课件-光纤通信-第5章数字光纤通信系统

第1章 概 论
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束 限制在特定的空间内传输, 因而提出了透镜波导和反射镜波导的 光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装一个 透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。 反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方向成45°角的 两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从理论上讲 是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现 场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的 研究曾一度走入了低谷。
第1章 概 论
1.1.2 现代光纤通信 1966 年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆
(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用 光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了 现代光通信——光纤通信的基础。当时石英纤维的损耗高达 1000 dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维 本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、 Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。 因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的 低损耗光纤。如果把材料中金属离子含量的比重降低到10－6以 下，就可以使光纤损耗减小到10 dB/km。再通过改进制造工艺 的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几 dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。
十一五 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
光 纤 通 信(第二版)
刘增基 周洋溢 胡辽林 编著
任光亮 周绮丽
西 安 电 子西科 技 大 学 出 版 社

器
光调制器的作用是将电信号 转换为光信号
光调制器是光纤通信系统中 的关键器件之一
光调制器的类型包括直接调 制器、间接调制器和电吸收
调制器
光调制器的性能指标包括调 制带宽、调制深度和线性度
等
光纤通信系统设计
信号编码与调制
信号编码：将数字信号转换为适 合传输的电信号
光在光纤中的传输
光纤结构：由 内芯和包层组 成，内芯为高 折射率材料， 包层为低折射
率材料
光在光纤中的 传播：光在光 纤中以全反射 方式传播，避 免了光在传输 过程中的损耗
光纤的种类： 单模光纤和多 模光纤，单模 光纤传输距离 远，多模光纤
传输距离近
光纤的传输特 性：低损耗、 高带宽、抗电 磁干扰等优点， 使得光纤成为 现代通信的主
光纤通信基本原理
光的干涉与衍射
光的干涉：光波 在传播过程中相 互叠加，形成干 涉条纹
光的衍射：光波 在传播过程中遇 到障碍物时，会 发生衍射现象
光纤通信原理： 利用光的干涉和 衍射特性，实现 信息的传输和接 收
光纤通信的应用 ：广泛应用于电 信、互联网、广 播电视等领域
光的全反射
光的全反射原理：当光从一种介 质进入另一种折射率较大的介质 时，如果入射角大于或等于临界 角，就会发生全反射现象。
MPLS协议：多协议标签交 换，用于实现网络流量的管 理和优化
PPP协议：点对点协议，用 于数据链路层的连接和通信
光纤通信网络安全
光纤通信网络的安全性：光纤通信网络的安全性主要依赖于光纤的物理特性和加密技术。 光纤的物理特性：光纤的物理特性使得光纤通信具有很高的安全性，因为光纤很难被窃听和篡改。 加密技术：加密技术是光纤通信网络安全的重要保障，包括对称加密和非对称加密。 网络安全威胁：光纤通信网络也面临着一些网络安全威胁，如网络攻击、病毒和恶意软件等。 网络安全措施：光纤通信网络的网络安全措施包括防火墙、入侵检测系统、数据加密和身份认证等。

② 增大光衰减器的衰减量，同时监测误码，直到误码仪指 示的的误码率为某一要求值； ③ 断开光纤连接器，用光功率计测量此时的接收光功率， 即为要求误码率下的接收灵敏度。
pr 10lg( pmin / 1mw)(dBm)
b ）动态范围： ①先测出要求误码率下的接收机灵敏度； ②逐渐减小光衰减器的衰减量，直至误码仪指示为要求的 误码率，此时接收光功率为最大输入功率，动态范围可 表示为：
第五章 光纤通信系统和通信网
5.1、光纤通信系统的组成 5.2、系统性能及测试 5.3、光纤通信系统的总体设计 5.4、光同步数字传输网 5.5、光纤放大器在系统中的应用 5.6、城域光网络和接入网 P1 P22 P35 P45 P125 P150
5.1 光纤通信系统的组成
思考题：
• （1）本周的传输实验若将S200拨到数字端传输 正弦波，该如何设计实验步骤？
标准时间的位置偏差，称为抖动（或漂动）。10Hz以下的 相位变化称为漂动, 而10Hz以上的则称为抖动。
2）原因：随机噪声产生低频振荡的相位调制，加载到传
输的数字信号上，产生抖动。
3）抖动的单位：UI,
表示单位时隙，当传输信号为 NRZ码时，1UI就是１比特信息所占用的时间，它在数值上 等于传输速率的倒数。
• （2）声音图像传输实验中又该如何？
光纤通信系统工作原理
• 1、电发射机：
• 过程：
模拟信号→ PCM编码完成A/D转换 →时分复用→高 比特率数字信号 • PCM编码： 1、取样: Nyquist取样定理：取样频率f＞2△f 2、量化 3、编码
2、光发射机（TX）
电发射机输出的数字信号通过输入接口进入 光发射机。
（3）插入型码: 插入奇偶校验码： mB1P码 插入补码： mB1H/1C码 • mB1C码

为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤 中允许存在多个分离的传导模。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区 的 损 耗 可 低 到 0 . 1 8 dB/km， 比 已 知 的 其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。