光纖通信 總結(jié) 西理工 光信 劉增基

1、第一章u 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：² 容許頻帶很寬，傳輸容量很大² 損耗很小，中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很小² 重量輕、體積小² 抗電磁干擾性能好² 泄漏小，保密性能好² 節(jié)約金屬材料（有色金屬），SiO2u 提高光纖容量方式：² 提高波長(zhǎng)速率² 增加復(fù)用波數(shù)² 偏振復(fù)用加倍u 光纖通信應(yīng)用：² 通信網(wǎng)² 數(shù)據(jù)網(wǎng)² 數(shù)據(jù)網(wǎng)有線電視網(wǎng)² 接入網(wǎng)AN² 光纖傳感器u 光發(fā)射調(diào)制方式：² 內(nèi)調(diào)制直接調(diào)制（簡(jiǎn)單、實(shí)用、低速）² 外調(diào)制間接調(diào)制（高速）第二章l

2、 纖芯和包層的相對(duì)折射率差=（n1-n2）/n1l 光纖基本類型：² 突變型多模光纖（StepIndex Fiber, SIF）² 漸變型多模光纖（GradedIndex Fiber, GIF）² 單模光纖（SingleMode Fiber, SMF） W型光纖（色散平坦光、色散位移光纖、保偏光纖）ü 塑料光纖ü 光子晶體光纖l 數(shù)值孔徑NA l 時(shí)間延遲 時(shí)間延遲差 l 麥克斯韋方程組：l 其中:k=2/=2f/c=/cu2=a2(n12*k2-2)w2=a2*(2-n22*k2)v2=u2+w2=a2*k2*(n12-n2) 纖芯方程： (

3、0ra)包層方程: (ra) 光能量要在纖芯(0ra)中傳輸， 在r=0處， 電磁場(chǎng)應(yīng)為有限實(shí)數(shù)；在包層(ra)，光能量沿徑向r迅速衰減，當(dāng)r時(shí)， 電磁場(chǎng)應(yīng)消逝為零。光纖傳輸模式的電磁場(chǎng)分布和性質(zhì)取決于特征參數(shù)u、w和的值。橫向傳輸常數(shù): u和w決定纖芯和包層橫向(r)電磁場(chǎng)的分布，稱為橫向傳輸常數(shù)； 縱向傳輸常數(shù):決定縱向(z)電磁場(chǎng)分布和傳輸性質(zhì)，所以稱為(縱向)傳輸常數(shù)。 n2kn1k l 光纖歸一化頻率：光纖傳輸模式非常重要兩種情況：一種是模式截止，另一種是模式遠(yuǎn)離截止。l 光纖傳輸特性：幾何、光學(xué)、機(jī)械等特性，傳輸損傷，色散、損耗，非線性。Ø 色散：光在介質(zhì)中傳播速度v隨波

4、長(zhǎng)（或頻率）而變化的現(xiàn)象。² 色散一般包括：模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。² 色散用脈沖展寬表示：=(n2+m2+w2)1/2 ² 信號(hào)通過光纖后產(chǎn)生的脈沖展寬= 或= ，1和2分別為輸入脈沖和輸出脈沖的FWHM。 ² 3dB光帶寬為f3 dB= ² 傳輸常數(shù)：= ² 群時(shí)延：（群折射率）² 兩個(gè)參量表示光纖色散：群速度 = ；相速度。 ² 色散系數(shù)：D, .² 電磁波在波導(dǎo)折射率：n2n1² 偏振模色散PMD：, 偏振模色散系數(shù)² 色散與帶寬關(guān)系：Ø 光纖損耗：輸入輸出功率

5、關(guān)系：Po=Pi*exp(-L) = ，為損耗系數(shù)² 吸收損耗：固有損耗，紅外損耗，紫外損耗；雜志損耗² 散射損耗：銳利散射；結(jié)構(gòu)缺陷散射l 光纖標(biāo)準(zhǔn)Ø G.651多模漸變型(GIF)光纖Ø G.652常規(guī)單模光纖Ø G.653色散移位光纖Ø G.654 用于海纜Ø G655 非零色散位移光纖l 損耗的機(jī)理該機(jī)理包括吸收損耗和散射損耗兩部分Ø 吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的Ø 散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的

