現代通信概論第五章

現代通信概論電子信息工程學院霍炎yhuo@ 2第5章光纖通信系統(tǒng)5.1光纖通信概述 5.2光纖與光纜5.3光纖通信系統(tǒng)5.4光纖通信新技術35.1光纖通信概述光纖通信是以光波作為載體，以光導纖維作為傳輸媒介的一種通信技術。光纖通信以其寬帶、大容量、低損耗、長中繼、抗電磁干擾、體積小、重量輕、便于敷設等優(yōu)點，成為當代長途通信最主要手段。本章首先對光纖通信的發(fā)展歷史做出回顧，然后對光纖通信的特點進行說明，重點闡述光纖的結構、分類、光波傳輸機理以及光纖通信系統(tǒng)各組成部分的工作原理。最后，簡要介紹了一些光纖通信新技術。45.1.1光纖通信發(fā)展簡史1955年英國的卡帕尼博士，發(fā)明了用玻璃制做的光導纖維，應用在醫(yī)學上。1960年，美國加州休斯實驗室第一臺固體紅寶石激光器1961年，美國貝爾實驗室氦-氫氣體激光器1966年，高錕提出帶有包層材料的石英玻璃光纖1970年，美國康寧玻璃公司首次制成了損耗僅為20dB/km的低損耗光纖1970年，美國貝爾實驗室砷化鎵鋁半導體激光器1974年，美國貝爾實驗室制造出1dB/km損耗的低損耗光纖。至此制約光纖通信的兩個關鍵問題，光源和傳輸媒介問題完全得到解決。光纖通信的普及和推廣獲得了高速發(fā)展的基本條件。1977年美國芝加哥率先開通了第一條45Mb/s的商用光纖通信系統(tǒng)。目前，國際國內長途通信傳輸網的光纖化比例已經超過90%。55.1.2光纖通信的特點傳輸損耗小，中繼距離長：1.55μm波長附近約，中繼跨度百公里。傳輸頻帶寬，通信容量大：單模光纖的潛在帶寬可達幾十太赫茲（1012Hz）抗電磁干擾，保密效果好體積小、重量輕、便于運輸和敷設原材料豐富、節(jié)約有色金屬、有利于環(huán)保不足：光纖質地脆弱易斷，敷設時的彎曲半徑不宜太小65.2光纖與光纜光纖的結構光纖的分類光纖的折射率徑向分布圖光纖的導光原理75.2.1光纖的結構光纖是多層同軸圓柱體，自內向外為纖芯、包層、涂覆層，稱為裸纖。包層外面涂覆一層硅酮樹脂或聚氨基甲酸乙酯，然后增加保護套加以保護。

纖芯和包層是高純度石英材料，包層折射率略低于纖芯，與纖芯一起形成光的全反射通道，使光波的傳輸局限于纖芯內。5.2.2光纖的結構按照材料的成分全石英系列光纖、多組分玻璃纖維、塑料包層石英芯光纖、全塑料光纖按照折射率的分布階躍型光纖、漸變型光纖按照傳輸模式單模光纖、多模光纖按照工作波長短波長光纖、長波長光纖、超長波長光纖按照ITU-T建議G.651漸變多模光纖、G.652標準單模光纖、G.653色散位移單模光纖、G.654最佳性能單模光纖、G.655非零色散位移單模光纖、全波光纖95.2.3光纖的折射率徑向分布圖105.電2.食2光纖找的導殊光原剪理在光院學理奏論中笨，當端傳輸奪媒介性的幾惠何尺窄寸遠瞞大于鎖光波孫波長浪時，鹿可以病把光奇表示幼成其壘傳播糠方向尼上的莊一條泊幾何寶線，片稱為摸光射極線。豎用光艱射線柄來分淡析光柏傳播供特性腰的方女法，束稱為裳射線婆法。胞下面雜通過胃射線鑒法來降分析鮮光在惑階躍師型光包纖中死的導紅光原勾理。111.光的物反射秋與折竭射定挑律當折>9體0時，勺折射曾光線耗會反候射回久到纖專芯進嘆行傳美播，賞這種四現象悅稱為肢全反姑射。入=反122.光纖廉中的斗全反諸射傳慘輸調整販入射夠角，使盼得折2>9高0度而刪發(fā)生沈全反沖射：135.榮2.頂3光纖互的傳擠輸特緣瑞性光纖漁的傳咐輸特腹性傳輸做損耗色散非線陰性效狂應141.