光纤通信与无线通信133.ppt

1、1.3.3 光纤通信与无线通信,1. 传输介质,通信分为有线通信和无线通信 通信中使用的传输介质有3类： 一类为金属导体 它利用电流传输信息； 另一类是光导纤维 它通过光波来传输信息； 第三类是空间 不需要物理连接，而是使用电磁波来传输信息。 无线通信中使用电磁波来传递信息,1. 传输介质,1. 金属导体双绞线,通信中使用的金属导体主要有两种：双绞线和同轴电缆。 双绞线(TP:Twisted Pairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发

2、出的电波抵消。 双绞线可以用于传输模拟信号(如电话用户线)，也可以在距离不长时用于传输数字信号（计算机局域网）。 双绞线分为屏蔽双绞线（STP)与非屏蔽双绞线(UTP)两大类 3类UTP的传输速率为lOMbs，质量更高些的5类UTP传输速率可达lOOMbs。 6类传输速率可达lOO0Mbs 双绞线价格便宜且安装方便。 易受干扰、误码率高、传输距离有限,1. 传输介质,金属导体同轴电缆,同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料。 同轴电缆种类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆 基带同轴电缆（50）：传输数字信号 最大传输距离距离约为200500

3、m， 传输速率 取决于电缆长度，可达50Mb/s 特点： 良好的传输特性和屏蔽特性， 可以构成大容量的载波通信系 统。用于主要传输干线。 一对小同轴管可提供数千个话路， 一对中同轴管可提供上万个话路， 多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量。,1. 传输介质,金属导体同轴电缆,宽带同轴电缆（75）：传输模拟信号 常用的有线电视电缆，带宽可达300400MHz， 主要用于传输模拟电视信号，最大传输距离可达几公里甚至几十公里。 计算机网络中，“宽带电缆”指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。 同轴电缆特点： 良好的传输特性和屏蔽特性， 可以构成大容量的载波通信系 统。用于主要传输干线。 一对小同轴

4、管可提供数千个话路， 一对中同轴管可提供上万个话路， 多管同轴电缆电路则能提供相当大的传输容量。,光纤通信,1.3.3 光纤通信与无线通信,传输介质： 光纤（光缆） 传输的信号： 光信号（数字信号，有光脉冲相当于1， 无光脉冲相当于0） 传输速率： 1 Gb/s 以上,2.光纤通信,(1)光纤结构与分类,1m = 10-6 m 光纤(光导纤维)通信 是利用光纤传导光信号来进行通信的一种技术。 材料：光纤由直径大约为10100m的细石英玻璃丝构成，透明、纤细， 纤芯的芯径一般为50m或62.5m（多模）和8.3m（单模）； 性质：具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。 结构：光纤由折射较

5、高的纤芯和折射率较低的包层组成，通常为了保护 光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护。即使形状发生弯 曲，光线也能很好地在其中传播。,1.3.3 光纤通信与无线通信,光纤种类多模光纤和单模光纤,单模：纤芯直径为 810 m（一个光波波长） 光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导一样，可使得光线主要沿着轴心直接向前传输，而不会有多次反射，这样的光纤称为单模光纤 。 衰耗小、能传输更长的距离和达到更高的数据速率(例如100km距离时速率可达10Gbps ） 2.5 Gb/s 的高速率下传输数十公里而不必采用中继器。 光源：激光二极管ILD发出的激光，波长：1310nm1550nm 带

6、宽：为2000MHz/Km，,光线从光源进入光纤后有两种不同的传输方式,光纤也就分为多模光纤和单模光纤,1.3.3 光纤通信与无线通信,光纤种类多模光纤,多模：纤芯直径为 50 或 62.5m 光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播。 （或者说可以存在许多条入射角不同的光线在一条光纤中传递，）这种光纤称为多模光纤。这里的多模意指反射角的多样性。与单模光纤相比损耗较大、离散大、传输性能要差 在10mbps及100mbps的以太网中，多模光纤最长可支持2000米的传输距离， 距离近、速度低1km距离时速率可达1Gbps 光源：发光二极管LED发出的光,波长：850nm 或 1300nm 带

