波分复用光纤传输系统的结构设计及性能研究

波分复用光纤传输系统的结构设计及性能研究
波分复用光纤传输系统的结构设计及性能研究

通信工程

专业综合实践

课程名称:专业综合实践

设计题目:波分复用光纤传输系统的结构设计及性能研究学院:电气信息学院

专业年级:通信工程2011级

指导教师:

姓名:

学号:

时间:

在当今的时代光纤通信系统的发展速度越来越快。很多光纤系统应运而出,这些系统通常有很多个信号的通道以及不同种类的拓扑结构,另外这些系统的非线性器件和非高斯噪声源也是有许多的不同,所以这就需要大量人员去对这些系统进行设计和分析。

WDM作为现在光通信的主流技术,对它的研究有重要的现实意义。在本论文将对W DM光传输系统的调制方式、EDFA和WDM光传输系统进行设计仿真,并得到一些有参考价值的结论。论文的主要工作及成果是对掺饵光纤放大器(EDFA)进行设计仿真,用optical system仿真软件对WDM光传输系统进行仿真,验证2路信道下的系统性能,并提出一个方案,达到系统性能与传输速率的平衡。

关键字:WDM 光纤放大器EDFA 掺饵光纤WDM光传输系统

摘要---------------------------------------------------------------2 目录---------------------------------------------------------------3 第一章绪论--------------------------------------------------------4 1.1 研究背景及意义---------------------------------------------------------4 1.2 光纤通信技术的发展-----------------------------------------------------4 1.3 波分复用技术的发展-----------------------------------------------------5 1.4 TDM FDM WDM的特点及应用场合---------------------------------------------5 1.5 仿真软件OptiSystem的使用-----------------------------------------------6 第二章波分复用技术------------------------------------------------6

2.1 WDM技术简介------------------------------------------------------------6 2.2 波分复用技术的特点-----------------------------------------------------8 2.3 波分复用在光纤中的应用-------------------------------------------------8 第3章 WDM的结构设计-----------------------------------------------9

3.1 WDM系统的基本形式------------------------------------------------------9 3.2 WDM系统的基本结构-----------------------------------------------------10 3.3 光波分复用器和解复用器------------------------------------------------10 3.4 WDM技术目前存在的问题-------------------------------------------------11第四章 WDM光传输系统的性能研究及仿真------------------------------11

4.1 点到点2信道WDM光传输系统仿真系统图-----------------------------------11 4.2 点到点2信道WDM光传输系统仿真结果图-----------------------------------12 4.3 点到点2信道在频率为120,100,80下的输入频谱图--------------------------15 4.4 点到点2信道在频率为120,100,80下的输出频谱图--------------------------17第五章系统仿真结果分析-------------------------------------------18参考文献----------------------------------------------------------19

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

我国在1970年的时候,在光纤通信技术上有了一个重大的突破,例如光纤性能的损耗,半导体激光器的各项性能等,也就是这个时候,宣告了我国正式开始了光纤通信的实际应用阶段,此后的30多年里,我国对半导体激光发射器又有了进一步的研究,只在光线的技术也十分成熟了,从原来的10公里、44兆比特每秒的低速率近距离传输发展到如今数十到百G比特每秒、数千公里的高速率、远距离传输。如今光纤通信飞速的发展使人们应接不暇,远远超越了人们的预期,光纤通信技术已成为当今社会的一个必不可少的存在,回想过去80年代后期的PDH系统,到90年代中期的SDH系统,再到如今的WDM光纤通信网络系统,无一不证明着光纤通信的飞速发展,以及其在未来通信技术里的地位。

随着Internet 的迅猛发展,因特网业务和其它新型数据通信业务在整个世界范围内得到了极大应用,这就对整个通信骨干网的传送带宽提出了很大的要求,并出现了光纤耗尽现象和对带宽的无限渴求。

WDM光传输系统能解决传送网面临着巨大带宽需求和网络业务调度等压力,能更好地利用光纤的带宽资源,能提供更多的带宽,减低中继成本,同时支持业务的灵活调度。所以该门技术可以应用的方面十分的广阔。WDM技术的研究现状十分可观,不仅长途干线传输网中有其技术的支持,在城域网中该门技术也有着十分重要的地位。如今WDM光通信系统应经在实际的网络生活中有了大量的应用,成为了整个骨干光纤通信网络的首选的重要技术。

1.2 光纤通信技术的发展

光纤通信是以信息载体,以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是近30年迅猛发展起来的高新技术,给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。

光纤通信的发展可以分为以下几个进程:

第一代光纤通信系统,是以1973-1976年的850nm波长的多模光纤通信系统为代表。

第二代光纤通信系统,是70年代末,80年代初的多模和单模光纤通信系统。第三代光纤通信系统,是80年代中期以后的长波长单模光纤通信系统。

第四代光纤通信系统,是指进入90年代以后的同步数字体系光纤传输网络。

1966年,英籍华人高锟预见利用玻璃可以制成衰减为20db/km的通信光导纤维。当时,世界上最优秀的光学玻璃衰减达1000db/km左右。1970年,美国康宁公司首先研制成衰减为20db/km的光纤。同一年贝尔实验室研制成功室温下可以连续工作的半导体激光器,其体

积小、重量轻、功耗低、效率高,是光纤通信的理想光源。从此,光纤就进入了实用化的发展阶段,世界各国纷纷开展光纤通信的研究。

1.3 波分复用技术的发展

两波长WDM(1310/1550nm)80年代在AT&T网中使用。90年代中期,发展缓慢,从155M -622M - 2.5G-10G TDM,技术的相对简单性和波分复用器件的发展还没有完全成熟,到1995年开始高速发展。

我国光通信的先行者武汉邮电科学研究院研制的波分复用技术,为光网络传输提供了实现“高速信息公路”的可能。1997年,武汉邮电科学研究院承担了具有国际领先水平的波分复用光网络技术的研究与开发。

1999年,国产首条密集波分复用系统工程在山东投入实际运行,表明我国光通信产业在该领域中已取得了重大的突破,并一跃成为世界上少数能够开发、生产这一设备的国家之一。目前,我国已能够自行提供从集成式,半开放式到全开放式整个系列的密集波分复用系统。该系统将覆盖国家干线网,本地网、教育网。

1.4 TDM FDM WDM的特点及应用场合

频分复用(FDM,Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和,同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰,应在各子信道之间设立隔离带,这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作,每一路信号传输时可不考虑传输时延,因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外,还有一种是正交频分复用(OFDM)。

波分复用(WDM, Wavelength Division Multiplexing)其本质上是频分复用而已。WDM 是在1根光纤上承载多个波长(信道)系统,将1根光纤转换为多条“虚拟”纤,当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上,这样极大地提高了光纤的传输容量。由于WDM系统技术的经济性与有效性,使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。波分复用技术作为一种系统概念,通常有3种复用方式,即1 310 nm和1 550 nm波长的波分复用、粗波分复用(CWDM,Coarse Wavelength Division Multiplexing)和密集波分复用(DWDM,Dense Wavelength Division Multiplexing)。

时分复用(TDM,Time Division Multiplexing)就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙),并将这些时隙分配给每一个信号源使用,每一路信号在自己

的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变,所以有时也叫同步时分复用。其优点是时隙分配固定,便于调节控制,适于数字信息的传输;缺点是当某信号源没有数据传输时,它所对应的信道会出现空闲,而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道,因此会降低线路的利用率。时分复用技术与频分复用技术一样,有着非常广泛的应用,电话就是其中最经典的例子,此外时分复用技术在广电也同样取得了广泛地应用,如SDH,ATM,IP和 HFC网络中CM与CMTS的通信都是利用了时分复用的技术。

