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1、第第2章章 光纤通信系统光纤通信系统第1页，共65页，编辑于2022年，星期一2.2 2.2 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成2.3 光纤通信系统的应用 第第2 2章章 光纤通信系统光纤通信系统教学内容教学内容：2.1 2.1 光纤通信的优点和应用光纤通信的优点和应用第2页，共65页，编辑于2022年，星期一一、一、掌握掌握光纤通信的定义光纤通信的定义二、二、掌握光纤通信的特点掌握光纤通信的特点三、理解三、理解光通信系统的构成光通信系统的构成 教学目的及要求：教学目的及要求：第3页，共65页，编辑于2022年，星期一2.1 光纤通信的优点和应用光纤通信的优点和应用1 1、光通信、光
2、通信 光通信光通信是利用光波来传送信息的。2.1.1 光通信光通信的基本概念的基本概念 2 2、光纤通信、光纤通信 光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。第4页，共65页，编辑于2022年，星期一通信（通信（communication）:从广义的角度来说，就从广义的角度来说，就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指电信电信（telecommunication）。IEEE（电气和电子工程师协会）（电气和电子工程师协会）对电信的定义是借助对电信的定义是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这样的设备，诸如电话系统、无线电系统或电视系统这样
3、的设备，在相隔一定距离的条件下进行的信息交换。在相隔一定距离的条件下进行的信息交换。第5页，共65页，编辑于2022年，星期一n n电通信（电通信（电通信（电通信（electrical communicationelectrical communication）n n广义的电通信指的是一切运用广义的电通信指的是一切运用广义的电通信指的是一切运用广义的电通信指的是一切运用电波电波电波电波作为载体而传送信息的作为载体而传送信息的作为载体而传送信息的作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。所有通信方式的总称，而不管传输所
4、使用的介质是什么。所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。n n电通信又可分为电通信又可分为电通信又可分为电通信又可分为有线电通信有线电通信有线电通信有线电通信和和和和无线电通信无线电通信无线电通信无线电通信。n n光通信（光通信（光通信（光通信（optical communicationoptical communication）n n广义的光通信指的是一切运用广义的光通信指的是一切运用广义的光通信指的是一切运用广义的光通信指的是一切运用光波光波光波光波作为载体而传送信息的所作为载体而传送信息的所作为载体而传送信息的所作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是
5、什么。有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。n n光通信也可以分为利用大气进行通信的光通信也可以分为利用大气进行通信的光通信也可以分为利用大气进行通信的光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信无线光通信无线光通信无线光通信和利用石英和利用石英和利用石英和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的光纤或塑料光纤进行通信的光纤或塑料光纤进行通信的光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信有线光通信有线光通信有线光通信。第6页，共65页，编辑于2022年，星期一光通信光纤通信n n人们通常把应用石英光纤的有线
6、光通信简称为人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通光纤通光纤通光纤通信（信（信（信（optical fiber communicationoptical fiber communication）第7页，共65页，编辑于2022年，星期一3、光波的电磁频谱光波的电磁频谱 光光波波实际上是一高频的电电磁磁波波。在讨论高频电磁波时，我们习惯采用波波长长来代替频率描述。波长波长与频率频率的关系为：第8页，共65页，编辑于2022年，星期一 其中：为电磁波的波长，其物理含义是电磁波在时间上变化一周，其波前在空间变化一