7、宽：为50MHz500MHz/Km,1.3.3 光纤通信与无线通信,光波在纤芯中的传输原理,当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此如果折射角足够大时，就会出现全反射。即光线碰到包层时就会折射回纤芯。重复此过程，光就沿着光纤传播下去。,1.3.3 光纤通信与无线通信,光传输系统,光缆：多模光纤、单模光纤 光源：发光二极管LED，发出的光的波长是 850nm 或 1300nm 激光发射二极管ILD，发出的光的波长是 1500nm 检测器：光电二极管,1.3.3 光纤通信与无线通信,(2)光纤通信原理,光也是一种电磁波，它可以像无线电波那样，作为一种载体来传递信息载有

8、声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以沿着光纤传到千里以外的另一端，实现光纤通信,使用光纤传输信息时 在发信端，由需要传输的数字信号(电信号)去驱动一个光源(半导体激光器或发光二极管)，并对发出的光信号进行调制。 调制后的光信号通过光纤传送到接收端 信号经放大后由光检测器(半导体光电管)进行检测、解调，转换成电信号之后输出,1.3.3 光纤通信与无线通信,(2)光纤通信原理,对于长距离的光纤通信系统还需中继器，其作用是将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、整形、再生成一定强度的光信号，继续送向前方以保证良好的通信质量。 目前的中继器多采用光-电-光形式，即将接收到的

9、光信号用光电检测器变换为电信号，经放大、整形、再生后再调制光源将电信号变换成光信号重新发出，而不是直接放大光信号。,光波的频率为10141015Hz，波长为微米级，因此通信容量很大。目前一束光能携带几十个G的二进位信号，通过波分多路复用(WDM)技术还可达到更大的通信容量,1.3.3 光纤通信与无线通信,(2)光纤通信原理 波分多路复用,波分多路复用 波分复用技术能在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增 其原理如图122所示。其中发送端有N个发送单元，它们所发出的N个不同波长的光波通过复用器(称为合波器)合并起来，进入同一根光纤进行传输。到达接收端后，通过分路器(

10、称为分波器)将它们分开，分别送到各自相应的光电检测器中，恢复出原始的信号。,1.3.3 光纤通信与无线通信,光纤通信的优点：,传输频带宽， 通信容量大 抗雷电和电磁干干扰、抗辐射能力强 保密性好，无串音干扰，不易被窃听或截取数据 保密性好 便于运输和铺设 传输损耗小，通讯距离长 数据速率为420Mbps、距离为119km、无中继器时，误码率为10-8。无中继器 光纤通信的缺点： 精确连接两根光纤比较困难,1.3.3 光纤通信与无线通信,(3)远程数字通信线路,光纤传输网已经成为几乎所有现代通信的基础平台。 除了电话、有线电视等使用光纤进行传输之外，电信部门还在光纤传输网的基础上建设了帧中继网、

11、ATM网等公用数据通信网，为社会提供数据通信服务,远程数字通信线路按照同步方式的不同分为两类： 低速率的准同步数字系列(PDH) PDH是电话公司用于传输电话信号的数字线路，计算机用 户为了实现与远程计算机(或网络)的连接 高速率的同步数字系列(简称SDH) 光同步数字传输网SDHSONET可以非常灵活地支持各种数字传输业务，包括各种类型的计算机网络。,1.3.3 光纤通信与无线通信,(4)全光网,光纤通信的瓶颈之一是光信号的传输距离。焦点在“信号放大”。 用普通光纤网络传输信息时，每隔200km500km需将光信号还原成电信号进行放大，然后再转换成光信号继续传输。昂贵的光/电和电/光转换抵消

