光纤通信基础知识.pptx

光纤通信概念光纤通信概念光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的输媒介的“有线有线”光通信光通信.光纤通信是利用光波作光纤通信是利用光波作载波载波，以光纤作为，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式.光纤通信中的光波主要光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光是激光，所以又叫做激光-光纤通信光纤通信.光纤通信，是指将要传送的语音、光纤通信，是指将要传送的语音、图像和数据信号等调制在光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式图像和数据信号等调制在光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式 光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音如话音)变成电信变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和码和“1”码，码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由字基带信号，由PCM电端机产生。电端机产生。数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息（如话音）进行模电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调制数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件发送机中的光源器件LD，则，则LD 就会发出携带信息的光波。即当数字信就会发出携带信息的光波。即当数字信号为号为“1”时，光源器件发送一个时，光源器件发送一个“传号传号”光脉冲；当数字信号为光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个时，光源器件发送一个“空号空号”（不发光）。光波经低衰耗光纤传输后（不发光）。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数端机，而电端机再进行数/模转换，恢复成原来的信息。模转换，恢复成原来的信息。光载波光载波光载波级，全称光载波级，全称Optical Carrier levels，即，即OCx 载波是指被调制以传输信号的波形，载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。一般要求正弦载波的一般为正弦波。一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。会发生混叠，使传输信号失真。同步光学同步光学网络网络(SONET)中包括一系列中包括一系列的信号速率，不同的信号速率在光纤的信号速率，不同的信号速率在光纤中传输数据信号的速度不同。基本的中传输数据信号的速度不同。基本的传输速率传输速率(OC-1)是是51.84 Mbps。基。基本传输速率乘以固定倍数的结果如下本传输速率乘以固定倍数的结果如下表所示表所示(OC-n代表代表n倍的基本传输速倍的基本传输速率率)。光载波级光载波级数据传输速率数据传输速率OC-151.84 MbpsOC-3155.52 MbpsOC-12622.08 MbpsOC-241.244 GbpsOC-482.488 GbpsOC-19210 GbpsOC-25613.271 GbpsOC-76840 Gbps数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标1.传输速率：单位时间内所传递的二进制代码的有效位数传输速率：单位时间内所传递的二进制代码的有效位数(1)对称比特率，单位为对称比特率，单位为bps或或b/s(2)公式：公式：S=(1/T)log2n T信号脉冲重复周期信号脉冲重复周期 n一个脉冲信号代表的有效状态数，是一个脉冲信号代表的有效状态数，是2的整数位。二进制的整数位。二进制n=2 log2n单位脉冲能表示的比特数单位脉冲能表示的比特数2.波特率波特率(B)：对称调制速率，波形速率，码元速率对称调制速率，波形速率，码元速率（1）对于模拟信号传输过程：波特率指）对于模拟信号传输过程：波特率指“调制解调器调制解调器”上输出上输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的次数；的调制信号每秒钟载波调制状态改变的次数；对于数字信号传输过程；波特率指线路上没秒钟传送的波对于数字信号传输过程；波特率指线路上没秒钟传送的波形个数形个数（2）公式：）公式：B=1/T（3）与传输速率的关系：）与传输速率的关系：S=Blog2n误码率：指接收码元中错误码元数占传输总码元数的比例误码率：指接收码元中错误码元数占传输总码元数的比例 Pe=接收码元中错误码元数接收码元中错误码元数/传输的总码元数传输的总码元数调制和解调调制和解调信道容量：表征一个信道传输数据的能力信道容量：表征一个信道传输数据的能力（1）信道容量的计算：）信道容量的计算：无噪声：无噪声：C=2Hlog2N H信道带宽信道带宽 N一个脉冲信号代表的有效状态数一个脉冲信号代表的有效状态数 有噪声：有噪声：C=Hlog2(1+S)/N H信道带宽信道带宽 S信号的功率信号的功率 N躁声功率躁声功率（2）单位：）单位：bps(1)调制：由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为调制：由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为“调调制制”(2)解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为“解解调调”光纤传感技术介绍光纤传感技术介绍光波强度调制技术光波强度调制技术直接调制和间接调制直接调制和间接调制用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。的。把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。目前有多种调制器可供选把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。