光纖通信基礎(chǔ)知識講義

TA000002光纖通信基礎(chǔ)1.2課程目標(biāo)華為技術(shù)一﹑光纖通信概論二﹑光纖與光纜三﹑光發(fā)送與光接收光纖通信概念 光纖通信以光作為信息載體，利用光纖傳輸攜帶信息的光波，以達(dá)到通信之目的。

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基本組成：光發(fā)送機(jī)﹑光接收機(jī)﹑光纖光纖通信概論典型的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖光纖通信概論華為技術(shù)電端機(jī)（模/數(shù)）光發(fā)送機(jī)光纖中繼器光接收機(jī)電端機(jī)（模/數(shù)）模擬信號模擬信號發(fā)送端的電端機(jī)把信息（如話音）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號去調(diào)制發(fā)送機(jī)中的光源器件LD，輸出發(fā)出攜帶信息的光波。光波經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機(jī)，而電端機(jī)再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的信息。光纖模擬信號攜帶信息的光波：數(shù)字信號為"1"時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)"傳號"光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號為"0"時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)"空號"（不發(fā)光）。光纖通信概論通信容量大 一根光纖同時(shí)傳輸24萬個(gè)話路，比傳統(tǒng)的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍。 波分復(fù)用技術(shù)的采用，把一根光纖當(dāng)作幾根、幾十根光纖使用，通信容量近乎無限。中繼距離長 光纖具有極低的衰耗系數(shù)。目前商用化石英光纖已達(dá)0.19dB/km以下，配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送與光接收設(shè)備，中繼距離達(dá)數(shù)百公里以上，特別適用于長途一、二級干線通信。光纖通信優(yōu)點(diǎn)保密性能好，抗干擾能力強(qiáng) 由于光的頻率極高，遠(yuǎn)高于一般的電磁波的頻率，而且光波在光纖中傳輸時(shí)只在其芯區(qū)進(jìn)行，不存在傳統(tǒng)的電磁波輻射，因此其保密性能極好，同時(shí)也不怕外界強(qiáng)電磁場的干擾，抗干擾能力強(qiáng)。便于施工和維護(hù) 體積小、重量輕。光纜的敷設(shè)方式方便靈活。既可以直埋、架空，雙可能通過管道和水底敷設(shè)。光纖通信優(yōu)點(diǎn)光纖的構(gòu)造 光纖呈圓柱形，由纖芯、包層與涂層三大部分組成，如下圖：光纖與光纜光纖的構(gòu)造 纖芯主要采用高純度的SiO2二氧化硅，并摻有少量的摻雜劑，提高纖芯的光折射率n1； 包層也是高純度的二氧化硅，也摻雜一些摻雜劑，主要是降低包層的光折射率n2； 涂層采用丙烯酸酯、硅橡膠、尼龍，增加機(jī)械強(qiáng)度和可彎曲性。光纜是多根光纖放在放在一個(gè)松套管內(nèi)，內(nèi)沖石油膏和鋼絲形成的。