第6章模拟光纤通信系统11
光纤通信课件 第 6 章 模拟光纤通信系统共132页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——不 容忽视 的。— —爱献 生
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
模拟光纤通信系统
模拟光纤通信系统模拟光纤通信系统是一种基于光纤技术实现数据传输的通信系统。
光纤通信系统是目前最快、最可靠、最广泛使用的通信方式之一，其数据传输速度、带宽和抗干扰能力都在其他传输方式中处于领先地位。
下面就模拟光纤通信系统进行详细讲解。
一、光纤通信系统的简介光纤通信系统是一种利用光的传输效果将数字或模拟信号从一个地方传输到另一个地方的技术。
它基于光纤传输方式，即光信号通过光纤传输，具有低损耗、高速率和长距离等优势。
目前，光纤通信系统被广泛应用于电话、互联网、电视、广播等通信领域。
二、模拟光纤通信系统的工作原理模拟光纤通信系统一般分为发送端、光纤传输通道和接收端三个部分。
在发送端，模拟信号经过信号处理和调制后被转换成模拟光信号。
光信号经过一系列光学器件的调制和调节后沿着光纤传输通道送到接收端。
在光纤传输通道中，光信号由光纤中名为光纤芯的中央部分传输。
光纤芯由高折射率的玻璃或塑料材料制成，光通过它时被完全反射，从而减少了传播信号的损耗。
光纤芯的外部被一个被称为光纤包层的低折射率材料包围，其作用是防止光纤芯中的光逸出。
光纤包层还可以防止外界干扰信号，提高传输质量。
在接收端，经光纤传输的信号进入接收机进行解调，解调后的模拟信号经过放大和滤波处理后输出。
接收端还需要有一个时钟源对信号进行时钟恢复，以便于后续的数字处理。
三、模拟光纤通信系统的优点1、高速率。
模拟光纤通信系统的传输速率可以达到几千兆每秒（Gbps），比其他传输方式快得多，可以满足大量数据传输和信息交流的需求。
2、长距离。
光纤通信系统的传输距离可以达到数千公里，能够满足远距离通信的需求。
3、低损耗。
光纤传输中信号传输损耗小，信噪比高，能够有效地提高通信质量。
4、抗干扰能力强。
光纤通信系统中信号传输不受外界干扰的影响，能够保障通信信号的稳定性。
四、模拟光纤通信的应用领域光纤通信已经成为当今通信行业最重要的技术之一。
除了经典的电话、广播、电视传输以外，还有广域网应用，以及局域网、视频监控等领域都广泛应用了光纤通信。
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.1 复用原理介绍
•2、复用示意图
Multiplexor (MUX) Demultiplexor (DEMUX，or DMX)
Sometimes just called a MUX
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.1 复用原理介绍
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.2 准同步数字系列PDH
•4、PDH体制电接口和光接口的主要参
数 •对基群2.048Mb/s
•编码传号反转码
•Coded Mark Inversion
•E1
•E2
•E3
•E4
•CMI编码
•输入码字 编码结果
•0
01
•1
00/11交替
第6章数字光纤通信系统
•发送顺序
•采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC:Virtual Container)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由 于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.3 同步数字系列SDH
•3、SDH复用结构
•SDH高速率等级有： • STM-4， STM-16， STM-64， STM-256 •相应速率为STM-1的4，16，64，256倍。
•时隙=8bit=前7bit(信息)+末位1bit(信令)
•一次群(基群)速率T1=193bit/125 µs=1.544Mb/s 第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.2 准同步数字系列PDH
•PDH-E基群帧结构
实验十一模拟信号光纤传输实验
实验十一模拟信号光纤传输实验一、实验目的1、了解模拟信号光纤系统的通信原理2、了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构二、实验内容1、各种模拟信号LED模拟调制：三角波，正弦波，语音信号（外输入语音信号）2、各种模拟信号LD模拟调制：三角波，正弦波，语音信号（外输入语音信号）三、预备知识1、列出你所知道的所有模拟信号的种类四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、20MHz双踪模拟示波器1台3、万用表1台4、FC/PC-FC/PC单模光跳线1根5、850nm光发端机和光收端机（可选）1套6、ST/PC-ST/PC多模光跳线（可选）1根7、音频线（可选）1根8、外输入语音信号源（可选收音机，单放机，PC机等）1套9、连接导线 20根五、实验原理根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。
由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制呈线性，所以可以直接调制。
对于半导体激光器和发光二极管来说，具有简单、经济和容易实现等优点。
