第1章光纤通信系统.ppt

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1、1第第1章章 光纤通信系统光纤通信系统 本章阐述有关光纤通信的主要内本章阐述有关光纤通信的主要内容，探讨学习这些知识的方法，介绍所容，探讨学习这些知识的方法，介绍所选择技术的优点，并讨论其典型应用。选择技术的优点，并讨论其典型应用。21.1 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31.1 1.1 历史回顾历史回顾早期的光通信早期的光通信早期的光通信早期的光通信uu目视形式的光通信：太阳为光源、手的运目视形式的光通信：太阳

2、为光源、手的运目视形式的光通信：太阳为光源、手的运目视形式的光通信：太阳为光源、手的运动改变或调制光波、眼睛是检测装置动改变或调制光波、眼睛是检测装置动改变或调制光波、眼睛是检测装置动改变或调制光波、眼睛是检测装置uu使用烟作为信息载体的光波系统：对远距使用烟作为信息载体的光波系统：对远距使用烟作为信息载体的光波系统：对远距使用烟作为信息载体的光波系统：对远距离传输十分有用离传输十分有用离传输十分有用离传输十分有用uu1880188018801880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”的光通信系的光通信系的光通信系的光通信系统统统统41.1 1.1 历史

3、回顾历史回顾1960196019601960年激光器的发明，是实现大容量光通年激光器的发明，是实现大容量光通年激光器的发明，是实现大容量光通年激光器的发明，是实现大容量光通信的一个主要突破信的一个主要突破信的一个主要突破信的一个主要突破uu非导引的光通信系统的发展，为光纤通非导引的光通信系统的发展，为光纤通非导引的光通信系统的发展，为光纤通非导引的光通信系统的发展，为光纤通信提供了理论基础信提供了理论基础信提供了理论基础信提供了理论基础1970197019701970年，低损耗光纤的发明，使光纤通信年，低损耗光纤的发明，使光纤通信年，低损耗光纤的发明，使光纤通信年，低损耗光纤的发明，使光纤通信

4、得以实现得以实现得以实现得以实现5基本通信系统基本通信系统基本通信系统基本通信系统uu包括发送机、接收机和信道包括发送机、接收机和信道包括发送机、接收机和信道包括发送机、接收机和信道uu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6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但被导引信道有许多优点但被导引信道有

5、许多优点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71.2 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8信源有多种物理形式，最常见的是将非电信信源有多种物理形式，最常见的是将非电信信源有多种物理形式，最常见的是将非电信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号转化成电信号的变换器号转化成电信号的变换器号转化成电信号的变换器uu如麦克风、摄

6、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，信息在传输无论是在电通信还是光通信中，信息在传输无论是在电通信还是光通信中，信息在传输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。之前都必定是电形态。之前都必定是电形态。之前都必定是电形态。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9调制器的功能调制器的功能调制器的功能调制器的功能uu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uu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

7、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调制格式调制格式uu模拟、数字模拟、数字模拟、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101.2 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111.2 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uubpsbpsbpsbps比特每秒比特每

8、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uu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uu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121.2 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载波源载波源uu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uu光纤通信系统：光振荡器光纤通信系统：光振荡器光纤通信系统：光振荡器光纤通信系统：光振荡

9、器LDLDLDLD、LEDLEDLEDLED强度调制（强度调制（强度调制（强度调制（IMIMIMIM）uu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uu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始终为正出始终为正出始终为正出始终为正131.2 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141

10、.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现光信号的有效传输。实现光信号的有效传输。实现光信号的有效传输。实现光信号的有效传输。光光光光源源源源辐辐辐辐射射射射频频频频率率率率和和和和光光光光纤

11、纤纤纤低低低低损损损损耗耗耗耗区区区区域域域域的的的的匹配匹配匹配匹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。151.2 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uu无线电或电视广播系统：天线无线电或电视广播系统：天线无线电或电视广播系统：天线无线电或电视广播系统：天线uu电缆导引系统：连接器电缆导引系统：连接器电缆导引系统：连接器电缆导引系统：连接器uu大气光通信系统：透镜大气光通信

