《通信工程学科导论》ppt课件

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1、第6章 光纤通信,本章内容 l 光纤通信概述 l 光纤与光缆 l 光纤通信系统,光纤通信,指利用光导纤维(简称光纤)传输光波信号的一种通信方式。 电磁波：长波、中波、微波、红外线、可见光、紫外线。 使用光(激光器)信号，使用光缆作为传输介质。,波长是 0.81.8m,衰减的单位,dB(分贝)：描述功率相对比值的单位 dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout：输出功率；Pin：输入功率 dBm(分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位 dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 1mw=0 dBm 20mw=13 dBm 40mw=16 dBm,6.1 光纤通信概述,发

2、展史 光电话：1880年贝尔(通信距离213m) 光源：激光器 梅曼(1960) 美国贝尔公司(1970) 半导体激光器 传光介质：光纤 高锟(1966) 美国康宁公司(1970) 低损耗光纤 工作波长 0.85m、1.31m和1.55m,光纤通信特点,通信容量大 光载波频率在10141015Hz 传输距离长 20dB/km，即可实现通信 目前损耗0.2dB/km 抗电磁干扰 体积小、重量轻 机械强度低,商用的光纤通信系统,1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。 两根(直径0.1mm左右)光纤，同时开通8000路电话！ 到1990年，光纤系统发展了几代(通信业务40

3、%) 由多模光纤(70年代)过渡到单模光纤(80年代) 由短波长(0.85m)过渡到长波长(1.31m) 信息传输的容量和速率大大提高。 90年代：传输速率10000Mbit/s，同时开通 1250000 路电话。,6.2 光纤与光缆,1.光纤的结构 石英玻璃、塑料或晶体 纤芯(折射率大)和包层 全反射,光纤直径,纤芯(Core),62.5,5 mm,125,m,m,包层(Clad),Core,8,m,m,125,m,m,Clad,85m,多模,单模,人的头发,光纤的分类,按工作波长： 短波长(850nm)和长波长(1310nm、1550nm) 按传输模式： 多模光纤和单模光纤 按折射率分布：

4、 阶跃(突变)型(SI)、渐变(梯度)型(GI)和W型 按材料： 石英光纤、塑料光纤等 几种新型光纤： 色散位移光纤(DSF)、非零色散光纤(NZDF)、色散平坦光纤(DFF)、色散补偿光纤(DCF)等,ITU-T建议的光纤分类,G.651光纤：计算机局域网或接入网 G.652光纤：应用最广的单模光纤 G.653光纤：较少采用 G.654光纤：弯曲性能好 G.655光纤：适用于高速、大容量、高密集波分复用系统,2.光缆,按芯数分为单芯、双芯、多芯 按结构分为层绞式、骨架式、带状等 按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等 按用途分为通信用光缆和非通信用光缆,加强 元件,3.光传

5、播的基本知识,n1,n2,n1 n2,n1,n2,临界角,900,临界角,n1,n2,全反射,入射角=反射角,1,2,产生全反射的条件：n1n2 90临界角,光纤的传光原理(全反射),阶越型光纤性能参数,相对折射指数差： 数值孔径(NA)：,4.多模光纤,62.5/125 m 的光纤在保安行业中应用最普遍 典型距离达5英里 用于： CCTV 门禁控制系统 内部通讯,5.单模光纤,无限带宽 810 m 典型距离超过5英里 用于： 长途电信 长途电视监控及多路切换 共用天线电视系统,单模光纤和多模光纤比较,光纤的主要损耗,损耗 吸收损耗：OH-和金属离子 散射损耗： 其他损耗：光纤连接、弯曲,光损

6、耗与波长,光损耗单位： dB/km 与波长有关 单模损耗小 波长又称为窗口 波谱的红外部分起作用,光纤损耗主要存在的地方,光纤本身：与长度和类型有关 1310 nm：0.35 0.5 dB/Km 1550 nm：0.2 0.3dB/Km 850 nm：2.3 3.4 dB/Km 光纤连接点：0.2dB/点2Km 设备处：3dB,光纤的衰减,光纤色散(Dispersion),光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。 模间色散 材料色散 波导色散,散射,由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。,6.3 光纤通信系统,发送单元：把

7、电信号转换成光信号 传输单元：载送光信号的介质 接收单元：接收光信号并转换成电信号 连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤,器件,有源光器件 光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。 无源光器件 光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。,1.激光器(光发送机),半导体激光器和发光二极管 半导体激光器 阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率,2.常用连接器类型,SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack,常用连接器类型,FC Type,SC Type,SC2 Type,FDD Type,3.光纤熔接机,4.光电检测器(光接收机),PI

8、N和APD 响应时间 暗电流,光纤系统方框图,信号,光发 射机,光源,中继器,检测器,光接 收机,信号,E/O转换,光纤,O/E转换,发送单元,传输单元,接收单元,连接器件,光中继器,作用：放大衰减了的光信号 光-电-光转换,半导体光放大器,光纤通信码型要求,必须是二电平码！ 信号自带定时信息 提供一定的冗余传输,光通信技术发展,延长中继距离 光放大器(EDFA) 外调制器(电光晶体LiNbO3) 色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅) 提高通信容量 时分复用技术(TDM) 波分复用技术(WDM) 光频分复用(OFDM)：载波间隔1nm,波分复用,光发射机1,光发射机2,光发射机N,合 波 器

