光通信原理与技术第6章1剖析
光纤通信课件第6章 WDM
WDM系统的基本结构
光接收机： 由光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道光信 号。 光分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号。 接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载 功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号， 要有足够的电带宽。
WDM系统的基本结构
光监控信道（OSC: Optical Supervisory Channel）： 主要功能：监控系统内各信道的传输情况。 在发送端，插入本结点产生的波长为λs（1510 nm）的 光监控信号，与主信道的光信号合波输出。 在接收端，将接收到的光信号分离，输出λs 波长的光 监控信号和业务信道光信号。 帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等都是 通过光监控信道来传送的。
WDM复用原理
波分复用的常规分类
➢ 光频分复用(OFDM)：光频(信)道间距很小的频分复用。 ➢ 密集波分复用(DWDM):光频(信)道间距小于10nm的波分
复用，D:Dense (密集) ➢ 粗波分复用(CWDM)：光频(信)道间距大于10nm 的波分复
用, C: Coarse (粗)，也称稀疏波分复用。 ➢ DWDM(1550波段)的标准信道间距：
WDM复用原理
WDM系统的基本构成： 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复用器(也叫分波器)。 复用器和解复用器一般是相同的(除非有特殊的要求)。
WDM复用原理
WDM系统的基本构成主要有以下两种形式： 双纤单向传输： 单向WDM传输：所有光通路同时在一根光纤上沿同 一方向传送。在发送端将载有各种信息的、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。在接收端通过光解复用器 将不同波长的信号分开，完成多路光信号传输的任务。
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。
通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。
二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。
三、课程内容第一章光通信发展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时)第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。
本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。
（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。
七、本课程与其它课程的关系1。
本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。
本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。
八、考核方式考核方式：考查具体有三种。
根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30％,作业成绩及平时考勤占总成绩的15％。
通信原理_第6章信道复用和多址技术.
特点：简单，信道利用率低,不稳定。最大吞吐量仅为容 量的18.4%。
各种ALOHA方案网络吞吐量 S与提供负载 G的关系如图。
具有捕获效应的S-ALOHA 0.54
归一化信道吞吐量(S)
0.45 0.36 0.27 0.18 0.09 0.00 0.00 0.5
(a) 工作示意图。4个地球站，其中一个为基准站。
基准站任务：为其他各站发射定时信号。基准站也可由某一地球站兼 任。帧周期(帧)：所有地球站在卫星内占有的整个时间间隔。 分帧（子帧）:每个地球站占有的时隙帧。 (b) 帧结构。帧周期为125μs）或其整倍数。 帧:由所有分帧和一个基准站分帧组成。分帧的长度可以一样也可以 不一样。由前置码和数据两部分组成。
在FDMA中，是指各地球站占用转发器的频段；
在TDMA中，是指各站占用的时隙；
在CDMA中，是指各站使用的正交码组。
20/48
6.3.1 频分多址
FDMA按频率划分，把各站发射的信号配置在卫星频带内 的指定位置上,各中心频率留有保护频带。 示意图。
保护频带
转发器频带分配
f A fB
3/48
6.1.1 频分复用
低通滤波器 调制器 MOD 带通滤波器 BPF 带通滤波器 BPF 解调器 DEM 低通滤波器 LPF
f1 (t )
LPF
f1 (t )
01
f 2 (t )
消息输入 LPF MOD BPF
f S (t )
主调制器 MOD 信道 主解调器 DEM BPF
波分复用的两波道间隔为10 ~ 100nm。当间隔为1 ~ 10nm， 甚至1nm以下时，称为密集波分复用（DWDM）。
《光纤通信》原荣 第三版 第6章 复习思考题参考答案
第6章复习思考题参考答案6-1 EDFA的工作原理是什么？有哪些应用方式答：现在我们具体说明泵浦光是如何将能量转移给信号的。
若掺铒离子的能级图用三能级表示，如图6.3.2（a）所示，其中能级E1代表基态，能量最低，能级E2代表中间能级，能级E3代表激发态，能量最高。
若泵浦光的光子能量等于能级E3与E1之差，掺杂离子吸收泵浦光后，从基态E1升至激活态E3。
但是激活态是不稳定的，激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。
若信号光的光子能量等于能级E2和E1之差，则当处于能级E2的铒离子返回基态E1时就产生信号光子，这就是受激发射，使信号光放大获得增益。
图6.3.2（b）表示EDFA的吸收和增益光谱。
为了提高放大器的增益，应尽可能使基态铒离子激发到能级E3。
从以上分析可知，能级E2和E1之差必须是相当于需要放大信号光的光子能量，而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态E1跃迁到激活态E3。
图6.3.2 掺铒光纤放大器的工作原理EDFA可作为光发射机功率增强放大器、接收机前置放大器，或者取代光-电-光中继器作为在线光中继器使用。
