最新光纖通信知識點歸納

1、精品文檔第1章概述1、光纖通信的基本概念：利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號的通信方式。光 纖 通 信 工 作 波 長 在 于 近 紅 外 區(qū) ： 0.8 1.8 m 的 波 長 區(qū) ，對應(yīng)頻率 : 167 375THz。對于 SiO2 光纖，在上述波長區(qū)內(nèi)的三個低損耗窗口，是目前光纖通信的實用工作波長，即 0.85m、1.31 m 及 1.55m。2、光纖通信系統(tǒng)的基本組成：（ P2 圖 1-3）目前采用比較多的系統(tǒng)形式是 強(qiáng)度調(diào)制 /直接檢波（ IM/DD ）的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由 光發(fā)射機(jī) 、光纖、光接收機(jī) 以及長途干線上必須設(shè)置的 光中繼器組成。發(fā) 射基本光纖傳輸系統(tǒng)接 收信電光光電信

2、發(fā)發(fā)光纖線路接接息息射射收收源宿機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)電信號光信號光信號電信號輸入輸出輸入輸出1）在點對點的光纖通信系統(tǒng)中，信號的傳輸過程：由電發(fā)射機(jī)輸出的脈碼調(diào)制信號送入光接收機(jī)， 光接收機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換成光信號耦合進(jìn)光纖，光接收機(jī)將光纖送過來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號， 然后經(jīng)過對電信號的處理以后， 使其恢復(fù)為原來的脈碼調(diào)制信號送入電接收機(jī)，最后由信息宿恢復(fù)用戶信息。2）光發(fā)射機(jī)中的重要器件是能夠完成電-光轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體光源，目前主要采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管 (LED) 和半導(dǎo)體激光二極管（ LD) 。3）光接收機(jī)中的重要部件是能夠完成光-電轉(zhuǎn)換的光電檢測器，目前主要采用光電二極管（ PIN ）和雪崩光電二極管（ A

3、PD ）。特性參數(shù)：靈敏度4）一般地，大容量、長距離光纖傳輸: 單模光纖 +半導(dǎo)體激光器 LD小容量、短距離光纖傳輸 : 多模光纖 +半導(dǎo)體發(fā)光二極管 LED 5）光纖線路系統(tǒng)：功能：把來自光發(fā)射機(jī)的光信號，以盡可能小的畸變和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。組成：光纖、光纖接頭和光纖連接器要求：較小的損耗和色散參數(shù)3、光纖通信的特點：優(yōu)點：（1），傳輸頻帶寬，通信容量大。 （2）傳輸損耗小，中繼距離長：石英光纖損耗低達(dá) 0.19 dB/km，用光纖比用同軸電纜或波導(dǎo)管的中繼距離長得多。（ 3）保密性能好：光波僅在光纖芯區(qū)傳輸，基本無泄露。（ 4）抗電磁干擾能力強(qiáng)：光纖由電絕緣的石英材料制成，不受電磁場干擾

4、。（ 5）體積小、重量輕。（ 6）原材料來源豐富、價格低廉。缺點： 1）不能遠(yuǎn)距離傳輸； 2）傳輸過程易發(fā)生色散。4、（1）光纖通信在通信網(wǎng)中的未來發(fā)展趨勢 ：GFP、ASON、全光網(wǎng)（波分復(fù)用技術(shù)（WDM ） 相干光通信超長波長光纖通信光集成技術(shù)精品文檔精品文檔光孤子通信）（2）相應(yīng)技術(shù)手段： 時分復(fù)用 TDM ；波分復(fù)用 WDM ；光時分復(fù)用 OTDM ；光放大技術(shù)；色散補(bǔ)償技術(shù)。（ 3）技術(shù)現(xiàn)狀： PDH、SDH、WDM 、光電收發(fā)器、 EPON超高速度 、超大容量 以及超長距離傳輸 的光纖通信一直是人們追求的目標(biāo)， 光纖到戶和全光網(wǎng)是人們希望早日實現(xiàn)的夢想。目前 1.6Tbit/s 的

5、 WDM 系統(tǒng)已經(jīng)大量使用，隨著技術(shù)和業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展， WDM 技術(shù)正從 長途傳輸領(lǐng)域 向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴(kuò)展。未來的高速通信網(wǎng)是 全光網(wǎng) 。它是以光節(jié)點代替電節(jié)點， 節(jié)點之間也是全光化，具有良好的透明性、開放性、兼容性以及可靠性，并且能夠提供巨大的帶寬，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)非常靈活。要形成一個已WDM技術(shù)與光交換技術(shù)為主的光網(wǎng)絡(luò)層，建立起真正的全光網(wǎng)絡(luò)，必須要解決的問題是 消除電光瓶頸 ，而光纖到戶 FTTH 是解決從 Internet 主干網(wǎng)到用戶的“最后一公里”瓶頸現(xiàn)象的最好方案。第 2 章光導(dǎo)纖維1、光纖的結(jié)構(gòu)： 目前，通信用的光纖絕大多數(shù)用石英材料做成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體。光纖由

6、涂覆層、纖芯、包層 組成。折射率高的中心部分叫做纖芯，其折射率為 n1，直徑為 2a；折射率低的外圍部分稱為包層，其折射率為 n2，直徑為 2b。纖芯：纖芯位于光纖的中心部位（直徑d1= 9 50 m）。多模光纖的纖芯為50 m，單模光纖的纖芯為9 10m。成份：高純度的二氧化硅。還摻有極少量的摻雜劑（如二氧化鍺，五氧化二磷）。作用：適當(dāng)提高纖芯對光的折射率(n1)，用于傳輸光信號。包層：位于纖芯的周圍（直徑 d2= 125m），含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅。作用：適當(dāng)降低包層對光的折射率 (n2)，使之略低于纖芯的折射率， 即 n1> n2，這是光纖結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，它是使光信號封閉在纖