7、周所行进的长度;c为光波在自由空间中传播的速度，其值为3108m/s；f 为电磁波的频率，其物理含义是交变电磁波在单位时间（每秒）变化的周期数。第9页，共65页，编辑于2022年，星期一 光波在电磁波频谱中的大体位置分布（注意：通常将频率为1GHz以上的无线电波称为微波）。光波的频频率率一般可达到1013-1014 Hz，对应的波长波长在10-100000 nm之间。可进一步将光波细分为红红外外线线、可可见见光光和紫外线紫外线。第10页，共65页，编辑于2022年，星期一电磁波电磁波电磁波电磁波交变的电场会产生交变的磁场，交变的磁场又会激起交变的交变的电场会产生交变的磁场，交变的磁场又会激起交
8、变的交变的电场会产生交变的磁场，交变的磁场又会激起交变的交变的电场会产生交变的磁场，交变的磁场又会激起交变的电场，这种电场、磁场无限地交变产生，合称电磁场。这种交变的电磁场电场，这种电场、磁场无限地交变产生，合称电磁场。这种交变的电磁场电场，这种电场、磁场无限地交变产生，合称电磁场。这种交变的电磁场电场，这种电场、磁场无限地交变产生，合称电磁场。这种交变的电磁场会在空间以波的形式由近及远地传播开去，这就是电磁波。会在空间以波的形式由近及远地传播开去，这就是电磁波。会在空间以波的形式由近及远地传播开去，这就是电磁波。会在空间以波的形式由近及远地传播开去，这就是电磁波。光也是电磁波光也是电磁波光也
9、是电磁波光也是电磁波电磁波麦克斯韦麦克斯韦18651865年发表电磁场理论年发表电磁场理论赫兹赫兹18881888年实验年实验证实电磁波存在证实电磁波存在第11页，共65页，编辑于2022年，星期一电磁频谱：电磁波的波长范围：电磁波的波长范围发送信号的频率越高（波长越短），发送信号的频率越高（波长越短），发送信号的频率越高（波长越短），发送信号的频率越高（波长越短），可载送的信息量就越多可载送的信息量就越多可载送的信息量就越多可载送的信息量就越多光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：光波是电磁波，光波范围
10、包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300m300m61061033mm。第12页，共65页，编辑于2022年，星期一部分电磁波频谱图 第13页，共65页，编辑于2022年，星期一光纤通信的光波波谱光纤通信的光波波谱 光纤通信的波谱在光纤通信的波谱在光纤通信的波谱在光纤通信的波谱在1.67101.67101414HzHz3.75103.75101414HzHz之间，即之间，即之间，即之间，即波长在波长在波长在波长在0.8m0.8m1.8m1.8m之间，属于红外波段，将之间，属于红外波段，将之间，属于红外波段，将之间，属于红外
11、波段，将0.8m0.8m0.9m0.9m称为短波长，称为短波长，称为短波长，称为短波长，1.0m1.0m1.8m1.8m称为长波长，称为长波长，称为长波长，称为长波长，2.0m2.0m以上以上以上以上称为超长波长。称为超长波长。称为超长波长。称为超长波长。表表表表1-11-1 各种单位的换算公式各种单位的换算公式各种单位的换算公式各种单位的换算公式c c3103108 8m/sm/s1MHz1MHz（兆赫）（兆赫）（兆赫）（兆赫）10106 6 HzHz c/c/f f1GHz1GHz（吉赫）（吉赫）（吉赫）（吉赫）10109 9 Hz Hz1m1m（微米）（微米）（微米）（微米）10106m
12、6m1THz1THz（太赫）（太赫）（太赫）（太赫）10101212HzHz1nm1nm（纳米）（纳米）（纳米）（纳米）10109m9m1PHz1PHz（拍赫）（拍赫）（拍赫）（拍赫）10101515 Hz Hz11（埃）（埃）（埃）（埃）101010m10m第14页，共65页，编辑于2022年，星期一电磁波频谱图第15页，共65页，编辑于2022年，星期一1.容许频带很宽，传输容量很大；2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小；3.重量轻、体积小；4.抗电磁干扰性能好；5.泄漏小，保密性能好；6.节约金属材料,有利于资源合理使用。2.1.2 光纤通信的光纤通信的优点优点第16页，共65页，编辑
13、于2022年，星期一 2.1.2光纤通信的优点光纤通信的优点 1.容许频带很宽，传输容量很大容许频带很宽，传输容量很大 第17页，共65页，编辑于2022年，星期一光纤的容量大光纤的容量大“超高速公路超高速公路”马路越宽，容许通过的车辆越多，交通运输能力也越大。如果把通信线路比作马路，那么应如果把通信线路比作马路，那么应该说是通信线路的频带越宽，容许该说是通信线路的频带越宽，容许传输的信息越多，通信容量就越大。传输的信息越多，通信容量就越大。第18页，共65页，编辑于2022年，星期一 光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信是是是是以以以以光光光光纤纤纤纤为为为为传传传传输输输输媒媒媒媒介介介介，光
