第4章数字光纤通信系统 41数字光纤通信系统概述 光纤和光器件 3光端机 数字光纤系统的两种传输体制 2021/2/21
2021/2/21 1 第4章 数字光纤通信系统 4.1 数字光纤通信系统概述 4.2 光纤和光器件 4.3 光端机 4.4 数字光纤系统的两种传输体制
41数字光纤通信系统概述 光纤通信发展史和现状 1、探索时期的光通信: 中国古代用“烽火台”报警,欧洲人用旗语传 送信息,这些都可以看作是原始形式的光通信 1880年,美国人贝尔(Be发明了用光波作载 波传送话音的“光电话”。光电话证明了用光波作 为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通 信的雏型。 2021/2/21
2021/2/21 2 4.1 数字光纤通信系统概述 一、光纤通信发展史和现状 1、探索时期的光通信: 中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传 送信息， 这些都可以看作是原始形式的光通信。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载 波传送话音的“光电话”。光电话证明了用光波作 为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通 信的雏型
1960年,美国人梅曼( Maiman)发明了第一台红 宝石激光器,给光通信带来了新的希望。 激光具有波谱宽度窄,方向性极好,亮度极高, 以及频率和相位较一致的良好特性。 继红宝石激光器之后,氦一氖(He-Ne)激光器、 二氧化碳(CO2)激光器先后出现,并投入实际应用 激光器的发明和应用,使光通信进入一个崭新的阶 段。 2021/2/21
2021/2/21 3 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红 宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。 激光具有波谱宽度窄，方向性极好， 亮度极高， 以及频率和相位较一致的良好特性。 继红宝石激光器之后，氦—氖(He - Ne)激光器、 二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。 激光器的发明和应用， 使光通信进入一个崭新的阶 段
2、现代光纤通信 1966年,英籍华裔学者高锟指出了利用光纤 (0 ptical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途 径,奠定了现代光通信—光纤通信的基础。 1970年,光纤研制取得了重大突破。美国康 宁( Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英 光纤。 1973年,美国贝尔(Bel1)实验室取得了更大 成绩,光纤损耗降低到2.5dB/km 1976年,日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗 降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。 2021/2/21
2021/2/21 4 2、现代光纤通信 1966年，英籍华裔学者高锟指出了利用光纤 (Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途 径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。 1970 年，光纤研制取得了重大突破。美国康 宁(Corning)公司就研制成功损耗20 dB/km的石英 光纤。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大 成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗 降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)
3、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段: 第一阶段(1966-1976年),这是从基础研究到商 业应用的开发时期。实现了短波长(0.85um)低速率 (45或34Mb/s)多模光纤通信系统。 第二阶段(1976-1986年),这是以提高传输速率 和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展 时期。光纤从多模发展到单模,工作波长从短波长 (0.85um)发展到长波长(1.31um和1.55μm)。 第三阶段(1986-1996年),这是以超大容量超长 距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这 个时期,实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统 实验室可以达到更高水平 2021/2/21
2021/2/21 5 3、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段： 第一阶段(1966-1976年)，这是从基础研究到商 业应用的开发时期。实现了短波长(0.85μm)低速率 (45或34Mb/s)多模光纤通信系统。 (1976-1986年)，这是以提高传输速率 和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展 时期。 光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长 (0.85μm)发展到长波长(1.31μm和1.55μm)。 第三阶段(1986-1996年)，这是以超大容量超长 距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这 个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。 实验室可以达到更高水平
光纤通信的优点和应用 在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电 波频率高得多,作为传输介质的光纤又比同轴电缆 或波导管的损耗低得多,因此相对于电缆通信或微 波通信,光纤通信具有许多独特的优点 1.容许频带很宽,传输容量很大 单波长光纤通信系统的传输速率一般为25 Gb和10Gb/s。波分复用WDM)和光时分复用 (TDM更是极大地增加了传输容量,见下表。 2021/2/21
2021/2/21 6 二、光纤通信的优点和应用 在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电 波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆 或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微 波通信，光纤通信具有许多独特的优点。 1. 容许频带很宽，传输容量很大 单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5 Gb/s和10 Gb/s。波分复用(WDM)和光时分复用 (TDM)更是极大地增加了传输容量， 见下表
表光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较 通信手段传输容量(话中继距离km100km中继器 路)条 微波无线电 960 50 20 小同轴 960 250 中同轴 1800 6 1600 光缆 1920 30 33 光缆 14000Gbs 光缆 6000445MB/S) 134 7 2021/2/21
2021/2/21 7 通信手段 传输容量(话 路)/条 中继距离/km 1000 km内中继器 个数 微波无线电 960 50 20 小同轴 960 4 250 中同轴 1800 6 1600 光缆 1920 30 33 光缆 14000(1Gb/s) 84 11 光缆 6000(445MB/S) 134 7 表 光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较
2.损耗很小,中继距离很长且误码率很小 石英光纤在131pm和155μm波长,传输损耗分■ 别为050dB/km和020dB/km,甚至更低。因此,用 光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多,见表。 传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点 使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接 入网的使用,这也是降低每公里话路的系统造价的 主要原因。 2021/2/21
2021/2/21 8 2. 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 石英光纤在1.31 μm和1.55 μm波长， 传输损耗分 别为0.50 dB/km和0.20 dB/km，甚至更低。因此，用 光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多，见表。 传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点， 使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接 入网的使用， 这也是降低每公里话路的系统造价的 主要原因
3.重量轻、体积小 光纤重量很轻,直径很小。即使做成光缆,在 芯数相同的条件下,其重量还是比电缆轻得多,体 积也小得多。表给光缆和标准同轴电缆的重量和截 面积的比较。 表光缆和电缆的重量和截面积比较 项目 18芯 光缆 电缆 光缆 电缆 重量(kgm)0.42 6.3 0.42 重量比 26 直径/mm 21 截面积比 9.6 2021/2/21
2021/2/21 9 3. 重量轻、 光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在 芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体 积也小得多。表给光缆和标准同轴电缆的重量和截 面积的比较。 项目 8 芯 18 芯 光缆 电缆 光缆 电缆 重量/(kg·m-1 ) 重量比 0.42 1 6.3 15 0.42 1 11 26 直径/mm 截面积比 21 1 47 5 21 1 65 9.6 表 光缆和电缆的重量和截面积比较
4.抗电磁干扰性能好 光纤由电绝缘的石英材料制成,光纤通信线路 不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。 5.泄漏小,保密性能好 在光纤中传输的光泄漏非常微弱,即使在弯曲 地段也无法窃听。因此信息在光纤中传输非常安全。 6.节约金属材料,有利于资源合理使用。 2021/2/21
2021/2/21 10 4. 光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路 不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。 5. 泄漏小， 在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲 地段也无法窃听。因此信息在光纤中传输非常安全。 6. 节约金属材料， 有利于资源合理使用