7、芯中傳輸。涂敷層： 由丙烯酸酯、硅橡膠和尼龍組成。作用：增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性。2、光纖的分類：目前在通信中使用較為廣泛的光纖有兩種：緊套光纖 與松套光纖。1）、按照光纖橫截面折射率分布不同來劃分： 階躍型光纖 ：纖芯折射率 n1 沿半徑方向保持一定， 包層折射率 n2 沿半徑方向也保持一定，而且纖芯和包層的折射率在邊界處呈階梯型變化的光纖稱為階躍型光纖，稱為：均勻光纖。 漸變型光纖 ：如果纖芯折射率n1 隨著半徑加大而逐漸減小，而包層中折射率n2 是均勻的，這種光纖稱為漸變型光纖，又稱為：非均勻光纖。2）按照纖芯中傳輸模式的數(shù)量劃分：多模光纖：在一定的工作波下，多模光纖是能傳輸多種模式

8、的介質(zhì)波導(dǎo)。多模光纖可以采用階躍折射率分布，也可采用漸變折射率分布多模光纖的纖芯直徑約為50 m。精品文檔精品文檔模式色散，僅適用于低速率、短距離通信單模光纖 ：光纖中只傳輸一種模式時，叫做單模光纖單模光纖的纖芯直徑較小， 約為 4 10m。適用于大容量、 長距離的光纖通信。3）按照傳輸波長分類：（ 1）短波長光纖： 0.85m（0.80.9m)作用：用于短距離市話中繼線路或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)等線路.（ 2）長波長光纖： 1.31.6m（主要 1.3 m 和 1.55m 兩個窗口）作用：用于干線傳輸。4）按照使用材料的不同來分：玻璃光纖、全塑光纖、石英系列光纖。3、階躍型光纖的導(dǎo)光原理1）相對折射指數(shù)

9、差 ：n12n22弱導(dǎo)波光纖：n1 n22n12n12）導(dǎo)波：攜帶信息的光波在光纖的纖芯中，由纖芯和包層的界面引導(dǎo)前進(jìn)，這種波稱為導(dǎo)波。形成導(dǎo)波的條件 ：能在纖芯界面上產(chǎn)生全反射的子午線才能在纖芯中形成導(dǎo)波，即子午射線只有滿足 : sin n12 n22 才能在纖芯中形成導(dǎo)波（即滿足全反射條件 ）。3）數(shù)值孔徑 NA ：表示光纖捕捉入射光線的能力。4）階躍型光纖中的光射線種類子午射線：子午線在端面上的投影是一條直線斜射線：是不經(jīng)過光纖軸線的空間折線。4、漸變型光纖的導(dǎo)光原理1）漸變型的子午線不是直線，而是曲線。在軸線處折射指數(shù)最大；在纖芯和包層的交界面處折射指數(shù)最小為 n2,即 n2=n(a)

10、.2）得到最佳折射指數(shù)分布的前提條件 ：（1）均勻的激勵；（2）恒定的光中心波長；（ 3）相同傳輸損耗的模式；最佳折射指數(shù)分布 ：這種在最大程度上減少模式色散的 n(r) 分布，稱為漸變型光纖的最佳折射指數(shù)分布。 雙曲正割型 和平方律型3）漸變型（平方律）光纖的最佳折射指數(shù)分布表達(dá)為：n(r ) n (0 )1 2 ( r1)22a4）漸變型光纖的本地數(shù)值孔徑NA漸變型光纖纖芯折射指數(shù)n1 隨半徑 r 變化。因此，數(shù)值孔徑NA 是纖芯端面上位置的函數(shù)。故，漸變型光纖纖芯在某一點的數(shù)值孔徑可表示為：NA(r )n2 (r )n2 (a)比較：階躍型光纖的數(shù)值孔徑漸變型光纖的數(shù)值孔徑NA 表征的意

11、義：當(dāng)折射指數(shù)越大時，本地數(shù)值孔徑也越大，表示光纖捕捉射線的能力就越強(qiáng)。軸線處的折射指數(shù)最大，捕捉射線的能力最強(qiáng)。12例題：已知：漸變型光纖的折射指數(shù)分布為：n(r ) n(0) 1 2 ( r)aa精品文檔精品文檔試求：該光纖的本地數(shù)值孔徑。解：NA( r )n2(r )2( a)nNA( r )n2 (0) 1 2( a )an2 (a)rNA(r )n2 (0) 12 ( a )an2 (0) 1 2 ( a) araNA( r )2n2 (0)1 ( a )ar5、用波動理論法分析光纖的導(dǎo)光原理（ 1）階躍型光纖的標(biāo)量近似解法歸一化頻率： P26V2 n1k0a導(dǎo)波的數(shù)量： P32單模

12、傳輸條件：0<V<2.40483（ 2）漸變型光纖的標(biāo)量近似解法歸一化頻率： P26V2n1 k0 a最大導(dǎo)波數(shù)量： P37截止條件 VVc；遠(yuǎn)離截止： V例題：已知：漸變光纖纖芯的折射指數(shù)為 n1=1.5，相對折射指數(shù)差 =0.01 、纖芯半徑 a=25m。若 0 =1m，求：該光纖的歸一化頻率值及其中傳播的模數(shù)量。解： V2 n1k0a2k00代入數(shù)據(jù)可得歸一化頻率為：V32.3216最大傳播模式數(shù)量= 261例題：已知：階躍型光纖，若n1=1.5， 0=1.31m，（1）若 =0.01 ，當(dāng)保證單模傳輸時，纖芯半徑a 應(yīng)取多大？（2）若纖芯半徑 a=5m，應(yīng)怎樣選擇才能保證單

