光纤通信.ppt

1、光纤通信,一、概述 二、,80年代以来，光纤通信在电信网中获得了大规模应用。其应用场合已逐步从长途通信、市话局间中继通信转向接入网。光纤通信的廉价、优良的带宽特性正使之成为电信网的主要传输手段。 目前美国、欧盟以及日本等国家都已开展了基于波分复用（WDM）的光网络技术的研究，WDM全光网是光传输网的发展方向。,光纤通信,光纤通信,概述 光纤通信的发展简史 光通信的特点 通信用光纤、光缆 光通信系统,概 述,通信网的组成,电信网由上至下可纵向划分为： 业务网：业务网主要包括话音网和数据网 传输网：传输网主要基于SDH技术构建 光缆网：光缆网由广泛分布的光缆线路互连组成，是所有上层网络的物理媒体承

2、载平台。,传送网(OTN/SDH),业务网（Audio/ATM/Ethernet / IP /Vedio),光缆网,通信网的组成,传输网,有线传输网 _光纤通信:波长：0.8m-1.6m,频率:1014- 1015Hz _电缆通信：大同轴、中同轴、小同轴 无线传输网 数字微波 卫星通信,传输网,ISDN,7号信令,传输网,物理媒质,业务网,我国传输网分：,国家一级干线（连接国内各个省之间的电信线路） 国家二级干线（或称省级干线，连接省内地区或市的电信线路） 本地线路（或称本地网，地区内或市内连接各电信局的电信线路）,频率（Hz）,102,104,106,108,1012,1014,1016,1

3、018,1020,1022,106,104,102,1,1010,10-2,10-4,10-6,10-8,10-10,10-12,10-14,波长,名称,长波,中波,短波,超短波,微波,毫米波,红外线,可见光,紫外线,X射线,红外线,可见光,紫外线,光,电磁波谱,光纤通讯,一.光纤通信发展简史,1880年 A.G.贝尔利用可见光做光电话机，证实光波可以携带信息 1960年 发明了新光源激光器后，极大的促进了光波通信的研究 激光器特性：单色性、强方向性、高亮度 发展过程： 60年 固体红宝石激光器 61年 氦-氖 气体激光器 70年 半导体激光器（体积小、耗电少、调制速度高、使用方便）,1966

4、年 华裔科学家高锟博士等人提出从玻璃材料中去除杂质可以制成衰减为20dB/km的光导纤维。 1970年 美国康宁玻璃公司根据高氏理论首先制造出衰减为20dB/km的光导纤维，使光导纤维的发展得到突破。 1973年 美国贝尔研究所生产出衰减为1dB/km的低损耗光纤 1976年 日本电报电话公司（NTT）制造出0.5dB/km 的低损耗光纤 1976年 在美国亚特兰大成功进行了码速率为44.7Mb/s的光通信系统性能试验,从此光通信技术进入实用化阶段,二.光通信特点,频带宽,通信容量大 理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤通信系统达400G

5、Hz,而一路电话带宽约占4KHz频带,一路彩色电视约占6MHz频带 损耗低,中继距离长 铜缆的损耗特性与缆的结构尺寸及所传输信号的频率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度(或者说透明度)有关,高质量望远镜的镜头其损耗超过500dB/km,目前通信用光纤的最低损耗达0.2 dB/km,具有抗电磁干扰能力 光导纤维是绝缘体材料,不受输电线,电气化铁路及高压设备等电器干扰,可以与高压电线平行架设,还可制成复合光缆 无串话,保密性好 通信质量高 线径细,重量轻,柔软 可制成大芯数高密度光缆 单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机上 节约有色金属,原材料资源丰富 可节约大量铜金属,缺点,质地脆,机械强

6、度低 光纤切断和接续需要一定的工具,设备和技术 分路,耦合不灵活 光纤,光缆弯曲半径不能过小(20CM) 在偏僻地区存在有供电困难问题,三.通信用光纤、光缆,光纤内芯直径,多模,单模,人的头发,光纤种类与尺寸,包层与纤芯的主要材料均为玻璃，但它们掺杂不同的杂质，使包层与纤芯具有不同的折射率。包层的外面还有一层保护层保护光纤,简单说模式就是指电磁场的“波形”,多模光纤,直径50/62.5/125 um 损耗大，一般2dB/km左右 用于: CATV 门禁控制系统 内部通讯,单模光纤,无限带宽 8至10微米 典型距离超过数十公里 用于: 长途电信 长途电视监控及多路切换 共用天线电视系统,光纤中光