傳輸貫損耗光纖郵傳輸通損耗昏表現急為隨付著傳畝輸距桌離的規(guī)增加閑光功隸率逐腦漸下擦降，送主要唯原因番是吸照收和咸散射譜造成世再加或光纖束結構季不完搞善導蘭致。式中是光市波波袋長，L是光截纖長史度（km），Po與Pi分別鐮是光籠纖輸黑出和跌輸入燈端的律光功宵率.152.色散理想搬光源繳應是屬頻率磚單一繪的單煎色光壓，但地現實夏光源加信號雙不純閣，含洗有不險同的館波長榆成分言，在賴折射邊率為n1的光斷纖介隊質中羽傳輸狗速度啟不同基，從揪而導戴致光烤信號健分量求產生梁不同掘延遲旅，這袖種現千象稱寄為光庸纖的牧色散刻。具體轟表現啦為當哲光脈顧沖沿綿著光零纖傳爐輸一常定距逆離后段脈沖受寬度芽展寬令，嚴孤重時般前后練脈沖溉相互誘重疊線，難食以分蒜辨。有三單個參養(yǎng)數色任散系樣數、堆最大宮時延陷差、光半纖帶塑寬系花數可飯以分衛(wèi)別從祝不同春的角疼度來兼描述潔光纖握色散嫩的程昌度。16光纖洽色散雷的類捧型模式尖色散告：在蕉多模帳光纖策中，菊因同勁一波第長分刊量的建各種役傳導白模式旬的相胳位不語同、長群速敬度不炮同而振導致鄭光脈蟲沖展導寬的駱現象勢，稱寶為模獲式色進散（寨或模銷間色啄散）緊。材料呆色散厭：由獲光纖負材料蹦自身恐特性吼造成姑的。波導時色散身：由看光纖慮中的技光波籃導結筒構引湯起的斧。多模掘光纖粗主要速考慮語模式摩色散且，單駁模光驚纖主責要考緒慮材童料色拘散和閣波導忽色散搜。173.非線枕性效攔應非線但性效救應在佛波分披復用別信道拐間產枝生串毅話和刻功率標降低右代價腐，限憤制光怖纖通拋信的茅傳輸循容量攏和最菊大傳挪輸距華離，彩影響皇系統(tǒng)蠶的設拐計參房誠數。光纖邪中的炊非線窗性效帥應分聞為兩晉類非彈路性過斤程彈性哀過程185.拔2.伶4光纜分類方法光纜種類按用途長途光纜、短途中繼光纜、室內光纜、混合光纜按敷設方式直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜按傳輸模式單模光纜、多模光纜（階躍型、漸變型）按結構層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式按外護套結構無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝按光纜中有無金屬有金屬光纜、無金屬光纜按維護方式充油光纜、充氣光纜19幾種魚光纜感的結挪構205.夠3光纖紋通信極系統(tǒng)光纖嘉通信弦系統(tǒng)僚是以及光為錫載波炸，以毛光導講纖維常為傳物輸媒草介來框傳輸漆消息飼的通夫信系喊統(tǒng)。戶光纖矮通信喇系統(tǒng)作主要仿由電戰(zhàn)端機闖、光折端機廈、光頑中繼盆器和栗光纜栽組成獨。211.電發(fā)糧送端搜機把信拆源消學息轉漠換成模電數述字信腿號。222.光發(fā)挖送端衫機光源對的調畢制有攤直接艷調制盆或外急腔調日制兩致種方翻式：233.光端忌機的榮調制捆方式直接貍調制翁（強-直調射制）砍：利樓用電垃信號榜調制恐光波教的幅瘦度，韻驅動侮電路史輸出存“0”、“1”脈沖杠信號潤直接仍控制昌光源催的發(fā)巷光強幅度。子適用謝于低蝴速的攜半導繩體發(fā)揭光二添極管抓（LE茫D）。外腔慣調制暖（相掠干光偏調制嶼）：梯把激宮光送必入到條外腔撐調制田器，消然后鞏用電雅數字懇信號衰控制遙調制魂器，綠適用輛于高櫻速激悶光器延（LD）調籠制。掀外腔天調制護可選醋擇調肚制光喉波的黃頻率拒或相頭位。244.光中蓬繼器光-電-光中襲繼方與式正歉在被亦光放菜大器拋取代卵，例庭如，蜂摻鉺互光纖刃放大車器（ED理FA稀:投Er騎bi括um鑼-D會op槍ed省F物ib尼er岸A毛mp鼻li拋fi侍er）可谷以放譜大1.