1.5 仿真软件OptiSystem的使用

OptiSystem这个通讯系统模拟软件是一个功能强大且十分好入门操作的一款软件,应用该门软件可以实现对各种与光纤通信技术系统有关(各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接)的设计、测试和优化。如你想做一个和距离通讯系统到MANS和LANS有关的,你也可以用这个强大的软件,OptiSystem有很多其独特优点,例如选用的各类器件均是真实的器件,你可以自己对系统进行分级定义,运用其强大的模拟环境进行仿真。如果没有你想要的期间怎么办,不用怕,你可以根据你想要器件的参数进行附加的用户器件库扩展,其完整的操作界面让你永远不会觉得自己建立器件库这是一个很艰巨的任务。

OptiSystem仿真软件自带了许多光通信系统的器件模型,你可以以这些模型为参考基础,运用图形用户界面控制光子器件进行进一步的设计、升级和仿真演示。令你意想不到的丰富的有源无源器件库可以让你眼前一亮,这些器件均包括了默认的实际应用的、波长相关的参数,不经如此你还可以自我调节这些参数,已达到你最想要的结果。以上这些条件可以让你的思路进行无限的拓展,你可以制作你自己想要的任何光通信系统,不管是参数的优化扫描,还是研究某些特定的器件技术参数对系统性能的各种影响。optisystem软件的开发研究其实就是为了满足各类人员例如研究开发人员、光纤通信技术方面的学者、工程师等人群。所以OptiSystem软件是一个非常符合当今社会光纤通信飞速发展趋势而有易于上手使用的光纤

系统设计开发工具,而且运用该软件进行虚拟模拟可以更加快速、廉价的进行大规模的光通信系统设计与研究,同时还可以让你对于整个系统有一个更加进一步的认识。通过optisystem仿真软件你可以扫描、测量并优化任何你想要的参数例如Q因子、色散系数等等。

本次毕设运用OptiSystem软件成功模拟出了完整的WDM点到点8信道的光传输系统。并对WDM光传输系统进行仿真,重点是研究在WDM光传输系统中,光纤的损耗、色散、非线性效应对光信号的影响。

第二章波分复用技术

2.1 WDM技术简介

波分复用(WDM:Wavelength Division Multiplexing)技术是一根在光纤中同时传输多个光波信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用),并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输,在接收端又将组合波长的光信号分开(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分分割复用,简称光波分复用技术。既是在一定的带宽上将输入的光信号调制在特定的频率上,然后将调制后的信号复用在一根光纤上,完成此调制的关键是波长复用器的应用。复用后的信号经传送后到达链接的远端,在经过分离或解复用出不同的波长,然后由不同的检测器将各自的光信号转换成电信号,或者直接获取各自的波长信号,并且将它们连接到其他的WDM线路上。

WDM系统通过使用不同的波长(在1550nm附近)来承载多个通路的信号,其中可包含大量的2.5Gbit/s和10Gbit/s信号。在实验室中,已成功地实现了在120KM长的光纤上传送2.6Tbit/s(既复用132波,每波20Gbit/s)信号的实验。

WDM的优势在于:复用多个光业务到一根光纤上,允许灵活地扩展带宽,降低复用成本,重复利用现存的光信号。特别是在光放大器引入后,光放大器不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程,可直接对信号进行全光放大。WDM光联网实现的关键是光分插复用器(OADM)和光交叉连接器(OXC)的引入,组成这些元素的基本模块式空分交换模块,建立输入和输出端口之间的信道联接。所有这些,将使电信网络通道的组织、调配、安全保护等更趋灵活。

WDM传送网分为三层结构:电路层、通道层和传输媒质层。其中光通道(OP)技术是关键技术,能够同时提高线路传送容量和节点的吞吐量,而且在宽带宽、终端到终端的通信中,能够显著降低传送网的成本。 OP模式分为两种结构:波长通道(WP)和虚波长通道(VWP)。WP 在整个路由分配唯一一个波长,而VWP在每个链路上分配一个波长:WP具有全局意义,而VWP 只具有局部意义。这两种结构各具特点:采用VWP技术,波长利用率和路由选择的自由度将高于WP技术,对于同一物理网络结构和同样数目的波长,VWP可以容纳更多的光通道:从波长的管理角度出发,WP方案要求对全网进行集中控制,而VWP采取链路到链路的分布式控制;在WP方案中,若不能分配一个从源节点到目的节点波长一致的光通道,就会发生波长阻塞,而VWP只存在由于没有空闲的波长通道造成的容量阻塞。光通道交叉连接(OPXC)提供了VWP 方案所要求的波长转换能力。OPXC通过传送-耦合型矩阵开关(DC-SW)的应用,为VWP提供高性能的调制和升级能力。

WDM光联网已由最初的线形点到点式传送结构,逐步转变为环型结构、网型结构。现在

的WDM系统与SDH在结构上非常相似,WDM光联网是在SDH的基础上,应用OADM和OXC设备建立起来的。与后者相比,其网络容量不断提高,保护能力也日益增强。

2.2 波分复用技术的特点

受用户业务多样化要求和网络发展的驱动,特别是由于接入层IP业务带宽的显著增长和长途网DWDM容量的急剧扩大,在城域网特别是其核心层,波分复用技术得到了初步的应用。波分复用在城域网中的应用与其自身的技术特点有着很大的关系:

1. 支持多协议多业务,具有光的透明性

WDM技术属于OSI七层协议的最底层―物理层。它提供了独立于业务类型的传送结构,其表现形式是对上层业务透明,能在波长级别支持现有及未来新的数据格式。

2 . 网络可扩展性好,拓扑灵活

WDM系统既可满足点到点的组网需求,也可以根据业务拓朴的需要满足星形、环形、格状等组网模式,非常适合城域网新业务的开拓及业务频繁调整的现实情况。

3 . 快速及时的带宽配置,业务扩展性能好

WDM系统能够快速地进行波长配置,随着技术的演进,今后还能提供便捷的端到端的连接。一个连接可以提供的带宽可以从几十Mb到波长级别,甚至可以扩大到整根光纤。另外,对于城域网未来衍生出的新类型业务,如按需带宽业务、波长批发、波长出租、带宽交易、光层虚拟专用网(VPN)等,城域波分系统今后也可以很好地支持。由于WDM系统的发展方向是全光网络和ASON,在光网络的基础上引入了控制平面的概念,管理平台可以更加灵活方便地对业务进行管理和调度。

4. 多种生存性要求,多种业务保护机制共存

对于系统上运行的波长信号,点对点的WDM系统(OMT)提供光层的通道和复用段保护机制,以确保承载业务的可靠性传输。

5. 提供大容量的带宽需求

波分复用系统提供的高带宽利用,是任何其它组网形态所无法比拟的。它在很大程度上弥补了城域网络中光纤数量不足的缺憾。目前商用的波分复用系统的带宽可以达到320G。利用长波长区(L-Band)或降低波长间隔可以方便地开发出更高的带宽通道,解决实际需要。

2.3 波分复用在光纤中的应用

近几年随着多媒体通信的发展和计算机技术的广泛应用,信息交流的领域范围不断扩大,网络通信容量急剧增加,因而不断增加电信网络容量变得越来越重要。采用密集波分复用(DWDM)技术可在不投入大量资金的情况下,在原有单模光纤上提供更多的传输通道,且

DWDM系统的建设周期短,能更好地实现信息传输的多元化,以较短的时间实现对光缆通信传输网的扩容,充分满足社会各界对各种带宽业务的需求。开发式的密集波分复用(DWDM)网络不仅采用光技术进行传输,而且通过光波长选择器件将不同波长的不同光信号合并和分离,在节点处实现光复用和光去复用,突破了电路的处理速度,为实现全光网络奠定了基础。

第3章 WDM的结构设计

3.1 WDM系统的基本形式

光波分复用器和解复用器是ADM技术的关键部件,将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称为复用器(也叫合波器)。反之,经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为解波分复用器(也叫分波器)。从原理上讲,这种器件是互易的(双向可逆),即只要将解复用器的输出和输入端反过来使用,就是复用器。因此复用器和解复用器是相同的(除非有特殊的要求)。