14、光光光波波波波为为为为载载载载波波波波的的的的通通通通信信信信系系系系统统统统，其其其其载载载载波波波波光光光光波波波波具具具具有有有有很很很很高高高高的的的的频频频频率率率率(约约约约10101414Hz)Hz)，因因因因此光纤具有很大的通信容量。此光纤具有很大的通信容量。此光纤具有很大的通信容量。此光纤具有很大的通信容量。目前的光纤容量已经达到十多个目前的光纤容量已经达到十多个Tbit/sTbit/s第19页，共65页，编辑于2022年，星期一表表 1.4 光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较 通信手段通信手段 传输容量传输容量(话路话路)/)/条条
15、 中继距离中继距离/km/km 1000 km1000 km内中继器个内中继器个数数 微波无线电微波无线电 960 960 50502020小同轴小同轴 9609604 4250250中同轴中同轴 180018006 616001600光缆光缆 1920192030303333光缆光缆 14000(1Gb/s)14000(1Gb/s)84841111光缆光缆 6000(445MB/S)6000(445MB/S)1341347 7第20页，共65页，编辑于2022年，星期一 2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小损耗很小，中继距离很长且误码率很小 石石英英光光纤纤在在1.31 m和和1.55 m
16、波波长长，传传输输损损耗耗分分别别为为0.50 dB/km和和0.20 dB/km，甚甚至至更更低低。因因此此，用用光光纤纤比比用用同同轴轴电电缆缆或或波波导导管管的的中中继继距距离离长长得得多多，见见表表1.4。目目前前，采采用用外外调调制制技技术术，波波长长为为1.55m的的色色散散移移位位单单模模光光纤纤通通信信系系统统，若若其其传传输输速速率率为为2.5 Gb/s，则则中中继继距距离离可可达达150 km；若若其其传传输输速速率率为为10 Gb/s，则中继距离可达，则中继距离可达100 km。第21页，共65页，编辑于2022年，星期一损耗低、中继距离长损耗低、中继距离长“长跑健将长跑
17、健将”信信号号在在传传输输线线上上传传输输，由由于于传传输输线线本本身身的的原原因因，强强度度将将逐逐渐渐变变弱弱，而而且且随随着着传传输输距距离离的的增增加加，这这种种衰衰减减会会越越来来越越严严重重。因因此此，长长距距离离传传输输信信息息必必须须设设立立中中继继站站，把把衰衰减减了了的的信信号号放放大大以以后后再再转转输输。中中继继站站越越多多，传传输输线线路的成本越高，维护越不方便，运行越不可靠。路的成本越高，维护越不方便，运行越不可靠。中中中中继继继继站站站站的的的的多多多多少少少少取取取取决决决决于于于于中中中中继继继继距距距距离离离离的的的的长长长长短短短短，中中中中继继继继距距距
18、距离离离离的的的的长长长长度度度度又受传输线路损耗的限制。又受传输线路损耗的限制。又受传输线路损耗的限制。又受传输线路损耗的限制。第22页，共65页，编辑于2022年，星期一 目目前前，实实用用的的光光纤纤通通信信系系统统使使用用的的光光纤纤多多为为石石英英光光纤纤，此此类类光光纤纤在在1.55m波波长长区区的的损损耗耗可可低低到到0.18dB/km，比比已已知知的的其其他他通通信信线线路路的的损损耗耗都都低低得得多多，因因此此，由由其其组组成成的的光光纤纤通通信信系系统统的的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。中继距离也较其它介质构成的系统长得多。例例如如，同同轴轴电电缆缆通通信信的的中中
19、继继距距离离只只有有几几千千米米，最最长长的的微微波波通通信信是是 50 千千米米左左右右，而而光光纤纤通通信信系系统的最长中继距离已达统的最长中继距离已达 300千米。千米。第23页，共65页，编辑于2022年，星期一 如如果果今今后后采采用用非非石石英英光光纤纤，并并工工作作在在超超长长波波长长(2m)，光光纤纤的的理理论论损损耗耗系系数数可可以以下下降降到到10-310-5dB/km，此此时时光光纤纤通通信信的的中中继继距距离离可可达达数数千千，甚甚至至数数万万公公里里。那那在在许许多多情情况况下下，通通信信线线路路中中就就可可以以不不设设中中继继站站了了。这这对对越越洋洋通通信信意意义
20、义尤尤其其重重大大，因因为为在在海海底底设设立立中中继继站站，不不仅仅使使线线路路成成本本大大为为提提高高，也也大大大大增增加加了维修工作的困难。了维修工作的困难。第24页，共65页，编辑于2022年，星期一 3.重量轻、重量轻、体积小体积小 光光纤纤重重量量很很轻轻，直直径径很很小小。即即使使做做成成光光缆缆，在在芯芯数数相相同同的的条条件件下下，其其重重量量还还是是比比电电缆缆轻轻得得多多，体体积积也也小小得得多多。表表1.6给给出出了了铝铝/聚聚乙乙烯烯粘粘结结护护套套(LAP)单单元元结结构构光光缆缆和和标标准准同轴电缆的重量和截面积的比较。同轴电缆的重量和截面积的比较。第25页，共6
