郭健明光纤通信课程结课论

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1、光 纤 通 信 课 程 结 课 论 文论文题目：光纤通信技术系统设计姓 名: 郭 健 明学 号: 201320130126班 级 1321301摘要1966 年 ， 美 籍 华 人 高 锟 (C.K.1cao)和 霍 克 哈 姆 (C.A.Hockham)发 表论 文 ， 预 见 了 低 损 耗 的 光 纤 能 够 用 于 通 信 ， 敲 开 了 光 纤 通 信 的 大 门 ， 引 起 了人 们 的 重 视 。 1970 年 ， 美 国 康 宁 公 司 首 次 研 制 成 功 损 耗 为 20dB/km 的 光纤 ， 与 此 同 时 GaAlAs-GaAs 双 异 质 结 半 导 体 激 光

2、器 实 现 了 室 温 下 连 续 运 转 ，光 纤 通 信 时 代 由 此 开 始 。 光 纤 通 信 系 统 的 传 输 容 量 从 1980 年 到 2000 年 增加 了 近 一 万 倍 传 输 速 度 在 过 去 的 10 年 中 大 约 提 高 了 100 倍 ， 光 纤 的 衰减 系 数 在 1550nm 的 最 小 值 已 经 做 到 0.16db/km， 接 近 理 论 极 限 值0.15db/km， 这 使 得 光 纤 能 够 广 泛 用 于 通 信 系 统 。 光 纤 通 信 是 以 很 高 频 率(1014Hz 数 量 级 )的 光 波 作 为 载 波 、 以 光 纤

3、作 为 传 输 介 质 的 通 信 。 随 着 光 纤 通信 技 术 的 不 断 进 步 ， 其 在 通 信 领 域 的 地 位 越 来 越 重 要 ， 逐 步 成 为 现 代 通 信 系统 中 不 可 或 缺 的 组 成 部 分 。1980 年，国际电报电话咨询委员会（CCITT，International Telegraph and Telephone Consultative Committee，现为 ITU-T）通过了 No.7 信令技术规程的黄皮书，并于 1984 年的红皮书、1988 年的蓝皮书和 1992 年的白皮书三次对其进行了修改和完善，现在，No.7 信令已经成为最适合在数

4、字通信网中使用的公共信道信令技术。分组交换原理与报文交换类似，但它规定了交换设备处理和传输的数据长度（称之为分组） 。它可将长报文分成若干个小分组进行传输，且不同站点的数据分组可以交织在同一线路上传输，提高了线路的利用率。可以固定分组的长度，系统可以采用高速缓存技术来暂存分组，提高了转发的速度。分组交换方式在 X.25 分组交换网和以太网中都是典型应用。在 X.25 分组交换网中分组长度为 131 字节，包括 128 字节的用户数据和 3 字节的控制信息；而在以太网中，分组长度为 1500 字节左右（较好的线路质量和较高的传输速率，分组的长度可以略有增加） 。关键词：光纤通信技术，计算机通信技

5、术，接口技术，RS-232引言光 纤 即为光导纤维的简称。光纤通信是以光 波 作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传 输 介 质 光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。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“有线”光

6、通信。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤通信具有以下特点： (1)通信容量大、传输距离远。(2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳。 (4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。 (6)无辐射,难于窃听, (7)光缆适应性强,寿命长。 (8)质地脆，机械强度差。 (9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。 (10)分路、耦合不灵活。 (11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（20cm） (12)有供电困难问题。 就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术

7、、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。1.光 纤 通 信 系 统1.1 光 纤 通 信 的 特 点光 纤 通 信 与 电 通 信 的 主 要 差 异 ： 一 是 以 很 高 频 率 的 光 波 作 为 载 波 传 输信 号 ； 二 是 用 光 导 纤 维 构 成 的 光 缆 作 为 传 输 线 路 。光 纤 通 信 之 所 以 能 够 飞 速 发 展 ， 是 由 于 它 具 有 以 下 的 突 出 优 点 所 决 定 ：（ 1） 传 输 频 带 宽 ， 通 信 容 量 大由 信 息 理 论 知 道 ， 载 波 频 率 越 高 通 信 容 量 越 大 ， 因 目 前 使