在光纤系统中可延长中继距离，特别适用于长途越洋通信。
在公用电话网和CA TV分配网中，使用EDFA补偿分配损耗，可做到信号无损耗的分配。
另外，EDFA可在多信道系统中应用，因为EDFA的带宽与半导体光放大器（SOA）的一样都很宽（1~5 THz），使用光放大器可同时放大多个信道，只要多信道复合信号带宽比放大器带宽小就行。
EDFA具有相当大的带宽（∆λ = 20~40 nm，或∆f = 2.66~5.32 THz），这就意味着可用来放大短至皮秒级的光脉冲而无畸变。
从光波系统的应用观点出发，EDFA的潜在应用在于它们可放大ps级的脉冲而不发生畸变的能力。
6-2 EDFA有几种泵浦方式？哪种方式转换效率高？哪种噪声系数小答：使用0.98 μm和1.48 μm的半导体激光泵浦最有效。
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
光纤通信原理全套讲解课件
如果今后采用非石英光纤，并工作在 超长波长(＞2μm)，光纤的理论损耗系数可 以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信 的中继距离可达数千，甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
我们知道，电话线和电缆一般是不能 跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁 化路附近铺设。
4. 保密性能好
对通信系统的重要要求之一是保密性好。 然而，随着科学技术的发展，电通信方式 很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近 (甚至几公里以外)设置一个特别的接收装 置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。 更不用去说无线通信方式。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
反射定律：反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，反射光线和入射光 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
光通信原理与技术分析
光通信原理与技术分析摘要：光通信是一种高速、高带宽、低损耗的通信技术，它利用光纤作为传输介质将信号转换成光脉冲进行传输。
本文将介绍光通信的基本原理、技术特点和应用前景，同时分析了目前光通信技术面临的挑战和未来发展趋势。
关键词：光通信、光纤、光脉冲、高速传输、低损耗在信息技术高速发展的背景下，人们对通信技术的要求越来越高。
传统的通信技术已经不能满足人们对高速、高带宽、低延迟的需求。
而光通信作为一种新型的通信技术，具有高速传输、低损耗、抗干扰等优点，被广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍光通信的基本原理、技术特点和应用前景，同时分析了光通信技术面临的挑战和未来发展趋势。
1光通信的基本原理1.1 光通信的概念和背景光通信是利用光信号进行信息传输的通信技术。
它利用光纤作为传输介质，将信息转换成光脉冲进行传输，并在接收端将光信号转换成电信号，从而实现信息的传输。
随着信息技术和通信技术的发展，光通信技术的应用越来越广泛，已成为现代通信技术的重要组成部分。
1.2 光通信的工作原理和基本组成光通信的基本工作原理是将信息通过电信号转换成光信号，利用光纤作为传输介质进行传输，最后再将光信号转换成电信号。
光通信的基本组成包括光源、调制器、光纤传输系统、光检测器和解调器等。
光源产生光信号，调制器将电信号转换成光信号，光纤传输系统将光信号进行传输，光检测器将光信号转换成电信号，解调器将电信号还原成原始信号。
这些组成部分共同构成了光通信系统。
2光通信的技术特点2.1 高速传输光通信是一种基于光传输的通信技术，具有高速传输的特点。
与传统的电信号传输技术相比，光通信利用光纤作为传输介质，能够实现Gb/s级别的数据传输速率，比传统的电信号传输速率快得多。
这使得光通信技术成为高速、高带宽通信的首选技术，被广泛应用于高速数据传输、视频传输、云计算等领域。
光通信的高速传输能力源于光纤的特性。
光纤具有非常小的传播损耗和色散，能够在长距离传输中保持信号的稳定性和可靠性。
光纤通信6第六章光纤通信系统与工程
第6章 光纤通信系统与工程
对光纤线路码型的要求
① 易于从信号码流中提取时钟分量。要求减少码流 中长连“0’和长连“1”个数； ② 码流中直流分量较稳定，以利于接收端的判决。 要求码流中“0’’、“‘l”分布均匀；
③ 要求码型有一定规律性，便于对终端站和各中继
站进行不间断业务的误码检测。
29
第6章 光纤通信系统与工程
11
第6章 光纤通信系统与工程
3.两种数字体系
系 列 码率（Mb/s) 话路数 北美 日本 体 制
PDH
一次群 1.544 24 二次群 6.312 × 4=96 三次群 32.064(日) 44.736(美) × 5=480(日) × 7=672(美) 34.368 × 4=480 四次群 97.728 271.176 × 3=1440 × 3=4032 五次群 397.2 × 4=5760
为了建立世界性的统一标准， ITU－T完成了有关SDH的31个标准：
比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和 光接口、SDH信息模型、网络结构和抖动性能、误码性能、网络保护结构
等
在世界范围内就SDH的基本软硬件问题也达成了一致协议。
16
第6章 光纤通信系统与工程
4.光中继器 在光纤通信线路上，光纤的吸收和散射导致光信号衰减， 光纤的色散将使光脉冲信号畸变，导致信息传输质量降低，误 码率增高，限制了通信距离。
6
第6章 光纤通信系统与工程
2. PCM端机 实现模拟信号到数字信号
转换(A/D转换)，完成PCM
编码，并且按照时分复用 的方式把多路信号复接、
合群，从而输出高比特率
的数字信号。 PCM编码包括取样、量化、 编码三个步骤。 这个过程可以通过下图来 说明。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、统一 SDH各网络单元的光接口有严格的标准规 范 光接口成为开放型接口 任何网络单元在光纤线路上可以互联 不同厂家的产品可以互通 有利于建立世界统一的通信网络
