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文檔簡介
講解人:王發(fā)強聯(lián)系電話2(OM)E-mail:fq_wang@163.com光纖通信技術(shù)紅藕香殘玉簟秋。輕解羅裳,獨上蘭舟。云中誰寄錦書來?雁字回時,月滿西樓。
花自飄零水自流。一種相思,兩處閑愁。此情無計可消除,才下眉頭,卻上心頭。一剪梅有手機嗎?!水調(diào)歌頭江左占形勝,最數(shù)古徐州。連山如畫,佳處縹渺著危樓。鼓角臨風(fēng)悲壯,烽火連空明滅,往事憶孫劉。千里曜戈甲,萬灶宿貔貅。露沾草,風(fēng)落木,歲方秋。使君宏放,談笑洗盡古今愁。不見襄陽登覽,磨滅游人無數(shù),遺恨黯難收。叔子獨千載,名與漢江流。光通信哦!1光纖通信概述1.1 光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及現(xiàn)狀1.2光纖通信系統(tǒng)概述2光信號的傳輸特性2.1 光纖特性2.2 光纖的模式和結(jié)構(gòu)2.3 圓波導(dǎo)的模式理論2.4 單模光纖光纖中的信號劣化
3.1損耗
3.2光波導(dǎo)中的信號失真
3.3模式耦合
3.4單模光纖的優(yōu)化設(shè)計講授內(nèi)容4光器件
4.1光器件概述
4.2光連接器Connector4.3光衰減器Attenuator4.4光耦合器Coupler4.5復(fù)用器與濾波器
MultiplexerandFilter4.6光隔離器與環(huán)行器4.7光調(diào)制器Modulators4.8光開關(guān)Switches4.9光波長轉(zhuǎn)換器
4.10光交叉互連器5激光器及光發(fā)射機5.1半導(dǎo)體激光二極管LED5.2半導(dǎo)體激光器LD5.3光發(fā)射機5.4光源的線性特性5.5模式噪聲、模式分配噪聲和反射噪聲6光檢測器及光接收機
6.1光檢測器
6.2 光檢測器的工作特性和參數(shù)
6.3光檢測器的比較7光接收機
7.1基本原理
7.2光接收機性能
7.3光接收機性能的計算
7.4前置放大器的比較6數(shù)字傳輸系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)
6.1點到點鏈路
6.2線路編碼
6.3糾錯
6.4模擬系統(tǒng)的概述
6.5模擬系統(tǒng)的載噪比7光放大器
7.1概述
7.2半導(dǎo)體光放大器SOA7.3摻鉺光纖放大器EDFA7.4放大器噪聲
7.5系統(tǒng)應(yīng)用光網(wǎng)絡(luò)及其它光纖通信技術(shù)測量技術(shù)與實驗復(fù)習(xí)共計51學(xué)時考試課《光纖通信系統(tǒng)》楊祥林編著國防工業(yè)出版社《光纖通信系統(tǒng)》顧畹儀編著北京郵電大學(xué)出版社《Fiber-OpticCommunicationsTechnology》D.K.Mynbaev
L.L.Scheiner
機械工業(yè)出版社參考書目第一章光纖通信概述1.1光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及現(xiàn)狀1.2光纖通信系統(tǒng)概述1.1光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及現(xiàn)狀什么是通信?“通”傳送,“信”信息;信息的傳送基本組成:發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信?利用激光作為信息的載波信號,并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。1.1光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及現(xiàn)狀什么是通信?“通”傳送,“信”信息;信息的傳送基本組成:發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信?利用激光作為信息的載波信號,并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。光纖通信是人類歷史上的重大突破,現(xiàn)今的光纖通信已成為信息社會的神經(jīng)系統(tǒng)
現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息
現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息信息指用戶要求傳送的語音、圖像、數(shù)據(jù)以及它們的各種組合用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息
現(xiàn)代通信方式示意圖用戶終端交換設(shè)備接入網(wǎng)電復(fù)接設(shè)備傳輸系統(tǒng)