13、模傳輸？解：（ 1）單模傳輸?shù)臈l件0<V<2.40483V2 n1k0a02n1 k0 a 2.40483020.01 1.52a2.4048300 a2.363582）若纖芯半徑 a=5 m20<2* 1.5 * 5 <2.40精品文檔精品文檔6、階躍光纖的折射率主要由于以下兩方面的原因使得折射指數(shù)呈漸變趨勢： 纖芯材料和包層材料各不同，在制造過程中，相互擴(kuò)散滲透，使得在纖芯包層交界處折射率由 n1 逐漸過度到 n2，呈 “圓形 ”變化 MCVD 工藝制造過程中，在預(yù)制棒制作階段，使得纖芯 r=0 處，折射指數(shù)下陷。7 、 單 模 光 纖 的 特 征 參 數(shù) ：（ 1

14、 ） 衰 減 系 數(shù) （ 2 ） 截 止 波 長 c ：當(dāng) c 時，光纖才能傳輸基模。 （ 3）模場直徑 d：沿芯徑方向上，相對該場強(qiáng)最大點功率下降了 1/e 的兩點之間的距離，稱為單模光纖的模場直徑四種新型單模光纖 ：1）色散位移單模光纖（ DSF）常規(guī)石英單模光纖：在 1.55m 處損耗最??；在 1.31m 時色散系數(shù)趨于零；色散位移單模光纖（ DSF）：將零色散點移到 1.55m單模光纖的色散= 材料色散+ 波導(dǎo)色散。實現(xiàn)方法：通過改變光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，加大波導(dǎo)色散值。圖示 色散位移光纖的色散?2）非零色散光纖 NZDF存在問題：在色散位移光纖線路中采用光纖放大器會使得光纖中的光功率密度加

15、大，引起非線性效應(yīng)。 當(dāng)應(yīng)用到 WDM 系統(tǒng)中造成光波間能量交換，引起信道間干擾。解決方法： 將零色散波長移至 1.54-1.565 范圍內(nèi)，減小其色散值。約為 1.0 4.0PS/km ·nm。3）、色散平坦光纖 DFF為了挖掘光纖的潛力，充分利用光纖的有效帶寬，最好使光纖在整個光纖通信的長波段（ 1.31.6m）都保持低損耗和低色散，即研制了一種新型光纖為了實現(xiàn)在一個比較寬的波段內(nèi)得到平坦的低色散特性，采用的方法是利用光纖的不同折射率分布來達(dá)到目的。4）色散補(bǔ)償光纖 DCF? 色散補(bǔ)償又稱為光均衡， 它主要是利用一段光纖來消除光纖中由于色散的存在使得光脈沖信號發(fā)生的展寬和畸變。?

16、 能夠起這種均衡作用的光纖稱為色散補(bǔ)償光纖（ DCF）。? 如果常規(guī)光纖的色散在 1.55m 波長區(qū)為正色散值，那么 DCF 應(yīng)具有負(fù)的色散系數(shù)。使得光脈沖信號在此工作窗口波形不產(chǎn)生畸變。DCF 的這精品文檔精品文檔一特性可以比較好地達(dá)到高速率長距離傳輸?shù)哪康?。適用光纖：G.652 和 G.654：常規(guī)單模光纖，色散最小值在 1310nm 處，衰減最小值在 1550nm處。常見的結(jié)構(gòu)有 階躍型和下凹型單模光纖。G.653：色散位移光纖，色散最小值在1550nm 處，衰減最小值在1550nm 處。難以克服 FWM 混頻等非線性效應(yīng)帶來的影響。G.655：非零色散光纖，色散在1310nm 處較小，

17、不為 0；衰減最小值在1550nm處?？梢员M量克服FWM 混頻等非線性效應(yīng)帶來的影響。綜上所述，選擇G.655 作為 WDM 使用的光纖最為適宜。8、光纖的傳輸特性 ：（ 1）光纖的損耗特性分類：吸收損耗、散色損耗 吸收損耗定義： 光波通過光纖材料時， 有一部分光能變成熱能， 從而造成光功率的損失。原因 1：本征吸收。即光纖基本材料（ SiO2）固有吸收。吸收損耗的大小與波長有關(guān)，對于 SiO2 石英系光纖，本征吸收有兩個吸收帶， 分別為紫外吸收帶，和紅外吸收帶。原因 2：雜質(zhì)吸收。材料的不純凈和工藝不完善造成的附加吸收損耗。尤為氫氧根離子的吸收。 散射損耗定義：由于光纖的材料、形狀及折射指數(shù)

18、分布等的缺陷或不均勻，光纖中傳導(dǎo)的光散射而產(chǎn)生的損耗。分類：線性散射損耗、非線性散射損耗。? 線性散射損耗主要包括：瑞利散射、材料不均勻引起的散射? 非線性散射主要包括：受激喇曼散射、受激布里淵散射等。 瑞利散射損耗? 瑞利散射損耗也是光纖的本征散射損耗。? 這種散射是由光纖材料的折射率隨機(jī)性變化而引起的。? 瑞利散射損耗與 1/4 成正比，它隨波長的增加而急劇減小，所以在長波長工作時，瑞利散射會大大減小。 材料不均勻所引起的散射損耗? 結(jié)構(gòu)的不均勻性以及在制作光纖的過程中產(chǎn)生的缺陷也可能使光線產(chǎn)生散射。（ 2）光纖的色散特性一般將光功率降到峰值一半時所對應(yīng)的波長范圍稱為光源的譜線寬度，用表示

