通信技术概论光纤通信.pptx

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1、会计学1通信技术概论光纤通信通信技术概论光纤通信光纤通信光纤通信n n指利用光导纤维(简称光纤)传输光波信号的一种通信方式。n n电磁波：长波、中波、微波、红外线、可见光、紫外线。n n使用光(激光器)信号，使用光缆作为传输介质。波长是0.81.8m第1页/共37页衰减的单位衰减的单位n ndB(分贝)：描述功率相对比值的单位n ndB=10dB=10 log log10 10(P(Poutout/P/Pinin)n nP Poutout：输出功率；：输出功率；P Pinin：输入功率：输入功率n ndBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位n ndBm=10 dBm=10 loglog1010

2、(P/1mw)(P/1mw)n n1mw=0 dBm1mw=0 dBmn n20mw=13 dBm20mw=13 dBmn n40mw=16 dBm40mw=16 dBm第2页/共37页6.1 光纤通信概述光纤通信概述n n发展史n n光电话：光电话：18801880年贝尔年贝尔(通信距离通信距离213213m m)n n光源：激光器光源：激光器 梅曼梅曼(1960)(1960)n n美国贝尔公司美国贝尔公司(19701970)半导体激光器半导体激光器n n传光介质：光纤传光介质：光纤 高锟高锟(1966)(1966)n n美国康宁公司美国康宁公司(19701970)低损耗光纤低损耗光纤n n

3、工作波长 n n0.850.85mm、1.311.31mm和和1.551.55mm第3页/共37页光纤通信特点光纤通信特点n n通信容量大n n光载波频率在光载波频率在1010141410101515HzHz n n传输距离长n n20dB/km20dB/km，即可实现通信，即可实现通信n n目前损耗目前损耗0.2dB/km 0.2dB/km n n抗电磁干扰n n体积小、重量轻n n机械强度低第4页/共37页商用的光纤通信系统商用的光纤通信系统n n19771977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。成商用的光纤通信系统。n n两根两

4、根(直径直径0.1mm0.1mm左右左右)光纤，同时开通光纤，同时开通80008000路电话！路电话！n n到到19901990年，光纤系统发展了几代年，光纤系统发展了几代(通信业务通信业务通信业务通信业务40%)40%)n n由多模光纤由多模光纤(70(70年代年代)过渡到单模光纤过渡到单模光纤(80(80年代年代)n n由短波长由短波长(0.85(0.85mm)过渡到长波长过渡到长波长(1.31(1.31mm)n n信息传输的容量和速率大大提高。信息传输的容量和速率大大提高。n n9090年代：传输速率年代：传输速率10000Mbit/s10000Mbit/s，同时开通，同时开通 1250

5、000 1250000 路电话。路电话。第5页/共37页6.2 光纤与光缆光纤与光缆 1.光纤的结构n n石英玻璃、石英玻璃、塑料或晶塑料或晶体体n n纤芯纤芯(折折射率大射率大)和包层和包层n n全反射全反射第6页/共37页光纤直径光纤直径纤芯(Core)62.5 5 mm125 mm包层(Clad)Core8 mm125 mmClad85m 多模单模人的头发第7页/共37页光纤的分类光纤的分类n n按工作波长：按工作波长：n n短波长短波长(850nm)(850nm)和和长波长长波长(1310nm(1310nm、1550nm)1550nm)n n按传输模式：按传输模式：n n多模光纤和多模

6、光纤和单模光纤单模光纤n n按折射率分布：按折射率分布：n n阶跃阶跃(突变突变)型型(SI)(SI)、渐变、渐变(梯度梯度)型型(GI)(GI)和和WW型型n n按材料：按材料：n n石英光纤石英光纤、塑料光纤等、塑料光纤等n n几种新型光纤：几种新型光纤：n n色散位移光纤色散位移光纤(DSF)(DSF)、非零色散光纤、非零色散光纤(NZDF)(NZDF)、色散平坦光纤色散平坦光纤(DFF)(DFF)、色散补偿光纤、色散补偿光纤(DCF)(DCF)等等第8页/共37页ITU-T建议的光纤分类建议的光纤分类 n nG.651光纤：计算机局域网或接入网n nG.652光纤：应用最广的单模光纤

7、n nG.653光纤：较少采用n nG.654光纤：弯曲性能好 n nG.655光纤：适用于高速、大容量、高密集波分复用系统 第9页/共37页2.光缆光缆n n按芯数分为单芯、双按芯数分为单芯、双芯、多芯芯、多芯n n按结构分为层绞式、按结构分为层绞式、骨架式、带状等骨架式、带状等n n按敷设场合分为架空、按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等室内、水下、海底等n n按用途分为通信用光按用途分为通信用光缆和非通信用光缆缆和非通信用光缆加强元件加强元件加强元件加强元件加强元件光纤第10页/共37页3.光传播的基本知识光传播的基本知识n1n2n1 n2n1n2临