12、了超高速传输所带来的经济效益，增加成本；还使进一步提高带宽变得越来越困难。 全光网AON（All Optical Network）的概念 全光网是指光信息流在通信网络中的传输及交换时始终以光的形式存在，不需要经过光/电、电/光转换。 全光网技术是光纤通讯领域的前沿技术，是21世纪真正的高速公路。,1.3.3 光纤通信与无线通信,电磁波的种类与频率,利用电磁波可以在空间自由传播的特性，通过模拟信号或数字信号使用电磁波调制后进行传输，实现远距离传输信息,电磁波的种类与频率范围 无线电波: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) 红外线： 1011 1014 (Hz) 可见光： 1014 (Hz) 紫外线： 1014 1016 (Hz),无线广播,电视、通信,通信,1.3.3 光纤通信与无线通信,3 无线通信,无线电波可以按频率（或波长）分 ： 中波、短波、超短波和微波。由于不同波段电磁波的传播特性各异，因此可以应用于不同的通信系统。 中波沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。 短波地表电波会被地球吸收,电离层反射能力强，适用于环 球通信。 超短波和微波绕射能力较差，在空间主要是直线传播,能穿 透电离层而进入宇宙空间,适用于视距或超 视距中继通信。,无线通信通过

14、自由空间的电波去传递信息,1.3.3 光纤通信与无线通信,无线通信常见形式,无线电通信（广播，电视） 微波通信（移动电话，数字电视） 红外遥控（电视等） 电磁频谱中3000GHz以下的部分称为无线电频谱。无线电频谱可用来进行声音和图像广播、气象预报、导航、无线电通信、灾害预报、报时等业务。 根据无线电波传播及使用的特点，国际上将其划分为12个频段，而通常的无线电通信只使用其中的第4到第12个频段。,1.3.3 光纤通信与无线通信,无线电波的划分,调调幅广播电台信号的频段与波段 MF（中频）/中波 HF（高频）/短波 民用调频广播电台信号的频段与波段 VHF（甚高频）中频率在88108 MHz内

15、 电电视信号的频段与波段 VHF （甚高频）/米波,* 1.3.3 光纤通信与无线通信,电磁波在空间的传播特点,甚长波,长波，中波 能沿地球表面向不同方向传播（绕射能力强），容易穿过建筑物，适用于广播和海上通信。调幅广播使用中波波段。 短波,超短波 地表电波被地球吸收，电波依靠电离层（距地球100km 500km高度的带电粒子层）的反射传播，适用于环球通信。调幅广播使用短波波段,民用调频广播使用超短波波段。 军方也使用这两个波段通信。,1.3.3 光纤通信与无线通信,1 微波通信,微波 ： 一种具有极高频率（300MHz300GHz）的电磁波 波长很短，通常为1米至1毫米。,性质： 无绕射性

16、电离层穿透性 类光波性，直线传播，反射性,1.3.3 光纤通信与无线通信,1 微波通信,微波 直线传播，不能沿地球表面传播（无绕射性），适用于视距或超视距中继通信。需要隔一段距离设立一个中继站。 可以从物体上得到反射 不能被电离层反射而是穿透电离层,1.3.3 光纤通信与无线通信,1 微波通信,微波通信 无线通信的一种形式。 广泛用于长途电话、蜂窝电话、全数字高清晰度电视（HDTV）等的信号传输。,1.3.3 光纤通信与无线通信,微波通信方式 ：,地面微波接力通信 卫星通信 对流层散射通信,B,1.3.3 光纤通信与无线通信,微波接力通信优点 ：,容量大、可靠性高、建设费用低、抗灾能力强。 容

17、量大： 采用模拟调频传输技术时，容量高达几千路电话，还可同时传输高质量的彩色电视。 采用数字微波传输技术后，容量更大、可靠性更高，对移动通信，全数字HDTV传输等，起到了重要的作用。,1.3.3 光纤通信与无线通信,2 卫星通信,利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，实现两个或多个地球站之间的通信。 是微波接力通信技术与空间技术相结合的产物。,1.3.3 光纤通信与无线通信,2 卫星通信,通信卫星工作原理 ： 从地面站1发出的无线电信号，被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大、变频和功率放大，然后由卫星的通信天线把放大后的信号重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。,1.3.3 光纤通信与无线通信,中低轨道卫星通信,中低轨道低于同步轨道，在这种轨道上运行的卫星运行周期小于地球自转一圈的周期，因此相对于地面是（向前）运动的，卫星天线覆盖的区域也小，地面天线