光纖通信基本知識(shí)

2024/12/15光纖通信(ɡuānɡxiāntōnɡxìn)基本知識(shí)第一頁(yè)，共36頁(yè)。一光纖通信(ɡuānɡxiāntōnɡxìn)光纖通信是以光波為載波，以光纖（光導(dǎo)纖維）為傳輸媒體，將信號(hào)從某一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)的通信方式。具有傳輸距離遠(yuǎn)（傳輸損耗?。⑼ㄐ湃萘?róngliàng)大（傳輸頻帶寬）、抗干擾性能好（不受電磁干擾）、保密性好（不產(chǎn)生光泄漏）、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。2SJTU第二頁(yè)，共36頁(yè)。二 光纖光纜(ɡuānɡlǎn)光纖是用石英玻璃、塑料(sùliào)或晶體等對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)范圍透明的材料制造的能傳輸光的纖維。由纖芯和包層組成，纖芯的折射率比包層的高。光纖的特征和性能：1.幾何和結(jié)構(gòu)參數(shù)：芯徑、外徑、數(shù)值孔徑、折射率分布等。2.光傳輸特性：工作波長(zhǎng)、傳輸損耗和帶寬、色散、偏振特性等。3.環(huán)境特性：高低溫特性、抗微彎和彎曲特性、抗輻射特性、抗疲勞特性、機(jī)械篩選強(qiáng)度等。3SJTU第三頁(yè)，共36頁(yè)。光纖的分類(lèi)(fēnlèi)按工作波長(zhǎng)：短波長(zhǎng)（850nm)長(zhǎng)波長(zhǎng)（1310nm、1550nm）按傳輸模式(móshì)：多模光纖和單模光纖按折射率分布：階躍（突變）型(SI)和梯度（漸變）型(GI)按材料：石英光纖、塑料光纖等幾種新型光纖：色散位移光纖（DSF）、非零色散光纖（NZDF）、色散平坦光纖（DFF）、色散補(bǔ)償光纖（DCF）等4SJTU第四頁(yè)，共36頁(yè)。光纜(ɡuānɡlǎn)含有光纖，符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用要求的光、機(jī)械和環(huán)境規(guī)范的纜。由光纖、加強(qiáng)(jiāqiáng)件和外護(hù)層等組成。光纜的分類(lèi)：按芯數(shù)分為單芯、雙芯、多芯按結(jié)構(gòu)分為層絞式、骨架式、帶狀等按敷設(shè)場(chǎng)合分為架空、直埋、管道、移動(dòng)、室內(nèi)、水下、海底等按用途分為通信用光纜和非通信用光纜5SJTU第五頁(yè)，共36頁(yè)。三 光器件(qìjiàn)（無(wú)源）光分路器/耦合器：1xN（樹(shù)型）、NxN（星型）波分復(fù)用器：合波器和分波器、濾波器光纖連接器：固定(gùdìng)、活動(dòng)（FC、ST、SC等）、適配器（直通）光開(kāi)關(guān)光衰減器：固定(gùdìng)、可變光隔離器：?jiǎn)畏较騻鬏敼獾钠骷O化器6SJTU第六頁(yè)，共36頁(yè)。有源光器件(qìjiàn)光源：發(fā)光(fāɡuānɡ)二極管（LED）激光二極管（LD）光電檢測(cè)器： PIN光電管、PIN-FET組件雪崩光電二極管（APD）光纖放大器（EDFA）調(diào)制器7SJTU第七頁(yè)，共36頁(yè)。四 光纖傳輸(chuánshū)系統(tǒng)第一代：0.85um多模光纖系統(tǒng)第二代：1.3um多模光纖系統(tǒng)第三代：1.3um單模光纖系統(tǒng)第四代：1.55um單模光纖系統(tǒng)三個(gè)過(guò)渡：短波長(zhǎng)~長(zhǎng)波長(zhǎng)多模光纖~單模光纖AlGaAs/GaAs~InGaAsP/InP三項(xiàng)新技術(shù):波分復(fù)用(WDM)相干(xiānggān)通信光電子集成(OEIC)8SJTU第八頁(yè)，共36頁(yè)。光纖傳輸(chuánshū)系統(tǒng)框圖電端機(jī)驅(qū)動(dòng)光源光檢測(cè)判決再生光源光檢測(cè)放大電端機(jī)發(fā)送光發(fā)送機(jī)光纖光纜(ɡuānɡlǎn)光中繼器光接收機(jī)接收光纖光纜(ɡuānɡlǎn)模擬通信：信噪比和諧波失真數(shù)字通信：誤碼率和相位抖動(dòng)9SJTU第九頁(yè)，共36頁(yè)。