WDM系统的基本构成主要有以下两种形式:

(1)双线单相传输。单向WDM传输是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送。在发送端将在有各种信息的、具有不同波长的已调光信号λ1,λ2,,, ,λn,通过光复用器组合在一起,并在一根光纤中单向传输。由于各种信号是通过不同光波长携带的,因此彼此之间不会混淆。在接受端通过光解复用器将不同波长的信号分开,完成多路光信号传输的任务。反方向通过另一根光纤传输的原理与此相同。

(2)单线双向传输。双向WDM传输使之光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输。所用波长相互分开,以实现双向全双工的通信。

双向WDM系统在设计和应用时必要考虑几个关键的系统因素,如为了抑制多通道干扰(MPT),必须注意到光反射的影响、双向通路之间的隔离、串扰的类型和数值、两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性、光监控信道(OSC)传输和自动功率关断等问题,同时要使用双向光纤放大器。所以双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高,但与单向WDM 系统相比,双向WDM系统可以减少使用光纤和线路放大器的数量。

另外,通过在中间设置光分插复用器(OADM)或光交插连接器(OXC),可使各波长光信号进行合流与分流,实现波长的上下路(Add/Drop)和路由分配,这样就可以根据光纤通信和光网的业务量分布情况,合理地安排插入或分出信号。

3.2 WDM系统的基本结构

WDM系统由5大部分组成,分别为:光发射机、光接收机、光中继放大器、光监控信道和网络管理系统。以下主要介绍各个器件的功能。

1.光发射机

光发射机在WDM系统中属于一个十分关键的核心器件,它不仅对WDM系统的激光发射器中的中心波长有一定的要求,而且还要根据传输光纤类型与传输的远近来选择最适合的具有一定色度色散容量的发射机,在发送端首要任务是把光信号输出设备输出的光信号运用光转换器来把不稳定的非特性波长的光信号转换为稳定的特定波长信号,最后通过合波器合成转换为多路光信号,再通过光功率放大器放大后输出。

2.光接收机

光接收机的作用其实就是把在传输过程中由于各种原因而导致信号强度衰减的信号进行一个检测、放大、整形、再重新生成原传输信号,也就是把一个复用信号重新还原为原来的各种特定波长的信号。光接收机自身也要满足很多条件,例如对光信号的灵敏度,各类参数是否正确,还要有抗光噪声信号的能力以及较高的电带宽的性能。

3.光中继放大器

由于信号经过很长距离的传输,必有一些原因使信号强度有所衰弱,所以就需要对这个衰弱了的信号进行放大处理,以保证不失真,不影响传输性能。如今WDM系统使用的光纤放大器一般都是掺铒光纤放大器。用该放大器来对衰弱了的信号进行放大增益。

4.光监控信道

光监控信道的主要功能就是起到一个对系统内各个信道传输状况进行监控的作用,反映出每个信道当前是否有异常状况发生,易于人们对每个传输信道进行修正和管理。

5.网络管理系统

网络管理系统可以通过光监控信道内传送的字节来对整个WDM系统进行安全性能的管理、故障问题的管理以及资源配置的管理等等。

3.3 光波分复用器和解复用器

光波分复用器和光波分解复用器在整个WDM系统中占据着十分重要的地位,如果它们的性能有问题将会给整个WDM系统的传输性能带来致命性的打击,所以光波分复用器和光波分解复用器在整个WDM光传输系统对于传输质量来说有决定性的作用。

光波分复用器光波分复用器的作用其实就是把多个不同规格的信号全都合并起来再同一根光纤上来传输,而光波分解复用器就是起到一个与光波分复用器相反的作用,即将复用在一起同一根光纤上传输的多个规格的信号拆分开来成为单一规格波长的信号在分别输出,这了两个器件也是一种可以互相转换的存在。把复用器的输入端和输出端反过来使用就变成了解复用器,同理把解复用器的输入端和输出端反过来使用就变成了复用器。光波分复用器

和光波分解复用器的主要性能指标是接入损耗和串扰,如果你要选择一个光波分复用器或者光波分解复用器,它的频偏及接入损耗要尽可能的小,因为这两个因素满足了,不同波长信号间影响就小了同时信道间的串扰也就变小了,对隔离度也会变大。

当今社会WDM系统中所采用的光波分复用器主要有两种,一个是介质薄膜型光波分复用器,一个是光栅型光波分复用器。

3.4 WDM技术目前存在的问题

以WDM技术为基础的具有分插复用和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等优势,已成为未来高速传输网的发展方向,很好的解决下列问题有利于其实用化。

(1)WDM是一项新的技术,其行业标准制定较粗,因此不同商家的WDM产品互通性极差,特别是在上层的网络管理方面。为了保证WDM系统在网络中的大规模实施,需保证WDM系统间的互操性以及WDM系统与传统系统间互连、互通,因此应加强光接口设备的研究。

(2)WDM系统的网络管理,特别是具有复杂上/下通路需求的WDM网络管理不是很成熟。在网络中大规模采用需要对WDM系统进行有效网络管理,例如在故障管理方面,由于WDM系统可以在光通道上支持不同类型的业务信号,一旦WDM系统发生故障,操作系统应能及时自动发现,并找出故障原因;目前为止相关的运行维护软件仍不成熟,在性能管理方面,WDM系统使用模拟方式复用及放大光信号,因此常用的比特误码率并不适用于衡量WDM的业务质量,必须寻找一个新的参数来准确衡量网络向用户提供的服务质量等。

(3)一些重要光器件的不成熟将直接限制光传输网的发展,如可调谐激光器等。通常光网络中需要采用4~6个能在整个网络中进行调谐的激光器,但目前这种可调谐激光器还很难商用化。

第四章 WDM光传输系统的性能研究及仿真

4.1 点到点2信道WDM光传输系统仿真系统图(传输速率10GBits/s)

图1 点到点2信道WDM光传输系统4.2 点到点2信道WDM光传输系统仿真结果图

图2 点到点2信道Q因子图

图3 点到点2信道BER误码率图

图4 点到点2信道眼图

图5 点到点2信道发送光谱图

图6 点到点2信道接收光谱图

图7 点到点2信道WDM分析仪结果图4.3 点到点2信道在频率为120,100,80下的输入频谱图

改变输入频率为120HZ

图8 点到点2信道120HZ的输入频谱图改变输入频率为100HZ

图9 点到点2信道100HZ的输入频谱图改变输入频率为80HZ

图10 点到点2信道80HZ的输入频谱图

4.4 点到点2信道在频率为120,100,80下的输出频谱图

改变输入频率为120HZ

图11 点到点2信道120HZ的输出频谱图改变输入频率为100HZ

图12 点到点2信道100HZ的输出频谱图

改变输入频率为80HZ

图13 点到点2信道120HZ的输出频谱图

第五章系统仿真结果分析

WDM光传输系统应测量的基本参数主要为波分复用、波分解复用光谱图、系统眼图和Q 因子等参数,信号经光载波调制复用后的光谱图。根据眼图反映出的码间串扰和噪声对系统性能的影响就能确定出基带传输系统性能的好坏。眼图越清晰,开口越大,基带传输系统性能就越好。

WDM光传输系统中,衡量光传输系统性能好坏的重要指标是BER,一般情况,信号的质量取决于Q因子和品质因数,并用Q因子来表征系统的误码率(BER)。Q因子越大,BER误码率越小,说明信号质量越高,基带传输系统性能也就越好,在接收端复合信号经解复用器解复用,再经过解调器恢复出原通信信号,分离出的一路信号光谱图。可见各路信号分离后未出现混频现象,说明WDM系统有着极大的可靠性。

将输入频率依次改变为120HZ,100HZ,80HZ,通过对它们的输入,输出频谱图的分析可以得到结论:载波间隔越大,信号传输质量应该越好!所以120GHz的波形,从理论上应该越好!这样有利于我们以后在工程实践中,对最优点的寻找,从而做出最优秀的工程实践工作!