3、强大的网管能力 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运 行、维护和管理，便于实现性能监测、故障检测 和定位、故障报告等管理功能 4、同步复用 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字 节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现 设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信 号分出低速信号，不必逐级进行
同步传输模块STM-N（Synchronous Transport Module Level N）的标准速率为： STM-1 155.520Mbit/s STM-4 622.080Mbit/s STM-16 2488.32Mbit/s STM-64 9953.28Mbit/s
SDH的特点
1、兼容 SDH采用世界上统一的标准传输速率等级： STM-N，N=1，4，16，64 SDH具有统一的网络节点接口 可以承载现有的PDH（如E1、E3）和各种 新的数字信号（如100Mb/s以太网信号、 ATM信元等），有利于不同通信系统的互 联
准同步数字系列PDH
PDH存在的主要问题 1. 两大体系，三种地区性标准，是国际间的互通 存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基 群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采 用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。 2. 无统一的光接口，无法实现横向兼容 3. 准同步复用方式，上下电路不便 4. 网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难 5. 网络结构缺乏灵活性 6. 面向语音业务
字节由上往下逐行发送，每行先左后右
段开销（SOH） 段开销是在SDH帧中为保证信息正常传输所 必需的附加字节（每字节含64kb/s的容量）主要 用于运行维护和管理，如帧定位、误码检测、公 务通信、自动保护倒换以及网管信息传输 对于STM-1而言，SOH共使用9×8（第4行除外） =72Byte，相当于576bit。由于每秒传输8000帧， 所以SOH的容量为576×8000=4.608Mb/s 段开销又细分为再生段开销（SOH）和复接段开 销（LOH）。前者占前3行，后者占5~9行
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
SDH的特点总结 新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构 接口标准统一：全世界统一的NNT，体现了横向兼容性 网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特 组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网 兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性 先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作 独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性 系列标准规范：便于国内、国际互联互通 SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络 管理能力和统一的光接口及复用标准
SDH体系
结构——块状结构 一个STM-N帧有9行（同步传输模块） 每行由270×N个字节组成 每帧共有9×270×N个字节 每字节为8bit 帧周期为125μs，即每秒传输8000帧 STM-1传输速率为：9×270×8×8000=155.520Mb/s 字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右
光通信原理与技术
光纤通信系统
基本结构
实际为双向系统
光通信系统组成： 网元+光缆
光纤通信系统概述
比较详细的点到点的光纤传输系统图
数字传输体制构成
光纤大容量数字传输目前都采用同步时分 复用（TDM）技术 两种传输体制： 准同步数字系列（PDH） 同步数字系列（SDH）
以2.048MB/s为基础速率的制式，每次群的话路 数按4倍递增，速率的关系略大于4倍，这是因为 复接时插入了一些相关的比特 对于以1.544MB/s为基础速率的制式，在3次群以 上，日本和北美各国又不相同，看起来很杂乱
同步数字系列SDH
SDH的产生 1984年美国贝尔提出一种新的传输体制—光同步传送网 （SYNTRAM） 1985年ANSI通过此标准，形成了国家的正式标准，并更 名为同步光网络（SONET） 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准。同时，引 起了ITU-T的关注 1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修 改，重新命名为同步数字系列（SDH）使之成为不仅适 用于光纤，也适于微波和卫星传输 1989年， ITU-T在其蓝皮书上发表了G.707、 G.708和 G.709三个标准，从而揭开了现代信息传输暂新的一页
1、定帧字节：A1和A2 A1和A2字节的作用是识别一帧的起始位置，以区 分各帧，即实现帧同步功能。A1和A2的十六进制 码分别为：F6和28 对于STM-N帧，定帧字节由3×N个A1字节和 3×N个A2字节组成。在接收端若连续3ms检测不 到定帧字节A1和A2，则产生帧丢失（LOF）告警 A1和A2不经扰码，全透明传送。当收信正常时， 再生器直接转发该字节；当收信故障时，再生器 产生该字节
两种传输体制的演变 • 1976年PDH标准化 • 发展中PDH遇到了许多困难，美国提出了同步光 纤网（SONET） • 1988年，ITU-T(原CCITT)参照SONET的概念， 提出了被称为同步数字系列（SDH）的规范建议 • SDH解决了PDH存在的问题，是一种比较完善的 传输体制，现已得到大量应用。这种传输体制不 仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传 输
SDH克服了PDH的弱点，具有通信容量大、 传输性能好、接口标准、组网灵活方便、 管理功能强大等优点 其国际标准一出现，就受到各国的高度重 视，一些通信大公司投以巨额资金进行设 备和系统的开发，使之很快的进入实用化 阶段，现在国内外已得到广泛应用，成为 信息高速公路的重要支柱之一
速率等级