光纖通信(ɡuānɡxiāntōnɡxìn)系統(tǒng)的新技術(shù)延長(zhǎng)中繼距離的新技術(shù)(jìshù) 光放大器(EDFA) 外調(diào)制器(電光晶體LiNbO3) 色散補(bǔ)償(DCF、Bragg光纖光柵)提高通信容量的新技術(shù)(jìshù) 時(shí)分復(fù)用技術(shù)(jìshù)（TDM） 波分復(fù)用技術(shù)(jìshù)（WDM）10SJTU第十頁(yè)，共36頁(yè)。光波(guāngbō)分復(fù)用（WDM）在一根光纖中同時(shí)傳輸幾個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)(xìnhào)。復(fù)用器是將若干不同波長(zhǎng)的光信號(hào)(xìnhào)分開(kāi)或合并的器件，有熔錐型、棱鏡色散型、光柵色散型、干涉濾光型等。光纖復(fù)用器復(fù)用器11SJTU第十一頁(yè)，共36頁(yè)。光頻分復(fù)用(fùyònɡ)（OFDM）當(dāng)波分復(fù)用(fùyònɡ)的光載波間隔變窄到小于1nm時(shí)，就是光頻分復(fù)用(fùyònɡ)；而間隔大于1nm時(shí)，稱(chēng)為密集波分復(fù)用(fùyònɡ)（DWDM）12SJTU第十二頁(yè)，共36頁(yè)。副載波(zàibō)調(diào)制（SCM）SCM是一種采用兩級(jí)調(diào)制的頻分復(fù)用系統(tǒng)。第一次電調(diào)制，由多路信號(hào)分別對(duì)多個(gè)副載頻(zǎipín)進(jìn)行調(diào)制（AM/FM/PM）,然后，再將復(fù)合信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。13SJTU第十三頁(yè)，共36頁(yè)。相干光通信(tōngxìn)系統(tǒng)相干光通信系統(tǒng)又稱(chēng)為外差光纖通信系統(tǒng)。是一種采用單一頻率的相干光做光載波，利用(lìyòng)無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中的外差接收方式，再配合ASK\FSK\PSK等調(diào)制方式的新型光纖通信方式。主要優(yōu)點(diǎn)是光接收機(jī)靈敏度高，選擇性好；既可擴(kuò)大通信容量，又可增加再生中繼距離。14SJTU第十四頁(yè)，共36頁(yè)。光孤子(gūzǐ)（Soliton）通信在很強(qiáng)的光場(chǎng)作用下，光纖的各種特征參數(shù)隨光場(chǎng)強(qiáng)弱呈非線(xiàn)性變化。它使所傳的光脈沖變窄，正好補(bǔ)償(bǔcháng)了由于色散使脈沖展寬的影響。光孤子是一種特殊形狀的超短脈沖（幾個(gè)uus），它在光纖的傳輸過(guò)程中將不產(chǎn)生畸變，可實(shí)現(xiàn)高速、長(zhǎng)距離通信。15SJTU第十五頁(yè)，共36頁(yè)。光放大器為了進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，可以采用光/電/光轉(zhuǎn)換形式的光中繼器，也可以采用直接對(duì)光信號(hào)(xìnhào)進(jìn)行放大的光放大器。光放大器可分為半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖放大器（FA）。光纖放大器又可分為非線(xiàn)性光纖放大器（喇曼光纖放大器）和摻鉺光纖放大器（EDFA）16SJTU第十六頁(yè)，共36頁(yè)。摻鉺光纖放大器（EDFA）將稀土元素鉺（Er）注入到纖芯中，即是摻鉺光纖。它在泵浦光的作用下可直接對(duì)某一波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行放大，這就是摻鉺光纖放大器。EDFA的主要優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)是：1、工作波長(zhǎng)在1530~1560nm范圍；2、激勵(lì)的泵浦功率低（幾十mW）;3、增益高（40dB）,噪聲低（3~4dB）,輸出功率大（14~20dB）;4、連接損耗低（0.1dB）;17SJTU第十七頁(yè)，共36頁(yè)。