目前有多种调制器可供选择，最常用的是电光调制器。这种调制器是利用电信号改变电光晶体的折射率，使通过调制器的光参择，最常用的是电光调制器。这种调制器是利用电信号改变电光晶体的折射率，使通过调制器的光参数随电信号变化而实现调制的。数随电信号变化而实现调制的。光纤相位调制技术光纤相位调制技术相位调制的光纤传感器是以被测量引起敏感光纤内传播的光波发生相位变化，再用干涉测相位调制的光纤传感器是以被测量引起敏感光纤内传播的光波发生相位变化，再用干涉测量技术把相位变化变换为光强度变化，从而检测出被测量的大小。量技术把相位变化变换为光强度变化，从而检测出被测量的大小。发送和接收模块介绍发送和接收模块介绍发送模块主要是发送电信号调制部分和激光器光源部分。电调制部分主要去掉直发送模块主要是发送电信号调制部分和激光器光源部分。电调制部分主要去掉直 流成分，流成分，用交流信号部分驱动激光器发光。激光器部分主要是光源器件，产生特定波长的光信号。用交流信号部分驱动激光器发光。激光器部分主要是光源器件，产生特定波长的光信号。发光器件主要有三大类：发光管发光器件主要有三大类：发光管LED、FP激光器、激光器、DFB激光器激光器FP激光器主要用于低速率短距离传输，比如现在流行的激光器主要用于低速率短距离传输，比如现在流行的FTTH，传输距离一般在，传输距离一般在20公里公里以内，速率一般在以内，速率一般在1.25G以内，所以以内，所以FP的已经够用，的已经够用，FP的分两种波长，的分两种波长，1310nm/1550nm，1310nm用于终端用户用于上传数据，用于终端用户用于上传数据，1550nm用于机房（节点）用于机房（节点）,用于下行。用于下行。DFB一般也用一般也用2中波长中波长1310nm、1550nm，分为制冷和无制冷两种，主要，分为制冷和无制冷两种，主要用于高速中长距离传输，传输距离一般在用于高速中长距离传输，传输距离一般在40公里以上，速率在公里以上，速率在1.25G以上。用于超长距以上。用于超长距离离(干线干线)一般用一般用CWDM/DWDM激光器，波长就不仅限于激光器，波长就不仅限于1310/1550nm，分为很多个，分为很多个传输波段，根据客户应用而定。传输波段，根据客户应用而定。多路复用技术多路复用技术CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用带宽复用fFDM适用于模拟信号传输适用于模拟信号传输 常用的多路复用技术常用的多路复用技术:频分多路复用技术频分多路复用技术;时分多路复用技术时分多路复用技术:同步时分同步时分,异步时分异步时分.所谓的多路复用技术所谓的多路复用技术:是指将多路信号在单一的传输线路上同时传输是指将多路信号在单一的传输线路上同时传输 1.1.频分多路复用频分多路复用(FDM):FDM):在物理信道能提供比单个原始信号宽的多的带宽情况下在物理信道能提供比单个原始信号宽的多的带宽情况下,把把物理信道的总带宽划分成若干个与单个信号带宽相同物理信道的总带宽划分成若干个与单个信号带宽相同(一般略宽一般略宽,以防相邻频带的串以防相邻频带的串扰扰)的频带的频带(段段),),用每个频段来传输一路信号用每个频段来传输一路信号.典型应用典型应用:无线广播无线广播,无线无线(有线有线)电视电视.时分多路复用时分多路复用-TDMA2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据复用后数据时隙时隙1234D3D2D1TDM适用于数字信号适用于数字信号传输传输 时间片时间片时分多路复用时分多路复用(TDM):TDM):是以信道传输时间作为分割对象是以信道传输时间作为分割对象,通过为多个信道分配互不重叠通过为多个信道分配互不重叠的时间片来实现多路复用的时间片来实现多路复用.同步时分复用同步时分复用:将一条共享传输线路上的时隙按固定将一条共享传输线路上的时隙按固定,预先决定好的形式分配给设预先决定好的形式分配给设备备.异步时分复用异步时分复用-ATM(2)异步时分复用：将一条共享传输路线上的时隙动态，按需分配给设备的一种时分复用技术。ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C2B2周期周期1周期周期2异步异步TDM可用带宽A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM带宽浪费ATM是一项数据传输技术。是一项数据传输技术。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。ATM的传送单元是固定长度的传送单元是固定长度53byte的的CELL（信元）（信元）ATM适配层（适配层（AAL）是把一特定的数据源转换成）是把一特定的数据源转换成ATM通讯量的特定类型的服务，也就是说通讯量的特定类型的服务，也就是说它它 处理建立用户所要求的服务质量的机制。有四个被定义的类：处理建立用户所要求的服务质量的机制。有四个被定义的类：A 级级-固定比特率固定比特率(CBR)业务业务:ATM适配层适配层1(AAL1),支持面向连接的业务支持面向连接的业务,其比特率固其比特率固定定,常见业务为常见业务为64Kbit/s话音业务话音业务,固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电路。路。B 级级-可变比特率可变比特率(VBR)业务业务:ATM适配层适配层2(AAL2)。支持面向连接的。支持面向连接的 业务业务,其其 比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信 和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性,其原因是其原因是 接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。C 级级-面向连接的数据服务面向连接的数据服务:AAL3/4。该业务为面向连接的业务。该业务为面向连接的业务,适适 用于文件传递和数据网业务用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传送以前建立其连接是在数据被传送以前建立 的。它是可变比特率的的。它是可变比特率的,但是没是介面传递延迟。但是没是介面传递延迟。D 级级-无连接数据业务无连接数据业务:常见业务为数据报业务和数据网业务。常见业务为数据报业务和数据网业务。在在 传递数据前传递数据前,其连接不会建立。其连接不会建立。AAL3/4或或AAL5均支持此业务。均支持此业务。3RThanks You