进行发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。
连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。
电路实现上，LED的模拟信号调制较为简单，利用其P-I的线性关系，可以直接利用电流放大电路进行调制，实验箱模拟信号调制电路如图11-3所示。
一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高。
而且要求提高光接收机的信噪比比较高。
与发光二极管相比，半导体激光器的V-I线性区较小，直接进行模拟调制难度加大，采用图11-3调制电路，会产生非线性失真。
本实验通过完成各种不同模拟信号的LED光纤传输（如正弦波，三角波，外输入音乐信号），了解模拟信号的调制过程及调制系统组成。
光纤通信原理参考答案
光纤通信原理参考答案第一章习题1-1 什么是光纤通信?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
1-2 光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么?目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz。
1-3 BL积中B和L分别是什么含义?系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率—距离积表示，B为比特率，L为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
主要有：(1) 通信容量大(2) 中继距离远(3) 抗电磁干扰能力强，无串话(4) 光纤细，光缆轻(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因而经济效益非常显著。
1-5 试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。
略第二章习题2-1 有一频率为Hz 13103⨯的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续 时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。
此激光束的圆形截面半径为r=1cm 。
求：(1) 激光波长； (2) 平均能流密度； (3) 平均能量密度； (4) 辐射强度；（1）m c513810103103-=⨯⨯==νλ （2）213229/1018.3)10(1010100ms J S W S ⨯=⨯⨯⨯=∆=--πτ （3）s m J c S w 25813/1006.11031018.3⨯=⨯⨯== （4）213/1018.3ms J S I ⨯==2-2 以单色光照射到相距为0.2mm 的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m 。
（1） 从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7.5mm ，求单色光的波长； （2） 若入射光的波长为6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。
46-模拟光通信系统
c) 光纤色散引起的非线性失真
P （输出 光功率）
2019/12/5
自发 辐射区
阈值电流
受激 辐射区
I（注入电流） 4
a）激光器P－I曲线的非线性失真
理想P-I曲线为： PPb ddP I (IIb)
当P－I曲线存在非线性时,可以将发射功率在偏置点附近展开 成泰勒多项式
N i1
cosi
t
1 4
N i1
cos(3i
t)
1 N
4 i1
N ji
cos(2i j )t cos(2i j )t
1 4
N i1
N ji
N
[cos(i
kj
j
k )t
cos(i
j
k )t
ki
c o s (i j k ) t c o s (i j k ) t ]
d 2 P 引起二次谐波失真和二次交调失真,用HID2 表示， dI 2
d2P
HID2 C
1 4
m Pb
dI 2 dp 2
dI
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7
iN 1co sit 3co s1tco s2tco s3t 3
5 4
dP
m Pmi Pb
Imi
dI
Pb
R(i )
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6
iN 1co sit 2co s1 tco s2tco s3t 2
N
NN
cos2it cositcosjt
i1
i1ji
N 2 1 2 iN 1 c o s ( 2it) 1 2 iN 1jN i c o s (ij) t c o s (ij) t
光纤通信第五版-第11 噪声与检测
热噪声
• 热噪声也称为约翰逊噪声，或者奎斯特噪声。 • 产生于光检测器的负载电阻RL之内 • 它是由于热搅动导致导体内部的电荷载体（通常是电子）达到平
衡状态时的电子噪声，与所施加电压无关。
• 图给出了当有固定光功率P照射到光检测器上时的结果。此时， 负载电流并不是保持为i＝η eP/hj这一固定值，而是在这个值的 附近随机变化。
尽管所有脉冲都是相同的，但是所产生的时刻是随机的。电流 脉冲相加，不可能得到一个恒定的电流
• 散弹噪声电流的均方值，电流同时包括由人射光波产生的平均电 流和暗电流
信噪比（两种情况）
• 二极管、热噪声源以及散弹噪声源的等效电路结合
I. 恒定的入射光功率
• 更明确的定义信噪比。分母为热噪声和散弹噪声。分子为负载功 率
