通信原理與通信技術(shù)3版第17章

1第17章光纖通信技術(shù)217.1光纖通信概述第17章光纖通信技術(shù)主要內(nèi)容17.2光纖通信原理17.3光纖通信系統(tǒng)的組成17.4幾種光纖通信技術(shù)17.5光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)317.1光纖通信概述光通信 利用光信號(hào)進(jìn)行的信息傳輸過(guò)程或方式。光纖 光導(dǎo)纖維。光纖通信 光纖通信就是以光波為載波，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的信息傳輸過(guò)程或方式。第17章光纖通信技術(shù)4光纖通信與電通信的主要區(qū)別（1）以很高頻率的光波作為載波傳輸信號(hào)；（2）用光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜作為傳輸介質(zhì)。因此，在光纖通信中起主導(dǎo)作用的是產(chǎn)生光波的激光器和傳輸光波的光導(dǎo)纖維。第17章光纖通信技術(shù)5光纖通信使用的波長(zhǎng)（1）光是一種電磁波，通常將紅外線、可見(jiàn)光、紫外線都?xì)w入光波范圍。（2）可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是0.39～0.76（3）大于0.76部分是紅外光，小于0.39部分是紫外光。光纖通信使用的波長(zhǎng)范圍在近紅外區(qū)內(nèi)，工作波長(zhǎng)主要為短波波段的0.85，長(zhǎng)波波段的1.31和1.55第17章光纖通信技術(shù)6光纖通信的特點(diǎn)（1）傳輸頻帶寬，通信容量大；（2）損耗低、中繼距離遠(yuǎn)；（3）抗干擾能力強(qiáng)，保密性好；（4）重量輕，體積??；（5）資源豐富，成本低；第17章光纖通信技術(shù)717.2光纖通信原理光纖通信原理要實(shí)現(xiàn)光纖通信，首先必須在發(fā)信端對(duì)光波進(jìn)行電信號(hào)調(diào)制，然后在光纖中傳輸光信號(hào)，最后在收信端將光信號(hào)解調(diào)為電信號(hào)，從而完成光纖通信過(guò)程。根據(jù)調(diào)制與光源的關(guān)系，光調(diào)制可分為直接調(diào)制和間接調(diào)制兩大類。第17章光纖通信技術(shù)8

直接調(diào)制方法僅適用于半導(dǎo)體光源（激光LD和發(fā)光二極管LED）把要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入LD或LED，從而獲得相應(yīng)的光信號(hào)。直接調(diào)制后的光波電場(chǎng)振幅的平方正比于調(diào)制信號(hào)，是一種光強(qiáng)度調(diào)制（IM）的方法。第17章光纖通信技術(shù)9間接調(diào)制方法利用晶體的電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光輻射的調(diào)制既適應(yīng)于半導(dǎo)體激光器，也適應(yīng)于其他類型的激光器。最常用的是外調(diào)制的方法，即在激光形成以后加載調(diào)制信號(hào)。具體方法是在激光器諧振腔外的光路上放置調(diào)制器，在調(diào)制器上加調(diào)制電壓，使調(diào)制器的某些物理特性發(fā)生相應(yīng)的變化，當(dāng)激光通過(guò)它時(shí)得到調(diào)制。第17章光纖通信技術(shù)1017.3光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成一個(gè)基本光纖通信系統(tǒng)必須包括信源端的光發(fā)射機(jī)（光調(diào)制設(shè)備）、信宿端的光接收機(jī)（光解調(diào)設(shè)備）和連接他們的光纖介質(zhì)。第17章光纖通信技術(shù)11光纖通信系統(tǒng)可歸結(jié)為“電－光－電”的簡(jiǎn)單模型，即需要傳輸?shù)男盘?hào)必須先變成電信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成光信號(hào)在光纖內(nèi)傳輸，對(duì)端又將光信號(hào)變成電信號(hào)。整個(gè)過(guò)程中，光纖部分只起傳輸作用，對(duì)于信號(hào)的生成和處理，仍由電系統(tǒng)來(lái)完成。光纖通信系統(tǒng)分類：模擬通信和數(shù)字通信模擬光通信中的光信號(hào)強(qiáng)度隨電信號(hào)的變化而線性變化，通俗地講，就是光線有“明”“暗”之分。數(shù)字光通信中的光信號(hào)與數(shù)字電信號(hào)相似，只有兩種狀態(tài)：“亮”和“滅”。第17章光纖通信技術(shù)12數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般指以傳送數(shù)字話音為主的光纖通信系統(tǒng)，主要由PCM終端設(shè)備、數(shù)字復(fù)用設(shè)備、光端機(jī)、光纖和光中繼設(shè)備組成。第17章光纖通信技術(shù)13

