光纖通信復(fù)習(xí)

1、第一章 光纖通信的概念 光纖通信是利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號的通信方式 兩個(gè)基本問題 光信號：滿足光通信需求，頻率穩(wěn)定、功率高、方向性好 傳輸介質(zhì)：適合光信號傳輸，損耗小、物理與化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、來源廣 光纖發(fā)明人 高琨 光纖通信系統(tǒng)框圖 收端 系統(tǒng)容量定義和計(jì)算 B為比特率，L為無電中繼的通信距離 BL積越大，通信容量越大。 系統(tǒng)性能的提高就是增大BL積 速率越高，相應(yīng)的中繼距離越小，由信號的物理特性決定 光纖通信的優(yōu)勢 3抗電磁干擾，無串話 (4)體積小、重量輕：軍用飛機(jī)、航天領(lǐng)域 (5)原材料豐富，節(jié)約有色金屬 第二章 1角度：反射、折射、全反射 2全反射的條件 3光的色散 4激光：光與原子作

2、用的幾個(gè)過程 5組成激光器的三個(gè)要素 第三章 1光纖的工作原理 2光纖的單模工作條件、單模截止波長 3光纖的損耗特性 4光纖的色散特性 第四章 1LED與LD的工作原理 LED:雙異質(zhì)結(jié)芯片，把有源層夾在 P型和N型限制層中間。LED 的基本工作原理是光的自發(fā)輻射 半導(dǎo)體激光器（LD） 2LD產(chǎn)生激光的三個(gè)條件 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布（導(dǎo)帶電子 價(jià)帶電子 外加正向偏壓，不斷注入電子，在 PN結(jié)上就會(huì)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 為了限制載流子和光波的范圍一般采用雙異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)。 光的正反饋（光的正反饋是通過光學(xué)諧振腔實(shí)現(xiàn)的 它通過光在光學(xué)諧振腔的來回往復(fù)過程，實(shí)現(xiàn)受激輻射的光放大形成 光的正反饋。 諧振腔還要滿

3、足如下諧振條件 q 入=2nL 即干涉相長的條件 式中，入為激光波長，n為激活物質(zhì)的折射率，L為光學(xué)諧振腔的腔 長，q為正整數(shù)） 滿足激光振蕩的閾值條件光學(xué)諧振腔。（光學(xué)諧振腔實(shí)際上存在著兩 個(gè)相反的過程：光增益和光損耗。 光增益：光子在增益介質(zhì)中，受激輻射的光放大。增益系數(shù)G 光損耗：腔內(nèi)各種因素引起光子數(shù)不斷消耗： 光學(xué)諧振腔的反射鏡透 射損耗、其他原因引起的損耗。損耗系數(shù) a 激光器的閾值條件：Ga，才能建立穩(wěn)定的激光振蕩輸出激光。) 3LD的溫度特性 溫度特性 (1)閾值電流It隨溫度的升高而加大 (2)激光二級管的中心波長 入隨溫度升高而變大 4光電檢測器的工作原理 工作原理：半導(dǎo)體

4、的光電效應(yīng) 光電效應(yīng): 光照射到半導(dǎo)體的PN結(jié)上 光子能量足夠大，價(jià)帶電子吸收光子能量，從價(jià)帶越過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶 在導(dǎo)帶中出現(xiàn)電子，在價(jià)帶中出現(xiàn)空穴，即電子 -空穴對 這些電子和空穴由光子產(chǎn)生，即光生載流子光生載流子在外加負(fù)偏壓 和內(nèi)建電場的作用下，在外電路中出現(xiàn)光電流，在電阻R上檢測電 壓。 入射光強(qiáng)變化-光電流變化-R兩側(cè)電壓變化 P OO O O O N V 軽圮- 5LED/LD與光電檢測器的電路連接區(qū)別 6光電檢測器的量子效率計(jì)算 量子效率n =光生電子空穴對/總光子數(shù) 7APD的雪崩增益計(jì)算 第五章 1光調(diào)制的兩種方式及其特點(diǎn) 直接調(diào)制（內(nèi)調(diào)制） 間接調(diào)制（外調(diào)制） 直接調(diào)制：將調(diào)制