参考文献

[1] 张宝富. 现代光纤通信与网络教程[M]. 人民邮电出版社. 2002.7.

[2] 马声全. 高速光纤通信ITU-T规范与系统设计[M]. 北京邮电大学出版社. 2001.1.

[3] 顾婉怡. 光纤通信系统[M]. 北京邮电大学出版社. 1999.

[4] 刘增基. 光纤通信[M]. 西安电子科技大学出版社. 2001.

[5] 张引发. 光缆线路工程\施工与维护[M]. 电子工业出版社. 2002.8.

光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结

红色:重点、绿色:了解 第1章 1、光纤通信的基本概念:以光波为载频,用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区:0.85~2.00μm的波长区,对应频率: 167~375THz。 对于SiO2光纤,在上述波长区内的三个低损耗窗口,是目前光纤通信的实用工作波长,即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成:P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波(IM/DD)的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备(光发射机)、光纤传输线路、光接收设备(光接收机)、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能: 电发射机:对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理; 光发送设备:实现电/光转换; 光接收机:实现光/电转换; 光中继器:将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号,继续送向前方,以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点:(可参照P1、2) 优点:(1),传输容量大。(2)传输损耗小,中继距离长。 (3)保密性能好:光波仅在光纤芯区传输,基本无泄露。 (4)抗电磁干扰能力强:光纤由电绝缘的石英材料制成,不受电磁场干扰。(5)体积小、重量轻。(6)原材料来源丰富、价格低廉。 缺点:1)弯曲半径不宜过小;2)不能远距离传输;3)传输过程易发生色散。 4、适用光纤:P11 G.652 和G.654:常规单模光纤,色散最小值在1310nm处,衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653:色散位移光纤,色散最小值在1550nm处,衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655:非零色散光纤,色散在1310nm处较小,不为0;衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充:1、1966年7月,英籍华人(高锟)博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系(PDH)和同步数字体系(SDH)两种传输体制。

光纤通信波分复用系统的研究与设计

武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计(论文) 光纤通信波分复用系统的研究与设计 Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 学生姓名谭辉 学号1030210221 专业班级通信技术1002(光纤通信方向) 指导教师陈义华 2013年5月

作者声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果,除了文中特别加以标注的地方外,没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为,也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计(论文)引起的法律结果完全由本人承担。 毕业设计(论文)成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。 特此声明。 作者专业: 作者学号: 作者签名: ____年___月___日

摘要 20世纪90年代以来光纤通信得到了迅速的发展,光纤通信中的新技术也在不断涌现,其中波分复用技术就是光纤通信中重要的技术之一。波分复用(WDM)是在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。 本文首先介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和发展状况,其中重点介绍了稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点及其应用。其次深入分析了波分复用技术的基本原理与基本结构,同时深入分析了WDM系统的基本形式和主要特点及存在的问题,最后对现在的WDM的发展方向和前景做了进一步的探讨。 关键词:光纤通信;波分复用;技术研究

多模光纤和单模光纤对比分析

多模光纤和单模光纤区别 1、多模光纤是光纤通信最原始的技术,这一技术是人类首次实现通过光纤来进行通信的一项革命性的突破。 2、随着光纤通信技术的发展,特别是激光器技术的发展以及人们对长距离、大信息量通信的迫切需求,人们又寻找到了更好的光纤通信技术----单模光纤通信。 3、光纤通信技术发展到今天,多模光纤通信固有的很多局限性愈发显得突出: ①、多模发光器件为发光二极管(LED),光频谱宽、光波不纯净、光传输色散大、传输距离小。1000M bit/s带宽传输,可靠距离为255米(m)。100M bit/s带宽传输,可靠距离为2公里(km)。 ②、因多模发光器件固有的局限性和多模光纤已有的光学特性限制,多模光纤通信的带宽最大为1000M bit/s。 4、单模光纤通信突破了多模光纤通信的局限: ①、单模光纤通信的带宽大,通常可传100G bit/s以上。实际使用一般分为155M bit/s、 1.25G bit/s、 2.5G bit/s、10G bit/s。 ②、单模发光器件为激光器,光频谱窄、光波纯净、光传输色散小,传输距离远。单模激光器又分为FP、DFB、CWDM三种。FP激光器通常可传输60公里(km),DFB和CWDM 激光器通常可传输100公里(km)。 5、数字式光端机采用视频无压缩传输技术,以保证高质量的视频信号实时无延迟传输并确保图像的高清晰度及色彩纯正。这种传输方式信息数据量很大,4路以上视频的光端机均

采用1.25G bit/s以上的数据流传输。8路视频的数据流高达1.5G bit/s。 因多模光纤最大带宽仅为1G bit/s,如果采用多模光纤传输,势必造成信息丢失、视频图像出现大量雪花甚至白斑、数据控制失常。 另一个致命的因素就是传输距离的限制,多模光纤1G bit/s带宽的传输距离理论上是255米(m),如果考虑到光链路损耗,实际距离还要小几十米。 6、从单模光纤通信技术诞生之日起,就意味着多模光纤通信方式的淘汰。目前用多模光纤传输的已经很少了,只是因为市场的惯性而延续至今,对光纤通信这一行业的人来说,这早已是不争的事实。我们认为应该本照着对用户负责,对用户长远需求负责的精神提出合理建议 根据传输点模数的不同,光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓"模"是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源,多模光纤则采用发光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播,从而形成模分散(因为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同,这种特征称为模分散。),模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离,因此,多模光纤的芯线粗,传输速度低、距离短,整体的传输性能差,但其成本比较低,一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传播,所以单模光纤没有模分散特性,因而,单模光纤的纤芯相应较细,传输频带宽、容量大,传输距离长,但因其需要激光源,成本较高。 多模光纤 多模光纤中光信号通过多个通路传播;通常建议在距离不到英里时应用。 多模光纤从发射机到接收机的有效距离大约是5英里。可用跟离还受发射/接收装置的类型和质量影响; 光源越强、接收机越灵敏,距离越远。研究表明,多模光纤的带宽大约为4000Mb/s。 制造的单模光纤是为了消除脉冲展宽。由于纤芯尺寸很小(7-9微米),因此消除了光线的跳跃。在1310和 1550nm波长使用聚焦激光源。这些激光直接照射进微小的纤芯、并传播到接收机,没有明显的跳跃。如果可以把多模比作猎怆,能够同时把许多弹丸装人枪筒,那么单模就是步枪,单一光线就像一颗子弹。 单模光纤 单模光纤的纤芯较细,使光线能够直接发射到中心。建议距离较长时采用。 另外,单模信号的距离损失比多模的小。在头3000英尺的距离下,多模光纤可能损失其LED光信号强度的50%,而单模在同样距离下只损失其激光信号的

光纤通信系统第三版-沈建华-机械工业出版社

光纤通信系统第三版-沈建华-机械工业出版社

《光纤通信》作业(2016.1.30) 1.1 光纤通信有哪些特点? 1、光纤通信的优点: (1)传输容量大。(2)传输损耗小,中继距离长。(3)信号泄漏小,保密性好。(4)节省有色金属。(5)抗电磁干扰性能好。(6)重量轻,可挠性好,敷设方便。 2、光纤通信的缺点: (1)抗拉强度低。(2)连接困难。(3)怕水。 1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。 光纤通信系统的主要组成部分为:(1)光纤光缆、(2)光源(光发送机)、(3)光检测器(光接收机)、(4)无源器件、(5)光放大器(光中继器)。 1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中,工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种? 由于目前使用的光纤均为石英光纤,而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区,即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。为此,光纤通信系统的工作

波长只能是选择在这三个波长窗口。 2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么?光纤的损耗系数对通信有什么影响? 1、光纤产生能量衰减的原因包括:(1)吸收、(2)散射和(3)辐射。 2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失,造成信号接收困难。 2.2 在一个光纤通信系统中,光源波长为1550nm,光波经过5km长的光纤线路传输后,其光功率下降了25%,则该光纤的损耗系数为多少?