光端機(jī)由于光纖通信系統(tǒng)一般都是雙向的，所以將光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)做在一起并稱為光端機(jī)。第17章光纖通信技術(shù)14光發(fā)射機(jī)將電信號(hào)變成光信號(hào)，然后送人光纖中傳輸出去。主要由光源、光源驅(qū)動(dòng)與調(diào)制以及信道編碼電路三部分組成。第17章光纖通信技術(shù)15光接收機(jī)接收經(jīng)光纖傳輸衰減后的十分微弱的光信號(hào)，從中檢測(cè)出傳送的信息，放大到足夠大后，供終端處理使用。包括光電檢測(cè)器、光信號(hào)接收電路和信道解碼電路。第17章光纖通信技術(shù)16光中繼器為了延長(zhǎng)通信距離，需在光波信號(hào)傳輸過(guò)一定距離以后，加一個(gè)光中繼器，以放大信號(hào)，補(bǔ)償光能的衰減，恢復(fù)波形。

光中繼器主要由光接收設(shè)備和光發(fā)送設(shè)備組成。此外，必須有電源、公務(wù)、告警、監(jiān)控等設(shè)備。有的光中繼器還有區(qū)間通信接口，以提供一定的區(qū)間通信能力。第17章光纖通信技術(shù)17監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)光纖通信進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)的內(nèi)容（1）誤碼率是否滿足指標(biāo)要求；（2）各個(gè)中繼器是否有故障；（3）接收光功率是否滿足指標(biāo)要求；（4）光源的壽命；（5）電源是否有故障；（6）環(huán)境的溫度、濕度是否在要求的范圍內(nèi)，包括火災(zāi)告警等。。第17章光纖通信技術(shù)18控制的內(nèi)容（1）自動(dòng)對(duì)通信線路的傳輸質(zhì)量和各個(gè)組成設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)光纖通信系統(tǒng)中的主用系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)即由主控站發(fā)出自動(dòng)倒換指令，遙控裝置就將備用系統(tǒng)接入，將主用系統(tǒng)退出工作。當(dāng)經(jīng)過(guò)維護(hù)值守人員維修主用系統(tǒng)恢復(fù)正常后，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)再發(fā)出指令，將系統(tǒng)從備用倒換回主用系統(tǒng)。（2）當(dāng)市電中斷后，監(jiān)控系統(tǒng)還要發(fā)出啟動(dòng)油機(jī)發(fā)電的指令。當(dāng)中繼站溫度過(guò)高，則發(fā)出啟動(dòng)風(fēng)扇或空調(diào)的指令。還可根據(jù)需要設(shè)置其他控制內(nèi)容。第17章光纖通信技術(shù)1917.4幾種光纖通信技術(shù)相干光通信技術(shù)采用單一頻率的相干光作為光源（載波），利用無(wú)線電技術(shù)中的外差接收方式，再配以幅移鍵控ASK，頻移鍵控FSK，相移鍵控PSK等調(diào)制方式的一種新型的光纖通信方式，稱為外差光纖通信系統(tǒng)，又稱為相干光通信系統(tǒng)。相干光通信，像傳統(tǒng)的無(wú)線電和微波通信一樣，在發(fā)射端對(duì)光載波進(jìn)行幅度、頻率或相位調(diào)制，在接收端，則采用外差檢測(cè)，這種檢測(cè)技術(shù)稱為相干檢測(cè)。與原IM－DD方式相比，主要差別是光接收機(jī)中增加了外差接收需要的本機(jī)振蕩光源和光混頻器。第17章光纖通信技術(shù)20

把具有不同波長(zhǎng)的幾個(gè)或幾十個(gè)光通路信號(hào)復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送的方式或過(guò)程。由于光纖具有很寬的帶寬，因此可在一根光纖中傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波，這就是波分復(fù)用，它類似于電通信中的頻分復(fù)用。采用這種技術(shù)可以擴(kuò)大光纖通信的容量，實(shí)現(xiàn)大容量的光纖通信。光波分復(fù)用技術(shù)第17章光纖通信技術(shù)21第17章光纖通信技術(shù)22全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指用戶與用戶之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，它包括光傳輸、光放大、光再生、光交換、光存儲(chǔ)、光信息處理、光信號(hào)多路復(fù)用/分插、進(jìn)網(wǎng)/出網(wǎng)等許多先進(jìn)的全光技術(shù)。全光網(wǎng)絡(luò)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，實(shí)現(xiàn)透明、具有高度生存性的全光通信網(wǎng)是寬帶通信網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)。從發(fā)展趨勢(shì)看，形成一個(gè)真正的以WDM技術(shù)及光交換技術(shù)為基礎(chǔ)的光網(wǎng)絡(luò)層，建立純粹的“全光網(wǎng)絡(luò)”，消除光/電轉(zhuǎn)換的瓶頸已成為光通信發(fā)展的必然趨勢(shì)。第17章光纖通信技術(shù)23為了讓大家對(duì)光纖及全光網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)更深刻的認(rèn)識(shí)，圖17-6給出了幾種光纖連接器。第17章光纖通信技術(shù)2417.5光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)光纖通信技術(shù)會(huì)朝以下幾個(gè)方向發(fā)展：1．向超高速系統(tǒng)的發(fā)展。2．向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn)。3．實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)——戰(zhàn)略大方向。4