現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設(shè)備電復(fù)接設(shè)備信息信息光纖通信經(jīng)過30年的技術(shù)發(fā)展目前正在淘汰著其他的有線通信方式光纖通信技術(shù)的主要優(yōu)點光波頻率很高,光纖傳輸?shù)念l帶很寬,故傳輸容量很大,理論上可通上億門話路或上萬套電視,可進(jìn)行圖像、數(shù)據(jù)、傳真、控制等多種業(yè)務(wù);不受電磁干擾,保密性好;耐高溫、高壓、抗腐蝕,工作可靠;光纖材料來源豐富,可節(jié)約大量有色金屬(如銅、鋁),且直徑小、重量輕。光纖通信器件的發(fā)展過程雛形:古代烽火、手旗、燈光1880年貝爾的光電話激光器(發(fā)送源)光纖(傳輸介質(zhì))1960Maiman發(fā)明紅寶石激光器1962半導(dǎo)體激光器誕生(GaAs870nm)70年代室溫工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD單模LD1951醫(yī)用玻璃纖維(損耗1000dB/km)1966高錕理論預(yù)言1970康寧制出低損耗光纖(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低損耗窗口光纖開發(fā)單模光纖光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程光纖通信追求目標(biāo):大容量、長距離技術(shù)發(fā)展:短波長-長波長、多模光纖-單模光纖、多模激光器-單模激光器通信系統(tǒng)容量:比特率-距離積BL,B比特率,
L中繼距離每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)目。光纖通信技術(shù)的發(fā)展大體上可分為:工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第一代70年代850nm多模多模10~100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模單模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中~90年代初1550nm單模單模2.5Gb/s~10Gb/s100Km光纖通信技術(shù)的發(fā)展大體上可分為:(續(xù))工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第四代90年代1550nm單模單模2.5Gb/s10Gb/s21000Km(環(huán)路)1500Km光放大系統(tǒng)第五代1550nm單模單模波分復(fù)用WDM單路速率:40,160,640Gb/s信道數(shù):8,16,64,128,1022超長傳輸距離:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究內(nèi)容WDM光網(wǎng)絡(luò);全光分組交換;光時分復(fù)用;光孤子通信;新型的光器件光纖通信技術(shù)的三次飛躍(1)20世紀(jì)60年代。1962年第一只半導(dǎo)體激光器誕生,隨后半導(dǎo)體光檢測器也研究成功。特別是1966年英籍華人科學(xué)家高錕與Hockham提出用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導(dǎo)纖維,1970年美國康寧公司首先制出了20dB/km的光纖,這標(biāo)志著光纖通信系統(tǒng)的實際研究條件得以具備。20世紀(jì)70年代。1970年發(fā)明了LD的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu),使得光源與光檢測器的壽命都達(dá)到了10萬小時的實用化水平。1979年發(fā)現(xiàn)了光纖1310nm和1550nm新的低損耗窗口,緊接著單模光纖問世。光纖的衰減系數(shù)一下降到0.5dB/km。這使得光纖通信邁進(jìn)了實用化階段,從80年代初開始光纖通信便大步地邁向了市場。光纖通信技術(shù)的三次飛躍(2)20世紀(jì)90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成功是光纖通信新一輪突破的開始。EDFA的應(yīng)用不僅解決了光纖傳輸衰減的補償問題,而且為一批光網(wǎng)絡(luò)器件的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。使得光纖通信的數(shù)字傳輸速率迅速提高,促成了波分復(fù)用技術(shù)的實用化。光纖通信技術(shù)的三次飛躍(3)光纖通信超高速大容量長距離網(wǎng)絡(luò)化一根光纖中可同時傳輸一百多路信號,采用特殊技術(shù)甚至可以同時傳輸1022路單路速率不斷提升,已達(dá)到10、20、40Gb/s采用OTDM技術(shù)甚至可達(dá)640Gb/s各種通信技術(shù)的快速發(fā)展使上千甚至上萬公里的長距離傳輸成為可能全光網(wǎng)成為目前光通信領(lǐng)域最熱門的話題之一EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……AllservicesNetworktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking21世紀(jì)的通信業(yè)務(wù)全球通信業(yè)務(wù)需求估計用戶增加;每個用戶的業(yè)務(wù)量增加;服務(wù)質(zhì)量的提高;通信容量需求急增光纖通信最具代表性技術(shù)