19、。一個理想的光源發(fā)出的應(yīng)是單色光，即譜線寬度應(yīng)為零。光纖中傳送的信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分構(gòu)成的。 它們有不同的傳播速度， 將會引起脈沖波形的形狀發(fā)生變化。 如果從波形在時間上展寬的角度去理解， 也就是光脈沖在光纖中傳輸， 隨著傳輸距離的加大， 脈沖波形在時間上發(fā)生了展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。結(jié)論：光源的譜線寬度越寬，信號的時延差就越大，起的色散也就越嚴(yán)重。精品文檔精品文檔光纖中的色散? 模式色散 ：光纖中的不同模式，在同一波長下傳輸，各自的相位常數(shù) mn 不同，它所引起的色散稱為模式色散。?材料色散 ：由于光纖材料本身的折射指數(shù) n 和波長 呈非線性系，從而使光的傳播速度隨波

20、長而變化，這樣引起的色散稱為材料色散。? 波導(dǎo)色散 ：光纖中同一模式在不同的頻率下傳輸時，其相位常數(shù)不同，這樣引起的色散稱為波導(dǎo)色散。材料色散和波導(dǎo)色散都屬于頻率色散， 在多模光纖中存在頻率色散和模式色散；在單模光纖中只存在頻率色散。比較：多模階躍型光纖和多模漸變型光纖，依照時延差公式，在相同的條件下，漸變型光纖的色散較小。9、色散對中繼距離的影響：（ 1）碼間干擾對中繼距離的影響 ：“拖尾 ”現(xiàn)象引起。（ 2）模分配噪聲對中繼距離的影響：高碼速條件下，多縱模激光器產(chǎn)生的信號功率譜線隨機(jī)分配，造成接收端判決困難。（ 3）啁啾聲對中繼距離的影響：直接強(qiáng)度調(diào)制狀態(tài)下，單縱模激光器在注入電流變化的時

21、候， 有源區(qū)的折射率指數(shù)發(fā)生變化使得振蕩波長隨時間偏移， 即：頻率啁啾。這種情況下，光脈沖經(jīng)過光纖后，在色散作用下，光脈沖波形展寬，因此接收取樣點所接收的信號就會存在隨機(jī)成分，即：啁啾聲。10、衰減對中繼距離的影響11、最大中繼距離的計算精品文檔精品文檔（ 1）衰減受限系統(tǒng)：在衰減受限系統(tǒng)中，中繼距離越長，則光纖通信系統(tǒng)的成本越低，獲得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越高。 在工程設(shè)計中， 一般光纖通信系統(tǒng)的中繼距離可以表示為： P112（ 2） 色散受限系統(tǒng)：中繼距離公式為：P114【例題 4-1】若一個 622Mbit/s 單模光纜通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：系統(tǒng)中采用 InGaAs 隱埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)多縱摸激

22、光器，其閥值電流小于 50mA ，標(biāo)稱波長 =1310mm，波長變化范圍為 =1295mm， =1325mm。光脈沖譜線寬度 2nm.。發(fā)送光功率 =2dBm。如用高性能的 PIN-FET 組件，可在 BER=1× 條件下得到接收靈敏度 =-30dBm ，動態(tài)范圍 D20dB。那么考慮采用直埋方式情況下，光纜工作環(huán)境溫度范圍為 0 26時，計算最大中繼距離。解：（ 1）衰減的影響：若考慮光通道功率代價 =1dB，光連接器衰減 Ac=1dB （發(fā)送和接收各一個），光纖接頭損耗 As=0.1dB/Km ，光纖固有損耗 =0.28dB/Km，取 M C =0.1dB/Km，M E =3.2

23、dB,則：(2)色散的影響：取光纖色散系數(shù)D2ps/(km·nm)，由上述計算可以看出，中繼距離只能小于 46km，對于大于 46km 的線段，可采用加中繼站或光放大器的方法解決。12、光纖的非線性效應(yīng)定義：在強(qiáng)光場的作用下，光波信號和光纖介質(zhì)相互作用的一種物理效應(yīng)。包括：由于散射作用而產(chǎn)生的非線性效應(yīng)。如，受激喇曼散射、布里淵散射；由于光纖的折射指數(shù)隨光強(qiáng)度變化引起的非線性效應(yīng)。如，自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制 XPM 、四波混頻 FWM 等。13、光孤子通信：為了使光纖中所傳輸?shù)墓庑盘柲軌虮３制涿}沖波形的穩(wěn)定，從而提高系統(tǒng)的傳輸距離。這種技術(shù)稱為光孤子通信。光纖的損耗和色散是制

24、約傳輸系統(tǒng)中繼距離的主要因素， 而光孤子通信技術(shù) 可以解決色散問題。第 3 章光纖通信器件1、半導(dǎo)體光源的種類：半導(dǎo)體激光器LD 和半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED 。光和物質(zhì)的相互作用：1）自發(fā)輻射 的特點： 在沒有外界作用的條件下自發(fā)產(chǎn)生的過程 輻射光子的頻率亦不同，頻率范圍很寬。 電子的發(fā)射方向和相位也是各不相同的，是非相干光。2）受激吸收 的特點：精品文檔精品文檔 在外來光子的激發(fā)下發(fā)生躍遷過程 外來光子的能量等于電子躍遷的能級之差 受激躍遷是一個消耗外來光能的過程3）受激輻射 的特點： 外來光子的能量等于躍遷的能級之差。 受激過程中發(fā)射出來的光子與外來光子頻率、 相位、偏振方向、傳播方向相同

25、這是一個使光得到放大的過程。2、1）激光器的工作原理：激光器是能夠產(chǎn)生激光的自激振蕩器。發(fā)出振蕩光的前提是受激輻射作用大于受激吸收作用。 受激輻射是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵。 在熱平衡條件下，物質(zhì)不可能有光放大作用。 粒子數(shù)發(fā)轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大的必要條件。2）激光器的基本組成： > 能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì) > 泵浦源：使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布（ N1 < N2）的外界激勵源。 > 能夠完成頻率選擇及反饋作用的光學(xué)諧振腔。工作物質(zhì)在泵浦源的作用下發(fā)生粒子數(shù)發(fā)轉(zhuǎn)分布， 成為激活物質(zhì)， 從而有光的放大作用。激活物質(zhì)和光學(xué)諧振腔是產(chǎn)生激光振蕩的必要條件。3、半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)、工作原理

