光纤通信与无线通信PPT讲稿.ppt
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1、光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信第1页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信1.传输介质传输介质通信分为有线通信和无线通信通信分为有线通信和无线通信通信中使用的传输介质有通信中使用的传输介质有3 3类:类:一类为金属导体一类为金属导体 它利用电流传输信息;它利用电流传输信息;另一类是光导纤维另一类是光导纤维 它通过光波来传输信息;它通过光波来传输信息;第三类是空间第三类是空间 不需要物理连接,而是使用电磁波来传输信息不需要物理连接,而是使用电磁波来传输信息。无线通信中使用电磁波来传递信息无线通信中使用电磁波来传递信息第2页,共32页,编辑于20
2、22年,星期五1.传输介质传输介质1.1.金属导体金属导体同轴电缆同轴电缆同轴电缆以硬铜线为芯,外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用同轴电缆以硬铜线为芯,外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕,网外又覆盖一层保护性材料。密织的网状导体环绕,网外又覆盖一层保护性材料。同轴电缆种类:同轴电缆种类:基带同轴电缆和宽带同轴电缆基带同轴电缆和宽带同轴电缆 基带同轴电缆(基带同轴电缆(50):传输数字信号):传输数字信号最大传输距离距离约为最大传输距离距离约为200500m,传输速率传输速率 取决于电缆长度,取决于电缆长度,可达可达50Mb/s特点:特点:良好的传输特性和屏蔽特性,良好的传输特性和
3、屏蔽特性,可以构成大容量的载波通信系可以构成大容量的载波通信系 统。用于主要传输干线统。用于主要传输干线。一对小同轴管可提供数千个话路,一对小同轴管可提供数千个话路,一对中同轴管可提供上万个话路,一对中同轴管可提供上万个话路,多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量。多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量。第4页,共32页,编辑于2022年,星期五1.传输介质传输介质1.1.金属导体金属导体同轴电缆同轴电缆铜芯铜芯绝缘层绝缘层屏蔽层屏蔽层保护套保护套宽带同轴电缆宽带同轴电缆(75):传输模拟信号):传输模拟信号常用的有线电视电缆,带宽可达常用的有线电视电缆,带宽可达300400MHz,主主要
4、要用用于于传传输输模模拟拟电电视视信信号号,最最大大传传输输距距离离可可达达几几公公里里甚甚至至几几十十公里。公里。计算机网络中,计算机网络中,“宽带电缆宽带电缆”指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。同轴电缆特点:同轴电缆特点:良好的传输特性和屏蔽特性,良好的传输特性和屏蔽特性,可以构成大容量的载波通信系可以构成大容量的载波通信系 统。用于主要传输干线统。用于主要传输干线。一对小同轴管可提供数千个话路,一对小同轴管可提供数千个话路,一对中同轴管可提供上万个话路,一对中同轴管可提供上万个话路,多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量。多管同轴电缆电路则能提供相
5、当大的传输容量。第5页,共32页,编辑于2022年,星期五光纤通信光纤通信1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信 传输介质:传输介质:光纤(光缆)光纤(光缆)传输的信号:传输的信号:光信号(数字信号,有光脉冲相当于光信号(数字信号,有光脉冲相当于1,无光脉冲相当于无光脉冲相当于0)传输速率:传输速率:1 Gb/s 以上以上第6页,共32页,编辑于2022年,星期五2.光纤通信 (1)光纤结构与分类光纤结构与分类 1m=101m=10-6-6 m m光纤光纤(光导纤维光导纤维)通信通信 是利用光纤传导光信号来进行通信的一种技术。是利用光纤传导光信号来进行通信的一种技术。材材料料:光光纤
6、纤由由直直径径大大约约为为1010100m100m的的细细石石英英玻玻璃璃丝丝构构成成,透透明明、纤纤细细,纤纤芯芯的芯径一般为的芯径一般为50m50m或或62.5m62.5m(多模多模)和)和8.3m8.3m(单模单模););性质:具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。性质:具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。结构:光纤由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成,通常为了保护结构:光纤由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成,通常为了保护 光光 纤纤,包包 层层 外外 还还 往往 往往 覆覆 盖盖 一一 层层 塑塑 料料 加加 以以 保保 护护。即即 使使 形形 状状 发发 生生
7、 弯弯 曲,光线也能很好地在其中传播。曲,光线也能很好地在其中传播。第7页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信光纤种类光纤种类多模光纤和单模光纤多模光纤和单模光纤单模单模:纤芯直径为:纤芯直径为 8 810 m10 m(一个光波波长)(一个光波波长)光纤的直径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导一样,可使得光纤的直径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导一样,可使得光线主要沿着轴心直接向前传输,而不会有多次反射,这样的光纤称为单光线主要沿着轴心直接向前传输,而不会有多次反射,这样的光纤称为单模光纤模光纤 。衰耗小、能传输更长的距离和达到
8、更高的数据速率衰耗小、能传输更长的距离和达到更高的数据速率(例如例如100km100km距离时速距离时速率可达率可达10Gbps10Gbps )2.5 Gb/s2.5 Gb/s 的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。光源:光源:激光二极管激光二极管ILDILD发出的激光,波长:发出的激光,波长:1310nm1310nm1550nm1550nm带宽:带宽:为为2000MHz/Km2000MHz/Km,光线从光源进入光线从光源进入光纤光纤后有两种不同的传输方式后有两种不同的传输方式,光纤也就分为多模光纤光纤也就分为多模光纤和单模光纤和单模光纤第8页,共32