海底光纜內(nèi)還有電源線，主要為中繼站的放大器等提供電源。光纖與光纜光纖的導(dǎo)光原理 光是一種頻率很高的電磁波，而光纖本身是一種介質(zhì)波導(dǎo)。我們從幾何光學(xué)的角度來簡單討論光纖的導(dǎo)光原理。全反射原理 光線在均勻介質(zhì)中是以直線傳播的，但在兩種不同介質(zhì)的分界面會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，如圖所示：光纖與光纜全反射原理 光線在均勻介質(zhì)中是以直線傳播的，但在兩種不同介質(zhì)的分界面會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，如圖所示：光纖與光纜包層纖芯折射光反射光入射光光的反射與折射n2n1123全反射原理 當(dāng)n2/n1的比值增大到一定程度，則會使折射角≥90度，此時(shí)的折射光線不再進(jìn)入包層，而會在纖芯與包層的分界面上掠過，或者重返回到纖芯中進(jìn)行傳播，這種現(xiàn)象叫做光的全反射現(xiàn)象。 不難理解，當(dāng)光在光纖中發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)，由于光線基本上全部在纖芯區(qū)進(jìn)行傳播，沒有光跑到包層中去，所以可以大大降低光纖的衰耗。光纖與光纜全反射現(xiàn)象光纖與光纜光的全反射現(xiàn)象n2n1折射光13入射光光在光纖中的傳播 光在光纖中以“Z”形軌跡傳播及沿纖芯與包層的分界面掠過光纖與光纜n2n1光纖的工作波長（工作窗口） 光線路信號在光纖上傳送的波長：850nm、1310nm、1550nm。

850nm窗口只用于多模傳輸1310nm和1550nm窗口用于單模傳輸。光纖與光纜光通道參數(shù)：衰減、色散 光信號在光纖中傳輸?shù)木嚯x要受到色散和衰減的雙重影響。衰減 使在光纖中傳輸?shù)墓庑盘栯S著傳輸距離的增加而功率下降。 1310nm窗口每公里衰減：0.4dB/km 1550nm窗口每公里衰減：0.25dB/km色散會使在光纖中傳輸?shù)臄?shù)字脈沖展寬，引起碼間干擾，降低信號質(zhì)量。光纖與光纜光纖的類型G.652光纖：在1310nm波長窗口色散性能最佳，是目前應(yīng)用最廣泛的光纖。 在1310nm處，色散小，衰耗大； 在1550nm處，色散大，衰耗?。籊.653光纖：在1550nm波長，衰耗和色散皆為最小值，可實(shí)現(xiàn)大容量長距離傳輸。因出現(xiàn)四波混頻效應(yīng)(FWM),限制了它在WDM（波分復(fù)用）方面的應(yīng)用。光纖與光纜光纖的類型G.654光纖：1550nm損耗最小光纖，主要用于長再生中繼距離的海底光纜。G.655光纖：克服了G.652光纖在1550nm處色散受限和G.653光纖在1550nm處出現(xiàn)四波混頻效應(yīng)的缺陷，適用于WDM系統(tǒng)。光纖與光纜光纜簡介 光纜為光纖提供可靠的機(jī)械保護(hù)，使之適應(yīng)外部使用環(huán)境，并確保在敷設(shè)與使用中光纜的光纖具有可靠的傳輸性能。光纜特性： 光纜雖有一定的強(qiáng)度和抗張力，但經(jīng)不起過大的側(cè)壓力與拉伸力。光纜在短期內(nèi)可接觸水，當(dāng)時(shí)間過長會增加光纖的衰耗。光纜分類： 架空光纜、直埋式光纜、鎧裝光纜、海底光纜、阻燃光纜等等。光纖與光纜常見光纖連接器種類： FC/PC：FC，圓頭尾纖連接器，PC，陶瓷截面為平面； SC/PC：SC，方頭尾纖連接器，PC，同上； FC/APC：FC，同上，APC，以截面中心為圓心，向外傾斜80度。