5、信號直接作用在光源上，把要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡?源信號注入到LD或LED，使光源發(fā)出的光強(qiáng)度隨著調(diào)制信號變化, 即獲得相應(yīng)的光信號。 實(shí)際上調(diào)制的是光源的發(fā)光強(qiáng)度，所以它是一種光強(qiáng)度調(diào)制（IM）。直 接調(diào)制具有簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信低速系統(tǒng)中廣 泛采用的調(diào)制方式。 從調(diào)制信號的形式來說，光源的直接調(diào)制又可分為模擬信號調(diào)制和數(shù) 字信號調(diào)制。 在光纖通信中，數(shù)字調(diào)制主要是指脈沖編碼調(diào)制 PCM。 間接調(diào)制 2光調(diào)制器的作用和工作原理 電光調(diào)制的基本工作原理是晶體的線性電光效應(yīng)。 聲光調(diào)制器工作原理：當(dāng)調(diào)制電信號變化，由于壓電效應(yīng)，使壓電晶 體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)形成超聲波。 磁光調(diào)制原理:

6、入射光信號經(jīng)過起偏器，變?yōu)槠窆?偏振方向隨繞在上面線圈的調(diào)制信號而變化 3光接收機(jī)：均衡濾波器 均衡濾波器 經(jīng)過均衡器后的波形有利于判決 經(jīng)過均衡以后，在本碼判決時(shí)，波形的瞬時(shí)值為最大值；本碼波形的 拖尾在鄰碼判決時(shí)刻的瞬時(shí)值為零 不干擾對鄰碼的判決 4信噪比 信噪比(SNR)是評價(jià)光接收機(jī)性能的重要指標(biāo) 定義為平均信號功率和噪聲功率的比值 5誤碼率 光接收機(jī)的誤碼率 BER二判決錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸碼元總數(shù) 6靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍 靈敏度 定義：誤碼率一定條件下，光接收機(jī)所需接收的最小平均光功率 Pmin 靈敏度越高：光接收機(jī)接收微弱光信號的能力就越強(qiáng) 提高數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度，可以延長光纖通信的

7、中繼距離和增加通 信容量最小平均光功率 Pmin,單位是瓦(W)工程上，靈敏率常用光 功率相對值來表示，單位dBm二者的換算關(guān)系為 動(dòng)態(tài)范圍 保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，光接收機(jī)最低輸入光功率Pmin和最 大允許光功率Pmax的變化范圍 功率過大：非線性噪聲 工程上用二者(用dBm為單位描述)之差來表示。 光接收機(jī)應(yīng)有較寬的動(dòng)態(tài)范圍 7光中繼 長距離傳輸，信號質(zhì)量下降 保證通信質(zhì)量，中繼器恢復(fù)信號 光中繼和電中繼 電中繼：光-電-光，光接收+電信號恢復(fù)+光發(fā)送 光中繼：光放大+色散補(bǔ)償 第六章 1光器件分類 有源光器件和無源光器件 器件是否能發(fā)出或接收光：有源無源 有源光器件: 光源及其光發(fā)射

8、組件或模塊、光電檢測器及其光接受組 件或模塊等。 無源光器件: 連接器、分路器與耦合器、衰減器、隔離器、濾波器、 波分復(fù)用器、 光開關(guān)和調(diào)制器等。 2幾種光器件的名稱、作用 FC型光纖連接器 FC(Ferrule Conn ector的連接方式為螺紋鎖緊式。 ST型光纖連接器 ST:卡口旋轉(zhuǎn)鎖緊式 SC型光纖連接器 SC型是推拉式插拔卡式，與網(wǎng)線類似 光纖適配器 光纖適配器：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)光纖連接器的相連 3關(guān)鍵性能參數(shù)的定義 共有的關(guān)鍵參數(shù)：插入損耗 插入損耗：由光器件插入引起的光功率的損失 插入損耗是輸入端口和輸出端口的光功率的比值，以dB為單位 光衰減器：調(diào)節(jié)速度、衰減范圍 光隔離器：回波損耗

