光纖通信系統(tǒng)（第3版） 課件 第一章 概述

光纖通信系統(tǒng)2課程介紹傳輸技術(shù)是通信網(wǎng)絡(luò)中最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)普遍采用的是數(shù)字傳輸技術(shù)。光纖通信由于具有突出的優(yōu)點(diǎn)，是目前通信網(wǎng)絡(luò)中最主要的傳輸技術(shù)。本課程重點(diǎn)講授光纖通信和數(shù)字傳輸?shù)南嚓P(guān)知識(shí)。本課程總課時(shí)48學(xué)時(shí)，其中理論課部分42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)部分4學(xué)時(shí)，習(xí)題課2學(xué)時(shí)。3教學(xué)資源教材《光纖通信系統(tǒng)》（第3版），機(jī)械工業(yè)出版社參考書

《數(shù)字傳輸技術(shù)基礎(chǔ)》，林建中、王纓、郭世滿等編著，北京郵電大學(xué)出版社《光纖通信系統(tǒng)》（第2版），楊祥林主編，國(guó)防工業(yè)出版社《光網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)、器件與聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》，韋樂(lè)平，張成良編著，人民郵電出版社電子資源課程網(wǎng)站：/nygqtx/

4第一章概述1.1光纖通信的發(fā)展概況1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用1.3光纖通信系統(tǒng)的組成51.1光纖通信發(fā)展概況通信是指兩個(gè)或多個(gè)實(shí)體之間交換信息的過(guò)程，通信系統(tǒng)是該過(guò)程的具體實(shí)現(xiàn)。光通信是指利用某種特定波長(zhǎng)（頻率）的光信號(hào)承載信息，并將此光信號(hào)通過(guò)光纖或者大氣信道傳送到對(duì)方，然后再還原出原始信息的過(guò)程。光纖通信是光通信最主要的實(shí)現(xiàn)形式。6光通信與光纖通信的區(qū)別光通信（Light-waveCommunication）光纖通信（OpticalFiberCommunication）使用光導(dǎo)纖維作為傳輸媒質(zhì)目前最主要的光通信應(yīng)用形式大氣光通信/空間光通信（FreeSpaceOptics）光信號(hào)直接在大氣（或其他介質(zhì)）中傳輸（垂直/水平方向）地面—衛(wèi)星通信或接入網(wǎng)中應(yīng)用7光纖通信發(fā)展主要?dú)v程遠(yuǎn)古時(shí)代：烽火臺(tái)，狼煙傳訊

近代：旗語(yǔ)，燈光1880，A.G.Bell發(fā)明光電話60年代初，激光器誕生70年代——面臨實(shí)用化挑戰(zhàn)光源：能否制造出室溫下連續(xù)工作的激光器？媒質(zhì)：能否找到損耗足夠低的傳輸媒質(zhì)？補(bǔ)充閱讀材料：/upload/blog/file/2010/5/20105319399922710.pdf

A.G.Bell1847-1922T.H.Maiman1927-20078光纖通信的奠基人——高錕1966年，在英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室工作的華裔科學(xué)家高錕（C.K.Kao）首先提出用石英玻璃纖維作為光纖通信的媒質(zhì)*，為現(xiàn)代光纖通信奠定了理論基礎(chǔ)。*K.C.KaoandG.A.Hockham,“Dielectric-FibreSurfaceWaveguidesforopticalfrequencies”Proc.IEEE,113,1151(1966)91970年：光纖通信實(shí)用化的開(kāi)端1970年，美國(guó)康寧公司用超純石英為材料，首先拉制出損耗為20dB/km的光纖

1970年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功可在室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷（GaAlAs）半導(dǎo)體激光器，為光纖通信找到了合適的光源1977年，GaAlAs激光器的壽命可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)，為光纖通信的商用化奠定了基礎(chǔ)