误码率
• 所谓误码率（ bit error rate, BER ）就是检测错误所占的比例， 也是数字系统质量的一个量度
• 在模拟系统中，发送的波形是非常重要的。即使是很小量的噪声 也会在某种程度上使波形劣化。
• 对于大多数应用， l0e-9的误码率是能够满足需要的。 • 主要介绍数字信号检测中的错误
考虑暗电流的情况下计算具有内部增益的 检测器的NEP
• 假设接收功率很小
• 检测器的响应度为p = Mηehf, 分别有暗电流产生的放大的散弹
噪声和热噪声
• 在小负载电阻和低检测增益条件下，热噪声占主导地位。尽管小 的负载电阻产生的输出电压较低，但是在高频系统中需要用减小 负载电阻的方法来获得所需的大带宽。
小结
• 量子极限工作方式产生的信号优于受限于热噪声的系统产生的信 号；通过使用高增益的光检测器可以逼近理想的量子极限工作方 式。
《模拟光纤通信系统》PPT课件
本章主要介绍一些已经实用化或者有重要应用前景
的新技术，如光放大技术，光波分复用技术，光交
换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技
术和波长变换技术等。
h
2
7.1 光 纤 放 大 器
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半 导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成； 缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。 光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损 耗很小， 因而得到广泛应用。
h
11
7.2 光波分复用技术
在 光 纤 通 信 系 统 中 除 了 大 家 熟 知 的 时 分 复 用 (TDM) 技术外， 还出现了其他的复用技术，例如光时分复 用 (OTDM) 、 光 波 分 复 用 (WDM) 、 光 频 分 复 用 (OFDM)以及副载波复用(SCM)技术。 本节主要讲述 WDM技术。
信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号
后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割
复用， 简称光波分复用技术。
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13
衰 减 / (d B－·k)1 m
4.0 信 道间 隔
3.0 1~10 GHz
2.0
… 载00 1400 1600 1800
波 长 / nm
波长为980 nm的泵浦光转换效率更高，达10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。
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增 益 / dB
35.0
30.0
增 益 / dB
25.0
20.0
15.0
输 出 光 功 率 / dBm
10.0
I
I
I
I
5.0
I
0.0
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2020/7/31Fra bibliotek现代通信技术研究所 殷洪玺
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• 在光纤上传输的等幅、不等宽的方波调频(SWFM)脉冲不含 基带成分，因而这种模拟光纤传输系统的信号质量与传输距离 无关
• SWFM-IM系统的信噪比也比D-IM系统的信噪比高得多
上述光纤的传输方式都存在一个共同的问题：一根光纤只能传 输一路信号。
这种情况，既满足不了现代社会对大信息量的要求，也没 有充分发挥光纤带宽的独特优势。
光载波经光纤传输后，由远端接收机进行光/电转换和信号分离。
因为传统意义上的载波是光载波，为区别起见，把受模拟基带信号预 调制的RF电载波称为副载波，这种复用方式也称为副载波复用(SCM)。
第 6 章 模拟光纤通信系统
模拟光纤通信系统：光纤传输模拟信号 目前主要应用是CATV，将来的应用是RoF，应用前景广阔 对光源的功率特性的线性和系统的信噪比要求高 因为存在噪声积累，所以，传输距离短 采用FDM-SCM技术，一条光纤目前能传输上百路电视节目
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现代通信技术研究所 殷洪玺
因而，PFMIM系统的传输距离比D-IM系统的更长
对于多模光纤，若波长为0.85 m，传输距离可达10 km；若 波长为1.3 m，传输距离可达30 km。对于单模光纤，若波长为 1.3 m，传输距离可达50 km。
SWFM-IM光纤传输系统不仅具有PFM-IM系统的传输距离 长的优点，还具有PFM-IM系统所没有的独特优点。
基带：是指对载波调制之前的视频信号频带。
对于广播电视节目而言，视频信号带宽(最高频率)是6MHz， 加上调频的伴音信号，这种模拟基带光纤传输系统每路电视信 号的带宽为8 MHz。
用这种模拟基带信号对发射机光源(线性良好的LED)进行 直接光强调制，若光载波的波长为0.85 m， 传输距离不到4 km, 若波长为1.3 m，传输距离也只有10 km左右。
(t )
的瞬时值而变化。然后，用PM t
这个正弦调频信号对光源进 行光强调S制PM (，t0 形成FM-IM光
SFM (t)0
纤传输系统。
t
调相波形
调频波形
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t