8、界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角12产生全反射的条件：n1n2 90临界角第11页/共37页光纤的传光原理光纤的传光原理(全反射全反射全反射全反射)第12页/共37页阶越型光纤性能参数阶越型光纤性能参数n n相对折射指数差：n n数值孔径(NA)：接收锥第13页/共37页4.多模光纤多模光纤n n62.5/125 m 的光纤在保安行业中应用最普遍n n典型距离达5英里n n用于：n nCCTVCCTVn n门禁控制系统门禁控制系统n n内部通讯内部通讯 多模多模 MMFMMF 第14页/共37页5.单模光纤单模光纤n n无限带宽n n810 mn n典型距离超过5英里n n用于：n

9、 n长途电信长途电信n n长途电视监控及多路切换长途电视监控及多路切换n n共用天线电视系统共用天线电视系统单模单模 SMFSMF 第15页/共37页单模光纤和多模光纤比较单模光纤和多模光纤比较项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发光二极管信号衰减小大端接较难较易造价高低第16页/共37页光纤的主要损耗光纤的主要损耗n n损耗n n吸收损耗：吸收损耗：OHOH-和金属离子和金属离子n n散射损耗：散射损耗：n n其他损耗：光纤连接、弯曲其他损耗：光纤连接、弯曲第17页/共37页光损耗与波长光损耗与波长n n光损耗单位：dB/kmn n与波长有关n n单模损耗小n n波长又称为窗口

10、n n波谱的红外部分起作用第18页/共37页光纤损耗主要存在的地点光纤损耗主要存在的地点n n光纤本身：与长度和类型有关n n1310 nm1310 nm：0.35 0.5 dB/Km0.35 0.5 dB/Kmn n1550 nm1550 nm：0.2 0.3dB/Km0.2 0.3dB/Kmn n850 nm850 nm：2.3 3.4 dB/Km2.3 3.4 dB/Kmn n光纤连接点：0.2dB/点2Kmn n设备处：3dB第19页/共37页光纤的光纤的衰减衰减光纤的衰减图0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 nm OH-OH-OH-第一窗口

11、第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值6 54321近端远端信号传播第20页/共37页光纤色散光纤色散(Dispersion)n n光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。它是限制传输速率的主要因素。n n模间色散模间色散n n材料色散材料色散n n波导色散波导色散第21页/共37页散射散射n n由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线缺陷第22页/共37页6.3 光纤通信系统光纤通信系统n n发送单元：把电信号转换成光信号n n传输单元：载送光信号的介质n n接收单元：接收

12、光信号并转换成电信号n n连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤第23页/共37页器件器件n n有源光器件n n光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。n n无源光器件n n光分路器光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接器、耦合器、波分复用器、光纤连接器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。第24页/共37页1.激光器激光器(光发送机光发送机)n n半导体激光器和发光二极管n n半导体激光器n n阈值特性阈值特性n n光谱特性光谱特性n n温度特性温度特性n n转换效率转换效率第25页/共37页2.常用连接器类型常用

13、连接器类型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack第26页/共37页常用连接器类型常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type第27页/共37页3.光纤熔接机光纤熔接机第28页/共37页4.光电检测器光电检测器(光接收机光接收机)n nPIN和APDn n响应时间响应时间n n暗电流暗电流第29页/共37页光纤系统方框图光纤系统方框图信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号 E/O转换光纤O/E转换发送单元传输单元接收单元连接器件第30页/共37页光中继器光中继器n n作用：放大衰减了的光信号n n光-电-光转换第31页/共37页半导体光放大

14、器半导体光放大器 第32页/共37页光纤通信码型要求光纤通信码型要求n n必须是二电平码！n n信号自带定时信息n n提供一定的冗余传输第33页/共37页光通信技术发展光通信技术发展n n延长中继距离n n光放大器光放大器(EDFA)(EDFA)n n外调制器外调制器(电光晶体电光晶体LiNbOLiNbO3 3)n n色散补偿色散补偿(DCF(DCF、BraggBragg光纤光栅光纤光栅)n n提高通信容量n n时分复用技术时分复用技术(TDM)(TDM)n n波分复用技术波分复用技术(WDM)(WDM)n n光频分复用光频分复用(OFDM)(OFDM)：载波间隔：载波间隔1nm1nm第34页/共37页波分复用波分复用光发射机1光发射机2光发射机N合 波 器光发射机1光发射机2光发射机N光功率放大（BA）光线路放大（OA）光线路放大（OA）分 波 器光前置放大（PA）12N12N12N.发送端接收端第35页/共37页量子超光速通信量子超光速通信n n相对论和量子理论之间的矛盾n n幽灵式的超距作用，粒子间的心灵感应。n n只有思维比光更快n n1994年，人脑之间存在量子超光速影响！第36页/共37页