26、及工作特性1）光纖通信對半導(dǎo)體發(fā)光器件 LD/LED 的基本要求：a、光源的發(fā)光波長應(yīng)符合目前光纖的三個低損耗窗口b、能長時間連續(xù)工作，并能提供足夠的光輸出功率。c、與光纖的耦合效率高。d、光源的譜線寬度窄。e、壽命長，工作穩(wěn)定。2）LD 的結(jié)構(gòu)：從光振蕩的形式上來看，激光器分為：布里-珀羅諧振腔（ F-P腔）激光器和分布反饋型（ DFB）激光器。常用的光纖通信激光器 銦鎵砷磷（ InGaAsP）雙異質(zhì)結(jié)條形激光器 。它的特點：注入電流小，發(fā)光強(qiáng)度大。3 ）比較 LD、LE：4、常用的 半導(dǎo)體光電檢測器 ： PIN 光電二極管 、APD 雪崩光電二極管1）APD 工作特性：具有光 /電轉(zhuǎn)換作用

27、；具有內(nèi)部放大作用；（通過管子內(nèi)部的雪崩倍增效應(yīng)完成）2）APD 的雪崩倍增效應(yīng)：精品文檔精品文檔光生載流子在 P-N 結(jié)強(qiáng)電場處加速后與晶格的原子發(fā)生碰撞后使價帶的電子得到了能量； 越過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶， 產(chǎn)生新的電子 空穴對；電子 空穴對在強(qiáng)電場再次被加速，再次碰撞；循環(huán)過程，能量倍增。5、光放大器分類 ： 半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器光纖放大器：非線性光纖放大器（如：拉曼放大器）和摻鉺光纖放大器（EDFA）。 1 ） EDFA 的優(yōu) 點： 工 作波長接近于光纖 低損 耗窗 口： 1.53 1.56 m 泵浦功率低，僅需幾十毫瓦；高增益： 40dB低噪聲、噪聲系數(shù)可低至 34dB，大功率輸出：

28、1420dBm。連接損耗低： 0.1dB。2）EDFA 的基本結(jié)構(gòu)： 由摻鉺光纖、泵浦光源 （主體部件）、光耦合器、光濾波器等組成。3）EDFA 的工作原理： 在泵浦源的作用下，在摻鉺光纖中出現(xiàn)了粒子數(shù)發(fā)轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生了受激輻射，從而使光信號得到放大。6、無源光器件：光定向耦合器、光隔離器、光環(huán)行器、光濾波器、光開關(guān)、波長轉(zhuǎn)換器、波分復(fù)用器。7、WDM 波分復(fù)用 ：在一根光纖中能同時傳輸多波長光信號的技術(shù)，稱為光波分復(fù)用技術(shù)（ WDM ）。1）光波分復(fù)用器 是對光波波長進(jìn)行合成與分離的光器件。有光波分復(fù)用器構(gòu)成的光波分復(fù)用系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上來分，可分為 單纖單向 WDM 系統(tǒng)和單纖雙向 WDM 系統(tǒng)

29、（基本應(yīng)用方式） 。 單向的擴(kuò)容效率高，具有升級效應(yīng)，不要求對原有的光纖設(shè)施進(jìn)行改動；雙向具有簡化傳輸網(wǎng)絡(luò)等方面的優(yōu)點。2）優(yōu)點：復(fù)用器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高；提高光纖的頻帶利用率；降低對器件的速率要求；提供透明的傳送通道；可更靈活地進(jìn)行光纖通信組網(wǎng)。缺點：存在插入損耗和串光等問題。3）WDM對光源和光電檢測器的要求對光源的要求： 激光器輸出波長保持穩(wěn)定 激光器應(yīng)具有比較大的色散容納值 采用外調(diào)制技術(shù)對光檢測器的要求：具備多波長檢測能力4）WDM 監(jiān)控和管理系統(tǒng)兩個功能：對 EDFA 的監(jiān)控與管理；對各波道工作狀態(tài)的監(jiān)控。5）分類：WDM 、DWDM 密集波分復(fù)用、 CWDM 粗波分復(fù)用精

30、品文檔精品文檔根 據(jù) 波 長 間 隔 分 類 ： WDM （ 約 幾 十 nm 或 者 200nm ）； CWDM （10nm）；DWDM （0.42nm）。我國采用 100GHz 和 200GHz 作為通路間隔標(biāo)準(zhǔn)。6）WDM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 光發(fā)射機(jī)輸入： SDH 的光信號；輸出： WDM 的光信號。 光接收機(jī)輸入： WDM 的光信號；輸出： SDH 的光信號。 光中繼可以使用 EDFA，也可以使用 RFA。增益選取適當(dāng)，不能過大避免光纖處于非線性狀態(tài)7）WDM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備 OADM （光分插復(fù)用器）：與 SDH 的 ADM 功能類似：波長上、下話路的功能；具有波長轉(zhuǎn)換功能；具有光中繼放大和功