6、散射產(chǎn)生的。 l 瑞利散射：在介質(zhì)中傳播的光波，由于材料的原子或分子結(jié)構(gòu)隨距離變化而引起的散射。（或：尺度遠(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)的粒子所產(chǎn)生的散射現(xiàn)象。分子散射強(qiáng)度與入射光的波長(zhǎng)四次方成反比, 且各方向的散射光強(qiáng)度是不一樣的。）瑞利散射損耗是光纖的固有損耗，它決定著光纖損耗的最低理論極限。 l 單模傳輸條件為：V= ，對(duì)于給定的光纖(n1、n2和a確定)，存在一個(gè)臨界波長(zhǎng)c，當(dāng)<c時(shí)，是多模傳輸，當(dāng)>c時(shí)，是單模傳輸，這個(gè)臨界波長(zhǎng)c稱為截止波長(zhǎng)l 模式（mode）：在一定邊界條件下電磁場(chǎng)方程之解。l 弱導(dǎo)光纖：纖芯中最大折射率和均勻包層最小折射率之差很小的一類光纖。l 光纖損耗測(cè)量方法：

7、Ø 測(cè)量通過光纖的傳輸光功率，稱剪斷法和插入法；光纖損耗系數(shù) ， L為被測(cè)光纖長(zhǎng)度(km)，P1和P2分別為輸入光功率和輸出光功率(mW或W) ；裝置： Ø 測(cè)量光纖的后向散射光功率，稱后向散射法。瑞利散射光功率與傳輸光功率成比例。利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來確定光纖損耗系數(shù)的方法，稱為后向散射法。 正向和反向平均損耗系數(shù)： 光纖的長(zhǎng)度L：l 帶寬測(cè)量光纖帶寬測(cè)量有時(shí)域和頻域兩種基本方法。時(shí)域法是測(cè)量通過光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖展寬，又稱脈沖法；頻域法是測(cè)量通過光纖的頻率響應(yīng)，又稱掃頻法。= ， 脈沖法第三章u 半導(dǎo)體激光器² 波長(zhǎng)計(jì)算：² P-

8、I特性曲線： ，I>激光；I<熒光；I閾值電流u 每對(duì)復(fù)合載流子產(chǎn)生的光子數(shù)：u 量子效率： u 響應(yīng)度：u 雪崩光電二極管(APD) ² 倍增因子： ， ² 通過PIN測(cè)量： u 光無源器件：² 連接器和接頭² 光耦合器² 光隔離器與光環(huán)行器² 光調(diào)制器² 光開關(guān)第四章l 光發(fā)射機(jī)方框圖：l 張弛振蕩:當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩。張弛振蕩和電光延遲的后果是限制調(diào)制速率。l 光接收機(jī)方框圖： l 靈敏度：² 定義：表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，能夠接收微弱光信號(hào)的能力。&

9、#178; 影響因素：噪聲、速率、波長(zhǎng)、消光比、色散。l 動(dòng)態(tài)范圍(DR)：² 定義：在限定的誤碼率條件下，光接收機(jī)所能承受的最大平均接收光功率Pmax和所需最小平均接收光功率Pmin的比值，用dB表示。² 根據(jù)定義：DR=10lg ， 動(dòng)態(tài)范圍是光接收機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，它表示光接收機(jī)接收強(qiáng)光的能力。² 要求大?。簲?shù)字光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍一般應(yīng)大于15 dB。 l 線路編碼：² 類型：擾碼、mBnB碼、插入碼。² 二電平碼的缺點(diǎn)：Ø 直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)(基線漂移)Ø 容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連“”碼或長(zhǎng)串連“0”碼，給定時(shí)提取

10、造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。 Ø 不能實(shí)現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù))的誤碼檢測(cè)， 不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)² 怎樣提升速率：mBnB碼在相同時(shí)隙內(nèi)，傳輸1比特變?yōu)閭鬏?比特， 碼速提高了1倍。（？） ² mBnB碼換算（自己看）：第五章u 準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH):² 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)：² PCM的32個(gè)時(shí)隙： （線狀幀）² 1-4次群速率：2.408Mb/s, 8.448 Mb/s, 34.368 Mb/s, 139.264 Mb/s.² 傳輸話路數(shù)：一次群->30路（？）（一路速率64Kb/s）。u 同步數(shù)字系列(SDH):&#