9、页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信光纤种类光纤种类多模光纤多模光纤多模多模:纤芯直径为:纤芯直径为 50 50 或或 62.5m62.5m 光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播。光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播。(或者说可以存在许多条入射角不同的光线在一条光纤中传递,)这种光(或者说可以存在许多条入射角不同的光线在一条光纤中传递,)这种光纤称为多模光纤。纤称为多模光纤。这里的多模意指反射角的多样性。这里的多模意指反射角的多样性。与单模光纤相比损耗较大、离散大、传输性能要差与单模光纤相比损耗较大、离散大、传输性能要差 在在10mb
10、ps10mbps及及100mbps100mbps的以太网中,多模光纤最长可支持的以太网中,多模光纤最长可支持20002000米的传输距米的传输距离,离,距离近、速度低距离近、速度低1km1km距离时速率可达距离时速率可达1Gbps1Gbps光源:光源:发光二极管发光二极管LEDLED发出的光发出的光,波长:波长:850nm 850nm 或或 1300nm 1300nm带宽:带宽:为为50MHz50MHz500MHz/Km500MHz/Km第9页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信光波在纤芯中的传输原理光波在纤芯中的传输原理当光线从高折射率的介质射
11、向低折射率的介质时,其折射角将大于入当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时,其折射角将大于入射角。因此如果折射角足够大时,就会出现全反射。即光线碰到包层射角。因此如果折射角足够大时,就会出现全反射。即光线碰到包层时就会折射回纤芯。重复此过程,光就沿着光纤传播下去时就会折射回纤芯。重复此过程,光就沿着光纤传播下去。第10页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信光传输系统光传输系统光缆:多模光纤、单模光纤光缆:多模光纤、单模光纤光源:发光二极管光源:发光二极管LED,发出的光的波长是,发出的光的波长是 850nm 或或 1300nm 激光发射二极管
12、激光发射二极管ILD,发出的光的波长是,发出的光的波长是 1500nm检测器:光电二极管检测器:光电二极管第11页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信(2)光纤通信原理光纤通信原理 光也是一种电磁波,它可以像无线电波那样,作为一种载体来传递信息光也是一种电磁波,它可以像无线电波那样,作为一种载体来传递信息载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入,就可以载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入,就可以沿着光纤传到千里以外的另一端,实现光纤通信沿着光纤传到千里以外的另一端,实现光纤通信 使用光纤传输信息时使用光纤传输信息时在在
13、发发信信端端,由由需需要要传传输输的的数数字字信信号号(电电信信号号)去去驱驱动动一一个个光光源源(半半导导体体激激光光器器或或发发光二极管光二极管),并对发出的光信号进行调制。,并对发出的光信号进行调制。调制后的光信号通过光纤传送到接收端调制后的光信号通过光纤传送到接收端信号经放大后由光检测器信号经放大后由光检测器(半导体光电管半导体光电管)进行检测、解调,转换成电信号之后输出进行检测、解调,转换成电信号之后输出 第12页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信(2)(2)光纤通信原理光纤通信原理 对于长距离的光纤通信系统还需中继器,其作用是将经过
14、长距离对于长距离的光纤通信系统还需中继器,其作用是将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、整形、再生成一定强度光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、整形、再生成一定强度的光信号,继续送向前方以保证良好的通信质量。的光信号,继续送向前方以保证良好的通信质量。目前的中继器多采用目前的中继器多采用光光-电电-光光形式,即将接收到的光信号用光电检测形式,即将接收到的光信号用光电检测器变换为电信号,经放大、整形、再生后再调制光源将电信号变换成光器变换为电信号,经放大、整形、再生后再调制光源将电信号变换成光信号重新发出,而不是直接放大光信号。信号重新发出,而不是直接放大光信号。光光波波的的频频率率为
15、为1010141410101515HzHz,波波长长为为微微米米级级,因因此此通通信信容容量量很很大大。目目前前一一束束光光能能携携带带几几十十个个G G的的二二进进位位信信号号,通通过过波波分分多多路路复复用用(WDM)(WDM)技术还可达到更大的通信容量技术还可达到更大的通信容量 第13页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信(2)光纤通信原理光纤通信原理 波分多路复用波分多路复用波分多路复用波分多路复用波波分分复复用用技技术术能能在在单单一一光光纤纤内内同同步步传传输输多多个个不不同同波波长长的的光光波波,让让数数据据传传输速度和容量获得倍增
16、输速度和容量获得倍增其其原原理理如如图图1 12222所所示示。其其中中发发送送端端有有N N个个发发送送单单元元,它它们们所所发发出出的的N N个个不不同同波波长长的的光光波波通通过过复复用用器器(称称为为合合波波器器)合合并并起起来来,进进入入同同一一根根光光纤纤进进行行传传输输。到到达达接接收收端端后后,通通过过分分路路器器(称称为为分分波波器器)将将它它们们分分开开,分分别别送送到到各各自自相相应应的光电检测器中,恢复出原始的信号。的光电检测器中,恢复出原始的信号。第14页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信光纤通信的优点:光纤通信的优点
17、:传输频带宽,传输频带宽,通信容量大通信容量大 抗雷电和电磁干干扰、抗辐射能力强抗雷电和电磁干干扰、抗辐射能力强保密性好,无串音干扰,不易被窃听或截取数据保密性好,无串音干扰,不易被窃听或截取数据保密性好保密性好 便于运输和铺设便于运输和铺设 传输损耗小,通讯距离长传输损耗小,通讯距离长 数数据据速速率率为为420Mbps、距距 离离 为为 119km、无无中中继继器器时时,误误码码率为率为10-8。无中继器。无中继器光纤通信的缺点:光纤通信的缺点:精确连接两根光纤比较困难精确连接两根光纤比较困难第15页,共32页,编辑于2022年,星期五1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信(3)
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