光纤通信基本知识.ppt

SJTU 1 第三章光纤通信基本知识 一光纤通信二光纤光缆三光器件四光纤传输系统五SDH SJTU 2 一光纤通信 光纤通信是以光波为载波 以光纤 光导纤维 为传输媒体 将信号从某一点传送到另一点的通信方式 具有传输距离远 传输损耗小 通信容量大 传输频带宽 抗干扰性能好 不受电磁干扰 保密性好 不产生光泄漏 重量轻 体积小等优点 SJTU 3 二光纤光缆 光纤是用石英玻璃 塑料或晶体等对某个波长范围透明的材料制造的能传输光的纤维 由纤芯和包层组成 纤芯的折射率比包层的高 光纤的特征和性能 1 几何和结构参数 芯径 外径 数值孔径 折射率分布等 2 光传输特性 工作波长 传输损耗和带宽 色散 偏振特性等 3 环境特性 高低温特性 抗微弯和弯曲特性 抗辐射特性 抗疲劳特性 机械筛选强度等 SJTU 4 光纤的分类 按工作波长 短波长 850nm 长波长 1310nm 1550nm 按传输模式 多模光纤和单模光纤按折射率分布 阶跃 突变 型 SI 和梯度 渐变 型 GI 按材料 石英光纤 塑料光纤等几种新型光纤 色散位移光纤 DSF 非零色散光纤 NZDF 色散平坦光纤 DFF 色散补偿光纤 DCF 等 SJTU 5 光缆 含有光纤 符合现场实际使用要求的光 机械和环境规范的缆 由光纤 加强件和外护层等组成 光缆的分类 按芯数分为单芯 双芯 多芯按结构分为层绞式 骨架式 带状等按敷设场合分为架空 直埋 管道 移动 室内 水下 海底等按用途分为通信用光缆和非通信用光缆 SJTU 6 三光器件 无源 光分路器 耦合器 1xN 树型 NxN 星型 波分复用器 合波器和分波器 滤波器光纤连接器 固定 活动 FC ST SC等 适配器 直通 光开关光衰减器 固定 可变光隔离器 单方向传输光的器件极化器 SJTU 7 有源光器件 光源 发光二极管 LED 激光二极管 LD 光电检测器 PIN光电管 PIN FET组件雪崩光电二极管 APD 光纤放大器 EDFA 调制器 SJTU 8 四光纤传输系统 第一代 0 85um多模光纤系统第二代 1 3um多模光纤系统第三代 1 3um单模光纤系统第四代 1 55um单模光纤系统三个过渡 短波长 长波长多模光纤 单模光纤AlGaAs GaAs InGaAsP InP三项新技术 波分复用 WDM 相干通信光电子集成 OEIC SJTU 9 光纤传输系统框图 电端机 驱动 光源 光检测 判决再生 光源 光检测 放大 电端机 发送 光发送机 光纤光缆 光中继器 光接收机 接收 光纤光缆 模拟通信 信噪比和谐波失真数字通信 误码率和相位抖动 SJTU 10 光纤通信系统的新技术 延长中继距离的新技术光放大器 EDFA 外调制器 电光晶体LiNbO3 色散补偿 DCF Bragg光纤光栅 提高通信容量的新技术时分复用技术 TDM 波分复用技术 WDM SJTU 11 光波分复用 WDM 在一根光纤中同时传输几个不同波长的光信号 复用器是将若干不同波长的光信号分开或合并的器件 有熔锥型 棱镜色散型 光栅色散型 干涉滤光型等 光纤 复用器 复用器 SJTU 12 光频分复用 OFDM 当波分复用的光载波间隔变窄到小于1nm时 就是光频分复用 而间隔大于1nm时 称为密集波分复用 DWDM SJTU 13 副载波调制 SCM SCM是一种采用两级调制的频分复用系统 第一次电调制 由多路信号分别对多个副载频进行调制 AM FM PM 然后 再将复合信号对光波进行强度调制 SJTU 14 相干光通信系统 相干光通信系统又称为外差光纤通信系统 是一种采用单一频率的相干光做光载波 利用无线电技术中的外差接收方式 再配合ASK FSK PSK等调制方式的新型光纤通信方式 主要优点是光接收机灵敏度高 选择性好 既可扩大通信容量 又可增加再生中继距离 SJTU 15 光孤子 Soliton 通信 在很强的光场作用下 光纤的各种特征参数随光场强弱呈非线性变化 它使所传的光脉冲变窄 正好补偿了由于色散使脉冲展宽的影响 光孤子是一种特殊形状的超短脉冲 几个uus 它在光纤的传输过程中将不产生畸变 可实现高速 长距离通信 SJTU 16 光放大器 为了进行长距离传输 可以采用光 电 光转换形式的光中继器 也可以采用直接对光信号进行放大的光放大器 光放大器可分为半导体光放大器 SOA 和光纤放大器 FA 光纤放大器又可分为非线性光纤放大器 喇曼光纤放大器 和掺铒光纤放大器 EDFA SJTU 17 掺铒光纤放大器 EDFA 将稀土元素铒 Er 注入到纤芯中 即是掺铒光纤 它在泵浦光的作用下可直接对某一波长的光信号进行放大 这就是掺铒光纤放大器 EDFA的主要优点是 1 工作波长在1530 1560nm范围 2 激励的泵浦功率低 几十mW 3 增益高 40dB 噪声低 3 4dB 输出功率大 14 20dB 4 连接损耗低 0 1dB SJTU 18 EDFA的结构 光耦合器 光隔离器 光隔离器 光滤波器 泵浦光源 输入光信号 输出光信号 掺铒光纤 光耦合器 光隔离器 光隔离器 光滤波器 泵浦光源 输入光信号 输出光信号 掺铒光纤 同向泵浦结构 反向泵浦结构 双向泵浦结构 略 SJTU 19 EDFA的应用 用作光接收机的前置放大器 可提高接收机灵敏度10 20dB 用作光发射机的功率放大器 增加入纤光功率 延长传输距离 用作光中继器 可实现全光通信 SJTU 20 五同步数字系列 SDH 准同步数字系列 PDH