8、用 的 光 波 频率 比 微 波 频 率 高 104 105 倍 ， 所 以 通 信 容 量 约 可 增 加 104 105 倍 。(2） 损 耗 低 ， 中 继 距 离 远目 前 使 用 的 光 纤 均 为 SiO2（ 石 英 ） 光 纤 ， 要 减 少 光 纤 损 耗 ， 主 要 是 靠提 高 玻 璃 纤 维 的 纯 度 来 达 到 。 由 于 目 前 制 成 的 SiO2 玻 璃 介 质 的 纯 度 极 高 ，所 以 光 纤 的 损 耗 极 低 ， 在 光 波 长 =1.55m 附 近 ， 损 耗 有 最 低 点 ， 为 0.2 dB/km， 已 接 近 理 论 极 限 值 。由 于 光

9、 纤 的 损 耗 低 ， 因 此 中 继 距 离 可 以 很 长 ， 在 通 信 线 路 中 可 以 减 少中 继 站 的 数 量 ， 降 低 成 本 并 且 提 高 了 通 信 质 量 。 例 如 ， 对 于 400Mbit/s速 率 的 信 号 ， 光 纤 通 信 系 统 无 中 继 传 输 距 离 达 到 70km 以 上 ， 而 同 样 速 率的 同 轴 电 缆 通 信 系 统 ， 无 中 继 距 离 仅 为 几 千 米 （ 中 同 轴 电 缆 为 4.5km， 小同 轴 电 缆 为 2km）图 -2.1.1 光 纤 的 损 耗 特 性 曲 线 损 耗 谱(3)抗 电 磁 干 扰 能

10、力 强光 纤 原 材 料 是 由 石 英 制 成 的 绝 缘 体 材 料 ， 只 传 光 ， 不 导 电 ， 不 受 电 磁 场的 作 用 ， 不 易 被 腐 蚀 ， 而 且 绝 缘 性 好 。 因 此 光 纤 的 一 个 重 要 特 性 是 光 波 导 对电 磁 干 扰 的 免 疫 力 ， 它 不 受 自 然 界 的 雷 电 、 电 离 层 的 变 化 和 太 阳 黑 子 活 动 的干 扰 ， 也 不 受 人 为 的 电 磁 干 扰 ， 还 可 用 它 与 高 压 输 电 线 平 行 架 设 或 与 电 力 导体 复 合 构 成 复 合 光 缆 。 这 一 点 对 于 强 电 领 域 (如

11、电 力 传 输 线 路 和 电 气 化 铁道 )的 通 信 系 统 特 别 有 利 。 由 于 能 免 除 电 磁 脉 冲 效 应 ， 光 纤 传 输 系 还 特 别 适合 于 军 事 应 用(4)无 串 音 干 扰 ， 保 密 性 好在 电 波 传 输 的 过 程 中 ， 电 磁 波 的 泄 漏 会 造 成 各 传 输 通 道 的 串 扰 ， 而 容 易被 窃 听 ， 保 密 性 差 。 光 波 在 光 纤 中 传 输 ， 因 为 光 信 号 被 完 善 地 限 制 在 光 波 导结 构 中 ， 而 任 何 泄 漏 的 射 线 都 被 环 绕 光 纤 的 不 透 明 包 皮 所 吸 收 ，

12、即 使 在 转 弯处 ， 漏 出 的 光 波 也 十 分 微 弱 ， 即 使 光 缆 内 光 纤 总 数 很 多 ， 相 邻 信 道 也 不 会 出现 串 音 干 扰 ， 同 时 在 光 缆 外 面 ， 也 无 法 窃 听 到 光 纤 中 传 输 的 信 息 。(5)工 作 性 能 可 靠一 个 系 统 的 可 靠 性 与 组 成 该 系 统 的 设 备 数 量 有 关 。 设 备 越 多 ， 发 生 故 障的 机 会 越 大 。 因 为 光 纤 系 统 不 像 电 缆 系 统 那 样 需 要 几 十 个 放 大 器 ， 包 含 的 设备 数 量 较 少 ， 可 靠 性 自 然 也 就 高 ，