12、系统：透镜大气光通信系统：透镜大气光通信系统：透镜uu光纤通信系统：光耦合器光纤通信系统：光耦合器光纤通信系统：光耦合器光纤通信系统：光耦合器161.2 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171.2 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光放大器光放大器适用于模拟和数字信号适

13、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中中继继继继器器器器（再再再再生生生生器器器器）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，重建数字信号的幅度和波形重建数字信号的幅度和波形重建数字信号的幅度和波形重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uu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矛盾互矛盾互矛盾互矛盾181.2 1.2 基本通信

14、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191.2 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，并将其传送到接收机并将其传送到接收机并将其传送到接收机并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对准到光检测器光对准到光检测器光对准

15、到光检测器光对准到光检测器uu光光光光的的的的辐辐辐辐射射射射方方方方向向向向与与与与光光光光纤纤纤纤的的的的接接接接收收收收锥锥锥锥角角角角相相相相同同同同。一一一一般般般般的的的的光光光光检检检检测测测测器器器器有有有有大大大大的的的的表表表表面面面面积积积积及及及及大大大大的的的的接接接接收角，能实现有效耦合收角，能实现有效耦合收角，能实现有效耦合收角，能实现有效耦合201.2 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由光纤到光检测器的高效率耦由光纤到光检测器的高效率耦由光纤到光检测器的高效率耦合。

16、检测器可以接收到由光纤辐射出合。检测器可以接收到由光纤辐射出合。检测器可以接收到由光纤辐射出合。检测器可以接收到由光纤辐射出的绝大部分光波的绝大部分光波的绝大部分光波的绝大部分光波211.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.6-1.2.6检测器检测器解解解解调调调调：从从从从信信信信道道道道接接接接收收收收到到到到的的的的信信信信息息息息从从从从其其其其载载载载波波波波上上上上分分分分离离离离出来出来出来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极管二极管二极管二极管uu通通

17、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率成比例功率成比例功率成比例功率成比例uu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221.2 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231.2 1.2 基本通信系统

18、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uu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，允允允允许传输信息所含有的频率成分通过许传输信息所含有的频率成分通过许传输信息所含有的频率成分通过许传输信息所含有的频率成分通过uu信噪比（信噪比（信噪比（信噪比（SNRSNRSNRSNR）数字系统：放大器、滤波器、判决器数字系统：放大器、滤波器、判决器数字系统：

19、放大器、滤波器、判决器数字系统：放大器、滤波器、判决器uu误码率（误码率（误码率（误码率（BERBERBERBER）241.2 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表表1.31.31.31.3：字首：字首：字首：字首uu太太太太、吉吉吉吉、兆兆兆兆、千千千千、分分分分、毫毫毫毫、微微微微、纳纳纳纳、皮皮皮皮、飞飞飞飞uu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251.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.

20、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模拟信号的于模拟信号的于模拟信号的于模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 261.2 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271.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1

21、.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将器将Y Ys(s()中的第一个中的第一个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)。281.2 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

22、s s22HH的的的的条条条条件件件件，则则则则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器提取出一个干净的波器提取出一个干净的波器提取出一个干净的波器提取出一个干净的F F()。291.2 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64kbps64kbps64kbps64kbpsuu音频带宽音频带宽音频带宽音频带宽4kHz4kH

23、z4kHz4kHzuu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用值用值用值用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时分复用技术时分复用技术uu在在在在发发发发送送送送端端端端，通通通通过过过过间间间间插插插插数数数数据据据据比比比比特特特特，可可可可将将将将不不不不同同同同信信信信息复用成单路较高速率的数据流息复用成单路较高速率的数据流息复用成单路较高速率的数

