光纤通信传输原理网络基础.ppt

光纤通信传输原理 2009.3.12 前言 从1970年世界上第一根超低耗光纤问世，光通信技术却取得了极其惊人的进展。它经历了从短波长到长波长、从多模系统到单模系统、从1310nm波长到1550 nm波长、从PDH到SDH、从单波长到WDM的发展里程，技术不断升级、层次不断提升、水平不断提高，目前已经成为信息传输无可争议的最主要手段。 鉴于PDH本身体制方面的缺陷而难以适应现代通信网的需求，SDH于90年代初期应运而生。而正当SDH方兴未艾、大有席卷全世界之际，90年代末期WDM技术又异军突起而且来势迅猛异常，应用前景十分广阔。伴随着OADM与ODX的推广应用，信息传输网正向全光网络的方向发展。可以预言，如果说20世纪是一个电网络时代的话，那么21世纪将是一个光网络的时代。 从PDH到SDH是光通信技术的一次重大体制变革。SDH是微处理机技术与高速大容量光纤传输相结合的产物，因具有速率统一，帧结构一致，上下电路简便以及强大的运行、管理与维护能力等巨大优点，所以倍受人们青睐。 由于WDM技术具有传输容量巨大、可节约大量光纤资源、各通道彼此独立、扩容升级方便等优点，所以近几年获得了极其广泛地应用。 第一篇 光纤通信基础 光纤与光缆 所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。 1. 光纤的构造: 光纤呈园柱形，它由纤芯、包层与涂敷层三大部分组成。 2．光纤的分类：光纤的种类繁多，但发展到光纤通信取得极其广泛应用的现在，长波长单模光纤已经成为应用的主流，所以我们只介绍按传播模式的分类，即单模光纤与多模光纤。 （1）．传播模式概念 光是一种频率极高的电磁波，当它在光纤中传播时，根据波动光学和电磁场理论，通过繁琐地求解麦氏方程组之后就会发现，当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播，其中LP01模被称为基模，其余的皆称为高次模。 （2）．多模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1微米），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传播模式。这样的光纤称为多模光纤。 不同的传播模式会具有不同的传播速度与相位，因此经过长距离传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。 模式色散会使多模光纤的带宽变窄，降低了其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。 （3）．单模光纤 当光纤的几何尺寸(主要是芯径d1)可以与光波长相比拟时，如芯径d1在5~10微米范围，光纤只允许一种模式(基模)在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。 由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤特别适用于大容量传输。 单模光纤还可以继续再分，如G.652、G.653、G.654、G.655光纤等 （4）．关于光纤的工作波长 在1300 ~1500nm范围，光纤的损耗较低；而且光纤的材料色散也大大减小。因此目前光纤皆工作在此波长范围，即所谓长波长。 3.光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。 （1）．损耗系数 损耗系数的定义为：每公里光纤对光功率信号的衰减值。 （2）．色度色散系数 所谓色度色散，通俗地讲就是光纤传输对光脉冲的展宽与畸变效应。 光脉冲的展宽与畸变会导致光传输质量的劣化，如码间干扰、误码等。 光纤的色度色散大致由三部分组成，即模式色散、材料色散与波导色散。 光纤的色散系数越小，对光脉冲的畸变与展宽越小，越适合于大容量、长距离的传输。 光源与光发送机 光纤通信对光源器件的要求 （1）．发射光波长适中 光源所发射光波的波长，必须落在光纤呈现低衰耗的波长区域，即1300~1600nm。 （2）．发光功率足够大 为保证一定的传输距离，光源器件应有足够大的发送光功率。由于光纤的几何尺寸极小，所以要求光源器件要具有与光纤较高的耦合效率。 （3）．发光谱线窄 光源发射出来的光的谱线宽度应该越窄越好。若其谱线过宽，受光纤色度色散的作用使脉冲展宽就越历害，减小了光纤的传输容量与传输距离。 （4）．温度特性好 光源的性能（发射波长、发光功率）易随温度变化而变化，尤其是在较高温度下其性能容易劣化。因此要求光源具有良好的温度特性。 （5）．工作寿命长 光纤通信要求光源长期连续工作，因此光源器件的工作寿命越长越好。 光发送机是光纤通信系统的重要组成部分，其作用就是把数字电信息转换成光脉冲信号发送到光纤中进行传输 2．调制方法 为了获得与电脉冲码流相对应的光脉冲