1、光通訊技術簡介前言z自從Marconi在光纖上實現信號傳送之后，利用光纖介質傳送信息的技術和系統得到了極大的開展，近十年內的進展更為迅速。z傳輸速率的提高：2Mb/s140Mb/s2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s直至Tb/s量級。z傳輸系統的開展：PCMPDHSDHWDMOTNz光通訊技術和器件的開展：價錢更低，功能更強大。光纖通訊的優勢z傳輸速率快，光速為30萬公里每秒。z傳送帶寬大，可達30THz，2.5Gb/s僅占帶寬的0.008%。z平安可靠。z信號損傷和失真較小。z是未來各種高速、寬帶業務傳輸的必然選擇。光纖特性根本概念z 根據國際規范進展電子信號處置。z 將信號轉換為光波頻帶

2、可以利用后來開展起來的光纖傳輸的優勢。electricalsignalprocessingE / O -ConversionOpticalTransmissionFiber as transmission mediumelectricalsignalprocessingO / E -ConversionElectricaltransmissionElectricaltransmission光譜特性wavelength紫外紅外InvisibleInvisible可見850 nm980 nm1310 nm1480 nm1550 nm1625 nm光通訊頻帶范圍光纖通訊波長范圍目前利用850, 13

3、10nm和1550nm三個窗口光纖構造z無論哪一種光纖均由芯、覆層和包層組成。z根據波導方式有單模和多模光纖。corecladdingcoatingn coren claddingn coren cladding階梯光纖漸進光纖光信號在階梯光纖中傳輸ncladdingncorechalfacceptanceangleN.A.corecladdingcoatingz 數值孔徑數值孔徑 NA = z 臨界角臨界角 critical = arc sin (ncladding /ncore)(ncladcore)2 - n2光信號在漸進光纖中傳輸ncladdingncorecorecladdingco

4、atingz在芯邊境經過準延續的折射率變化約束光信號在光纖中傳輸。光纖通訊原理相速度相速度 c c = x fwveengthffrequency真空中的相速度真空中的相速度 c0 c0 = 300 000 Km/s折射率折射率ni ni = c0 : cini refractiv index in medium ic0 velocity in vacuumci velocity in medium i折射定律折射定律sin 1 / sin 2 = n2 / n1 = c1 / c21ngeofincidentinmedium12ngeoftrnsitionmedium2n1refrctivi

5、ndexinmedium1n2refrctivindexinmedium2c1veocityinmedium1c2veocityinmedium2光纖類型z 普通采用單模光纖：z G.652光纖常規單模光纖 SMFz 色散 17 ps/nm.km(1550nm) 模場直徑 10.5 m Aeff 80 m2 z G.653光纖色散位移光纖 DSFz G.655光纖非零色散位移光纖 NZDSFz 1ITU-T 色散(1530-1565 nm ) 0.1 D 6ps / nm.km 模場 直徑 8-11 m z 2康寧 (LEAF-大等效面積光纖 陸纜：零色散波長 (1510 nm) 模場直徑 9

6、.6 m Aeff 72 m2 色散(1530-1565 nm ) 1 D 6ps / nm.km 海纜：零色散波長 (1585 nm) 模場直徑 9.6 m Aeff 72 m2z 3朗訊 真波光纖 Aeff 55 m2 信號在光纖中傳輸損耗的產生a)b)d)c)損耗來源a) 吸收b) 散射c) 宏彎 (external bendings) d) 微彎 (internal)典型光纖損耗曲線1單模光纖8001000120014001600wavelength / nm -1. window2. window3. window瑞利散射1/1010.1紅外吸收attenuation coeffic

7、ient / dB/km -多模光纖典型光纖損耗曲線2z多模光纖的損耗高于單模光纖。z瑞利散射對光纖傳輸產生極大的限制：z 瑞利散射是不可防止的損耗機制，在各個方向上散射，并且依賴波長。在短波方向限制大，逐漸向長波方向減小。z紅外吸收在長波方向限制傳輸。OH吸收峰在1400nm附近。z呵斥三個傳輸窗口：850, 1310nm和1550nm 。彎曲下光纖損耗attenuation coefficient / dB/km -1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 17000,03,02,01,0wavelength / nm -未彎曲光纖宏彎光纖微彎光纖色散概念白光源