24、据流息复用成单路较高速率的数据流uu解复用解复用解复用解复用301.2 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表表1.5 1.5 1.5 1.5 美美美美国国国国电电电电话话话话系系系系统统统统的的的的数字传输速率数字传输速率数字传输速率数字传输速率uu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路话音信息路话音信息路话音信息路话音信息uuT2T2T2T2级级级级别别别别由

25、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路话音信息路话音信息路话音信息路话音信息uu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冲脉冲脉冲脉冲，需要额外的比特率，需要额外的比特率，需要额外的比特率，需要额外的比特率311.2 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uu单根光纤可达

26、单根光纤可达单根光纤可达单根光纤可达2.5Gbps2.5Gbps2.5Gbps2.5Gbps、10Gbps10Gbps10Gbps10Gbps、甚至、甚至、甚至、甚至40Gbps40Gbps40Gbps40Gbps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SONETSONETSONETSONETuu基本传输速率是基本传输速率是基本传输速率是基本传输速率是OC-1OC-1OC-1OC-1uu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

27、播数字电视广播数字电视广播数字电视广播uu模模模模拟拟拟拟电电电电视视视视带带带带宽宽宽宽6MHz6MHz6MHz6MHz，每每每每个个个个抽抽抽抽样样样样值值值值用用用用8 8 8 8比比比比特特特特编编编编码码码码，数据速率为数据速率为数据速率为数据速率为268=96Mbps268=96Mbps268=96Mbps268=96Mbps321.2 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为为为了了了了传传传传输输输输尽尽尽尽可可可可能能能能多多多多的的的的数数数数字字字字化化化化图图图图像像像像，需需需需要要要要降降降降低低低低数数数数据据据据速率速率速率速

28、率uu压压压压缩缩缩缩数数数数字字字字图图图图像像像像技技技技术术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率从接近速率从接近速率从接近速率从接近100Mbps100Mbps100Mbps100Mbps降低到降低到降低到降低到5Mbps5Mbps5Mbps5Mbpsuu数数数数字字字字化化化化高高高高清清清清晰晰晰晰度度度度电电电电视视视视（HDTVHDTVHDTVHDTV）信信信信号号号号一一一一般般般般需需需需要要要要1Gbps1Gbps1Gbps1Gbps的的的的 传传传传 输输输输 速速速速 率率率率，经经经经 过过过过 压压压压 缩缩缩缩

29、后后后后 大大大大 约约约约 只只只只 需需需需 要要要要20Mbps20Mbps20Mbps20Mbps的传输速率的传输速率的传输速率的传输速率331.2 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各类信息与带宽之间的关系各类信息与带宽之间的关系uu以以以以太太太太局局局局域域域域网网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缆或光纤传输线实现电缆或光纤传输线实现电缆或光纤传输线实现电缆或光纤传输线实现uu高高高高 速速速速 数数

30、数数 据据据据 传传传传 输输输输 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)的标称运行速率为的标称运行速率为的标称运行速率为的标称运行速率为100Mbps100Mbps100Mbps100Mbpsuu更更更更快快快快的的的的局局局局域域域域网网网网如如如如高高高高性性性性能能能能并并并并行行行行接接接接口口口口（HPPI)HPPI)HPPI)HPPI)运行速率为运行速率为运行速率为运行速率为800Mbps800Mbps800Mbps800Mbps341.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.9-1

31、.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和和和射射射射频频频频通通通通信信信信系系系系统统统统需需需需要要要要相相相相同同同同的的的的传传传传输输输输带宽和数据速率带宽和数据速率带宽和数据速率带宽和数据速率351.2 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

32、据信号传输的质量信号传输的质量信号传输的质量信号传输的质量uu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uu数字系统数字系统数字系统数字系统用误码率（用误码率（用误码率（用误码率（BERBERBERBER）表示）表示）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？361.2 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分分分别别别别(dB)(dB)(dB)(dB)是是