13、 加 上 光 纤 设 备 的 寿 命 都 很 长 ， 无 故 障 工 作时 间 达 50 万 75 万 小 时 ， 其 中 寿 命 最 短 的 是 光 发 射 机 中 的 激 光 器 ， 最 低 寿命 也 在 10 万 小 时 以 上 。 所 以 光 纤 通 信 系 统 的 工 作 性 能 是 非 常 可 靠 的 。除 以 上 特 点 之 外 ， 光 纤 还 具 有 径 细 、 重 量 轻 、 柔 软 、 易 于 铺 设 ； 光 纤 的原 材 料 资 源 丰 富 ， 成 本 低 ； 温 度 稳 定 性 好 、 寿 命 长 等 优 点 。 所 以 光 纤 通 信 系统 不 仅 可 以 应 用 在

14、 通 信 的 主 干 线 路 中 ， 还 可 以 应 用 在 电 力 通 信 控 制 系 统 中 ，进 行 工 业 监 测 、 控 制 ， 而 且 在 军 事 领 域 的 用 途 也 越 来 越 为 广 泛 。1.2 光 纤 通 信 系 统 的 原 理所 谓 光 纤 通 信 ， 就 是 在 发 送 端 首 先 要 把 传 送 的 信 息 (如 语 音 )变 成 电 信号 ， 然 后 经 调 制 器 调 制 到 激 光 器 发 出 的 激 光 束 上 ， 使 光 的 强 度 随 着 电 信 号 的幅 度 或 频 率 的 变 化 而 变 化 ， 并 通 过 光 纤 传 送 出 去 ； 在 接 收

15、端 ， 检 测 器 收 到 光信 号 后 把 它 变 换 成 电 信 号 ， 经 解 调 器 解 调 后 恢 复 原 信 息 。 然 而 ， 由 于 目 前 技术 水 平 所 限 ， 对 光 波 进 行 频 率 调 制 与 相 位 调 制 等 仍 局 限 在 实 验 室 内 ， 尚 未 达到 实 用 化 水 平 ， 因 此 目 前 大 都 采 用 强 度 调 制 与 直 接 检 波 方 式 。 又 因 为 目 前 的光 源 器 件 与 光 接 收 器 件 的 非 线 性 比 较 严 重 ， 所 以 对 光 器 件 的 线 性 度 要 求 比 较低 的 数 字 光 纤 通 信 在 光 纤 通 信

16、 中 占 据 主 要 位 置 。基 本 的 光 纤 通 信 系 统 是 由 数 据 源 、 光 发 送 端 、 光 学 信 道 和 光 接 收 机 组 成 。数 据 可 以 是 数 字 ， 声 音 ， 图 像 等 各 种 信 号 的 数 字 化 。 光 发 送 机 和 调 制 器 则 负责 将 信 号 转 变 成 适 合 于 在 光 纤 上 传 输 的 光 信 号 ， 先 后 用 过 的 光 波 窗 口 有0.85、 1.31 和 1.55 光 学 信 道 包 括 最 基 本 的 光 纤 ， 还 有 中 继 放 大 器 EDFA等 ： 而 光 学 接 收 机 则 接 收 光 信 号 ， 并 从 中 提 取 信 息 ， 然 后 转 变 成 电 信 号 ， 最后 得 到 对 应 的 话 音 、 图 像 、 数 据 等 信 息 。1.3 光 纤 通 信 的 基 本 组 成 光 纤 通 信 系 统 的 基 本 组 成 框 图 如 图 -2.3.1 所 示图 -2.3.1 光 纤