2.3 光脉冲在光纤中传输时,为什么会产生瑞利散射?瑞利散射损耗的大小与什么有关? 瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的,从而使折射率沿纵向产生不均匀,其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。光在光纤中传输时,遇到这些比波长小,带有随机起伏的不均匀物质时,改变了传输方向,产生了散射。 2、瑞利散射损耗的大小与成正比。 2.4 光纤中产生色散的原因是什么?色散对通信有什么影响? 1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。 2、色散会导致传输光脉冲的展宽,继而引起码间干扰,增加误码。对于高速率长距离光纤通信系统而言,色散是限制系统性能的主要因素之一。 2.5 光纤中色散有几种?单模传输光纤中主要是什么色散?多模传输光纤中主要存在什么色散?

综合布线中如何选择多模光纤和单模光纤[详细]

综合布线中如何选择多模光纤和单模光纤 【文章摘要】光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模.多模光纤的纤芯直径为50或62.5μ米,包层外径125μ米,表示为50/125μ米或62.5/125μ米.单模光纤的纤芯直径为8.3μ米,包层外径125μ米,表示为8.3/125μ米. 1、光纤分类 光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模.多模光纤的纤芯直径为50或62.5μ米,包层外径125μ米,表示为50/125μ米或62.5/125μ米.单模光纤的纤芯直径为8.3μ米,包层外径125μ米,表示为8.3/125μ米. 光纤的工作波长有短波850n米、长波1310n米和1550n米.光纤损耗一般是随波长增加而减小,850n米的损耗一般为2.5dB/千米,1.31μ米的损耗一般为0.35dB/千米,1.55μ米的损耗一般为0.20dB/千米,这是光纤的最低损耗,波长1.65μ米以上的损耗趋向加大.由于OHˉ(水峰)的吸收作用,900~1300n米和1340n米~1520n米范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用. 2、多模光缆 多模光纤(米ulti 米ode Fiber) -芯较粗(50或62.5μ米),可传多种模式的光.但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重.因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里.如下表,为多模光缆的带宽的比较: 提到万兆多模光缆,需要作些说明,光纤系统在传输光信号时,离不开光收发器和光纤.因传统多模光纤只能支持万兆传输几十米,为配合万兆应用而采用的新型光收发器,ISO/IEC 11801制定了新的多模光纤标准等级,即O米3类别,并在2002年9月正式颁布.O米3光纤对LED和激光两种带宽模式都进行了优化,同时需经严格的D米D测试认证.采用新标准的光纤布线系统能够在多模方式下至少支持万兆传输至300米,而在单模方式下能够达到10 公里以上(1550n米更可支持40公里传输).

零水峰单模光纤知识

零水峰单模光纤 又称ITU G.652.C/D 光纤,是采用一种新的生产制造技术,尽可能地消除OH 离子1383nm 附近处的“水吸收峰”,使光纤损耗完全由玻璃的本征损耗决定,在1280~1625nm 的全部波长范围内都可以用于光通信。零水峰光纤(Zero water peak fibre ),消除了由“水峰”引起的高衰减现象,确保了 E 波段的信号传输。而G.652.C/D 光纤拥有跟传统单模光纤相同的色散。ITU G.694.2 CWDM 信道被覆盖,而那些用红色标出的区域则表明由ITU G.652.C/D 光纤引起的信道增益。通过消除水峰,不仅CWDM 技术可以使用E-波段,它也成为高速通讯的一种理想单模光纤。 零水峰光纤,能满足国际电工委员会对水峰衰减H2 老化特性测试标准的要求,使用起来即可以避免水峰现象又可防止在光纤的使用生命里水峰重返现象。 标准或传统的单模光纤通常用于长程或高速传输话音、数据或视像。这种光纤最佳的传输窗口为波长为1310nm和1550nm的窗口。在传统单模光纤玻璃的制造过程中,在1400nm波长区域会出现一个叫水峰的光吸收峰,此吸收峰源于氢氧根离子的吸收。水峰增加了在此特定区域的衰减损耗(衰减损耗可达2dB/km或更高)。对于过去和现在的应用它并没有什么影响,因为这些应用是工作于1310或1550nm波长窗口。 但是随着像40Gb/s等更高传输率应用的研究和开发,多信道波分复用(WDM-波长划分多路复用)引起了人们的兴趣。多信道波分复用是一种在一根光纤上传输更多数据的方法,从A 点到B点传输不是采用一个波长来传输一个信号,而是在一根光纤里使用几种不同波长的来传输几种数据率和协议都不相关的不同的信号。例如,SDH/SONET、千兆以太网以及快速以太网等几种协议可全都在同一芯光纤内运行因为每种信号会有自己独自的工作波长。 多信道波分复用有两种模式;密集波分复用(DWDM)和稀疏波分复用(CWDM)。 密集波分复用:这是一种用于在单根光纤里传输数字视像的技术。传输信道的间隔很密,典型的间隔约为0.8nm。密集波分复用的波长分布在C-波段和L-波段内。 稀疏波分复用:这是一种用于在单根短距离的光纤内传输更多信道的技术。传输信道的间隔较疏,典型的间隔约为20nm。此技术比密集波分复用便宜约1/3,是城域/电信接入应用的一个较好的候选方案。稀疏波分复用的波长已由ITU(国际电信联盟)在2002年制定了标准(CWDM ITU G.694.2)。此标准论述了在一种特殊类型光纤内,利用1270-1610nm的波长区间设18个CWDM信道的可能性,这意味着CWDM的波长落入O-、E-、S-、C- 及L-波段。传统的单模光纤在1400nm的水峰区使18个CWDM信道中位于E-波段的4个信道无法使用,因此无法获得最理想的效果。 为了解决传统单模光纤在多信道波分复用中的缺陷,我们采用一种新的单模光纤——“零水峰”单模光纤。 要想使用全部光谱范围,在水峰区域的高衰减就必须消除。零水峰光纤在制造时无氢氧根离子,因而在1400nm区域获得更好的衰减控制。通过消除水峰,不仅CWDM技术可以使用E-波段,它也成为高速通讯的一种理想单模光纤。

光纤通信系统第三版~沈建华~机械工业出版社

《光纤通信》作业(2016.1.30) 1.1 光纤通信有哪些特点? 1、光纤通信的优点: (1)传输容量大。(2)传输损耗小,中继距离长。(3)信号泄漏小,性好。(4)节省有色金属。(5)抗电磁干扰性能好。(6)重量轻,可挠性好,敷设方便。 2、光纤通信的缺点: (1)抗拉强度低。(2)连接困难。(3)怕水。 1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。 光纤通信系统的主要组成部分为:(1)光纤光缆、(2)光源(光发送机)、(3)光检测器(光接收机)、(4)无源器件、(5)光放大器(光中继器)。 1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中,工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种? 由于目前使用的光纤均为石英光纤,而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区,即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。为此,光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。

2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么?光纤的损耗系数对通信有什么影响? 1、光纤产生能量衰减的原因包括:(1)吸收、(2)散射和(3)辐射。 2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失,造成信号接收困难。 2.2 在一个光纤通信系统中,光源波长为1550nm,光波经过5km长的光纤线路传输后,其光功率下降了25%,则该光纤的损耗系数为多少? 2.3 光脉冲在光纤中传输时,为什么会产生瑞利散射?瑞利散射损耗的大小与什么有关? 瑞利散射是由于光纤部的密度不远匀引起的,从而使折射率沿纵向产生不均匀,其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。光在光纤中传输时,遇到这些比波长小,带有随机起伏的不均匀物质时,改变了传输方向,产生了散射。 2、瑞利散射损耗的大小与成正比。