9、,光发射机1,光发射机2,光发射机N,光功率 放大 （BA）,光线路放大 （OA）,光线路放大 （OA）,分 波 器,光前置放大 （PA）,1,2,N,1,2,N,1,2,N,发送端,接收端,量子超光速通信,相对论和量子理论之间的矛盾 幽灵式的超距作用，粒子间的心灵感应。 只有思维比光更快 1994年，人脑之间存在量子超光速影响！,本章内容 l微波通信 l卫星通信,第7章 微波通信和卫星通信,1微波通信频段划分,微波通信是把微波信号作为载波信号，用被传输的模拟信号或数字信号来调制它，故微波通信是模拟传输。,微波波段300MHz300GHz,2微波中继通信,沿地球表面直线传播，一般只有50km左

10、右。但若采用100m高的天线塔，则距离可增大到l00km。,短波电离层反射,离地面60600 km的大气层为电离层。当频率范围为330 MHz 的短波射入电离层时，由于折射现象会使电波发生反射，返回地面。,3微波通信的特点,通信频段的频带宽，传输信息容量大 通信稳定、可靠 接力 通信灵活性较大 天线增益高、方向性强 投资少、建设快 数字化,7.1.2 数字微波通信系统的组成,终端站、分路站、枢纽站和中继站,7.1.3 微波站设备,微波收、发信设备 工作频段：1.7GHz12GHz 发信：输出功率(1瓦左右)、频率稳定度(10-5) 收信：通频带 微波天线设备 中继设备 电源设备 监测设备,7.

11、1.4 微波传输,损耗 衰减 衰落 补偿技术 均衡 分集接收,7.2 卫星通信,将微波中继站放在人造卫星上时，便形成了卫星通信系统。 利用35786.6km高的人造同步地球卫星,7.2.1 卫星通信的特点,通信覆盖面积大 1颗卫星覆盖地球表面42% 通信距离远 卫星单跳最大通信距离达1800km 传输容量大 线路稳定可靠，质量高 畅通率在99.8%以上 通信灵活 传输延迟大 往返传播延迟约为0.54s,卫星通信系统的分类,同步卫星通信系统(GEO) 非同步卫星通信系统 中轨道卫星系统(ICO或MEO) 椭圆轨道卫星系统(HEO) 低轨道卫星系统(LEO),1同步卫星,2铱星系统,铱元素：银白色

12、金属，原子序数77。 摩托罗拉 “铱星”电话系统于1998年11月正式投入运营的时候，被誉为科技的创举、通信的先锋。 历经11年、耗资50亿美元，由66颗卫星组成。,7.2.3 通信卫星,7.2.4 地球站,7.2.5 卫星通信多址方式,频分多址 时分多址 空分多址 码分多址,无线电波传输示意图,第八章 接入网,l接入网的概念和特点 l接入网的业务需求及市场 lxDSL技术、光接入网技术、HFC技术和无线接入网技术,8.1 接入网概述,接入网(AN) ITU-T建议G.963 接口,用户线,将用户终端设备连接到所属端局交换机的线对，称为用户线路(或用户环路)。 主干电缆、配线电缆、用户引入线及

13、附属设备,接入网的特点,业务量密度低：利用率不到1% 相对成本高 成本差异大 成本与业务量无关 运行环境恶劣 技术变化慢,接入网的分类,接入网新技术,有线接入 xDSL接入、HomePNA、电力线接入、光接入、以太网接入 无线接入 红外线、蓝牙、Wi-Fi、UWB,8.2 xDSL技术,DSL(Digital Subscriber Line)是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术，它包括HDSL、SDSL 、VDSL 、ADSL和RADSL等。 它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同这两个方面。 ADSL(非对称数字用户环路)是最具前景及竞争力的一种

14、。,ADSL技术,它能够在普通电话线上提供高达8Mb/s的下行速率和1Mb/s上行速率，传输距离达3km5km。 ADSL所支持的主要业务是： Internet高速接入服务；多种宽带多媒体服务；提供点对点的远地可视会议、远程医疗、远程教学等服务。,8.3 光接入网,光纤接入技术实际就是在接入网中全部或部分采用光纤传输介质，构成光纤用户环路(或称光纤接入网OAN)，实现用户高性能宽带接入的一种方案。 光纤到户(FTTH)、光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到办公室(FHHO)、光纤到楼层(FTTF)、光纤到小区(FTTZ),光纤接入技术,光纤接入网分类 无源光网络(PON：Pa

15、ssive Optical Network) 有源光网络(AON：Active Optical Network) 光纤接入网的特点 带宽宽 网络的可升级性能好 双向传输 接入简单、费用少,8.4 HFC技术,CATV和HFC是一种电视电缆技术。 HFC是对CATV的一种改造，在干线部分用光纤代替同轴电缆作为传输介质。 CATV和HFC的一个根本区别是：CATV只传送单向电视信号，而HFC提供双向的宽带传输。,HFC技术特点,HFC接入技术是以有线电视网为基础，采用模拟频分复用技术，综合应用模拟和数字传输技术、射频技术和计算机技术所产生的一种宽带接入网技术。 以这种方式接入Internet可以实

16、现10Mbps40Mbps的带宽，用户可享受的平均速度是200kbps500kbps，最快可达1500kbps，用它可以非常惬意地享受宽带多媒体业务，并且可以绑定独立IP。,8.5 无线接入技术,终端用户和交换端局间的接入网，全部或部分采用无线传输方式，为用户提供固定或移动接入服务的技术。 无线接入技术类型 蜂窝技术、数字无绳技术、点对点微波技术、卫星技术、蓝牙技术。 接入网技术种类繁多，千变万化，但总的归纳起来基本上可分为有线、无线和有线与无线综合三类。,8.6 PAS（PHS） 1PAS的特点 PAS即个人通信接入系统。人们爱称它为“小灵通”。它具有以下特点。 （1）PAS的定位是固定电话的补充和延伸。 （2）PAS的最大特点是物美价廉。,（3）PAS手持机具有体积小、重量轻和通话时间长的特点。 （4）PA