第4章数字光纤通信系统

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1、第4章数字光纤通信系统4.1数字光纤通信系统概述4.2光纤和光器件4.3光端机4.4数字光纤系统的两种传输体制7/26/202114.1数字光纤通信系统概述一、光纤通信发展史和现状1、探索时期的光通信:中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息，这些都可以看作是原始形式的光通信。1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。光电话证明了用光波作为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通信的雏型。7/26/202121960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮

2、度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。继红宝石激光器之后，氦—氖(He-Ne)激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使光通信进入一个崭新的阶段。7/26/202132、现代光纤通信1966年，英籍华裔学者高锟指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。1970年，光纤研制取得了重大突破。美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英光纤。1973年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。1976年，日本电报

3、电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。7/26/202143、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(1966-1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。实现了短波长(0.85μm)低速率(45或34Mb/s)多模光纤通信系统。第二阶段(1976-1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长(0.85μm)发展到长波长(1.31μm和1.55μm)。第三阶段(1986-1996年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的

4、时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。实验室可以达到更高水平。7/26/20215二、光纤通信的优点和应用在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。1.容许频带很宽，传输容量很大单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5Gb/s和10Gb/s。波分复用(WDM)和光时分复用(TDM)更是极大地增加了传输容量，见下表。7/26/20216通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020

5、小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347表光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较7/26/202172.损耗很小，中继距离很长且误码率很小石英光纤在1.31μm和1.55μm波长，传输损耗分别为0.50dB/km和0.20dB/km，甚至更低。因此，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多，见表。传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点，使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接入网的使用，这也是降低每公里话路的系统造价的主要原因。7/26/202183.重量轻

6、、体积小光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体积也小得多。表给光缆和标准同轴电缆的重量和截面积的比较。项目8芯18芯光缆电缆光缆电缆重量/(kg·m-1)重量比0.4216.3150.4211126直径/mm截面积比211475211659.6表光缆和电缆的重量和截面积比较7/26/202194.抗电磁干扰性能好光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。5.泄漏小，保密性能好在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。因此信息在光纤中传输非常安全。6.节约金属材料，有利

7、于资源合理使用。7/26/202110总之，光纤通信不仅在技术上具有很大的优越性，由图可见，随着传输容量的增加，由于采用了新的传输媒质，使得相对造价直线下降。图各种通信系统相对造价与传输容量的比较7/26/202111光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤通信的各种应用可概括如下：①通信网，包括全球通信网、各国的公共电信网、各种专用通信网、特殊通信手段。②构成因特网的计算机局域网和广域网，如光纤以太网、路由器之间的光纤高速传输链路。③有线电视网的干线和分配网；工业电视系统，如工厂、银行、商场、交通和公安部的监控。④综合业务光纤接入网，