光纖與光纜光纖通信駱對光源器敗件的要求發(fā)射光波百長適中0.85堤μm、1宿.31μ殖m和1.桑55μm絨附近。發(fā)射光功剝率足夠大亮（指入纖字光功率）溫度特股性好光源器件隔的發(fā)光波準(zhǔn)長與發(fā)射怪光功率易紡隨溫度變巾化，在較小高溫度下醫(yī)其性能容靜易劣化。發(fā)光譜球?qū)捳V線寬度拿應(yīng)小牧于2nm藥。譜線過獅寬，會增歪大光纖色盈散，減少雙光纖的傳昏輸容量與頌傳輸距離葛。第三章片光源器件含與光發(fā)送棚機(jī)光纖通番信對光日源器件研的要求工作壽絨命長光源器廊件壽命奇的終結(jié)沃是指其腦發(fā)光功趴率降低露到初始兔值的一制半或者翠其閾值照電流增綠大到其醬初始值幸的二倍腸以上。體積小、即重量輕第三章叢光源器件旺與光發(fā)送鐘機(jī)發(fā)光二部極管L莊ED發(fā)光機(jī)理鳴：自發(fā)幅訴射發(fā)光優(yōu)點(diǎn)：線朋性度、溫繞度特性好泡、價(jià)格低攜、壽命長羞、使用簡寸單缺點(diǎn)：譜妹線較寬、擊與光纖的寄耦合效率膚低應(yīng)用：小術(shù)容量、短早距離的光擠纖通信；弟用于對線包性變要求正高的模擬康傳輸。激光二錘極管L雨D發(fā)光機(jī)艘理：受新激發(fā)光優(yōu)點(diǎn)：表發(fā)光譜佩線窄（內(nèi)1～5躺nm）與光纖的務(wù)耦合效率白高（可達(dá)喉90％）抵，調(diào)制速壩率高應(yīng)用在大志容量、長評距離的數(shù)續(xù)字光纖通蛋信光源器件領(lǐng)分類激光二摘極管L秘D缺點(diǎn)：皆溫度特炎性差主要表現(xiàn)登在其閾值蘆電流隨溫踐度的上升慶而增加，守如下圖所圖示。（注貨：LD是脆閾值器件套，需予偏嫂置）缺點(diǎn)：所線性度迅差LD的活發(fā)光功懷率隨其巴工作電宵流的變押化，并凝非是一斗種良好秤的線性萌對應(yīng)關(guān)級系，但框數(shù)字光拘纖通信生對光源扶器件的濁線性度閉并沒有板過高的勿要求，湯并不影跪響使用脆。工作壽銹命短，組目前可喬達(dá)到數(shù)顧十萬小極時(shí)。光源器丸件分類光發(fā)送機(jī)立方框圖平均發(fā)送慢光功率：指在發(fā)與送“0課”、“街1”碼咱等概率連調(diào)制的煌情況下屠，光發(fā)絕送機(jī)輸止出的光壯功率值練，單位廟為dB穗m。-20d涼B譜寬：光發(fā)送機(jī)財(cái)中光源器槐件的譜線殖寬度一般用-崗20dB期譜寬衡量約，即指從偉中心波長沫的最大幅義度下降到周百分之蔬（-2幻玉0dB）犧時(shí)兩點(diǎn)間瞧的寬度光源器績件的壽器命消光比違EX：“1”碼容光脈沖功銹率與“0勁”碼光脈桐沖功率之晃比光發(fā)送機(jī)舉的消光比需一般要求競大于8.看2dB，姐但并非越幼大越好，播否則會引劉起"啁啾臉聲"。光發(fā)送晃機(jī)的主狂要技術(shù)說指標(biāo)光檢測器瓶件通過光柔/電轉(zhuǎn)換勻，將信號委（通信信土息）從光氣波中分離錄（檢測）詠出來。光纖通痰信對光凱檢測器原件的要扛求：靈敏度吊高（響宏應(yīng)度高淚）噪聲低工作電拉壓低體積小旅、重量希輕、壽籌命長第四章展光沿檢測器件亦與光接收市機(jī)PIN光返二極管：特性參斗數(shù)：靈昨敏度、錘響應(yīng)時(shí)克間優(yōu)點(diǎn)：株噪聲小簽、工作歸電壓低缺點(diǎn)：怪沒有倍佛增效應(yīng)臂。PI份N的光膛接收機(jī)榴靈敏度城不高，姥適宜用鮮于短距飽通信。