光纖通信與無線通信133.ppt

1、1.3.3 光纖通信與無線通信,1. 傳輸介質(zhì),通信分為有線通信和無線通信 通信中使用的傳輸介質(zhì)有3類： 一類為金屬導(dǎo)體 它利用電流傳輸信息； 另一類是光導(dǎo)纖維 它通過光波來傳輸信息； 第三類是空間 不需要物理連接，而是使用電磁波來傳輸信息。 無線通信中使用電磁波來傳遞信息,1. 傳輸介質(zhì),1. 金屬導(dǎo)體雙絞線,通信中使用的金屬導(dǎo)體主要有兩種：雙絞線和同軸電纜。 雙絞線(TP:Twisted Pairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,可降低信號干擾的程度,每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)

2、出的電波抵消。 雙絞線可以用于傳輸模擬信號(如電話用戶線)，也可以在距離不長時用于傳輸數(shù)字信號（計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)）。 雙絞線分為屏蔽雙絞線（STP)與非屏蔽雙絞線(UTP)兩大類 3類UTP的傳輸速率為lOMbs，質(zhì)量更高些的5類UTP傳輸速率可達(dá)lOOMbs。 6類傳輸速率可達(dá)lOO0Mbs 雙絞線價格便宜且安裝方便。 易受干擾、誤碼率高、傳輸距離有限,1. 傳輸介質(zhì),金屬導(dǎo)體同軸電纜,同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞，網(wǎng)外又覆蓋一層保護(hù)性材料。 同軸電纜種類：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜 基帶同軸電纜（50）：傳輸數(shù)字信號 最大傳輸距離距離約為200500

3、m， 傳輸速率 取決于電纜長度，可達(dá)50Mb/s 特點(diǎn)： 良好的傳輸特性和屏蔽特性， 可以構(gòu)成大容量的載波通信系 統(tǒng)。用于主要傳輸干線。 一對小同軸管可提供數(shù)千個話路， 一對中同軸管可提供上萬個話路， 多管同軸電纜電路則能提供相當(dāng)大的傳輸容量。,1. 傳輸介質(zhì),金屬導(dǎo)體同軸電纜,寬帶同軸電纜（75）：傳輸模擬信號 常用的有線電視電纜，帶寬可達(dá)300400MHz， 主要用于傳輸模擬電視信號，最大傳輸距離可達(dá)幾公里甚至幾十公里。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，“寬帶電纜”指任何使用模擬信號進(jìn)行傳輸?shù)碾娎|網(wǎng)。 同軸電纜特點(diǎn)： 良好的傳輸特性和屏蔽特性， 可以構(gòu)成大容量的載波通信系 統(tǒng)。用于主要傳輸干線。 一對小同軸

4、管可提供數(shù)千個話路， 一對中同軸管可提供上萬個話路， 多管同軸電纜電路則能提供相當(dāng)大的傳輸容量。,光纖通信,1.3.3 光纖通信與無線通信,傳輸介質(zhì)： 光纖（光纜） 傳輸?shù)男盘枺?光信號（數(shù)字信號，有光脈沖相當(dāng)于1， 無光脈沖相當(dāng)于0） 傳輸速率： 1 Gb/s 以上,2.光纖通信,(1)光纖結(jié)構(gòu)與分類,1m = 10-6 m 光纖(光導(dǎo)纖維)通信 是利用光纖傳導(dǎo)光信號來進(jìn)行通信的一種技術(shù)。 材料：光纖由直徑大約為10100m的細(xì)石英玻璃絲構(gòu)成，透明、纖細(xì)， 纖芯的芯徑一般為50m或62.5m（多模）和8.3m（單模）； 性質(zhì)：具有把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)：光纖由折射較