光纤的分类:单模、多模

光纤的分类 光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模。多模光纤的纤芯直径为50或62.5μm,包层外径125μm,表示为50/125μm或62.5/125μm。单模光纤的纤芯直径为8.3μm,包层外径125μm,表示为8.3/125μm。故有62.5/125μm、50/125μm、9/125μm等不同种类。 光纤的工作波长有短波850nm、长波1310nm和1550nm。光纤损耗一般是随波长增加而减小,850nm的损耗一般为2.5dB/km,1.31μm 的损耗一般为0.35dB/km,1.55μm的损耗一般为0.20dB/km,这是光纤的最低损耗,波长1.65μm以上的损耗趋向加大。由于OHˉ(水峰)的吸收作用,900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用。 1、单模光纤 单模光纤(SingleModeFiber):单模光纤只有单一的传播路径,一般用于长距离传输,中心纤芯很细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但还存在着材料色散和波导色散,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。后来发现在1310nm波长处,单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看,1310nm正好是光纤的一个低损耗窗口。这样,1310nm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口,也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。

1310nm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU-T在G652建议中确定的,因此这种光纤又称G652光纤。900~1300nm和1340nm~1520nm范围内都有损耗高峰,该现象称为水峰。目前美国康普公司提供的TeraSPEEDTM零水峰单模光缆,正解决了此问题,TeraSPEED系统通过消除了1400nm水峰的影响因素,从而为用户提供了更广泛的传输带宽,用户可以自由使用从1260nm到1620nm的所有波段,因此传输通道从以前的240增加到400,性能比传统单模光纤多50%的可用带宽,为将来升级为100G带宽的CWDM粗波分复用技术打下了坚实的基础,TeraSPEED解决方案为园区/城市级理想的主干光纤系统。 2、多模光缆 多模光纤(MultiModeFiber)-芯较粗(50或62.5μm),可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。 提到万兆多模光缆,需要作些说明,光纤系统在传输光信号时,离不开光收发器和光纤。因传统多模光纤只能支持万兆传输几十米,为配合万兆应用而采用的新型光收发器,ISO/IEC11801制定了新的多模光纤标准等级,即OM3类别,并在2002年9月正式颁布。OM3光纤对LED和激光两种带宽模式都进行了优化,同时需经严格的DMD 测试认证。采用新标准的光纤布线系统能够在多模方式下至少支持万兆传输至300米,而在单模方式下能够达到10公里以上(1550nm更

波分复用光纤传输系统的结构设计及性能研究

通信工程 专业综合实践 课程名称:专业综合实践 设计题目:波分复用光纤传输系统的结构设计及性能研究学院:电气信息学院 专业年级:通信工程2011级 指导教师: 姓名: 学号: 时间:

在当今的时代光纤通信系统的发展速度越来越快。很多光纤系统应运而出,这些系统通常有很多个信号的通道以及不同种类的拓扑结构,另外这些系统的非线性器件和非高斯噪声源也是有许多的不同,所以这就需要大量人员去对这些系统进行设计和分析。 WDM作为现在光通信的主流技术,对它的研究有重要的现实意义。在本论文将对W DM光传输系统的调制方式、EDFA和WDM光传输系统进行设计仿真,并得到一些有参考价值的结论。论文的主要工作及成果是对掺饵光纤放大器(EDFA)进行设计仿真,用optical system仿真软件对WDM光传输系统进行仿真,验证2路信道下的系统性能,并提出一个方案,达到系统性能与传输速率的平衡。 关键字:WDM 光纤放大器EDFA 掺饵光纤WDM光传输系统

摘要---------------------------------------------------------------2 目录---------------------------------------------------------------3 第一章绪论--------------------------------------------------------4 1.1 研究背景及意义---------------------------------------------------------4 1.2 光纤通信技术的发展-----------------------------------------------------4 1.3 波分复用技术的发展-----------------------------------------------------5 1.4 TDM FDM WDM的特点及应用场合---------------------------------------------5 1.5 仿真软件OptiSystem的使用-----------------------------------------------6 第二章波分复用技术------------------------------------------------6 2.1 WDM技术简介------------------------------------------------------------6 2.2 波分复用技术的特点-----------------------------------------------------8 2.3 波分复用在光纤中的应用-------------------------------------------------8 第3章 WDM的结构设计-----------------------------------------------9 3.1 WDM系统的基本形式------------------------------------------------------9 3.2 WDM系统的基本结构-----------------------------------------------------10 3.3 光波分复用器和解复用器------------------------------------------------10 3.4 WDM技术目前存在的问题-------------------------------------------------11第四章 WDM光传输系统的性能研究及仿真------------------------------11 4.1 点到点2信道WDM光传输系统仿真系统图-----------------------------------11 4.2 点到点2信道WDM光传输系统仿真结果图-----------------------------------12 4.3 点到点2信道在频率为120,100,80下的输入频谱图--------------------------15 4.4 点到点2信道在频率为120,100,80下的输出频谱图--------------------------17第五章系统仿真结果分析-------------------------------------------18参考文献----------------------------------------------------------19

通信单模光纤的相关标准介绍与分类

通信单模光纤的相关标准介绍与分类 1、概述 光纤是光缆的核心部分,光纤通信技术的发展大大推动了光纤的标准化工作的进程。目前,主要从事光纤和光缆国际标准化研究的组织是IEC(国际电工技术委员会)和ITU-T(国际电信联盟)。IEC侧重于光纤光缆生产厂商,主要关注的是产品性能规范和测试方法,而ITU-T则侧重于通信运营商和传输设备制造商,主要关注光纤在通信运营网络中的正确合理使用。虽然IEC与ITU-T的研究的侧重点不同,但两个组织对光纤传输特性的要求是相同的,他们根据光纤的零色散波长、截止波长等是否产生位移而将单模光纤进行划分。 2、光纤的分类 光纤从传输模式上可分单模光纤和多模光纤两种。而IEC和ITU-T又根据零色散波长和截止波长是否产生位移将单模光纤划分为6种类型。其中ITU-T标准将单模光纤分为G.652、G.653、G.654、G.655和G.656等类型,而IEC则将单模光纤分为B1.1、B1.2、B1.3、B2、B4等,两个国际标准中光纤的分类对应关系及主要特征详见下表: ITU-T与IEC光纤型式对照表 ITU-T分类 IEC分类光纤名称主要特征及应用 G.652A G.652B B1.1 非色散位移单模光纤零色散波长在1300~1324nm处,最佳工作波长为1310nm,也可用在1550nm波长范围,但1550nm的色散较大,适用于10GBit/s以下中距离传输。如在1550nm波段长距离传输需要进行色散补偿。 G.654 B1.2 截止波长位移单模光纤零色散波长在1300~1324nm处,截止波长位移至1310nm以上区域,1550nm衰减最低,可达0.18dB/km,主要用于海缆。1550nm色散大。 G.652C G.652D B1.3 波长段扩展的非色散位移单模光纤(也称全波光纤或低水峰光纤) 零色散波长在1300~1324nm处,消除了G.652A、B光纤存在的1383nm处的水峰,将工作波长扩展到1360-1530nm,用于城域网全波段CWDM传输。 G.653 B2 色散位移单模光纤为在1550nm波长进行传输而优化的光纤,为解决1550nm色散大而将零色散波长移至1550nm附近,1550nm衰减小,适用于C波段长距离单通道传输。但当采用波分复用传输时会产生非线性效应。 / B3 色散平坦光纤在1310-1550nm波长区具有小的色散系数。 G.655A G.655B G.655C B4 非零色散位移单模光纤为在1550nm波长区进行多信道传输而优化的光纤。使1550nm波长上有一定的色散值,可抑制四波混频等非线性效应,适用于C、L波段长距离DWDM传输。