APD光充二極管：特性參著數(shù)：倍險(xiǎn)增因子宇G（平題均增益豈），倍雙增噪聲編因子APD震光二極察管的最枝大優(yōu)點(diǎn)糞是倍增花效應(yīng)，紗即輸入割同樣大務(wù)小的光圣功率信倉號能獲兄得比P括IN光淺二極管捷多幾十費(fèi)倍的光寸電流，駝大大提索高了光脾接收機(jī)肅的靈敏喉度（比鈴PIN卸光接收牛機(jī)提高鑼約10雞dB以這上）。光檢測器艙件類型光接收機(jī)抄方框圖光接收機(jī)到各功能框銷介紹前置放大致器：把光檢慶測器產(chǎn)夢生的微要弱光電度流進(jìn)行港預(yù)放大辜。主放大器緣瑞：把信號迅進(jìn)一步輩放大，劑其增益守一般在股50d甜B(yǎng)以上情。均衡器百：把主放螞大器輸均出的脈早沖進(jìn)行或均衡，霉以形成釘碼間干紀(jì)擾最小屬、最有院利于進(jìn)榴行判決算的波形束。光接收資機(jī)各功盟能框介覽紹判決再似生電路董：對均衡器墓輸出的脈杯沖流逐個(gè)尸進(jìn)行判決兩，并再生胡成波形整組齊的脈沖池碼流。時(shí)鐘提葬取電路散：提取時(shí)彼鐘，以揀保證收彎發(fā)同步鋼。自動增湯益控制助（AG撥C）：控制前貼置放大盾器與主裳放大器橋的增益政，使光握接收機(jī)軍有一個(gè)然規(guī)定的肉動態(tài)范屑圍。偏壓電路努：向AP類D光二壺極管提殿供反向包偏壓。光接收墨機(jī)靈敏開度：在保證規(guī)答定的誤碼恭率條件下炎(如BE桐R＝1×工10-1樹0)，光余接收機(jī)所膚需要的最存小光功率藥值，一般經(jīng)以dBm痕為單位。靈敏度是璃光接收機(jī)喊一項(xiàng)重要樓技術(shù)指標(biāo)壺，靈敏度營與光發(fā)送宴機(jī)的發(fā)光割功率、光握纖的衰耗窩系數(shù)決定及了光纖通喚信的中繼牧距離。光接收機(jī)粗過載光功臂率：在保證先規(guī)定的粗誤碼率劣條件下建(如B休ER＝吵1×1啄0-1機(jī)0)，透光接收躺機(jī)所允佛許的最縣大光功剃率值，完以dB臂m為單蘿位。動態(tài)范崗圍：過載光片功率與卵靈敏度戶之差，蒼動態(tài)范鎮(zhèn)圍一般悅在20誦dB以凳上。光接收塊機(jī)的主懂要技術(shù)冒指標(biāo)光纖通信斯的最大中凱繼距離受廚光纖衰耗江的限制，怨稱為衰耗遺受限系統(tǒng)予；光纖通信也的最大中斬繼距離受烤傳輸色散零的限制，財(cái)稱為謂色失散受限系竊統(tǒng)。在PDH柴及SDH脹（STM牌-16以剝下）通信突中，碼速蓬率不高（劈燕一般最高錫為140膀Mb/s高），色散厭造成的影套響不大，贊多數(shù)為衰轟耗受限系校統(tǒng)。在SD臂H（S蔬TM-弱64或紡以上）纏通信中多，碼速裳率很高爹，光纖門色散影浪響很大愈，系統(tǒng)嗚可能是仇衰耗受簡限系統(tǒng)獎，也可鎮(zhèn)能是色慚散受限斧系統(tǒng)。光傳輸設(shè)誦計(jì)-概述衰耗受紐奉限系統(tǒng)光纖通究信的中鬧繼距離踩受各種鴿傳輸衰英耗參數(shù)防的限制鉗，如光目發(fā)送機(jī)壤的平均這發(fā)光功或率、光恩纜的衰薄耗系數(shù)揮、光接紅收機(jī)靈死敏度等排。衰耗渴受限系孫統(tǒng)的接淺收光功括率可用漢下式計(jì)輕算：實(shí)際接收些光功率竊=發(fā)送光拆功率-原光傳輸片距離*衰火耗系數(shù)/徑km-循活動連逗接器總衰視耗光纖的示衰耗系性數(shù):家131堆0nm牙波長：產(chǎn)0.3流~0.吹4dB客/km1550緞nm波長柱，0.1詢5～0.宴25dB附/km活動連若接器衰宋耗：一霧般每個(gè)悠為0.極5d暖B。將實(shí)際誰接收光砌功率與拆接收靈閥敏度相雪比較，躲前者應(yīng)棉比后者潔高5d紛B以上聰，才能怒保證光悄傳輸系啄