max
t
FM
t
t
6
2. 脉冲频率调制(PFM)
脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲 载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉 冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。然后用这个脉 冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFM-IM光纤传输系统。
• FDM系统的传输容量只受光器件调制带宽的限制，与所用 电子器件的关系不大
这些明显的优点，使FDM多路传输方式受到广泛的重视。
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6.1.3 频分复用光强调制
频分复用光强调制方式
用每路模拟电视基带信号，分别对某个指定的射频(RF)电信号进行调 幅(AM)或调频(FM)，然后用组合器把多个预调RF信号组合成多路宽带信号， 再用这种多路宽带信号对发射机光源进行光强调制。 把信号调制在载波1上，出于某种原因，你决定对这个结果再进行一次调制， 于是你用这个结果去调制另外一个更高频率的载波2。 这里载波1就叫做副 载波。副载波调制是无线数字通信及无线射频防碰撞常用的手段
预调制主要有三种: 频率调制、脉冲频率调制和方波频率调制
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1. 频率调制(FM)
m(t)
fm((t)t)
频率调制方式是先用承
载信息的模拟基带信号对正 t
(t)
(t)
弦
载
波进
C
行
调
频
，
产
生
等 幅 max
的频率受调的正弦信号，其
t
C
频 率 随 输入(t )的 模 拟 基 带 信 号
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本章主要内容：
6.1 调制方式 6.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统 6.3 副载波复用(SCM)光纤传输系统
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6.1 调制方式
模拟光纤传输方式主要有以下几种方式： • 模拟基带直接光强调制(D-IM) • 模拟间接光强调制方式 • 频分复用光强调制方式
3. 方波频率调制(SWFM)
方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波 进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉 冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。然后用这个方波 脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM-IM光纤传输 系统。
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现代通信技术研究所 殷洪玺
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D-IM光纤传输系统的特点是： • 设备简单 • 价格低廉
因而在短距离传输中得到广泛应用。
6.1.2 模拟间接光强调制
模拟间接光强调制方式
是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用 这个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。
这种系统又称为预调制直接光强调制光纤传输系统。
6.1.1 模拟基带直接光强调制
模拟基带直接光强调制(D-IM)
是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED或 LD)进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形与输 入模拟基带信号的波形成比例。
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20世纪70年代末期，光纤开始用于模拟电视传输时，采用一 根多模光纤传输一路电视信号的方式，就是这种基带传输方式。
因此，开发多路模拟传输系统，就成为技术发展的必然。
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实现一根光纤传输多路信号有多种方法
目前现实的方法是先对电信号复用，再对光源进行光强调 制。对电信号的复用可以是频分复用(FDM)，也可以是时分复 用(TDM)。
FDM系统的优点：
• 电路结构简单、制造成本较低以及模拟和数字兼容
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t
t
采用模拟间接光强调制的目的:
提高传输质量和增加传输距离
由于模拟基带直接光强调制(D-IM)光纤传输系统的性能受到 光源非线性的限制，一般只能使用线性良好的LED作光源。LED 入纤功率很小，所以，传输距离很短。
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在采用模拟间接光强调制时，由于驱动光源的是脉冲信号， 它基本上不受光源非线性的影响，所以，可以采用线性较差、入 纤功率较大的LD器件作光源。