第7章 数字光纤通信系统ppt课件.ppt

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1、7.1数字光纤通信系统概述7.2PDH数字光纤传输系统7.3SDH光同步数字传输系统7.4光波分复用系统7.5全光通信系统第7章数字光纤通信系统7.1.1光纤通信基本概念数字光纤通信，是以光波运载数字信号,以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通信的特点：①线径细，重量轻光纤直径小（0.1mm左右），制成光缆后与电缆相比细得多，因而重量轻；②损耗极低现在制造出的光纤介质纯度很高，损耗极低；7.1数字光纤通信系统概述③传输频带宽、信息容量大光波频率高，携带信号信息量大；④不受电磁干扰、防腐和不锈蚀光纤是非金属材料，不受电磁干扰，也不发生锈蚀，具有防腐能力；⑤不怕

2、高温，防爆、防火性能强光纤是石英玻璃材料（熔点2000℃以上），不怕高温，有防火性能；⑥光纤通信保密性好光纤在传输光信号时泄漏小，不会产生串话等干扰，因而光纤通信保密性好。7.1.2数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统由发送设备、传输信道和接收设备三大部分构成，图7.1为光纤通信系统组成原理方框图。数字光纤通信系统，常采用数字编码信号经强度调制——直接检波的数字通信系统（强度调制是利用数字信号直接调制光源的光强度；直接检波是在光接收机的光频上检测数字脉冲信号）。图7.1光纤通信系统组成原理方框图电信号光发送机E/O变换光源光中继机光缆O/E变换O/E变换光接收

3、机电信号光检测器光纤连结器E/O变换发端有源器件把数字脉冲信号转换为光信号送光纤中传输；收端光检测器件将接收到的光信号转换为数字脉冲信号。传输距离较远时，采用光中继设备把信号经过中继再生处理后传输。图7.2为一个实用的数字光纤通信传输系统结构框图。发端：数字端机把用户各种数字信号通过复用设备组成一定的数字传输结构，光端机把数字端机送来的不同速率等级的数字信号处理成光脉冲；收端：光端机把光脉冲转换为数字信号；数字端机把不同速率等级的数字信号通过分路设备分解为用户的各种数字信号。图7.2数字光纤通信传输系统结构方框图光端机：主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组

4、成。光发送完成电/光变换；光接收完成光/电变换；信号处理把数字端机送来的数字脉冲信号再处理，以及各种码型变换；辅助电路进行告警、监控及区间通信等。光中继机：将长距离光纤传输后的光脉冲信号（受到衰耗及色散畸变）转换为电信号，经放大整形、定时、再生还原为规则数字脉冲信号，然后经再调制光源变为光脉冲信号。7.1.3光纤和光缆1光纤光纤是导光的玻璃纤维的简称，比明线、电缆传送的信息量高成千上万倍（可达上百千兆比特/秒）。2光纤的导光原理光纤是利用光的全反射特性来导光的。我们知道光在分界面会产生折射，设两种介质的折射率分别为n0,n1，入射角、折射角分别为θ0和θ1，图7

5、.3为光线从光疏媒质射向光密媒质时光的折射示意图，可见θ1＜θ0。图7.3光的折射示意图图7.4为光线从光密媒质射向光疏媒质时光的折射示意图，可见折射角大于入射角，随着θ0增大折射角θ1可达90°(此时θ1称临界角）；θ1继续增大,折射角会大于临界角使光线全部返回光密媒质中，这种现象称为光的全反射。制造光纤时，使光纤芯的折射率高，外面涂上折射率低的包屏层，当选择一定的角度θ0时，射入纤芯的光束将会全部返回纤芯中。考虑到石英玻璃质地脆、易断裂的因素，通常在裸光纤外面进行两次涂覆构成光纤芯线，图7.5为光纤芯线结构示意图。光纤芯线由纤芯、包层、涂覆层和套塑四部分组成

6、。图7.4临界角和光线的全反射图7.5光纤芯线的剖面构造3单模光纤及特性参数光纤的传播模式分为：多模光纤和单模光纤。1)多模光纤多模光纤是能承受多个模式的光纤，如图7.6(a)、(b)所示。多模光纤带宽窄、衰耗大、时延差大，用于早期的数字光纤通信系统(PDH系列)，逐步被单模光纤代替。2)单模光纤单模光纤是只能传送单一基模的光纤,如图7.6(c)所示。单模光纤不存在时延差，带宽比多模光纤宽得多,有利于高码率信息长距离传输。图7.6裸光纤结构示意图(a)阶跃型多模光纤;(b)梯度型多模光纤;(c)单模光纤3)单模光纤的主要特性单模光纤的主要参数：模场直径、衰减系数

7、和工作波长或截止波长等。(1)模场直径单模光纤的基模场强在光纤横截面近似为高斯分布,如图7.7所示。通常将纤芯中场分布曲线最大值1/e处所对应的宽度定义为模场直径，用d表示。(2)截止波长λ工作波长大于截止波长时才能保证光纤在单模工作。图7.7基模场强分布曲线(3)衰减系数衰减系数指沿光纤传播方向光信号的损耗。衰减量的大小通常用衰减系数α来表示，单位是dB/km。式中，Pi为光纤的输入光功率；Po为光纤的输出光功率;L为光纤的长度(单位为km)。4光缆光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。1)缆芯缆芯由光纤芯组成，分为单芯和多芯两种。表7.1为单芯型缆芯和多芯型缆

8、芯结构示意图。单芯型由单