通信工程學(xué)科導(dǎo)論4課件

第6章光纖通信本章內(nèi)容l 光纖通信概述l 光纖與光纜l 光纖通信系統(tǒng)光纖通信指利用光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)傳輸光波信號的一種通信方式。電磁波：長波、中波、微波、¤、紅外線、可見光、紫外線。使用光(激光器)信號，使用光纜作為傳輸介質(zhì)。波長是0.8～1.8μm衰減的單位dB(分貝)：描述功率相對比值的單位dB=10log10(Pout/Pin)Pout：輸出功率；Pin：輸入功率dBm(分貝毫瓦)：描述功率絕對值的單位dBm=10log10(P/1mw)1mw=0dBm20mw=13dBm40mw=16dBm光纖通信特點通信容量大光載波頻率在1014～1015Hz

傳輸距離長20dB/km，即可實現(xiàn)通信目前損耗0.2dB/km抗電磁干擾體積小、重量輕機械強度低商用的光纖通信系統(tǒng)1977年在美國芝加哥和圣塔摩尼卡之間首次建成商用的光纖通信系統(tǒng)。兩根(直徑0.1mm左右)光纖，同時開通8000路電話！到1990年，光纖系統(tǒng)發(fā)展了幾代(通信業(yè)務(wù)40%)由多模光纖(70年代)過渡到單模光纖(80年代)由短波長(0.85μm)過渡到長波長(1.31μm)信息傳輸?shù)娜萘亢退俾蚀蟠筇岣摺?0年代：傳輸速率10000Mbit/s，同時開通1250000路電話。6.2光纖與光纜1.光纖的結(jié)構(gòu)石英玻璃、塑料或晶體纖芯(折射率大)和包層全反射光纖的分類按工作波長：短波長(850nm)和長波長(1310nm、1550nm)按傳輸模式：多模光纖和單模光纖按折射率分布：階躍(突變)型(SI)、漸變(梯度)型(GI)和W型按材料：石英光纖、塑料光纖等幾種新型光纖：色散位移光纖(DSF)、非零色散光纖(NZDF)、色散平坦光纖(DFF)、色散補償光纖(DCF)等ITU-T建議的光纖分類G.651光纖：計算機局域網(wǎng)或接入網(wǎng)G.652光纖：應(yīng)用最廣的單模光纖G.653光纖：較少采用G.654光纖：彎曲性能好G.655光纖：適用于高速、大容量、高密集波分復(fù)用系統(tǒng)

2.光纜按芯數(shù)分為單芯、雙芯、多芯按結(jié)構(gòu)分為層絞式、骨架式、帶狀等按敷設(shè)場合分為架空、直埋、管道、移動、室內(nèi)、水下、海底等按用途分為通信用光纜和非通信用光纜加強元件加強元件加強元件加強元件加強元件光纖光纖的傳光原理(全反射)階越型光纖性能參數(shù)相對折射指數(shù)差：數(shù)值孔徑(NA)：θ接收錐4.多模光纖62.5/125μm的光纖在保安行業(yè)中應(yīng)用最普遍典型距離達5英里用于：CCTV門禁控制系統(tǒng)內(nèi)部通訊多模MMF

單模光纖和多模光纖比較項目單模光纖多模光纖距離長短數(shù)據(jù)傳輸率高低光源激光發(fā)光二極管信號衰減小大端接較難較易造價高低光纖的主要損耗損耗吸收損耗：OH-和金屬離子散射損耗：其他損耗：光纖連接、彎曲光損耗與波長光損耗單位：dB/km與波長有關(guān)單模損耗小波長又稱為窗口波譜的紅外部分起作用光纖的衰減光纖的衰減圖0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰減(dB/km)水峰值654321近端遠端信號傳播光纖色散(Dispersion)光脈沖沿著光纖行進一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。模間色散材料色散波導(dǎo)色散散射由于光線的基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損失，此時光的傳輸不再具有很好的方向性。光線缺陷器件有源光器件光源、光電檢測器、光纖放大器和調(diào)制器。無源光器件光分路器/耦合器、波分復(fù)用器、光纖連接器、光開關(guān)、光衰減器、光隔離器和極化器。1.激光器(光發(fā)送機)半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管半導(dǎo)體激光器閾值特性光譜特性溫度特性轉(zhuǎn)換效率2.常用連接器類型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack3.光纖熔接機4.光電檢測器(光接收機)PIN和APD響應(yīng)時間暗電流光纖系統(tǒng)方框圖信號光發(fā)射機光源中繼器檢測器光接收機信號

