现代通信技术与网络应用 第3章：现代传输技术ppt课件.ppt

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1、现代通信技术与网络应用第3章现代传输技术本章内容3.1光纤通信3.2移动通信3.3微波通信3.4卫星通信33.1光纤通信一、光纤通信的特点二、光纤及其传输特性三、光发送机与光接收机四、光放大器与中继器五、光纤链路设计六、WDM系统光纤通信为了信息交流的目的，利用光波来携带信息在光纤中进行传输的通信方式称为光纤通信。光纤通信的特点优点：①传输频带很宽，通信容量大；②中继距离长；③不怕电磁干扰；④保密性好、无串话干扰；⑤节约有色金属和原材料；⑥线径细、重量轻；⑦抗化学腐蚀、柔软可绕。缺点：①强度不如金属线；②连接比较困难；

2、③分路、耦合不方便；④弯曲半径不宜太小。一、光纤通信的特点光纤（光导纤维）5光纤的类型光纤是圆柱形波导，由高折射率的纤芯和低折射率的包层构成。。光纤按制作的材料分为：塑料纤芯和塑料包层光纤、玻璃纤芯和塑料包层光纤、玻璃纤芯和玻璃包层光纤按光纤端面的折射率分布分为：阶跃光纤、梯度（渐变）光纤按光纤中传播的模式分为：单模光纤SMF、多模光纤MMF二、光纤及其传输特性6光纤的类型常用的三种通信光纤单模阶跃光纤(a)、多模阶跃光纤(b)和多模渐变光纤(c)二、光纤及其传输特性7光纤的数值孔径从空气入射到光纤纤芯端面上的光线被光

3、纤捕获成为束缚光线的最大入射角θmax为临界光锥的半角，称其为光纤的数值孔径(NumericalAperture)，记为NA二、光纤及其传输特性8光纤的截止波长定义为可在波导内传播的最大波长。换句话说，只有工作频率对应的波长小于截止波长的电磁波才能在波导内传播。二、光纤及其传输特性λc为光纤的截止波长；a：光纤纤芯的半径；n1:纤芯的折射率；Δ：纤芯与包层的相对折射率差9光纤的传输特性：损耗与色散损耗特性（损耗系数α：dB/km）二、光纤及其传输特性三个低损耗窗口中心波长分别位于0.85μm、1.30μm和1.55μm

4、10光纤的传输特性：损耗与色散二、光纤及其传输特性多模光纤模式色散（多径效应）与带宽距离积（BL）1/2判据法则11光纤的传输特性：损耗与色散二、光纤及其传输特性单模光纤色度（波长）色散与色散系数D：PS/(nm.km)脉冲展宽：以波长单位表达的光信号谱宽12光发送机组成三、光发送机与光接收机接口电路：接口电平转换、码型变换辅助电路：ATC和APC电路发射光源：LD与LED光源驱动电路：V-I电压到电流转换电路13光发送机组成三、光发送机与光接收机发射光源：LD与LED光源是光发送电路的核心器件，主要完成电信号到光

5、信号的转换。光纤通信系统的发光器通常有以下两种：发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。这两种二极管是由半导体材料制成的PN结。14光发送机组成三、光发送机与光接收机LD与LED比较LD的优点如下：LD产生的激光，方向性很强，易于光纤的耦合。LD的输出光功率大于LED，使系统具有更长的通信距离。LD适用于更高的调制速率。LD的缺点如下：LD比LED约贵10倍。由于LD辐射功率较高，因而寿命比LED短。LD对温度的变化更敏感。15光发送机组成三、光发送机与光接收机光源驱动电路光源驱动电路就是给光源提供恒定偏置电流和调制

6、信号的电路，因此也可叫作光源的调制电路。一般说来，光源驱动电路是一种电流开关电路，最常用的是差分电流开关电路。在对LD进行高速脉冲调制时，驱动电路既要有快的开关速度，又要保持有良好的电流脉冲波形。16光发送机组成三、光发送机与光接收机接口电路接口电路在数字光纤传输系统设备的总体设计中，为了方便光发送机对其输入脉冲信号码型的选择，统一电路接口，简化设备的电路结构，一般输入到光发送机的脉冲信号都采用NRZ码型。而在光发送机中可以采用NRZ码型，也可采用RZ码型。辅助电路辅助电路LD对环境温度敏感以及自身老化特性等原因，其发

7、光功率会发生改变，因而除了以上主要电路之外还应有ATC（自动温度控制）和APC（自动功率控制）电路。17光接收机组成三、光发送机与光接收机主放大器：进一步放大信号以满足后续电路要求判决电路：数字再生恢复信号译码器：码型反变换。光电变换：PIN与PD前置放大器：低噪声放大器18光接收机组成三、光发送机与光接收机PIN特点如下：PIN二极管是一种耗尽层光电二极管，中间夹了一层掺杂浓度非常低的(近似于纯的或本征)半导体。本征材料的耗尽层很宽，足以使大多数入射到光电二极管的光子都被耗尽层吸收，即大多数光子被其中的价带电子吸收，

8、使其具有较高的能量生成载流子，形成电流。19光接收机组成三、光发送机与光接收机APD特点如下：APD是一种PIPN组成的四层结构。光入射到二极管并被较薄的、重掺杂的N层吸收，使IPN结的电场强度增强。在强反向电场的作用下，PN结内部产生雪崩式的碰撞电离作用。当一个载流子获得足够能量后就再去碰撞其他束缚电子，而这些被电离的载流子又会