-波分復(fù)用WDM和光纖放大器EDFA光纖通信系統(tǒng)的新波段145014901530157016101650S+SCLL+
波長(nm)范崇澄FS-08波段波長范圍(nm)帶寬(THz)光放大器應(yīng)用C1530-15705.0有長途干線C+L1530-16109.7有長途干線S+C+L1490-161015.0無城/局域網(wǎng)S++S+C+L+L+1450-165025.1無城/局域網(wǎng)全波1300-165048.9無城/局域網(wǎng)光纖傳輸技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展新的傳輸技術(shù)層出不窮色散管理技術(shù)L波EDFA,RAFEC技術(shù)色散與色散斜率的補償PMD補償技術(shù)OTDM技術(shù)與光孤子技術(shù)
2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s10Gb/s40Gb/s20Gb/s80Gb/s80Gb/s320Gb/s3216841WDM波長數(shù)每波長比特率(TDM)40Gb/s
網(wǎng)絡(luò)容量演進(jìn)戰(zhàn)略
40G器件關(guān)鍵原材料光纖預(yù)制棒網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)測試設(shè)備光纖光纜光傳輸/交換設(shè)備光無源器件光有源器件運營商網(wǎng)絡(luò)集成商光纖通信的產(chǎn)業(yè)鏈全球光纖通信主要供應(yīng)商ComponentsandModulesinDWDMNetworks
DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux
modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated
amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000Products光纖網(wǎng)絡(luò)的分類三種網(wǎng)絡(luò)的不同要求三種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有著不同的性質(zhì)決定了這三種網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備開發(fā)的不同考慮:
Long-haul:CapacityMetro:SmartAccess:Cost國內(nèi)現(xiàn)狀1963年開始光通信的研究1974年研究光纖通信“六五”、“七五”、“八五”鋪設(shè)“八縱八橫”光纖線路總長約七萬公里傳輸碼率:從140Mb/s~2.5Gb/s,10Gb/s,40Gb/s已開始研究。DFB(量子阱)激光器和EDFA研制成功,可供應(yīng)用高速電子器件、波導(dǎo)器件尚有差距CR:核心路由器ER:邊緣路由器AS:接入系統(tǒng)UAS:綜合接入系統(tǒng)(UniversalAccessSystem)NSFCnet
網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)說明:NSFCnet由六個節(jié)點組成,以清華為匯接點構(gòu)成兩個環(huán)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),清華、北大和中科院三點構(gòu)成二纖雙向自愈環(huán)采用WDM傳輸技術(shù),在清華和北大之間通過在實驗室中加光纖進(jìn)行400公里廣域網(wǎng)模擬試驗;在其它節(jié)點構(gòu)成的環(huán)中采用單路SDH/SONET傳輸技術(shù)。
DWDMExperimentsystematTHU帶來的科學(xué)問題光纖性能是有限制的,隨著信道數(shù)據(jù)率和傳輸距離的增加,系統(tǒng)容量日益趨近極限,光纖不再是一個透明管道。