11、178; SDH幀結(jié)構(gòu)：段開銷(SOH)；信息載荷(Payload)；管理單元指針(AU PTR)² PDH與SDH的上下路區(qū)別（圖）：² SDH的155M/s來源：=9（行）×270×8（bit）×8000（=1/125us）=155.520 Mb/s² 3個(gè)速率：Ø 段開銷(SOH)：對(duì)于STM1 而言， SOH共使用9×8(第4行除外)=72 Byte相應(yīng)于576 bit。由于每秒傳輸8000幀， 所以SOH的容量為576×8000=4.608 Mb/sØ 信息載荷(Payload)：對(duì)于

12、STM1而言，Payload有9×261=2349 Byte, 相應(yīng)于2349×8×8000=150.336 Mb/s的容量。Ø 管理單元指針(AU PTR)：對(duì)于STM1 而言，AU PTR有9個(gè)字節(jié)(第4行)， 相應(yīng)于9×8×8000=0.576 Mb/s。² SDH 3種設(shè)備：Ø 終端復(fù)用設(shè)備 TMØ 分插復(fù)用設(shè)備 ADMØ 數(shù)字交叉連接設(shè)備 DXCu 中繼距離： L式中，Pt 為平均發(fā)射光功率(dBm)，Pr為接收靈敏度(dBm)，c 為連接器損耗(dB/對(duì))， Me 為系統(tǒng)余量(dB)

13、，f為光纖損耗系數(shù)(dB/km), s為每km光纖平均接頭損耗(dB/km), m為每km光纖線路損耗余量(dB/km), L 為中繼距離(km)u 受色散限制的中繼距離L：Fb是線路碼速率(Mb/s)C0是光纖的色散系數(shù)(ps/(nm·km)為光源譜線寬度(nm):對(duì)于MLM-LD, =0.115； 對(duì)于SLM-LD，=0.306第六章l 調(diào)制方式² 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制² 模擬間接光強(qiáng)調(diào)制Ø 頻率調(diào)制(FM)Ø 脈沖頻率調(diào)制(PFM)Ø 方波頻率調(diào)制(SWFM)² 頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制l 副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖

14、 l SCM模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：² 一個(gè)載波可以傳輸多個(gè)副載波，各個(gè)副載波可以承載不同類型業(yè)務(wù)，有利于數(shù)字和模擬混合傳輸以及不同業(yè)務(wù)的綜合和分離。² SCM系統(tǒng)靈敏度較高，又無需復(fù)雜的定時(shí)技術(shù)，F(xiàn)M/SCM可以傳輸60120路模擬電視節(jié)目，制造成本較低，因而在帶式傳輸網(wǎng)中競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，發(fā)展速度快。² 可以滿足目前社會(huì)對(duì)電視頻道日益增多的要求，而且便于在光纖與同軸電纜混合的有線電視系統(tǒng)（HFC）中采用。l 什么叫副載波復(fù)用：N個(gè)頻道的模擬基帶電視信號(hào)分別調(diào)制頻率為f1,f2,f3,fN的射頻(RF)信號(hào)，把N個(gè)帶有電視信號(hào)的副載波f1s, f2s, f3s，,

15、fNs組合成多路寬帶信號(hào)，再用這個(gè)寬帶信號(hào)對(duì)光源(一般為L(zhǎng)D)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換。光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后，由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換， 經(jīng)分離和解調(diào)，最后輸出N個(gè)頻道的電視信號(hào)。第七章u 光纖放大器類型：² 摻稀土離子光放大器² 半導(dǎo)體光放大器² 非線性光放大器u EDFA結(jié)構(gòu)框圖：(a) 光纖放大器構(gòu)成原理圖： (b) 實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖:u 光波分復(fù)用概念：光波分復(fù)用(WDM： Wavelength Division Multiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(復(fù)用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長(zhǎng)分割復(fù)用， 簡(jiǎn)稱光波分復(fù)用技術(shù)。u WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)：² 充分利用光纖的巨大帶寬資源² 同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào)² 節(jié)省線路投資² 降低器件的超高速要求² 高度的組網(wǎng)靈活性、 經(jīng)濟(jì)性和可靠性u(píng) 光交換技術(shù)方式：² 空分光交換² 時(shí)分光交換² 波分光交換u 光接收檢測(cè)方式：² 直接檢測(cè)² 相干檢測(cè)（外插