光通讯基础知识.ppt
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1、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
2、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
3、: 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,
4、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/GaAsInGaAsP/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,
5、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(SC
6、M),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ASKFSKPSK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
7、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15301560nm范
8、围; 2、激励的泵浦功率低(几十mW); 3、增益高(40dB),噪声低(34dB),输出功率大(1420dB); 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1020dB; 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
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