光纤通信系统概述及常识简介.ppt

第1章 概论 通信的基本概念 未来通信的三个热点：光纤, WiFi, 移动网络(英国电信BT) 什么是光纤通信 1.1 光纤通信发展的历史和现状 1.2 光纤通信的优点与应用 1.3 光纤通信系统的基本组成 通信基本模型 通信系统组成框图 1.1.1 探索时期的光通信 手势 烽火台－－烟与光 交通灯 Bell光电话 大气光通信 透镜光通信 共同点与缺点在哪里？ [Q]:红灯为什么放在最上面？ 1880Bell光电话 光通信路在何方？ 需求：大容量、长距离传输、稳定性好、低成本 方向： 新光源: 大功率、高调制速率 (激光器：功率大，单色性好) 传输介质:低损耗、高带宽 (多模、单模光纤) 高灵敏度接收机 “光纤通信” 把载送信息的光信号约束在光纤中传输。 光纤内部结构 双层同心透明圆柱细丝 纤心＋包层 材料：石英SiO2 物理性质： 高纯度，特细 n1n2 光能量主要在纤心中传播 相对折射率差 = (n1-n2)/n1 光纤分类 材料: 塑料、玻璃(SiO2) 射率n1分布: 突变、梯度、渐变 传播模式: 单模、多模 1.1.2 现代光通信 光源：发光管LED 、半导体激光器LD 传输介质：光纤 早期的困难是光在石英纤维中的损耗高达1000dB/km，光信号不可能传得很远。而这种损耗并不是石英的固有特性 注： dBm与dB(分贝毫与分贝) dBm是光功率(及无线电功率)的常用单位, dB表示损耗 dBm=10*log10(P/1mW) dB=10*log10(P1/P2)=10*log10(P1) dBm -10*log10(P2)dBm dB=20*log10(A1/A2) 练习1： 1mw的入射光经过损耗分别为1000dB/km, 0.2dB/km的光纤传输100km后， 损耗是多少? 输了光功率为多少？分别用dBm,mW作单位。 光纤通信发展重要成果 1966 ，高锟光纤低损耗论文: 提纯20dB/km，材料均匀性*dB/km; (2009年诺贝尔物理学奖，光纤之父) 70’,康宁20dB/km; 72’,4dB/km; 74’,1.1dB/km, 86’, 0.154dB/km 70’, 室温连续运行的短波长GaAlAs激光器，并发展了发光二极管;77’ 1.5us LD 76’, Atlanta第一个实用光纤通信系统现场试验44.7Mb/s*10km (光源还未完全研究成功) 光纤通信发展的四个阶段 66~76，从实验到商用0.85um,45-34Mb/s,多模, 10km 76~86，由短波长(0.85um)到长波长(1.31-1.55 um) ，由多模到单模, 140M*100Km 86~96， 进一步提高速率、增加距离。 (2.5-10G) * (100-108km) 1.55um色散移位，外调制技术, 96-至今: 超大容量波分复用，超长距离光孤子通信, 光网络 从电磁频谱上看光纤通信发展方向 1.2 光纤通信的优点 主要优点: 频带很宽，容量巨大 损耗小，中继距离很长，误码率小 重量轻，体积小，可绕性好，易铺设 抗电磁干扰性能好 泄漏小，必威体育官网网址性好 节约金属，成本低 缺点：质地脆弱，机械强度低；切断，连接技术复杂；分路，耦合方式麻烦 练习： 练习2:假设一数字通信系统的数据传输速率等于载波频率的1%。分别计算频率为10kHz，1MHz, 100MHz 和10GHz的电载波以及波长为1.0um的光载波所允许的比特速率。 本问题表明了系统的容量是如何随着载波频率的增加而增加的 练习3: 光纤通信使用的近红外光(波长为0.7~1.7um),试估计其可用带宽？ 一路模拟电话占用的带宽是4Hz，试估计这样一条光纤能够同时传输多少路电话信号？每话路平均光的功率与光纤中总光功率? 你知道当前接入网的主流速率是多少吗？10M-100M,那么1根光纤从理论上可接入多少用户？ 提高光纤通信速率的途径 容许带宽取决于 (1)光纤色散；(2)光源的调制特性、方式 1.31um零色散光纤 1.55um色散移位光纤 空分复用12*12=144 波分复用WDM, 光频分复用OFDM 减小光源谱线宽度，采用外调制技术 光纤与其它通信容量比较 WDM与TDM传输能力 优点二: 损耗小 引用数据 光纤损耗很小，中继距离长且误码率很小. 1.31um:0.50dB/km 1.55um:0.20dB/km 1.55um色散移位光纤 2.5G*150km, 10G*100km 损耗不随频率增加而增加 误码率低于10-(9~12) 优点三:重量轻 重量轻，体积小 适合用于军事、航空、宇宙飞船等应用 利于解决地下管道拥挤问题 优缺点小结： 频带很宽，容量巨大 损耗小，中继距离很长