9、 回波損耗：入射的光功率與反射的光功率之比。 以dB為單位 光開關(guān)：開關(guān)速度、隔離度 隔離度：應(yīng)該被阻斷的光路的光功率與輸入的光功率之比。 光調(diào)制器：調(diào)制速度、消光比 第七章 1SDH: STM-N SDH的速率 同步傳送模塊: 標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為STM-N. N=1，4，16, 64： STM-1 155Mbit/s STM-4 STM-16 STM-64 STM-256 2歸零碼與非歸零碼 3中繼距離：損耗受限距離、色散受限距離 損耗對系統(tǒng)的限制（中繼距離） 光纖通信系統(tǒng)受到光纖損耗的限制 中繼距離越長則光纖通信系統(tǒng)的成本越低 最大限度地延長中繼距離 中繼距離的估算一般采用ITU-

10、T G.956所建議的極限值設(shè)計(jì)法。 PT表示平均入纖光功率 PR表示接收靈敏度 ACT和ACR表示活動(dòng)連接器的接續(xù)損耗，可以合并成 1項(xiàng)AC , AS 是中繼接頭損耗，可以合并到 AC ME是設(shè)備富余度，MC是光纜富余度（dB/km），可以合并成一項(xiàng)Ms 系統(tǒng)裕量 Af是中繼段的平均光纜衰減系數(shù)（dB/km） Pd是由光纖色散所引起的代價(jià)（dB）（功率損耗） 簡化后的公式 .Pt - Pr - Pd - Ac - M s Af L 色散受限距離的計(jì)算 光纖的最大色散系數(shù)Dmax （ps/nm - km） 光源譜線的半高全寬卜k “a 3dB 系統(tǒng)傳輸速率fb=1/Tb（ Mb/s） (nm)

11、 色散受限距離的簡明估計(jì)公式為 0.3154 汽 106 Dmax兒 3dB f b 4多中繼傳輸系統(tǒng)：OSNR受限 OSNR = Pt - Loss - NF Pt :發(fā)送功率 Loss :單個(gè)跨段（最大的 NF :光放大器（最大的 n :跨段數(shù) M :波長數(shù) M S：系統(tǒng)裕量 58 :常數(shù)項(xiàng) -10 log 10 n 10 log 10 M M s + 58 5抖動(dòng)的定義與影響 抖動(dòng)jitter :指定時(shí)抖動(dòng)，數(shù)字傳輸不穩(wěn)定現(xiàn)象 數(shù)字信號脈沖在時(shí)間上不再是等間隔的，而是隨時(shí)間變化的一種現(xiàn) 象。 接收脈沖與發(fā)送脈沖之間出現(xiàn)了時(shí)間偏離 抖動(dòng)的危害 取樣位置偏移，取樣不準(zhǔn)確造成誤碼 幀同步失敗，

12、系統(tǒng)不能工作 第八章 1光放大器的作用：增益因子 2光放大器的負(fù)面影響：噪聲因子 3EDFA 摻鉺光纖放大器(EDFA):將鉺離子注入到纖芯中，形成了一種特殊 光纖，它在泵浦光的作用下可直接對某一波長的光信號進(jìn)行放大4色 散補(bǔ)償器的作用和方法 波分復(fù)用系統(tǒng)(海底、大陸)、光接入網(wǎng) (1)代替電再生中繼器，簡化中繼節(jié)點(diǎn) (2)多個(gè)波長同時(shí)放大 (3)降低成本 關(guān)鍵的性能參數(shù)有：G = 10 Ig p 1)放大器的增益與帶寬 2)飽和輸出功率摻鉺光纖放大器的最大輸出功率常用3dB飽和輸出 功率來表示。F ( dB ) = SNR in ( dB ) - SNR out ( dB ) 3)放大器噪聲 4多信道復(fù)用技術(shù)：分類和特點(diǎn) 時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)、 光時(shí)分復(fù)用：將低速的電數(shù)字信號直接復(fù)用成高速率數(shù)字光信號 比特間插 分組間插 光碼分復(fù)用(OCDM)技術(shù)、 光碼分復(fù)用(OCDM):將碼分多址通信技術(shù)與光纖通信技術(shù)相結(jié)合 每個(gè)用戶都擁有一個(gè)唯一的地址碼。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸時(shí)，首先 用該地址碼數(shù)據(jù)信息進(jìn)行光調(diào)制；在接收端用與發(fā)射端相同的址碼進(jìn) 行光解碼，從而實(shí)現(xiàn)用戶間的通信。