通信网络概论第04章

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1、第四章光纤通信4.1概述4.2光纤4.3光发射机4.4数字光接收机4.5光中继器4.6掺铒光纤放大器(EDFA)4.7光波分复用（WDM）4.8新型光纤4.9全光通信网简介4.1概述4.1.1光纤通信的概念及发展方向光纤通信是以光波为载频、光导纤维（简称光纤）为传输媒质的一种通信方式。光纤通信工作频率范围为f=105～107GHz，对应的波长范围为λ=0.3～3×10-6cm。强度是指单位面积上的光功率。强度调制就是在发送端用电信号通过调制器控制光源的发光强度，使光强随着信号电流线性变化，从而将电信号转变成相应的已调光信号送入光纤进行传输。光纤通信具有以下特点：①传输频带宽，通信容量大。

2、②传输损耗低、中继距离长。③抗电磁干扰。④保密性强，无串话干扰。4.1.2光纤通信的工作窗口光纤的损耗系数随着波长而变化，为获得低损耗特性，光纤通信选用的波长范围在0.8～1.8μm，并称0.8～1.0μm为短波长波段，1.0～1.8μm为长波长波段。(1000纳米(nm)=1微米0.001毫米(mm)=1微米0.0001厘米(cm)=1微米)4.2光纤4.2.1光纤的结构和分类光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯完成光信号的传输，包层是为了将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯。纤芯和包层的折射率不同，设纤芯、包层的折射率分别为n1、n2,则n1>n2。(1)根据光纤横截面上折射率分布的不同，分

3、为阶跃型光纤和渐变型光纤。(2)根据光纤中传输模式数量的不同，分为单模光纤和多模光纤。4.2.2光纤的传输特性1.损耗光纤的传输损耗是影响系统传输距离的重要因素，光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。2.色散光脉冲信号经光纤传输，到达输出端会发生时间上的展宽，这种现象称为色散。3.非线性效应光纤通信中，激光器输出的高功率导致光纤的非线性极为显著。4.3光发射机4.3.1光源在光纤通信系统中光源的作用是将被传输的电信号转换为光信号送入光纤，即完成电/光转换任务。1.LD的特性半导体激光器在注入电流达到一定数值（I>It）时，才发出激光；而I

4、。2.LED的特性LED与LD的差别是它没有光学谐振腔，不能产生激光，靠自发辐射发光，产生的是荧光。4.3.2光发射机的组成直接强度调制的数字光发射机组成方框图如图4-3-2所示，其作用是将PCM设备送来的电信号进行电/光变换，并处理成为满足一定要求的光信号后送入光纤传输。图4-3-2光发射机方框图(1)光源是光发射机的关键器件，它产生光纤通信系统所需要的载波。(2)输入接口在电发射机与光发射机之间解决阻抗、功率及电位的匹配问题。(3)线路编码。(4)调制电路将电信号转变为调制电流，以便实现对光源输出功率的调制。(5)控制电路包括自动温度控制（ATC）和自动光功率控制（APC）电路

5、，这是防止环境温度变化和器件老化，影响输出光功率的稳定而采取的措施。4.3.3数字光纤通信的线路码型适用于光纤通信系统的线路码型主要有mBnB码、插入比特码和加扰码。1.mBnB码mBnB码又叫分组码，是把输入的信息码流以m比特（mB）分为一组，再按一定规则变换成n比特（nB）一组的码组输出。2.插入比特码这种码型是把输入的信息码流按m比特分为一组，再在每组的m位之后插入一个比特，组成线路码。3.加扰码扰码是把已知的二进制序列按一定方法加入到信息码流中，在接收端，用同样方法再恢复出原来的信息码流。4.4数字光接收机4.4.1光接收机的组成光接收机的作用是把经过光纤传输后，脉冲幅度

6、被衰减、宽度被展宽的微弱光信号转变为电信号，并放大、再生，恢复出原来的信号。光信号传送到接收端，通过光电检测器的光/电转换作用变成电信号，再送入前置放大器放大。4.4.2光电检测器光电检测器是影响光接收机性能的主要器件，对它的要求是：（1）响应波长：每种材料制造的光电检测器对光波有固定的峰值响应波长，不同材料的光电检测器峰值响应波长不同。（2）光电转换效率：工程上用响应度和量子效率两个物理量来衡量光电转换效率。（3）响应速度：是描述光电检测器生成的光电流随着入射光信号变化快慢的物理量，用上升时间和下降时间（统称响应时间）表示。（4）暗电流I：是指无光照射时，光电检测器的输出电流（反向电流

7、）。（5）要求光电检测器的主要特性随外界环境和温度的变化尽可能小，以提高系统的稳定性和可靠性。4.5光中继器光中继器有两种类型。一种是光—光中继器，这种光中继器直接对光信号进行放大处理。另一种是光—电—光中继器，这种光中继器对光信号进行间接放大。4.6掺铒光纤放大器(EDFA)光纤放大器包括稀土掺杂光纤放大器和利用非线性效应的常规光纤放大器。损耗是限制无中继传输距离的主要原因。掺铒光纤放大器如图4-6-1所示，它使光纤