掀55m波長風附近燈的光艘信號匙，適增用于夠長途蠢越洋捎光通銹信系紹統(tǒng)。255.光接聾收端急機將光頁纖傳戰(zhàn)輸過小來的裙微弱鍵光信布號，緊經光皂檢測握器轉慢變?yōu)榧骐娦啪?，叢然后弟再經守放大再電路旋放大津到足勁夠的滿電平礙，送虎到電擦接收廈端機株去。電信號266.電接險收端拘機電接統(tǒng)收端骨機接愧收判特決器眾輸出罩的再臟生碼調元數亞據流紹，并炒還原嚷為信施宿可嫩接收駱的形堪式。275.漫4若光纖物通信眉新技親術超大號容量暑、超扎長距限離、交超高乞速傳遼輸一廚直光茂纖通范信新籮技術衣的發(fā)訊展目唯標。拓展灘光纖字可用冠“窗泥口”絡的波旗長范拘圍可坡以提遭高光史纖帶犁寬；降低君損耗麗系數()可以確增加宅光纖孫中繼遮距離栗；光波錢分復升用或霜光時夠分復琴用可魚以增迅大系什統(tǒng)容假量；相干螺光通短信和顛光孤兵子通猶信也襪是研欣發(fā)熱舟點。本節(jié)衫將對敞其中斃的一邀些內乎容進明行概舉要介去紹。285.塌4.睛1光波字分復批用與奧光時駕分復致用在不紙增加支線路種投資列的情癥況下劇，擴采大系執(zhí)統(tǒng)容春量光波損分復剖用（WD檢M）光時峰分復呼用（OT鋒DM）291.光波振分復趟用光波交分復污用：健利用直不同侄波長著的光派信號順作為瞧載波匹來傳任輸多暴路光猶信號菠。ZX極WM傳-3梁2光傳暢輸系井統(tǒng)雙置向傳屢輸示濟意圖OTM光終端OLA光線路OADM光分插OTM光終端三種飽機架光終圍端機甘架OT熱M光線往路放辯大機娛架（OL猾A）光分劍插復扒用（OA飼DM）機米架兩種構子架OT秘U子架OA子架1.光波趙分復庭用30312.光波文分復街用的虛類型根據虧光波宵分復刺用時符波長響間隔琴的大利小可貪以將私波分改復用匪系統(tǒng)贈分為裂三種嚴類型聚：密集含波分晶復用掛（DW柱DM）：疏波長惹間隔1~號10忘nm稀疏種波分睜復用咱（CW悟DM）：妙波長免間隔10此~1持00權nm光頻湖分復疾用（OF類DM）：蹈波長禿間隔<1涌nm（未免獲實戴用）323.光時雷分復盡用類似傍電脈將沖信腐號的偷時分見復用抽，光巴時分醉復用新是把合低速旱的光愁脈沖蘇信號絨復合悔在一沸起，智形成傅超高飼速光蠟脈沖悲信號蠶的一借種技桌術。近實現OT告DM的基磚本技鍵術主賊要包轎括超維短光圈脈沖抬（10般ps以下救）發(fā)衡生技淘術、逗全光籍時分什復用/去復宵用技納術、司超高敬速光聾定時唯提取咽技術的等。335.拔4.持2相干緊光通聯信本振貞光源浮的頻鼻率與食相位對與發(fā)票送光扯源要坡嚴格描匹配優(yōu)，否笨則會醒產生日中頻羨誤差視，導畢致判隱斷出省錯。345.瘦4.起3光孤申子通眉信光孤消子是辦一種棕能在懸光纖肚中傳策輸，煉并且雜長時傍間保褲持形努態(tài)、蜻幅度塊和速腳度不粥變的抵光脈暫沖。粗因為篩它很律窄，辭所以滋可使甘鄰近某光脈后沖間喜隔很水小而已不至步于發(fā)搖生重楊疊干返擾，焰從而容實現榜超長榜距離問、超杰大容膜量光鬼通信說。355.恥4.叢4光交育換技堅術光交沙換是啄指不下經過靈任何燙光/電轉誦換，暗把輸禁入端訴光信洪號直驚接交鳳換到負不同雅輸出渠端。采用裂光交解換技好術不雪但可丈以克糞服電泥子交謠換的啄容量越瓶頸謹問題取，實該現網協絡的這高速護率和柜協議旁透明袋性，搶而且譜可以疲提高殲網絡飛的重礙構靈難活性妖和生泉存性滔，大鼻量節(jié)榆省建艦網和夢網絡鼓升級士成本騙。361.光交看換系鬼統(tǒng)的其組成類似倘電交望換，悶但交殲換的魄是光析信號律。372.光交休換的獸基本膽功能霜器件—光開怪關把光窗開關螞組成氏陣列欺，構社成一