模拟光纤通信系统.pdf

第六章模拟光纤通信系统 (4学时) 一、教学目的及要求: 使学生熟悉模拟光纤通信系统的组成和结构特点,重点要求他们掌握模拟光纤通信的系统调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统和副载波复用光纤传输系统结构。 二、教学重点及难点: 本章重点:调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统、副载波复用光纤传输系统。 本章难点:调制方式 三、教学手段: 板书与多媒体课件演示相结合 四、教学方法: 课堂讲解、提问 五、作业: 课外作业: 6-1 6-2 6-4 6-5 六、参考资料: 《光纤通信》刘增基第六章。 《光纤通信》杨祥林第八章第九章 七、教学内容与教学设计:

【讲授新课】(96分钟) 第六章模拟光纤通信系统 6.1调制方式 6.1.1模拟基带直接光强调制 模拟基带直接光强调制(DIM)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和输入模拟基带信号的波形成比例。 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)。 预调制又有多种方式,主要有以下三种。 1. 频率调制(FM) 频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频,产生等幅的频率受调的正弦信号,其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制,形成FMIM光纤传输系统。 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PFMIM光纤传输系统。 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

波分复用的概念

光通信系统可以按照不同的方式进行分类。如果按照信号的复用方式来进行分类,可分为频分复用系统(FDM-Frequency Division Multiplexing )、时分复用系统(TDM-Time Division Multiplexing)、波分复用系统(WDM- Wavelength Division Multiplexing)和空分复用系统(SDM-Space Division Multiplexing)。所谓频分、时分、波分和空分复用,是指按频率、时间、波长和空间来进行分割的光通信系统。应当说,频率和波长是紧密相关的,频分也即波分,但在光通信系统中,由于波分复用系统分离波长是采用光学分光元件,它不同于一般电通信中采用的滤波器,所以我们仍将两者分成两个不同的系统。 波分复用是光纤通信中的一种传输技术,它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点,把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段,每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用(OFDM),只是因为光波通常采用波长而不用频率来描述、监测与控制。随着电-光技术的向前发展,在同一光纤中波长的密度会变得很高。因而,使用术语密集波分复用(DWDM-Dense Wavelength Division Multiplexing),与此对照,还有波长密度较低的WDM系统,较低密度的就称为稀疏波分复用(CWDM-Coarse Wave Division Multiplexing)。 这里可以将一根光纤看作是一个“多车道”的公用道路,传统的TDM系统只不过利用了这条道路的一条车道,提高比特率相当于在该车道上加快行驶速度来增加单位时间内的运输量。而使用DWDM技术,类似利用公用道路上尚未使用的车道,以获取光纤中未开发的巨大传输能力。 2.1.2 WDM技术的发展背景 随着科学技术的迅猛发展,通信领域的信息传送量正以一种加速度的形式膨胀。信息时代要求越来越大容量的传输网络。近几年来,世界上的运营公司及设备制造厂家把目光更多地转向了WDM技术,并对其投以越来越多的关注,增加光纤网络的容量及灵活性,提高传输速率和扩容的手段可以有多种,下面对几种扩容方式进行比较。 l 空分复用SDM(Space Division Multiplexer) 空分复用是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量,传输设备也线性增加。 在光缆制造技术已经非常成熟的今天,几十芯的带状光缆已经比较普遍,而且先进的光纤接续技术也使光缆施工变得简单,但光纤数量的增加无疑仍然给施工以及将来线路的维护带来了诸多不便,并且对于已有的光缆线路,如果没有足够的光纤数量,通过重新敷设光缆来扩容,工程费用将会成倍增长。而且,这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽,造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设,不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容,事实上,在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。因此,空分复用的扩容方式是十分受限。 l 时分复用TDM(Time Division Multiplexer) 时分复用也是一项比较常用的扩容方式,从传统PDH的一次群至四次群的复用,到如今SDH

光纤通信系统的组成与特点_光纤通信六大发展动向

光纤通信系统的组成与特点_光纤通信六大发展动向 一、光纤通信系统简介光纤通信系统是以光为载波,利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介,通过光电变换,用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展,信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一,必将成为21世纪最重要的战略性产业。 二、光纤通信系统特点①在单位时间内能传输的信息量大。90年代初光纤通信的实用水平的信息率为2.488Gbit/s,即一对单模光纤可同时开通35000个电话,而且它还在飞速发展; ②经济。光纤通信的建设费用随着使用数量的增大而降低; ③体积小、重量轻,施工和维护等都比较方便; ④使用金属少,抗电磁干扰、抗辐射性强,保密性好等。 三、光纤通信系统基本构成(1)光发信机 光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制,成为已调光波,然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。 (2)光收信机 光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号,经光检测器转变为电信号,然后,再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平,送到接收端的电端汲去。 (3)光纤或光缆 光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号,经过光纤或光缆的远距离传输后,耦合到收信端的光检测器上去,完成传送信息任务。 (4)中继器 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个:一个是补偿光信号在光

数字光纤通信系统及其设计

` 数字光纤通信系统及其设计 摘要 当今世界,计算机与通信技术高度结合,光纤通信有了长足发展。纵观当今电信的主要技术,光纤和光波的变革极大的提高着信息的传输容量。进入1993年以后,我国光纤通信已处于持续大发展时期。其特征是大量新技术,特别是网络技术、高速介质接入网(HMAV)、光时分复用接入(OTMMA)和波分复用接入(WDMA)、光孤子(soliton)、掺铒光纤放大器(EDFA)、 SDH产品等开始实用化并开展大量、深入的研究工作。面对光纤通信技术的普遍应用,了解光纤通信系统组成及其系统参数的测量技术现状,无论是对光纤通信的业主、经销商,还是对光纤通信的广大用户都是重要的。 本论文主要介绍数字光纤通信系统基本组成,含义及其特点,阐述数字光信通信系统的设计方法。针对WDM+EPFA数字光纤链路系统进行具体设计。 关键字; 数字光纤通信系统掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) Digital optical communications system and its design ] Abstrac In today's world, the combination of computer and communication technology, the height of optical fiber communication with rapid development. In today's main technology of telecommunications, optical fiber and light changes greatly improves the information transmission capacity. Since 1993, China into a continuous fiber communication has great development period. Its characteristic is a new technology, in particular network technology, high-speed medium access (HMAV), light time multiplex access (OTMMA) and WDM access (WDMA), optical solitons (soliton), erbium doped fiber amplifier (EDFA), SDH products began to

多模光纤与单模光纤

深圳凯祺瑞科技有限公司-https://www.360docs.net/doc/482077717.html, 多 模 光 纤 与 单 模 光 纤

1 什么是单模与多模光纤?他们的区别是什么? 单模与多模的概念是按传播模式将光纤分类──多模光纤与单模光纤传播模式概念。我们知道,光是一种频率极高(3×1014Hz)的电磁波,当它在光纤中传播时,根据波动光学、电磁场以及麦克斯韦式方程组求解等理论发现: 当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时,光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播,如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等(其中m、n=0、1、2、3、……)。 其中HE11模被称为基模,其余的皆称为高次模。 1)多模光纤 当光纤的几何尺寸(主要是纤芯直径d1)远远大于光波波长时(约1μm),光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式具有不同的传播速度与相位,导致长距离的传输之后会产生时延、光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散(又叫模间色散)。 模式色散会使多模光纤的带宽变窄,降低了其传输容量,因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。 多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布即渐变折射率分布。其纤芯直径约在50μm左右。 2)单模光纤 当光纤的几何尺寸(主要是芯径)可以与光波长相近时,如芯径d1 在5~10μm范围,光纤只允许一种模式(基模HE11)在其中传播,其余的高次模全部截止,这样的光纤叫做单模光纤。 由于它只有一种模式传播,避免了模式色散的问题,故单模光纤具有极宽的带宽,特别适用于大容量的光纤通信。因此,要实现单模传输,必须使光纤的诸参量满足一定的条件,通过公式计算得出,对于NA=0.12 的光纤要在λ=1.3μm以上实现单模传输时,光纤纤芯的半径应≤4.2μm,即其纤芯直径d1≤8.4μm。 由于单模光纤的纤芯直径非常细小,所以对其制造工艺提出了更苛刻的要求。 2 使用光纤有哪些优点? 1) 光纤的通频带很宽,理论可达30T。 2) 无中继支持长度可达几十到上百公里,铜线只有几百米。 3) 不受电磁场和电磁辐射的影响。