31、率平衡功能；提供復(fù)用段和通道保護(hù)倒換功能，支持各種自愈環(huán)；具有多業(yè)務(wù)接入功能，比如 SDH、Gbit 。不同之處： OADM 是在光域上完成；ADM 是在電域上完成 OXC（光數(shù)字交叉連接器）：用于完成光域上光信號的交叉連接 OXC 實現(xiàn)的三種方式： 光纖交叉連接（ FXC）：以一根光纖所傳輸?shù)目側(cè)萘繛榛A(chǔ)進(jìn)行交叉連接。優(yōu)點：交叉容量大。缺點：缺乏靈活性。 波長交叉連接（ WSXC）：能夠轉(zhuǎn)換從輸入光纖到輸出光纖的一個子集的波長信道。優(yōu)點：比 FXC 靈活，可提供波長業(yè)務(wù)等。缺點：無波長轉(zhuǎn)換，會遇到波長缺乏的情況。 波長轉(zhuǎn)換連接（ WIXC ）：任意輸入波長經(jīng)轉(zhuǎn)換到任意輸出波長。優(yōu)點：任意波長

32、轉(zhuǎn)換，最靈活8）采用光波分復(fù)用技術(shù)的高速光纖通信線路影響波分復(fù)用系統(tǒng)性能的因素：(1)制作技術(shù)和成本限制：光器件制作成本高于電子器件，而且很多理論上沒問題，實際部件難以實現(xiàn)。(2)串?dāng)_影響：信道之間的串?dāng)_，引起誤碼。(3)穩(wěn)頻：激光器的發(fā)射頻率。(4)阻塞特性：對 OXC 要求無阻塞特性。9）與 WDM 系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的因素精品文檔精品文檔最小光功率：光放輸入端，要求到達(dá)最后一個光放至少需要多少功率。最大光功率：光放輸出端，以不出現(xiàn) SRS 非線性效應(yīng)為目標(biāo)， 控制功率輸出。信噪比、通道間隔、總通道數(shù)對傳輸距離的影響。第 4 章 光纖通信系統(tǒng)1、掌握 IM/DD 光纖通信中的線路碼型：交換機(jī)（內(nèi)

33、部，電信號， PCM，采用 NRZ 碼） >傳輸系統(tǒng)脈沖編碼調(diào)制 (PCM) 通信系統(tǒng)中的接口碼型 : HDB3 碼、 CMI 碼 PCM 系統(tǒng)中的碼型并不都適于在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中傳輸。2、了解 IM/DD 光纖通信系統(tǒng)：將光發(fā)、光中繼、光收、備用系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電源（供電系統(tǒng)）結(jié)合起來就形成一個完整的光纖通信系統(tǒng)。備用系統(tǒng)：采用主備用、負(fù)荷分擔(dān)等形式防止主系統(tǒng)故障。電源：大多數(shù)通信機(jī)房電源采用-48V。監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，比如：系統(tǒng)的溫度、光功率等指標(biāo)是否正常；控制系統(tǒng)的某些動作，比如：主備用系統(tǒng)切換指令等。3、掌握直接調(diào)制和間接調(diào)制1）直接調(diào)制：用電信號直接調(diào)制 LED

34、或 LD 的驅(qū)動電流，使輸出光隨電信號變化而實現(xiàn)。它的特點是：成本低，易實現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限。2）間接調(diào)制：把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實現(xiàn)的。它的特點是：調(diào)制速率高，但技術(shù)復(fù)雜，成本較高。只用在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中。4、低速的光纖通信系統(tǒng)：采用IM/DD 技術(shù)新型光纖通信系統(tǒng)：采用多信道復(fù)用技術(shù)第 5 章 SDH&WDM1、SDH 網(wǎng)由基本網(wǎng)絡(luò)單元組成：終端復(fù)用器（ TM ）、分插復(fù)用器（ ADM ）、再生中繼器（ REG）、數(shù)字交叉連接設(shè)備等。1）四種網(wǎng)元的區(qū)別： TM 只是簡單的復(fù)用。 ADM 可以實現(xiàn)自由靈活地上下話

35、路功能。 DXC 具有 ADM 所有功能，還具有交叉連接，實現(xiàn)電路群的調(diào)度，成本較 ADM 高。 REG 只起放大信號的作用。2）終端復(fù)用器（ TM ）：提供由 G.703（即 PDH 接口）接口到 STM-1 輸出的簡單復(fù)用功能；提供由若干 STM-N 復(fù)用到 STM-M （M>N ）的復(fù)用功能；精品文檔精品文檔3）分插復(fù)用器（ ADM ）：利用分接功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：一部分直接轉(zhuǎn)發(fā)，另一部分卸下給本地用戶，然后信息又通過復(fù)接功能將轉(zhuǎn)發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出。主要用于 SDH 網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點處4）數(shù)字交叉連接器（ DXC ）：完成 STM N 信號的交叉連接功能

36、，多端口器件。相當(dāng)于交叉矩陣，完成各個信號間的交叉連接?？蓪⑤斎氲?m 路信號交叉連接到輸出的 n 路信號上5）再生中繼器：光傳輸網(wǎng)的再生中繼器有兩種：一種是純光的再生中繼器，主要進(jìn)行光功率放大以延長光傳輸距離；一種是用于脈沖再生整形的電再生中繼器，主要通過光 /電變換，電信號抽樣、判決、再生整形、電 /光變換，以達(dá)到不積累線路噪聲，保證線路上傳送信號波形的完好性。2、SDH 網(wǎng)模型架構(gòu)SDH 對模型的下列幾個方面做了規(guī)定： （1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（ 2）同步數(shù)字體系的速率（ 3）幀結(jié)構(gòu)。1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口傳輸設(shè)備：光纜傳輸系統(tǒng)設(shè)備；微波傳輸系統(tǒng)設(shè)備；衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點：只有復(fù)用功能（簡單）

37、 ；復(fù)用、交叉連接多種功能（復(fù)雜） 。2）速率：同步傳輸模塊：STM-N ， N1、4、16 等。STM-1155.520Mbit/s155Mbit/sSTM-4622.080Mbit/s622Mbit/sSTM-162488.320Mbit/s2.5Gbit/sSTM-649953.280Mbit/s10Gbit/sSTM-25639813.12Mbit/s40Gbit/s3）幀結(jié)構(gòu)： SDH 幀為塊狀幀結(jié)構(gòu)，共有9 行， 270 列，以字節(jié)為單位傳輸方向：從左到右，從上到下。傳輸時間（幀長）：Ts125s。STM-1 速率獲得：比特數(shù)： 9×270×N× 8=