8、孔徑光譜棱鏡光信號經過介質時與折射率親密相關，折射率與波長的關系是一函數。非單一波長的光信號在介質中傳輸色散。色散體系構造總色散(ps/ nm -km)多模色散波導色散單模色散資料色散多模色散 不同的傳輸方式引起傳輸途徑的不同，從而引起即是在光速恒定條件下的時延差別。 時延的差別呵斥信號脈沖展寬。資料色散,c,c11,c1,c1不同波長的光在介質中以不同的速度傳輸，即是在一樣傳輸途徑下也會引起不同的時延，呵斥信號脈沖展寬。實踐信號總是非絕對單色，含有多個波長成分，即總有譜線寬度。光纖色散對信號的影響STM-4STM-16色散呵斥信號失真，限制傳輸間隔和傳輸速率。色散呵斥信號失真，限制傳輸間隔和

9、傳輸速率。Non-linearities scale as (optical power)2單模光纖色散曲線0.10.20.30.40.50.6衰減衰減 (dB/km)1600170014001300120015001100波長波長(nm)EDFA頻帶頻帶 20 10 0-10-20色散色散(ps/nm.km)G.652 & G.654G.653衰減衰減(一切一切)G.655偏振模色散偏振模色散偏振模色散 單模光纖的光場可分解為兩個單模光纖的光場可分解為兩個 偏振態偏振態 在介質中快軸和慢軸有不同可以的群速度在介質中快軸和慢軸有不同可以的群速度 經過介質傳輸，引起了脈沖展寬經過介質傳輸

10、，引起了脈沖展寬色度色散色度色散 脈沖包含補貼波長成分脈沖包含補貼波長成分不同的波長按不同的速度傳輸不同的波長按不同的速度傳輸 引起信號脈沖展寬，導致失真引起信號脈沖展寬，導致失真 色散和損耗限制電信號調制成光信號原理z 普通采用根據電信號直接經過電流驅動系統發射的直接強度調制技術。根據傳輸間隔，調制器和調制方式有多種。z 激光器任務在閾值電流之上。PoptIft -LEDfmod: up to 250 MbaudPoptIfItht -LASERfmod: up to 10 Gbaud激光器調制方式和無電再生間隔無 再 生 傳輸 距 離激 光 器 和調 制 類型100公 里直 接 調 制的D

11、FB激光 器400公 里集 成 式EA電吸 收 調制 器 /M OCVD DFB激 光器 模 塊640公 里集 成式 EA 電吸收調制 器/M OCVDDFB 激光器模塊，集成式 IIIV 族半導體馬赫策恩德調制器/M OCVDDFB 激光器模塊，分離式鈮酸鋰（ LiNbO3） 策 恩德 調 制器 /DFB CW激光 器 。640公 里分 離 式 鈮酸 鋰 （LiNbO3） 策 恩德 調 制器 /DFB CW激光 器 。電再生器z恢復損傷和失真的信號。z電再生器經過光/電/光變換。z電再生器為3R再生器實現再放大、在整形、再定時。O/E調制器E/ODFB Laser傳送信息速率和幀格式zPCM

12、幀格式，速率2M，傳送或數據。zPDH幀格式，速率為2M8M34M140，傳送或數據。zSDH幀格式，速率為155M622M2.5G-10G等，可傳送、數據和視頻信息。z開展到透明格式和速率的傳送。可恣意傳送信息。主要隨著波分復用技術的開展變為現實。SDH概念SDH-復用器SDH-復用器交叉銜接#SDH-電再生器再生段再生段復用段通道通道SDHSDHSDHPDHPDH復用段SDH幀構造270270 列 (字節)1913594RSOHMSOHAU PointerPayload(transport capacity)STM1RSOH: Regenerator section overheadMSO

13、H: Multiplex section overheadPayload: Area for information transportTransport capacity of one Byte: 64 kbit/sFrame capacity: 270 x 9 x 64 kbit/s = 155.520 Mbit/sFrame repetition time: 125 usSDH網絡表示1TMDXCADMADM ATMSwitchSTM-4/-162Mbit/s34Mbit/s140Mbit/sSTM-1LAN2Mbit/sADMSTM-1STM-1, STM-48Mbit/s34Mbit/s140Mbit/sSDH的分查復用器ADM組成維護環PDH支路和ATM等信息經過SDH網絡傳送SDH網絡表示2STM-4STM-16STM-1STM-1ExchangeFlexMux用戶用戶接入接入Mux64/2MLocalExchange干線網干線網層層 2干線網干線網層層 1復用技術目前PDH、SDH等