EDFA的結(jié)構(gòu)(jiégòu)光耦合器光隔離器光隔離器光濾波器泵浦光源(guāngyuán)輸入(shūrù)光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖光耦合器光隔離器光隔離器光濾波器泵浦光源輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖同向泵浦結(jié)構(gòu)反向泵浦結(jié)構(gòu)雙向泵浦結(jié)構(gòu)（略）18SJTU第十八頁(yè)，共36頁(yè)。EDFA的應(yīng)用(yìngyòng)用作光接收機(jī)的前置放大器，可提高接收機(jī)靈敏度10~20dB;用作光發(fā)射機(jī)的功率放大器，增加入纖光功率，延長(zhǎng)(yáncháng)傳輸距離；用作光中繼器，可實(shí)現(xiàn)全光通信；19SJTU第十九頁(yè)，共36頁(yè)。五同步(tóngbù)數(shù)字系列（SDH）準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH---PlesiochronousDigitalHierarchy):只有地區(qū)性(北美,日本(rìběn),歐洲)的數(shù)字信號(hào)速率和幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的光接口規(guī)范;采用異步復(fù)接,復(fù)用結(jié)構(gòu)復(fù)雜,靈活性差;網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行,管理,維護(hù)(OAM)困難.同步數(shù)字系列（SDH---SynchronousDigitalHierarchy）SDH是由一些網(wǎng)絡(luò)單元(NE)組成的、在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)20SJTU第二十頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的特點(diǎn)(tèdiǎn)國(guó)際統(tǒng)一的數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)STM-N采用同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu),具有廣泛的適應(yīng)性豐富的開(kāi)銷(xiāo)比特,加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的OAM能力(nénglì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口采用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和控制,便于擴(kuò)展具有完全的后向兼容性和前向兼容性21SJTU第二十一頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的比特率等級(jí)(děngjí)速率（Mb/s）STM-1155.520STM-4622.080STM-162488.320STM-649953.28022SJTU第二十二頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的幀結(jié)構(gòu)(jiégòu)STM-1的幀結(jié)構(gòu)(jiégòu)125us9x270=2430個(gè)字節(jié)(zìjié)第1行23456789RSOHAUPTRMSOH9列261列凈荷（含POH）23SJTU第二十三頁(yè)，共36頁(yè)。SDH開(kāi)銷(xiāo)(kāixiāo)字節(jié)的分層分支分支------分支組裝分支取出POH插入POH提取通道層MSOHMSOH插入提取復(fù)用層RSOHRSOHRSOH插入提取/插入提取再生(zàishēng)層光接口光接口光接口物理層終端再生(zàishēng)器終端POHMSOHRSOHRSOH載波(zàibō)載波物理線(xiàn)路物理線(xiàn)路24SJTU第二十四頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的復(fù)用(fùyònɡ)結(jié)構(gòu)STM-NAUGAU4VC4C4xNx1x3x3TUG3x1TU3VC3AU3VC3x7C3x7TUG2TU2VC2