38、9×270×1×8=19440b精品文檔精品文檔速率 ：19440b/Ts155.520Mb/s。STM-N 速率同理3、STM-N 幀包括三個部分： SOH、AU-PTR 、PAYLOAD1）段開銷 SOH： RSOH，再生段開銷： 1 3 行。MSOH ，復(fù)用段開銷： 59 行。區(qū)別：監(jiān)管范圍不同。如：若光纖上傳輸 2.5G 信號， RSOH 監(jiān)控 STM-16 整體的傳輸性能。 MSOH 監(jiān)控每一個 STM-1 的傳輸性能。2）管理指針 AU-PTR ：指示凈負(fù)荷 PAYLOAD 中信息的起始字節(jié)位置，便于接收端從正確的位置分解出有效傳輸信息。3）信息凈負(fù)荷

39、 PAYLOAD ：存放有效信息，并由一部分 POH 組成。 POH 用于通道監(jiān)視控制。4、SDH 網(wǎng)的特點：（ 1） SDH 由一系列網(wǎng)元構(gòu)成（ NE），可在光纖、微波、衛(wèi)星等傳輸系統(tǒng)上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接。（ 2）有統(tǒng)一接口 NNI 。（ 3）有統(tǒng)一信息格式 STM-N 。（ 4）有豐富的管理比特，增加網(wǎng)絡(luò)維護(hù)能力。（ 5）可以兼容 PDH、ATM 、B-ISDN 等信號，具有廣泛適應(yīng)性。5、SDH 的復(fù)用包括兩種情況：（ 1）低階的 SDH 信號復(fù)用成高階 SDH 信號；（ 2）低速支路信號（例如 PDH 的 2Mbit/s 、34Mbit/s 、140Mbit/s）復(fù)用成

40、SDH 信號 STM-N 。三個步驟：映射（信號打包） ；定位（指針調(diào)整）；復(fù)用（字節(jié)間插復(fù)用） 。容器 C：具有一定格式的幀結(jié)構(gòu)，用來接收相應(yīng)速率等級的PDH 信號，并進(jìn)行速率適配。虛容器 VC：由容器 C 的幀信息加上相應(yīng)的通道開銷POH 而構(gòu)成。支路單元 TU ：由低階 VC 和相應(yīng)的支路單元指針TU PTR 構(gòu)成。支路單元組 TUG ：由 1 個 TU 直接構(gòu)成，或由多個 TU 復(fù)用（按單字節(jié)交錯間插）而構(gòu)成。管理單元 AU ：由高階 VC（ VC-4 或在 AU 支路中的 VC-3 ）和相應(yīng)的管理單元指針 AU PTR 構(gòu)成。管理單元組 AUG ：由 3 個 AU-3 復(fù)用（按單字節(jié)

41、交錯間插）而構(gòu)成，亦可由1個 AU-4 直接構(gòu)成 AUG 。6、SDH 光傳輸系統(tǒng)在 SDH 網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的兩種類型的系統(tǒng)：1）點到點系統(tǒng)： 具有復(fù)用和光接口的線路終端；中繼器（可以用半導(dǎo)體放大精品文檔精品文檔器，也可以用光放大器）2）環(huán)路系統(tǒng)：用戶網(wǎng)：將各種業(yè)務(wù)接入環(huán)路ADM -> DXC-> 匯接網(wǎng) ADM 。匯接網(wǎng)：省內(nèi)各地ADM 成環(huán)路長距離干線網(wǎng)：全國各省ADM 成環(huán)狀。7、SDH 的網(wǎng)同步：定義：網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備的時鐘頻率和相位的偏差都控制在容許的范圍內(nèi)，這樣可以保證通信網(wǎng)內(nèi)的數(shù)字信號的正常交換與傳輸。方式：主從同步方式（我國） 、相互同步方式、準(zhǔn)同步方式。8、SDH

42、網(wǎng)絡(luò)的自愈保護(hù)（ 1）自動線路保護(hù)倒換： 1）11 方式（兩根光纖）發(fā)端、收端永久和主用、備用信道相連接；STM-N 可以同時在主備用信道中傳送；對兩路信號同時監(jiān)測，主用作為輸出；如果主用出現(xiàn)問題， MSP 自動從備用信道接收信號。MSA ：復(fù)用段適配功能MSP：復(fù)用段保護(hù)MST ：復(fù)用段終端（ MSOH ）RST ：再生段終端（ RSOH）SPI：SDH 物理接口2）1：n 方式通過 2SDH 幀結(jié)構(gòu)中的兩個自動保護(hù)倒換字節(jié)K1、 K2 完成倒換保護(hù)操作（ 2）環(huán)路保護(hù) P166-168 圖 5-38 41類型劃分：二纖單向通道倒換環(huán)；二纖單向復(fù)用段倒換環(huán)；二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)；四纖雙向復(fù)用

43、段倒換環(huán)9、光傳送網(wǎng)：1）分層結(jié)構(gòu)：簡單的劃分為3 層基本功能：業(yè)務(wù)層：各種不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)。電交換 /復(fù)接層：提供業(yè)務(wù)服務(wù)，諸如交換等。光傳送層：信號傳輸。三層之間的關(guān)系：下層為上層提供支持手段。精品文檔精品文檔根據(jù)網(wǎng)元所起作用來劃分：2）交換方式：光路交換：以波長為單位進(jìn)行交換。分組交換：利用分組進(jìn)行交換， 屬于同一數(shù)據(jù)流的分組分成若干個進(jìn)行傳輸和交換，到達(dá)目的地以后再進(jìn)行重組。光突發(fā)交換： 也利用分組， 但是數(shù)據(jù)信息和控制信息分組進(jìn)行傳送。 數(shù)據(jù)信息稱為突發(fā)。光分組流交換： 也是利用分組進(jìn)行交換， 不同于光分組交換， 分組流是將屬于同一數(shù)據(jù)流的分組看成一個整體進(jìn)行傳輸和交換。3）波