PlesiochronousDigitalHierarchy 只有地区性 北美 日本 欧洲 的数字信号速率和帧结构标准 没有统一的国际标准 没有国际标准的光接口规范 采用异步复接 复用结构复杂 灵活性差 网络运行 管理 维护 OAM 困难 同步数字系列 SDH SynchronousDigitalHierarchy SDH是由一些网络单元 NE 组成的 在光纤上进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的网络 SJTU 21 SDH的特点 国际统一的数字传输标准STM N采用同步复用方式和灵活的复用映射结构 具有广泛的适应性丰富的开销比特 加强了网络的OAM能力统一的标准光接口采用软件进行网络配置和控制 便于扩展具有完全的后向兼容性和前向兼容性 SJTU 22 SDH的比特率 等级速率 Mb s STM 1155 520STM 4622 080STM 162488 320STM 649953 280 SJTU 23 SDH的帧结构 STM 1的帧结构 125us 9x270 2430个字节 第1行23456789 RSOH AUPTR MSOH 9列 261列 净荷 含POH SJTU 24 SDH开销字节的分层 分支分支 分支组装分支取出POH插入POH提取通道层MSOHMSOH插入提取复用层RSOHRSOHRSOH插入提取 插入提取再生层光接口光接口光接口物理层终端再生器终端 POHMSOHRSOH RSOH 载波 载波 物理线路 物理线路 SJTU 25 SDH的复用结构 STM NAUGAU4VC4C4 xN x1 x3 x3TUG3x1TU3VC3 AU3VC3x7C3 x7TUG2TU2VC2C2 x1 x3TU12VC12C12 x4TU11VC11C11 指针调整 加POH或SOH 映射定位复用 SJTU 26 SDH的复用过程 映射 把PDH的各种速率及ATM信元与SDH的容器进行适配的过程定位 用指针指示净荷的第一个字节在帧内的位置复用 按单字节间插方法 将N个TU变成TUG N个AU复接成AUG N个AUG复用进STM N的过程 SJTU 27 SDH传送网的分层模型 电路层网络电路层VC 11VC 12VC 2VC 3低阶通道层VC 3VC 4高阶SDH传送层复用段层网络段层再生段层网络传输媒质层物理层网络 SJTU 28 SDH的承载业务 WDM SDH ATMFRPPP HDLCLAPSSDL IP TCP UDP Application L5 7 L4 L3 L2 L1 L0 FR FrameRelayPPP PointtoPointProtocolLAPS LinkAccessProcedure SDHSDL SimpleDataLink SJTU 29 SDH的系统组成 SJTU 30 SDH的光缆数字线路系统 同步光缆数字线路系统是指连接两个SDH设备 TM DXC或ADM 的光缆链路 由线路终端 光缆段和再生器 如果配置的话 组成 分为局间链路和局内链路两类 局间链路又分为长距离 再生段距离为40km以上 和短距离 再生段距离为15km左右 局内链路可用光纤 传输距离不超过2km 也可用同轴电缆 传输距离不超过70m SJTU 31 SDH的光接口分类 局内局间通信通信短距离长距离光源标称波长 nm 13101310155013101550G 652G 654传输距离 km 2 15 40 80STM 1I 1S 1 1S 1 2L 1 1L 1 2L 1 3STM等级STM 4I 4S 4 1S 4 2L 4 1L 4 2L 4 3STM 16I 16S 16 1S 16 2L 16 1L 16 2L 16 3 应用 光纤类型G 652G 653 G 652 1310nm性能最佳的色散未移位单模光纤G 653 1550nm性能最佳的色散移位单模光纤G 654 1550nm损耗最小的单模光纤G 655 1550nm非零色散光纤 SJTU 32 SDH的光接口位置 发送 S R 接收 CtxCrx 光缆设施 TX 发送机Ctx Crx 活动连接器S R 参考点RX 接收机 SJTU 33 发送机在S点的特性 光源类型 LED MLM SLM光谱特性 最大均方根宽度 最大 20dB宽度 最小边模抑制比平均发送功率 当发送机发送伪随机序列信号时在S点所测得的平均光功率消光比 在最坏反射条件时 全调制条件下传号与空号的平均光功率的比值眼图模板 限制发送光脉冲形状的方法 SJTU 34 S R点之间光通道的特性 衰减范围最大色散值 1dB功率代价所对应的光通道色散值反射 由光通道折射率不连续引起的 包括光纤本身的折射率不均匀所造成的散射和光纤接头产生的反射 SJTU 35 光通道的损耗 允许的光通道损耗Psr为 Psr Pt Pr Pp实际的S R点允许损耗为 Psr Af As Lf Mc L 2Ac实际可达的再生段距离L为 L Pt Pr 2Ac Pp Af As Lf Mc Pt 发送光功率Pr 接收机灵敏度Pp 光通道功率代价Af 光纤损耗 dB km Lf 单盘光缆的长度 km As 固定接头损耗 dB Ac 活动连接器损耗 dB Mc 光缆富余度 dB km SJTU 36 接收机在R点的特性 灵敏度 R点处为达到10 10的BER值所需要的平均接收光功率的最小可接受值过载功率 R点处达到10 10的BER值所需要的平均接收光功率的最大可接受值