E/O轉(zhuǎn)換光纖O/E轉(zhuǎn)換發(fā)送單元傳輸單元接收單元連接器件光中繼器作用：放大衰減了的光信號光-電-光轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體光放大器光纖通信碼型要求必須是二電平碼！信號自帶定時信息提供一定的冗余傳輸光通信技術(shù)發(fā)展延長中繼距離光放大器(EDFA)

外調(diào)制器(電光晶體LiNbO3)

色散補償(DCF、Bragg光纖光柵)提高通信容量時分復(fù)用技術(shù)(TDM)

波分復(fù)用技術(shù)(WDM)光頻分復(fù)用(OFDM)：載波間隔<1nm波分復(fù)用光發(fā)射機1光發(fā)射機2光發(fā)射機N合波器光發(fā)射機1光發(fā)射機2光發(fā)射機N光功率放大（BA）光線路放大（OA）光線路放大（OA）分波器光前置放大（PA）12N12N12N…..…..…..發(fā)送端接收端量子超光速通信相對論和量子理論之間的矛盾幽靈式的超距作用，粒子間的心靈感應(yīng)。只有思維比光更快1994年，人腦之間存在量子超光速影響！本章內(nèi)容l微波通信l衛(wèi)星通信第7章微波通信和衛(wèi)星通信1．微波通信頻段劃分微波通信是把微波信號作為載波信號，用被傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號來調(diào)制它，故微波通信是模擬傳輸。微波波段300MHz~300GHz2．微波中繼通信沿地球表面直線傳播，一般只有50km左右。但若采用100m高的天線塔，則距離可增大到l00km。短波電離層反射離地面60~600km的大氣層為電離層。當(dāng)頻率范圍為3~30MHz

