纤高速传输链路。 有线电视网的干线和分配网;工业电视系统,有线电视网的干线和分配网;工业电视系统,如工厂、如工厂、 银行、商场、交通和公安部的监控。银行、商场、交通和公
13、安部的监控。 综合业务光纤接入网,分为有源接入网和无源综合业务光纤接入网,分为有源接入网和无源接入网,接入网, 可实现电话、数据、视频可实现电话、数据、视频(会议电视、可视会议电视、可视电话等电话等)及多媒体业务综合接入核心网,提供各种各样及多媒体业务综合接入核心网,提供各种各样的社区服务。的社区服务。 2022-5-15144.1.3 光纤通信系统的差不多组成光纤通信系统的差不多组成 1、发射和接收发射和接收 下图示出单向传输的光纤通信系统,包括发射、下图示出单向传输的光纤通信系统,包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。 信息源电发射机光发射机
14、光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发 射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出图图 光纤通信系统的差不多组成光纤通信系统的差不多组成光纤通信系统组成演示光纤通信系统组成演示2022-5-1515信息源:信息源:把用户信息转换为原始电信号,这种信号称把用户信息转换为原始电信号,这种信号称为基带信号。为基带信号。电发射机:把基带信号转换为适合信道传输的信号,电发射机:把基带信号转换为适合信道传输的信号,那个转换假如需要调制,那个转换假如需要调制, 那么其输出信号称为已调信那么其输出信号称为已调信号。号。光发射机:光发射机:输入到光发射机带有信息的电信号,通过输入到光发射机带有信
15、息的电信号,通过调制转换为光信号。调制转换为光信号。光接收机:光载波通过光纤线路传输到接收端,再由光接收机:光载波通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。光接收机把光信号转换为电信号。 电接收机:电接收机:功能和电发射机的功能相反。功能和电发射机的功能相反。2022-5-1516 2、差不多光纤传输系统、差不多光纤传输系统 差不多光纤传输系统作为独立的“光信道”单元。 有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间 加入光发射机、光纤线路和光接收机,再配置适当的加入光发射机、光纤线路和光接收机,再配置适当的 光器件,光器件, 能够组成传
16、输能力更强、功能更完善的光能够组成传输能力更强、功能更完善的光 纤通信系统。纤通信系统。 下面简要介绍基本光纤传输系统的三个组成部分。下面简要介绍基本光纤传输系统的三个组成部分。2022-5-1517光发射机:光发射机: 光发射机的功能:光发射机的功能:把输入电信号转换为光信号,把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 光发射机组成:光发射机组成:由光源、由光源、 驱动器和调制器组成。驱动器和调制器组成。 光源是光发射机的核心。光发射机的性能差不多上取决于光源的特性。 光源种类:光源种类:半导体发光二极管半导体发光二极管
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