5、高的纖芯和折射率較低的包層組成，通常為了保護(hù) 光纖，包層外還往往覆蓋一層塑料加以保護(hù)。即使形狀發(fā)生彎 曲，光線也能很好地在其中傳播。,1.3.3 光纖通信與無線通信,光纖種類多模光纖和單模光纖,單模：纖芯直徑為 810 m（一個光波波長） 光纖的直徑減小到只有一個光的波長，則光纖就像一根波導(dǎo)一樣，可使得光線主要沿著軸心直接向前傳輸，而不會有多次反射，這樣的光纖稱為單模光纖 。 衰耗小、能傳輸更長的距離和達(dá)到更高的數(shù)據(jù)速率(例如100km距離時速率可達(dá)10Gbps ） 2.5 Gb/s 的高速率下傳輸數(shù)十公里而不必采用中繼器。 光源：激光二極管ILD發(fā)出的激光，波長：1310nm1550nm 帶

6、寬：為2000MHz/Km，,光線從光源進(jìn)入光纖后有兩種不同的傳輸方式,光纖也就分為多模光纖和單模光纖,1.3.3 光纖通信與無線通信,光纖種類多模光纖,多模：纖芯直徑為 50 或 62.5m 光線沿著光纖以多種角度不斷被包層反射而向前傳播。 （或者說可以存在許多條入射角不同的光線在一條光纖中傳遞，）這種光纖稱為多模光纖。這里的多模意指反射角的多樣性。與單模光纖相比損耗較大、離散大、傳輸性能要差 在10mbps及100mbps的以太網(wǎng)中，多模光纖最長可支持2000米的傳輸距離， 距離近、速度低1km距離時速率可達(dá)1Gbps 光源：發(fā)光二極管LED發(fā)出的光,波長：850nm 或 1300nm 帶

7、寬：為50MHz500MHz/Km,1.3.3 光纖通信與無線通信,光波在纖芯中的傳輸原理,當(dāng)光線從高折射率的介質(zhì)射向低折射率的介質(zhì)時，其折射角將大于入射角。因此如果折射角足夠大時，就會出現(xiàn)全反射。即光線碰到包層時就會折射回纖芯。重復(fù)此過程，光就沿著光纖傳播下去。,1.3.3 光纖通信與無線通信,光傳輸系統(tǒng),光纜：多模光纖、單模光纖 光源：發(fā)光二極管LED，發(fā)出的光的波長是 850nm 或 1300nm 激光發(fā)射二極管ILD，發(fā)出的光的波長是 1500nm 檢測器：光電二極管,1.3.3 光纖通信與無線通信,(2)光纖通信原理,光也是一種電磁波，它可以像無線電波那樣，作為一種載體來傳遞信息載有

8、聲音、圖像以及各種數(shù)字信號的激光從光纖的一端輸入，就可以沿著光纖傳到千里以外的另一端，實(shí)現(xiàn)光纖通信,使用光纖傳輸信息時 在發(fā)信端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(電信號)去驅(qū)動一個光源(半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管)，并對發(fā)出的光信號進(jìn)行調(diào)制。 調(diào)制后的光信號通過光纖傳送到接收端 信號經(jīng)放大后由光檢測器(半導(dǎo)體光電管)進(jìn)行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出,1.3.3 光纖通信與無線通信,(2)光纖通信原理,對于長距離的光纖通信系統(tǒng)還需中繼器，其作用是將經(jīng)過長距離光纖衰減和畸變后的微弱光信號經(jīng)放大、整形、再生成一定強(qiáng)度的光信號，繼續(xù)送向前方以保證良好的通信質(zhì)量。 目前的中繼器多采用光-電-光形式，即將接收到的

9、光信號用光電檢測器變換為電信號，經(jīng)放大、整形、再生后再調(diào)制光源將電信號變換成光信號重新發(fā)出，而不是直接放大光信號。,光波的頻率為10141015Hz，波長為微米級，因此通信容量很大。目前一束光能攜帶幾十個G的二進(jìn)位信號，通過波分多路復(fù)用(WDM)技術(shù)還可達(dá)到更大的通信容量,1.3.3 光纖通信與無線通信,(2)光纖通信原理 波分多路復(fù)用,波分多路復(fù)用 波分復(fù)用技術(shù)能在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個不同波長的光波，讓數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增 其原理如圖122所示。其中發(fā)送端有N個發(fā)送單元，它們所發(fā)出的N個不同波長的光波通過復(fù)用器(稱為合波器)合并起來，進(jìn)入同一根光纖進(jìn)行傳輸。到達(dá)接收端后，通過分路器(