7、波的传输原理-全反射之字线传输,n2,n1,n2,空气,A,B,MAX,当n1n2 1 c时 发生全反射 c：临界角,只要满足全内反射条件连续改变入射角的任何光射线都能在光纤纤芯内传输,光缆 干线缆(架空光缆,直埋光缆,海底光缆,复合光缆)96芯以下 局内光缆 芯数少，比光线缆柔软 用户缆 根据需要几百芯或几千芯,纤芯为带状光纤,四.光纤传输特性,光纤特性有光学特性,传输特性,机械特性,温度特性等九项,其中传输特性有两个 损耗特性 色散特性,1.损耗特性,L,A(P1),B(P0),为损耗系数,损耗特性与光的工作波长有关,在三个工作窗口有相对小的损耗: 第一窗口光工作波长0.85m,损耗稍大

8、第二窗口光工作波长1.31m,损耗中等 第三窗口光工作波长1.55m,损耗最小,光损耗与波长,光损耗单位： dB/km 与波长有关 单模损耗小 波长又称为窗口 波谱的红外部分起作用,2.色散特性 由于光纤所传输信号中不同模式或不同频率成分因传输速度的不同而引起传输信号发生畸变的一种物理现象. 色散与光的工作波长有关,1.31m处是色散的最小点.,1.0,1.2,1.4,1.6,色散,色散特性,均匀光学材料对不同波长的单色光呈现不同的折射率，波长较长的红光的折射率小，波长较短的紫光的折射率大 激光在光纤中传播的色散机制要比上述实验复杂的多，其本质还是不同波长成分的光在光纤中的折射率差异 如果光源

9、是绝对的单色光，色散无从谈起,红,紫,彩色光带,白光,激光光源频谱图,五、光通信器件（有源光器件）,光源：目前光通信系统中的主要光源是半导体激光器 激光二极管（LD） 发光二极管（LED）。 光检测器：类型很多，但其波长能与光纤低损区匹配并能可靠地用于光纤通信系统的光源主要是两种半导体检测器 PIN管 APD管。 光放大器：光放大器根据其在系统中的不同位置分为 光功率放大器 光前置放大器 线路放大器,PIN,LD,LD,LD,LD/PIN一体,光通信器件（无源光器件）,光纤光缆 光纤耦合器：有光从主光纤进入分支光纤的器件原则上都可以称为光纤耦合器，可称方向耦合器。它的分类方法很多，从使用功能角

10、度可以化分为 3端口光纤耦合器 星形耦合器 波分复用器。 光纤活动连接器：连接器的分类按外形可分为 FC、ST、SC、D4,1,2,1 +2,光通信器件（无源光器件）,按连接器头截面是平面、斜面、曲面可分为 PC UPC APC 光衰减器：光衰减器分为 固定光衰减器 可变光衰减器。,六.光通信系统,1 数字通信制式,2 PDH通信系统,Plesiochronous Digital Hierarchy,PDH通信系统称为准同步数字体系，英文全称如下,其帧结构为链形:,125m,125m,125m,PDH数字复用体系,PDH系统组成图,SDH通信系统 SDH是一种全新的传输体系,解决了许多PDH系

11、统解决不了的难题 基于SDH 的波分复用系统 一根光纤里传输多个波长的光信号,传输4个波长光信号的系统称4波复用,目前的最高级别是32波复用 IP over SDH 及IP over WDM IP over X是随着INTERNET的发展提出的一个新课题，X选什么也是人们目前争论不修的问题,3 SDH技术,1） PDH弱点与SDH的产生 PDH弱点 只有地区性的数字信号速率和帧结构标准，不存在世界性标准 没有世界性的标准光接口规范 准同步系统的复用结构除几个低速率等级的信号采用同步复用外，其他多数等级的信号采用异步复用，难于从高速信号中识别和提取低速支路信号 准同步系统的网络运行、管理和维护（

12、OAM）比特不够丰富,SDH产生 贝尔研究所提出称之为同步光网络的（SONET）概念，目的是阻止互不兼容的光接口的的大量滋生，实现标准光接口。 1988年ITU-T接受了SONET概念，重新命名为同步数字体系-SDH,Synchronous Digital Hierarchy,2） SDH的线路码速率,2Mb/s,1.5Mb/s,34Mb/s,140Mb/s,45Mb/s,STM-1,STM-4,STM-16,STM-64,3）SDH的STM-1帧结构,270列,9列,9行,每一帧的传输时间是125m,即帧频是8000 每一帧所传的比特数是9270 8=19440 STM-1信号的码速率是19440125m=155.52Mb/s,STM-1,155Mbit/s,2,1.5,34,140 (单位Mbit/s),45,POH,C-4,VC-4,POH,POH,POH,POH,C-3,VC-3,34Mbit/s及140 Mbit/s映射复用示意图,1帧,1帧,开销,开销,C：容器 VC：虚容器 POH：通道开销,VC-4：261*9个字节 VC-3：86*9个字节,七 波分复用系统,光波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基