光通信技术简介课件2

1、光通信技术简介前言自从Marconi在光纤上实现信号传送之后，利用光纤介质传送信息的技术和系统得到了极大的发展，近十年内的进展更为迅速。传输速率的提高：2Mb/s140Mb/s2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s直至Tb/s量级。传输系统的发展：PCMPDHSDHWDMOTN光通信技术和器件的发展：价格更低，功能更强大。光纤通信的优势传输速率快，光速为30万公里每秒。传送带宽大，可达30THz，2.5Gb/s仅占带宽的0.008%。安全可靠。信号损伤和失真较小。是未来各种高速、宽带业务传输的必然选择。光纤特性基本概念依据国际标准进行电子信号处理。将信号转换为光波频带可以利用后来发展起来的光纤

2、传输的优势。electricalsignalprocessingE / O -ConversionOpticalTransmissionFiber as transmission mediumelectricalsignalprocessingO / E -ConversionElectricaltransmissionElectricaltransmission光谱特性wavelength紫外红外InvisibleInvisible可见850 nm980 nm1310 nm1480 nm1550 nm1625 nm光通信频带范围光纤通信波长范围目前利用850, 1310nm和1550nm三个

3、窗口光纤结构无论哪一种光纤均由芯、覆层和包层组成。根据波导模式有单模和多模光纤。corecladdingcoatingn coren claddingn coren cladding阶梯光纤渐进光纤光信号在阶梯光纤中传输ncladdingncorechalfacceptanceangleN.A.corecladdingcoating数值孔径 NA = 临界角 critical = arc sin (ncladding /ncore)光信号在渐进光纤中传输ncladdingncorecorecladdingcoating在芯边界通过准连续的折射率变化约束光信号在光纤中传输。光纤通信原理相速度 c

4、 c = x fwavelengthf frequency真空中的相速度 c0 c0 = 300 000 Km/s折射率ni ni = c0 : cini refractiv index in medium ic0 velocity in vacuumci velocity in medium i折射定律sin 1 / sin 2 = n2 / n1 = c1 / c21 angle of incident in medium 12 angle of transition medium 2n1 refractiv index in medium 1n2 refractiv index in m

5、edium 2 c1 velocity in medium 1c2 velocity in medium 2光纤类型一般采用单模光纤：G.652光纤（常规单模光纤 SMF） 色散 17 ps/nm.km(1550nm) 模场直径 10.5 m Aeff 80 m2 G.653光纤（色散位移光纤 DSF）G.655光纤（非零色散位移光纤 NZDSF） 1）ITU-T 色散(1530-1565 nm ) 0.1 D 6ps / nm.km 模场 直径 8-11 m 2）康宁 (LEAF-大等效面积光纤） 陆缆：零色散波长 (1510 nm) 模场直径 9.6 m Aeff 72 m2 色散(153

6、0-1565 nm ) 1 D 6ps / nm.km 海缆：零色散波长 (1585 nm) 模场直径 9.6 m Aeff 72 m2 3）朗讯 （真波光纤） Aeff 55 m2 信号在光纤中传输损耗的产生a)b)d)c)损耗来源a) 吸收b) 散射c) 宏弯 (external bendings) d) 微弯 (internal)典型光纤损耗曲线（1）单模光纤8001000120014001600wavelength / nm -1. window2. window3. window瑞利散射1/1010.1红外吸收attenuation coefficient / dB/km -多模光纤

7、典型光纤损耗曲线（2）多模光纤的损耗高于单模光纤。瑞利散射对光纤传输产生极大的限制： 瑞利散射是不可避免的损耗机制，在各个方向上散射，并且依赖波长。在短波方向限制大，逐步向长波方向减小。红外吸收在长波方向限制传输。OH吸收峰在1400nm附近。造成三个传输窗口：850, 1310nm和1550nm 。弯曲下光纤损耗attenuation coefficient / dB/km -100011001200130014001500160017000,03,02,01,0wavelength / nm -未弯曲光纤宏弯光纤微弯光纤色散概念白光源孔径光谱棱镜光信号通过介质时与折射率密切相关，折射率与波

8、长的关系是一函数。非单一波长的光信号在介质中传输色散。色散体系结构总色散(ps/ nm -km)多模色散波导色散单模色散材料色散多模色散不同的传输模式引起传输路径的不同，从而引起即是在光速恒定条件下的时延差异。时延的差异造成信号脉冲展宽。材料色散, c0, c1不同波长的光在介质中以不同的速度传输，即是在相同传输路径下也会引起不同的时延，造成信号脉冲展宽。实际信号总是非绝对单色，含有多个波长成分，即总有谱线宽度。光纤色散对信号的影响STM-4STM-16色散造成信号失真，限制传输距离和传输速率。Non-linearities scale as (optical power)2单模光纤色散曲线0

9、.10.20.30.40.50.6衰减 (dB/km)1600170014001300120015001100波长(nm)EDFA频带 20 10 0-10-20色散(ps/nm.km)G.652 & G.654G.653衰减(所有)G.655偏振模色散偏振模色散 单模光纤的光场可分解为两个 偏振态 在介质中快轴和慢轴有不同能够的群速度 通过介质传输，引起了脉冲展宽色度色散 脉冲包含补贴波长成分不同的波长按不同的速度传输 引起信号脉冲展宽，导致失真 色散和损耗限制电信号调制成光信号原理一般采用根据电信号直接通过电流驱动系统发射的直接强度调制技术。根据传输距离，调制器和调制方式有多种。激光器工作

10、在阈值电流之上。PoptIft -LEDfmod: up to 250 MbaudPoptIfItht -LASERfmod: up to 10 Gbaud激光器调制方式和无电再生距离电再生器恢复损伤和失真的信号。电再生器通过光/电/光变换。电再生器为3R再生器实现再放大、在整形、再定时。O/E调制器E/ODFB Laser传送信息速率和帧格式PCM帧格式，速率2M，传送电话或数据。PDH帧格式，速率为2M8M34M140，传送电话或数据。SDH帧格式，速率为155M622M2.5G-10G等，可传送电话、数据和视频信息。发展到透明格式和速率的传送。可任意传送信息。主要随着波分复用技术的发展变

11、为现实。SDH概念SDH-复用器SDH-复用器交叉连接#SDH-电再生器再生段再生段复用段通道SDHSDHSDHPDHPDH复用段SDH帧结构270270 列 (字节)1913594RSOHMSOHAU PointerPayload(transport capacity)STM1RSOH: Regenerator section overheadMSOH: Multiplex section overheadPayload: Area for information transportTransport capacity of one Byte: 64 kbit/sFrame capacity

12、: 270 x 9 x 64 kbit/s = 155.520 Mbit/sFrame repetition time: 125 usSDH网络示意（1）TMDXCADMADM ATMSwitchSTM-4/-162Mbit/s34Mbit/s140Mbit/sSTM-1LAN2Mbit/sADMSTM-1STM-1, STM-48Mbit/s34Mbit/s140Mbit/sSDH的分查复用器（ADM）组成保护环PDH支路和ATM等信息通过SDH网络传送SDH网络示意（2）STM-4STM-16STM-1STM-1ExchangeFlexMux用户接入Mux64/2MLocalExchange干线网层 2干线网层 1复用技术目前PDH、SDH等技术均采用时分复用（TDM）技术。时分复用STM162.5 G/bsTDMMUXOpticaltoElecticalConverte