10、稱為分波器)將它們分開，分別送到各自相應(yīng)的光電檢測器中，恢復(fù)出原始的信號。,1.3.3 光纖通信與無線通信,光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：,傳輸頻帶寬， 通信容量大 抗雷電和電磁干干擾、抗輻射能力強(qiáng) 保密性好，無串音干擾，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù) 保密性好 便于運(yùn)輸和鋪設(shè) 傳輸損耗小，通訊距離長 數(shù)據(jù)速率為420Mbps、距離為119km、無中繼器時，誤碼率為10-8。無中繼器 光纖通信的缺點(diǎn)： 精確連接兩根光纖比較困難,1.3.3 光纖通信與無線通信,(3)遠(yuǎn)程數(shù)字通信線路,光纖傳輸網(wǎng)已經(jīng)成為幾乎所有現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)平臺。 除了電話、有線電視等使用光纖進(jìn)行傳輸之外，電信部門還在光纖傳輸網(wǎng)的基礎(chǔ)上建設(shè)了幀中繼網(wǎng)、

11、ATM網(wǎng)等公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，為社會提供數(shù)據(jù)通信服務(wù),遠(yuǎn)程數(shù)字通信線路按照同步方式的不同分為兩類： 低速率的準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH) PDH是電話公司用于傳輸電話信號的數(shù)字線路，計(jì)算機(jī)用 戶為了實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(或網(wǎng)絡(luò))的連接 高速率的同步數(shù)字系列(簡稱SDH) 光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)SDHSONET可以非常靈活地支持各種數(shù)字傳輸業(yè)務(wù)，包括各種類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,1.3.3 光纖通信與無線通信,(4)全光網(wǎng),光纖通信的瓶頸之一是光信號的傳輸距離。焦點(diǎn)在“信號放大”。 用普通光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時，每隔200km500km需將光信號還原成電信號進(jìn)行放大，然后再轉(zhuǎn)換成光信號繼續(xù)傳輸。昂貴的光/電和電/光轉(zhuǎn)換抵消

12、了超高速傳輸所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，增加成本；還使進(jìn)一步提高帶寬變得越來越困難。 全光網(wǎng)AON（All Optical Network）的概念 全光網(wǎng)是指光信息流在通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及交換時始終以光的形式存在，不需要經(jīng)過光/電、電/光轉(zhuǎn)換。 全光網(wǎng)技術(shù)是光纖通訊領(lǐng)域的前沿技術(shù)，是21世紀(jì)真正的高速公路。,1.3.3 光纖通信與無線通信,電磁波的種類與頻率,利用電磁波可以在空間自由傳播的特性，通過模擬信號或數(shù)字信號使用電磁波調(diào)制后進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸信息,電磁波的種類與頻率范圍 無線電波:104 1011 (Hz) 中波： 0.3 3 (MHz) 短波： 3 30 (MHz) 超短波： 30 300

13、 (MHz) 微波： 0.3 300 (GHz) 紅外線： 1011 1014 (Hz) 可見光： 1014 (Hz) 紫外線： 1014 1016 (Hz),無線廣播,電視、通信,通信,1.3.3 光纖通信與無線通信,3 無線通信,無線電波可以按頻率（或波長）分 ： 中波、短波、超短波和微波。由于不同波段電磁波的傳播特性各異，因此可以應(yīng)用于不同的通信系統(tǒng)。 中波沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強(qiáng)，適用于廣播和海上通信。 短波地表電波會被地球吸收,電離層反射能力強(qiáng)，適用于環(huán) 球通信。 超短波和微波繞射能力較差，在空間主要是直線傳播,能穿 透電離層而進(jìn)入宇宙空間,適用于視距或超 視距中繼通信。,無線通信通過