的短波射入電離層時，由于折射現(xiàn)象會使電波發(fā)生反射，返回地面。3．微波通信的特點

通信頻段的頻帶寬，傳輸信息容量大通信穩(wěn)定、可靠接力通信靈活性較大天線增益高、方向性強投資少、建設(shè)快數(shù)字化7.1.2數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成終端站、分路站、樞紐站和中繼站7.1.3微波站設(shè)備微波收、發(fā)信設(shè)備工作頻段：1.7GHz~12GHz發(fā)信：輸出功率(1瓦左右)、頻率穩(wěn)定度(10-5)收信：通頻帶微波天線設(shè)備中繼設(shè)備電源設(shè)備監(jiān)測設(shè)備7.1.4微波傳輸損耗衰減衰落補償技術(shù)均衡分集接收7.2衛(wèi)星通信將微波中繼站放在人造衛(wèi)星上時，便形成了衛(wèi)星通信系統(tǒng)。利用35786.6km高的人造同步地球衛(wèi)星7.2.1衛(wèi)星通信的特點通信覆蓋面積大1顆衛(wèi)星覆蓋地球表面42%通信距離遠衛(wèi)星單跳最大通信距離達1800km傳輸容量大線路穩(wěn)定可靠，質(zhì)量高暢通率在99.8%以上通信靈活傳輸延遲大往返傳播延遲約為0.54s衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)非同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)(ICO或MEO)橢圓軌道衛(wèi)星系統(tǒng)(HEO)低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)(LEO)1．同步衛(wèi)星2．銥星系統(tǒng)銥元素：銀白色金屬，原子序數(shù)77。摩托羅拉“銥星”電話系統(tǒng)于1998年11月正式投入運營的時候，被譽為科技的創(chuàng)舉、通信的先鋒。歷經(jīng)11年、耗資50億美元，由66顆衛(wèi)星組成。7.2.3通信衛(wèi)星7.2.4地球站7.2.5衛(wèi)星通信多址方式頻分多址時分多址空分多址碼分多址無線電波傳輸示意圖第八章接入網(wǎng)l接入網(wǎng)的概念和特點l接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求及市場lxDSL技術(shù)、光接入網(wǎng)技術(shù)、HFC技術(shù)和無線接入網(wǎng)技術(shù)8.1接入網(wǎng)概述接入網(wǎng)(AN)ITU-T建議G.963接口用戶線將用戶終端設(shè)備連接到所屬端局交換機的線對，稱為用戶線路(或用戶環(huán)路)。主干電纜、配線電纜、用戶引入線及附屬設(shè)備交換機交接箱分線盒3~5Km500m~1Km10~300m饋線配線引入線用戶線路接入網(wǎng)的特點業(yè)務(wù)量密度低：利用率不到1%相對成本高成本差異大成本與業(yè)務(wù)量無關(guān)運行環(huán)境惡劣技術(shù)變化慢接入網(wǎng)的分類接入網(wǎng)核心網(wǎng)有線接入無線接入衛(wèi)星接入高空平臺蜂窩接入微波接入FWA,WLLWLANPAN通信網(wǎng)光纖接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纖同軸網(wǎng)CableModemDSL(ADSL,HDSL)接入網(wǎng)新技術(shù)有線接入xDSL接入、HomePNA、電力線接入、光接入、以太網(wǎng)接入無線接入紅外線、藍牙、Wi-Fi、UWB8.2xDSL技術(shù)DSL(DigitalSubscriberLine)是以銅電話線為傳輸介質(zhì)的點對點傳輸技術(shù)，它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等。它們主要的區(qū)別就是體現(xiàn)在信號傳輸速度和距離的不同以及上行速率和下行速率對稱性的不同這兩個方面。ADSL(非對稱數(shù)字用戶環(huán)路)是最具前景及競爭力的一種。ADSL技術(shù)它能夠在普通電話線上提供高達8Mb/s的下行速率和1Mb/s上行速率，傳輸距離達3km～5km。ADSL所支持的主要業(yè)務(wù)是：Internet高速接入服務(wù)；多種寬帶多媒體服務(wù)；提供點對點的遠地可視會議、遠程醫(yī)療、遠程教學(xué)等服務(wù)。8.3光接入網(wǎng)光纖接入技術(shù)實際就是在接入網(wǎng)中全部或部分采用光纖傳輸介質(zhì)，構(gòu)成光纖用戶環(huán)路(或稱光纖接入網(wǎng)OAN)，實現(xiàn)用戶高性能寬帶接入的一種方案。光纖到戶(FTTH)、光纖到路邊(FTTC)、光纖到大樓(FTTB)、光纖到辦公室(FHHO)、光纖到樓層(FTTF)、光纖到小區(qū)(FTTZ)光纖接入技術(shù)光纖接入網(wǎng)分類無源光網(wǎng)絡(luò)(PON：PassiveOpticalNetwork)有源光網(wǎng)絡(luò)(AON：ActiveOpticalNetwork)光纖接入網(wǎng)的特點帶寬寬網(wǎng)絡(luò)的可升級性能好雙向傳輸接入簡單、費用少8.4HFC技術(shù)CATV和HFC是一種電視電纜技術(shù)。HFC是對CATV的一種改造，在干線部分用光纖代替同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。CATV和HFC的一個根本區(qū)別是：CATV只傳送單向電視信號，而HFC提供雙向的寬帶傳輸。HFC技術(shù)特點HFC接入技術(shù)是以有線電視網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用模擬頻分復(fù)用技術(shù)，綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、射頻技術(shù)和計算機技術(shù)所產(chǎn)生的一種寬帶接入網(wǎng)技術(shù)。以這種方式接入Internet可以實現(xiàn)10Mbps～40Mbps的帶寬，用戶可享受的平均速度是200kbps~500kbps，最快可達1500kbps，用它可以非常愜意地享受寬帶多媒體業(yè)務(wù)，并且可以綁定獨立IP。8.5無線接入技術(shù)終端用戶和交換端局間的接入網(wǎng)，全部或部分采用無線傳輸方式，為用戶提供固定或移動接入服務(wù)的技術(shù)。無線接入技術(shù)類型蜂窩技術(shù)、數(shù)字無繩技術(shù)、點對點微波技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、藍牙技術(shù)。接入網(wǎng)技術(shù)種類繁多，千變?nèi)f化，但總的歸納起來基本上可分為有線、無線和有線與無線綜合三類。8.6PAS（PHS）1．PAS的特點

PAS即個人通信接入系統(tǒng)。人們愛稱它為“小靈通”。它具有以下特點。 （1）PAS的定位是固定電話的補充和延伸。 （2）PAS的最大特點是物美價廉。（3）PAS手持機具有體積小、重量輕和通話時間長的特點。（4）PAS可以與家用電話或辦公電話共用一個電話號碼，一方取機另一方可以自動切斷，防止竊聽。（5）PAS手持機雜音小，音質(zhì)清晰，完全可以和固定電話的音質(zhì)相媲美，而且保密性比固定電話強。2．PAS存在的問題

（1）PAS