70年代光源和光纖技術(shù)的快速成熟，為光纖通信的商用化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)10光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展第一代光纖通信系統(tǒng)850/1310nm多模系統(tǒng)，140Mbit/s，30km第二代光纖通信系統(tǒng)1310nm單模系統(tǒng)，1Gbit/s，50km第三代光纖通信系統(tǒng)1550nm單模系統(tǒng)，2.5Gbit/s，100km第四代光纖通信系統(tǒng)光放大器引入，數(shù)十Gbit/s～Tbit/s，數(shù)千km第五代光纖通信系統(tǒng)光孤子系統(tǒng)，超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸，網(wǎng)絡(luò)化/智能化光纖通信的發(fā)展始終呈現(xiàn)對(duì)高速率和長(zhǎng)距離的追求111.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用1.2.1光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1.2.2光纖通信的應(yīng)用121.2.1光纖通信的優(yōu)點(diǎn)傳輸容量大傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)泄漏小，保密性好節(jié)省有色金屬抗電磁干擾能力強(qiáng)重量輕，可擾性好，易于施工131.光纖通信系統(tǒng)具有巨大的傳輸容量光纖通信使用的是頻率極高的電磁波，傳輸中可以獲得極高的信號(hào)頻譜。光纖通信適用的λ=1310nm波長(zhǎng)段和λ=1550nm波長(zhǎng)段兩個(gè)區(qū)域，共有約200nm寬的低損耗區(qū)，理論上可提供近30THz的傳輸頻帶目前實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)的最高容量為20Tbit/s級(jí)*，因此光纖的頻帶利用率仍有很大的提高空間。*OFC/NFOEC2012會(huì)議NTT：PDM-64QAM調(diào)制方式、11.2THz頻帶、采用全拉曼放大，系統(tǒng)總?cè)萘?02.3Tbit/s，傳輸距離達(dá)240km142.極小的傳輸損耗，極長(zhǎng)的中繼距離單模光纖在1310nm波長(zhǎng)窗口損耗系數(shù)約為0.35dB/km單模光纖在1550nm波長(zhǎng)窗口損耗系數(shù)約為0.2dB/km光纖的傳輸損耗不僅小，而且在相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)特性幾乎一致，因此用光纖比用同軸電纜或波導(dǎo)管的中繼距離長(zhǎng)得多153.泄漏小，保密性好由于光纖傳輸?shù)奶厥鈾C(jī)理，在光纖中傳輸?shù)墓庀蛲庑孤┑哪芰亢芪⑷酰y以被截取或竊聽(tīng)。與其他無(wú)線、有線通信方式相比，光纖通信有較好的保密性，信息在光纖中傳輸非常安全。單根光纜內(nèi)部署多根光纖也不會(huì)引入串?dāng)_。164.節(jié)省大量有色金屬制造通常的電纜需要消耗大量的銅和鉛等有色金屬，成本較高。以四管中同軸電纜為例，1km四管中同軸電纜約需460kg銅，而制造1km光纖，只需幾十克石英。制造光纖的石英（主要成分為SiO2）原材料豐富而便宜，幾乎取之不竭。175.抗電磁干擾能力強(qiáng)光纖主要是由SiO2材料制成，它不易受外界各種電磁場(chǎng)的干擾。強(qiáng)電、雷擊等也不會(huì)顯著影響光纖的傳輸性能。甚至在核輻射等極端環(huán)境中，光纖通信仍能正常進(jìn)行，這是通常的電纜通信所不能比擬的。光纖通信在電力輸配、電氣化鐵路、雷擊多發(fā)地區(qū)、核試驗(yàn)等環(huán)境中應(yīng)用更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。186.重量輕，可擾性好，易于施工光纜單位長(zhǎng)度的重量比其他通信電纜要輕得多。每根光纖的直徑很小，制成光纜后可充分利用地下管道。二次套塑的光纖，即使以幾厘米的曲率半徑彎曲也不會(huì)斷，施工時(shí)可以采用與電纜相同或類似的敷設(shè)技術(shù)進(jìn)行敷設(shè)。通信設(shè)備的重量輕和體積小，對(duì)軍事、航空航天等特殊的應(yīng)用環(huán)境具有特別重要的意義。191.2.2光纖通信的應(yīng)用光纖通信系統(tǒng)的類型光纖通信的應(yīng)用201.光纖通信系統(tǒng)的類型按傳輸信號(hào)的類型模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)按調(diào)制方式直接調(diào)制和外差調(diào)制按光纖的傳輸特性單模光纖系統(tǒng)和多模光纖系統(tǒng)按光波長(zhǎng)短波長(zhǎng)、長(zhǎng)波長(zhǎng)和超長(zhǎng)波長(zhǎng)系統(tǒng)212.光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用通信網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)有線電視網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)221.3光纖通信系統(tǒng)的組成1.3.1光纖通信系統(tǒng)原理框圖1.3.2光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成231.光纖通信系統(tǒng)原理框圖光纖通信系統(tǒng)可以傳送數(shù)字信號(hào)也可傳送模擬信號(hào)。傳送的信息有話音、圖像、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)。實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)，一般采用的是數(shù)字編碼、強(qiáng)度調(diào)制／直接檢測(cè)（IM/DD）的光纖通信系統(tǒng)，如圖1-1