C2x1x3TU12VC12C12x4TU11VC11C11指針(zhǐzhēn)調(diào)整加POH或SOH映射(yìngshè)定位復(fù)用25SJTU第二十五頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的復(fù)用(fùyònɡ)過(guò)程映射:把PDH的各種速率及ATM信元與SDH的容器進(jìn)行適配的過(guò)程(guòchéng)定位:用指針指示凈荷的第一個(gè)字節(jié)在幀內(nèi)的位置復(fù)用:按單字節(jié)間插方法，將N個(gè)TU變成TUG，N個(gè)AU復(fù)接成AUG，N個(gè)AUG復(fù)用進(jìn)STM-N的過(guò)程(guòchéng)26SJTU第二十六頁(yè)，共36頁(yè)。SDH傳送(chuánsònɡ)網(wǎng)的分層模型電路層網(wǎng)絡(luò)電路層VC-11VC-12VC-2VC-3低階通道層VC-3VC-4高階SDH傳送層復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)段層再生(zàishēng)段層網(wǎng)絡(luò)傳輸媒質(zhì)層物理層網(wǎng)絡(luò)27SJTU第二十七頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的承載(chéngzài)業(yè)務(wù)WDMSDHATMFRPPP/HDLCLAPSSDLIPTCP/UDPApplicationL5~7L4L3L2L1L0FR:FrameRelayPPP:PointtoPointProtocolLAPS:LinkAccessProcedure-SDHSDL:SimpleDataLink28SJTU第二十八頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的系統(tǒng)(xìtǒng)組成PTMSTRSTRSTMSTPT再生段再生段再生段復(fù)用段通道PT：通道終端，網(wǎng)絡(luò)單元為T(mén)M（終端復(fù)用器）MST：復(fù)用段終端，網(wǎng)絡(luò)單元為ADM（分插復(fù)用器）或DXC（數(shù)字交叉連接設(shè)備）RST：再生段終端，網(wǎng)絡(luò)單元為再生器29SJTU第二十九頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的光纜數(shù)字(shùzì)線(xiàn)路系統(tǒng)同步光纜數(shù)字線(xiàn)路系統(tǒng)是指連接兩個(gè)SDH設(shè)備(TM,DXC或ADM)的光纜鏈路.由線(xiàn)路終端(zhōnɡduān),光纜段和再生器(如果配置的話(huà))組成.分為局間鏈路和局內(nèi)鏈路兩類(lèi).局間鏈路又分為長(zhǎng)距離(再生段距離為40km以上)和短距離(再生段距離為15km左右).局內(nèi)鏈路可用光纖(傳輸距離不超過(guò)2km),也可用同軸電纜(傳輸距離不超過(guò)70m).30SJTU第三十頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的光接口(jiēkǒu)分類(lèi)局內(nèi)局間通信通信短距離長(zhǎng)距離光源標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)(bōcháng)(nm)13101310155013101550G.652G.654傳輸距離(km)~2~15~40~80STM-1I-1S-1.1S-1.2L-1.1L-1.2L-1.3STM等級(jí)STM-4I-4S-4.1S-4.2L-4.1L-4.2L-4.3STM-16I-16S-16.1S-16.2L-16.1L-16.2L-16.3應(yīng)用(yìngyòng)光纖類(lèi)型G.652G.653G.652:1310nm性能最佳的色散未移位單模光纖G.653:1550nm性能最佳的色散移位單模光纖G.654:1550nm損耗最小的單模光纖G.655:1550nm非零色散光纖31SJTU第三十一頁(yè)，共36頁(yè)。SDH的光接口(jiēkǒu)位置發(fā)送SR接收CtxCrx光纜(ɡuānɡlǎn)設(shè)施TX:發(fā)送機(jī)Ctx,Crx:活動(dòng)(huódòng