2.5Gb/sperchannel:forgetthefiber;160Gb/sperchannel:forgetWDM!為克服這些限制,除新型光纖(相對穩(wěn)定)外,綜合采用了色散管理、寬帶EDFA、Raman放大、前向糾錯(FEC)等行之有效的新技術(shù);但新技術(shù)不一定都是好技術(shù)。系統(tǒng)總成本增加;靈活性、擴展性、生存性降低,特別不利于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計怎樣才是好技術(shù)?帶來的科學(xué)問題持續(xù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)功能多、適應(yīng)能力強、成本低的光子學(xué)器件與技術(shù);革命性變革有待于基礎(chǔ)研究如何使光子變得聰明?所有的智能都在電層--只能是“低能”;光層變?yōu)閎igfatpipe使運營商無利可圖,限制了光通信的發(fā)展;電子也曾經(jīng)stupid,有存儲、信號處理等功能后才變?yōu)镾MART;基本問題:由材料開始!10~15年解決,將引發(fā)通信事業(yè)的另一次革命!網(wǎng)絡(luò)資源第一章光纖通信概述1.1光纖通信技術(shù)的發(fā)展史及現(xiàn)狀1.2光纖通信系統(tǒng)概述
數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成由光發(fā)射機、光纖光纜、中繼器與光接收機等基本單元組成。此外還包括一些互連與光信號處理器件,如光纖連接器、隔離器、調(diào)制器、濾波器、光開關(guān)及路由器、分插復(fù)用器ADM等。光源調(diào)制器驅(qū)動電路光發(fā)射機放大器光電二極管判決器光接收機光纖光纖中繼器1.2光纖通信系統(tǒng)概述一、光纖的研究光纖:將光信號從光發(fā)射機無失真地傳送到光接收機?;咎匦詤?shù):損耗(dB/km):直接影響通信距離。色散(ps/nm.km):將引起光脈沖信號展寬和碼間串?dāng)_,影響通信距離和容量。為實現(xiàn)高速長距離傳輸,要求光纖具有低損耗和低色散特性。近四十年的努力尋找合適的光纖,實用化的光損耗為20dB/km
(99.5%/m);60年代研究,70年代突破,2000年0.2dB/km(99.995%/m);新的實用化光纖不斷涌現(xiàn)突破色散限制傳輸光纖的改進(jìn)(1):G.653色散位移光纖EDFA頻帶衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(nm)
20100-10-20色散(ps/nm.km)G.65317ps/nm.kmG.652傳輸光纖的改進(jìn)(2):
G.655非零色散位移光纖17ps/nm.kmEDFA頻帶衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(nm)
20100-10-20色散(ps/nm.km)G.653G.652G.655二、光發(fā)射機光發(fā)射機由光源、調(diào)制器和信道耦合器組成。光信號是用電信號調(diào)制光載波產(chǎn)生的。直接調(diào)制:通過改變注入電流直接調(diào)制半導(dǎo)體光源的輸出。帶有啁啾,影響通信系統(tǒng)性能。外調(diào)制:增加一調(diào)制器,適于高速系統(tǒng)應(yīng)用。光源驅(qū)動電路調(diào)制器信號輸入通道耦合器光發(fā)射機結(jié)構(gòu)框圖調(diào)制格式歸零碼RZ:代表比特1的光脈沖寬度比比特間隔窄,其振幅在比特周期結(jié)束前歸零。非歸零碼NRZ:光脈沖在整個時隙內(nèi)保持不變,其振幅在兩個連續(xù)的比特1之間不會降到零。當(dāng)前,數(shù)字光纖通信以采用NRZ碼為主。有關(guān)各種調(diào)制碼型的研究很多。tt000111RZNRZ調(diào)制前光載波的形式為:
E(t)=Acos(0t+)調(diào)制方式模擬通信可采用調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等多種調(diào)制方式。采用數(shù)字調(diào)制時,相應(yīng)地稱為幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK);信號只有兩種狀態(tài)的ASK稱為通斷鍵控(OOK),這是當(dāng)前的數(shù)字通信系統(tǒng)通常使用的格式,屬于強度調(diào)制-直接檢測(IM-DD)通信方式,是通信方式中最簡單、最初級的方式。電場振幅載頻相位光發(fā)射機的參數(shù)(1)發(fā)送光功率(dBm)
P=10lg[P(mW)/1(mW)]
以1mW為基準(zhǔn)的、用分貝表示的功率。表示功率的絕對值。
功率(mW)1001010.001功率(dBm)+20+10+30-3-10-20-30分貝的定義把信號功率與某個絕對值或某個噪聲功率進(jìn)行比較。分貝:功率比值,用相當(dāng)簡單的方式表示很大比值。
dB=10lg[P2/P1]
P2、
P1--光功率
功率比10N10210.50.110-NdB+10N+10+30-3-10-10N如:功率增加一倍,表明增益是3dB;功率減小到一半,表明損
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