布线时单模光纤与多模光纤的选用

布线时单模光纤与多模光纤的选用 1.多模光纤 当光纤的几何尺寸(主要是纤芯直径d1)远远大于光波波长时(约 1μm),光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式具有不同的传播速度与相位,导致长距离的传输之后会产生时延、光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散(又叫模间色散)。 模式色散会使多模光纤的带宽变窄,降低了其传输容量,因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。 多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布即渐变折射率分布。其纤芯直径约为50μm。 2.单模光纤 当光纤的几何尺寸(主要是芯径)可以与光波长相近时,如芯径d1在5-10μm范围,光纤只允许一种模式(基模HE11)在其中传播,其余的高次模全部截止,这样的光纤叫做单模光纤。 由于它只有一种模式传播,避免了模式色散的问题,故单模光纤具有极宽的带宽,特别适用于大容量的光纤通信。因此,要实现单模传输,必须使光纤的诸参量满足一定的条件,通过公式计算得出,对于NA=0.12的光纤要在 λ=1.3μm以上实现单模传输时,光纤纤芯的半径应≤4.2μm,即其纤芯直径 d1≤8.4μm。 由于单模光纤的纤芯直径非常细心,所以对其制造工艺提出了更苛刻的要求。 3.使用光纤有哪些优点? (1)光纤的同频带很宽,理论可达30T; (2)无中继支持长度可达几十到上百公里,铜线只有几百米;(3)不受电磁场和电磁辐射的影响;

(4)重量轻、体积小; (5)光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃、易爆等场所;(6)使用环境温度范围宽; (7)使用寿命长。 4.如何选择光缆? 光缆的选择除了根据光纤芯数和光线种类以外,还要根据光缆断额使用环境来选择光缆的结构和外护套。 (1)用户用光缆直埋时,宜选用松套铠装光缆。架空时,可选用两根或多根加强筋的黑色PE外护套的松套光缆; (2)建筑物内用的光缆在选用时应选用紧套光缆并注意其阻燃、毒和烟的特性。一般在管道中或强制通风处可选用阻燃但有烟的类型或可燃无毒的类型,暴露的环境中应选用阻燃、无毒和无烟的类型; (3)楼内垂直或水平布缆时,可选用与建筑物内通用的紧套光缆、配线光缆或者分支光缆; (4)根据网络应用和光缆应用参数悬着单模和多模光缆,通常室内和短距离应用以多模光缆为主,室外和长距离应用以单模光缆为主。 5.在光纤的连接中,如何选择固定连接和活动连接的不同应用 光纤的活动连接是通过光纤连接器实现的。光链路中的一个活动连接点就是一个明确的分割界面。在活动连接和固定连接的选择上,固定连接的优势体系那在成本较低、光损耗较小,但灵活性差,而活动连接与之相反。网络设计时需要根据整条链路情况,灵活选择活动和固定连接的使用,保证既有灵活性,又有稳定性,从而充分发挥各自的优势。活动连接界面是重要的测试、维护、变更的界面,活动连接比固定连接相对容易找到链路中的故障点,为故障器件的更换更加便捷性,从而提高系统维护性和减少维护成本。 6.光纤到桌面的意义和系统设计时的注意事项

常见单模光纤

1.光纤优点。光纤通信系统框图。常见单模光纤:G.652标准单模光纤G.653色散位移光纤 G.654截止波长移位的单模光纤G.655非零时色散位移光纤 2.波长色散:波的不同在一个单独的模式内发生脉冲展宽产生的色散。模式色散:一个光脉冲的能量分配到不同的模式上,以不同的速度传播到输出端,导致光脉冲展宽。 3.光纤的连接:光纤熔接法V形槽机械连接弹性管连接 4.光无源器件:光纤连接器:活接头可拆卸重复使用,用于光纤与一些器件之间的连接。 光纤耦合器:一输入多输出或多输入一输出,具有多个输入\输出端的光纤汇接器件。 光衰减器:控制光能衰耗。光隔离器:把光信号按一个方向从一个端口送到另一个端口,并防止光信号沿错误方向传播引起的不必串扰。波分复用\解复用器:把多个不同波长的光波复合注入同一根光纤中传输,或将输入光口多个不同波长的光波分开输出到不同的光端口。 5.啁啾现象:在调制脉冲的上\下升沿向短\长波长漂移,动态的使谱线加宽。 6.光与物质的作用:自发辐射(LED发光)受激辐射(激光器)受激吸收(半导体光接收器) 7.半导体激光器LD工作原理:受激辐射由电子在价带与导带之间连续分布的能级间跃迁产生的受激辐射光,用半导体晶体的解剖面形成两个平行反射镜面组成谐振腔,使光振荡、反馈,产生光的辐射放大,输出激光。 8.单模激光器:激光器发出的激光是单纵模,所对应的的光谱只有一个谱线线宽为0.1nm 多模激光器:光谱特性包括内含3~5个纵模,对应线宽为3~5nm 9.直接调制:通过信息流直接控制激光器的驱动电流,从而通过输出功率的变化实现调制。优点:方便简单缺点:调制速度受载流子寿命及高速性能劣化的限制。仅适用半导体光源。间接调制:用调制信号改变调制器的物理特性,从而用调制器将来自激光二极管的连续光波转换成随电信号变化的光输出信号。应用于高速率、远距离的传输。 优点:调制频率展宽很小,光源谱线宽度能维持很小。缺点:较复杂,损耗大,造价高。 10.直接调制的光发送机(框图) 均衡器:对由PCM电端机送来的码流进行均衡用以补偿由电缆传输所产生的畸变和衰减保证光端机间信号的幅度阻抗适配,以便正确译码。 码型变换:将传输码转变为适合于光纤线路中传输的单极性二进制码。 信号扰码:有规律的破坏长连1或0的码流,使0和1等概出现。 线路编码:消除或减少数字信号中的直流分量和低频分量,以便接收和监测 时钟提取:提取电路中的时钟信号供给码型变换,扰码电路和线路编码使用。 驱动电路:消除外部干扰。 自动功率控制电路APC:自动跟踪光功率输出变化,相应改变LD的偏置电流和调制电流,使光功率输出保持稳定。 自动温度控制电路A TC:保持LD工作温度基本稳定,提高LD的稳定性和寿命。 保护电路:保护,告警,检测电路。 11. 光检测器:PIN光电二极管:在P区和N区之间区域有层轻掺杂的N型材料成为I层。利用半导体材料的光电效应将入射光子转换成电子—空穴对形成光电流,实现光电转换。雪崩光电二极管APD:利用载流子在高场区的碰撞电离形成倍效应使检测灵敏度大幅提高。 12.光接收机(框图) 光检测与前置放大:接收机前端,核心,将耦合入光电检测器的光信号转换为时变光生电流,实现光电转换并进行预放大 主放大器、均衡滤波和自动增益控制:主放大器作用是提供足够高的增益,为判决电路提供所需的信号电平,一般要采用自动增益控制电路控制其增益以扩大接收机动态范围,均衡滤波是将主放大器输出的失真数字脉冲进行整合补偿,有利于判决,减少码间干扰。 判决、再生电路:完成数字信号的恢复。

相关文档
最新文档