14、自由空間的電波去傳遞信息,1.3.3 光纖通信與無線通信,無線通信常見形式,無線電通信（廣播，電視） 微波通信（移動電話，數(shù)字電視） 紅外遙控（電視等） 電磁頻譜中3000GHz以下的部分稱為無線電頻譜。無線電頻譜可用來進(jìn)行聲音和圖像廣播、氣象預(yù)報、導(dǎo)航、無線電通信、災(zāi)害預(yù)報、報時等業(yè)務(wù)。 根據(jù)無線電波傳播及使用的特點(diǎn)，國際上將其劃分為12個頻段，而通常的無線電通信只使用其中的第4到第12個頻段。,1.3.3 光纖通信與無線通信,無線電波的劃分,調(diào)調(diào)幅廣播電臺信號的頻段與波段 MF（中頻）/中波 HF（高頻）/短波 民用調(diào)頻廣播電臺信號的頻段與波段 VHF（甚高頻）中頻率在88108 MHz內(nèi)

15、 電電視信號的頻段與波段 VHF （甚高頻）/米波,* 1.3.3 光纖通信與無線通信,電磁波在空間的傳播特點(diǎn),甚長波,長波，中波 能沿地球表面向不同方向傳播（繞射能力強(qiáng)），容易穿過建筑物，適用于廣播和海上通信。調(diào)幅廣播使用中波波段。 短波,超短波 地表電波被地球吸收，電波依靠電離層（距地球100km 500km高度的帶電粒子層）的反射傳播，適用于環(huán)球通信。調(diào)幅廣播使用短波波段,民用調(diào)頻廣播使用超短波波段。 軍方也使用這兩個波段通信。,1.3.3 光纖通信與無線通信,1 微波通信,微波 ： 一種具有極高頻率（300MHz300GHz）的電磁波 波長很短，通常為1米至1毫米。,性質(zhì)： 無繞射性

16、電離層穿透性 類光波性，直線傳播，反射性,1.3.3 光纖通信與無線通信,1 微波通信,微波 直線傳播，不能沿地球表面?zhèn)鞑ィo繞射性），適用于視距或超視距中繼通信。需要隔一段距離設(shè)立一個中繼站。 可以從物體上得到反射 不能被電離層反射而是穿透電離層,1.3.3 光纖通信與無線通信,1 微波通信,微波通信 無線通信的一種形式。 廣泛用于長途電話、蜂窩電話、全數(shù)字高清晰度電視（HDTV）等的信號傳輸。,1.3.3 光纖通信與無線通信,微波通信方式 ：,地面微波接力通信 衛(wèi)星通信 對流層散射通信,B,1.3.3 光纖通信與無線通信,微波接力通信優(yōu)點(diǎn) ：,容量大、可靠性高、建設(shè)費(fèi)用低、抗災(zāi)能力強(qiáng)。 容

17、量大： 采用模擬調(diào)頻傳輸技術(shù)時，容量高達(dá)幾千路電話，還可同時傳輸高質(zhì)量的彩色電視。 采用數(shù)字微波傳輸技術(shù)后，容量更大、可靠性更高，對移動通信，全數(shù)字HDTV傳輸?shù)?，起到了重要的作用?1.3.3 光纖通信與無線通信,2 衛(wèi)星通信,利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實(shí)現(xiàn)兩個或多個地球站之間的通信。 是微波接力通信技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。,1.3.3 光纖通信與無線通信,2 衛(wèi)星通信,通信衛(wèi)星工作原理 ： 從地面站1發(fā)出的無線電信號，被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進(jìn)行放大、變頻和功率放大，然后由衛(wèi)星的通信天線把放大后的信號重新發(fā)向地面站2，從而實(shí)現(xiàn)兩個地面站或多個地面站的遠(yuǎn)距離通信。,1.3.3 光纖通信與無線通信,中低軌道衛(wèi)星通信,中低軌道低于同步軌道，在這種軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星運(yùn)行周期小于地球自轉(zhuǎn)一圈的周期，因此相對于地面是（向前）運(yùn)動的，衛(wèi)星天線覆蓋的區(qū)域也小，地面天線