44、長路由機(jī)制：波長通道（ WP）：光通路的 OXC 沒有波長轉(zhuǎn)換功能。例： A-1-6-7-10-D 始終用同一波長；此時，如有另外一個通道 C-7-10-D 則在 7-10 段產(chǎn)生沖突。虛波長通道（ VWP ）：如果利用 WDM ，將上述例子中重復(fù)用到的 7-10 段，分別對不同通道的信號用不同的波長，則可解決波長沖突的問題。 OXC 需具備波長轉(zhuǎn)換功能。第 6 章 城域光網(wǎng)絡(luò)1、城域網(wǎng)：在地域上覆蓋城市及其郊區(qū)范圍、為城域多業(yè)務(wù)提供綜合傳送平臺的網(wǎng)絡(luò)，能實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體、 IP 等接入。業(yè)務(wù)：文字、圖像、多媒體等數(shù)據(jù)服務(wù)。精品文檔精品文檔以后發(fā)展方向：實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、多媒體均用I

45、P 承載。采用可管理和可擴(kuò)展的分層電信運營 網(wǎng)絡(luò)。分為 3 層：核心層、匯聚層、接入層 。2、核心層：1）基本功能：完成城域網(wǎng)內(nèi)部信息的高速傳送與交換，實現(xiàn)與其它網(wǎng)絡(luò)的互連互通。2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型 +負(fù)荷分擔(dān)模式3）傳輸速度：網(wǎng)內(nèi)傳輸鏈路采用155M、2.5G、100M、1G 混合組網(wǎng)。國家骨干采用 2.5G 高速傳輸。3、匯聚層：1）基本功能：完成信息的匯聚和分發(fā)任務(wù)，實現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)管理。2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型 +負(fù)荷分擔(dān)模式3）傳輸速度： 155M、100M、 1G 混合組網(wǎng)。4、接入層：1）基本功能：為用戶提供具體的接入手段。2）接入方式：有線接入、無線接入等。5、1）MAN 傳輸至 WAN

46、采用的傳輸技術(shù) ：IP over SDH、IP over WDM 、GE、IP over ATM。2）MAN 中各個交換、路由設(shè)備采用的傳輸技術(shù)：MSTP、FE 和 GE 所使用的光電收發(fā)。其中， MSTP 傳輸距離遠(yuǎn)，可靠性高，但是帶寬利用率低。 FE 和 GE 的光電收發(fā)作為二層交換和匯聚常用方式6、 IP over ATM：有 QoS 保證；適應(yīng)于多業(yè)務(wù)：呼叫處理能力較弱；封裝開銷較高。IP over SDH ：保留因特網(wǎng)的無連接特性；簡化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；提高傳輸效率；符合 Internet 業(yè)務(wù)特點；具有自愈功能；僅對 IP 業(yè)務(wù)支持良好；缺乏 QoS 保證。 IP over WDM ：

47、簡化層次；充分利用光纖的帶寬資源；對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式和調(diào)制方式透明。 GE：基于 IP 業(yè)務(wù)；提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率；無 QoS 保證。 MSTP：適應(yīng)于多業(yè)務(wù)；可實現(xiàn)帶寬管理；具有保護(hù)機(jī)制；能夠支持 VLAN 、流量控制等功能7、光接入網(wǎng) OAN ：以光纖作為傳輸媒質(zhì)來取代傳統(tǒng)的雙絞線接入網(wǎng)。作用范圍：用戶端通信設(shè)備< > 局端交換機(jī)設(shè)備（電話、調(diào)制解調(diào)器、計算機(jī)）（語音交換機(jī)、數(shù)據(jù)交換機(jī)）用戶端設(shè)備將電信轉(zhuǎn)成光信號，稱ONU 。局端交換機(jī)必須要將電信號轉(zhuǎn)成光信號，稱OLT。光接入網(wǎng) OAN = ONU OLT，實現(xiàn)雙向業(yè)務(wù)傳送。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：單星型、總線型、環(huán)形、雙星型精品文檔精品

48、文檔ONUONUONU單星形網(wǎng)OLTONU總線形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONUONUONU雙星形網(wǎng)OLTODNONU環(huán)形網(wǎng)OLTONUONUONUONU8、ODN：用于無源光網(wǎng)絡(luò) PON，用無源光器件實現(xiàn)；優(yōu)點：運營成本較低，對業(yè)務(wù)透明，便于升級。缺點：有衰減， OLT 和 ONU 距離受到限制。ODT：用于有源光網(wǎng)絡(luò)AON ，復(fù)用和解復(fù)在電層：優(yōu)點：可克服衰減影響，距離較遠(yuǎn)、容量較大。缺點：成本較高。9、OAN 應(yīng)用類型： 光纖到路邊 (FTTC) 、光纖到大樓 (FTTB) 、光纖到家 (FTTH)FTTC： ONU 設(shè)置在路邊的人孔或電線桿上的分線盒處，或者交接箱處。FTTC 一般采用雙星形結(jié)構(gòu)，從 ONU 到用戶之間采用雙絞線銅纜，若要傳送寬帶業(yè)務(wù)則要用高頻電纜或同軸電纜。FTTB：將 ONU 直接放在大樓內(nèi)，再由銅纜將業(yè)務(wù)分配到各個用戶。