33、是是表表表表示示示示通通通通信信信信系系系系统统统统中中中中相相相相对对对对功功功功率率率率电电电电平平平平的的的的一一一一个个个个十十十十分分分分方便的量方便的量方便的量方便的量uu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uu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

34、两两两两点点点点间有放大器间有放大器间有放大器间有放大器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371.2 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uu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uu即即即即以以以以分分分分贝贝贝贝为为为为单单单单位位位位，总总总总的的的的效效效效率率

35、率率是是是是单单单单个个个个级级级级联联联联部部部部分分分分的的的的效效效效率率率率之之之之和和和和381.2 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391.2 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401.2 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

36、 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。411.2 1.2 基本通信系统基本通信系统-1.2.101.2.1

37、0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uu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

38、算运算运算uuP 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dBmdBmdBmdBm421.2 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

39、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的损耗，计算输出功率。的损耗，计算输出功率。的损耗，计算输出功率。的损耗，计算输出功率。431.2 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

40、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441.3 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、紫紫紫紫外光部分的电磁波。外光部分的电磁波。外光部分的电磁波。外光部分的电磁波。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

41、方法法法法、技术和器件都相同。技术和器件都相同。技术和器件都相同。技术和器件都相同。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

42、光光光光纤纤纤纤的传输窗口。的传输窗口。的传输窗口。的传输窗口。451.3 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461.3 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471.3 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波波波波的的的的频频频频率率率率比比比比射射射射频频频频电电电电磁磁磁磁波波波波高高高高得得得得多多多多，但但但但两两两两者者者者都都都都遵遵遵遵循相同的规律。循相同的规律。循相同的规律。循相同的规律。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

43、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寸可能在一个波长左右或更小。尺寸可能在一个波长左右或更小。尺寸可能在一个波长左右或更小。尺寸可能在一个波长左右或更小。481.3 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 m

44、m，计计计计算算算算1s1s内内内内投投投投射射射射到检测器上的光子数。到检测器上的光子数。到检测器上的光子数。到检测器上的光子数。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的动能来定义，即到的动能来定义，即到的动能来定义，即到的动能来定义，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491.3 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

45、.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流的光检测过程。电流的光检测过程。电流的光检测过程。电流的光检测过程。501.4 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

46、氧化化化化硅取之不尽。硅取之不尽。硅取之不尽。硅取之不尽。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便宜，铺设更为容易。为便宜，铺设更为容易。为便宜，铺设更为容易。为便宜，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，柔柔柔柔韧性好。韧性好。韧性好。韧性好。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长的同轴线和玻长的同轴线和玻长的同轴线和玻长的同轴线和玻璃光纤的等效

47、衰减。光纤的璃光纤的等效衰减。光纤的璃光纤的等效衰减。光纤的璃光纤的等效衰减。光纤的3-dB3-dB3-dB3-dB带宽是带宽是带宽是带宽是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之间的间隔距离要小得多。器之间的间隔距离要小得多。器之间的间隔距离要小得多。器之间的间隔距离要小得多。511.4 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

48、。光纤具有巨大的传输能力。光纤具有巨大的传输能力。uu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宽达数百兆赫兹甚至更高的信息。带宽达数百兆赫兹甚至更高的信息。带宽达数百兆赫兹甚至更高的信息。带宽达数百兆赫兹甚至更高的信息。uu在在在在数数数数字字字字系系系系统统统统中中中中，光光光光信信信信号号号号的的的的失失失失真真真真限限限限制制制制了了了了传传传传输输输输速率。速率。速率。速率。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

49、典型曲线信号随调制频率变化的典型曲线uu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。uu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。高于这个调制频率，衰减会进一步增加

50、。高于这个调制频率，衰减会进一步增加。高于这个调制频率，衰减会进一步增加。高于这个调制频率，衰减会进一步增加。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。实实实实际上无论调制频率多高，光纤的传输损耗仍然是际上无论调制频率多高，光纤的传输损耗仍然是际上无论调制频率多高，光纤的传输损耗仍然是际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