21、5页，编辑于2022年，星期一体积小，重量轻体积小，重量轻 1 千千克克高高纯纯度度石石英英玻玻璃璃可可以以拉拉制制成成千千上上万万千千米米光光纤纤，而而制制造造 1000 千千米米的的 8 管管同同轴轴电电缆缆却却需需要要消消耗耗120吨吨铜铜和和 500 吨吨铅铅。18 管管同同轴轴电电缆缆每每米米重重 11 千千克克，100 芯芯铅铅皮皮对对称称电电缆缆每每米米重重 2.9 千千克克，而而同同等等容容量量的的光光缆缆每每米只有米只有90克重。克重。光光纤纤不不仅仅体体积积小小、重重量量轻轻，而而且且很很柔柔软软，可可以以自自由由弯弯曲曲，铺铺设设非非常常方方便便。可可广广泛泛应应用用于航
22、天航空、汽车电子等领域。于航天航空、汽车电子等领域。第26页，共65页，编辑于2022年，星期一表表 1.6 光缆和电缆的重量和截面积比较光缆和电缆的重量和截面积比较 项目项目项目项目 8 8 芯芯芯芯 18 18 芯芯芯芯 光缆光缆光缆光缆 电缆电缆电缆电缆 光缆光缆光缆光缆 电缆电缆电缆电缆 重量重量重量重量/(kgm/(kgm-1-1)重量比重量比重量比重量比 0.42 0.42 1 16.36.315150.420.421 111112626直径直径直径直径/mm/mm 截面积比截面积比截面积比截面积比 21211 147475 521211 165659.69.6第27页，共65页，
23、编辑于2022年，星期一 4.抗电磁干扰性能好抗电磁干扰性能好 光光纤纤由由电电绝绝缘缘的的石石英英材材料料制制成成，光光纤纤通通信信线线路路不不受受各各种种电电磁磁场场的的干干扰扰和和闪闪电电雷雷击击的的损损坏坏。无无金金属属光光缆缆非非常常适适合合于于存存在在强强电电磁磁场场干干扰扰的的高高压压电电力力线线路路周周围围和和油油田田、煤煤矿矿等等易易燃燃易易爆爆 环环 境境 中中 使使 用用。光光 纤纤(复复 合合)架架 空空 地地 线线(Optical Fiber Overhead Ground Wire，OPGW)是是光光纤纤与与电电力力输输送送系系统统的的地地线线组组合合而而成成的的通
24、通信信光光缆缆，已已在在电电力力系系统统的的通通信信中中发发挥挥重重要要作用。作用。第28页，共65页，编辑于2022年，星期一 抗电磁干扰能力强抗电磁干扰能力强 我我我我们们们们知知知知道道道道，电电电电话话话话线线线线和和和和电电电电缆缆缆缆一一一一般般般般是是是是不不不不能能能能跟跟跟跟高高高高压压压压电电电电线线线线平平平平行行行行架架架架设设设设的的的的，也也也也不不不不能能能能在在在在电电电电气气气气铁铁铁铁化化化化路路路路附附附附近近近近铺铺铺铺设设设设。任任任任何何何何通通通通信信信信系系系系统统统统都都都都应应应应具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的抗抗抗抗干干干干扰扰扰
25、扰能能能能力力力力，否否否否则则则则无无无无法法法法保保保保证证证证通通通通信信信信工工工工作作作作的的的的可可可可靠靠靠靠和和和和稳稳稳稳定定定定。最最最最主主主主要要要要的的的的干干干干扰扰扰扰是是是是电电电电磁磁磁磁干干干干扰扰扰扰。天天天天然然然然的的的的电电电电磁磁磁磁干干干干扰扰扰扰包包包包括括括括雷雷雷雷电电电电干干干干扰扰扰扰、电电电电离离离离层层层层的的的的变变变变化化化化和和和和太太太太阳阳阳阳核核核核子子子子活活活活动动动动引引引引起起起起的的的的干干干干扰扰扰扰，人人人人为为为为的的的的电电电电磁磁磁磁干干干干扰扰扰扰有有有有电电电电动动动动机机机机、高高高高压压压压电
26、电电电力力力力线线线线造造造造成成成成的的的的干干干干扰扰扰扰等等等等。这这这这些些些些干干干干扰扰扰扰都都都都必必必必须须须须认认认认真真真真对待。现有的电通信系统无法令人满意地解决这个问题。对待。现有的电通信系统无法令人满意地解决这个问题。对待。现有的电通信系统无法令人满意地解决这个问题。对待。现有的电通信系统无法令人满意地解决这个问题。第29页，共65页，编辑于2022年，星期一光纤通信具有怎么样的抗干扰能力呢？第一个原因是光纤属绝缘体，不怕雷电和高压；另一个原因是光纤中传输着频率极高的光波，各种干扰源的频率一般都比较低，干扰不了频率比它们高得多的光。还有一种重要的干扰源是原子辐射。据专
27、家们测算，如果在美国本土中心上空463千米处爆炸一颗原子弹，1秒钟内即可使全美国未暴露的通信电缆，包括地面、飞机、舰艇等上面的通信电缆全部失效，通信中断，但光纤通信线路却照样畅通无阻，基本不受影响。第30页，共65页，编辑于2022年，星期一保密性能好保密性能好“安全保密员安全保密员”对对通通信信系系统统的的重重要要要要求求之之一一是是保保密密性性好好。然然而而，随随着着科科学学技技术术的的发发展展，电电通通信信方方式式很很容容易易被被人人窃窃听听：只只要要在在明明线线或或电电缆缆附附近近(甚甚至至几几公公里里以以外外)设设置置一一个个特特别别的的接接收收装装置置，就就可可以以获获取取明明线线
28、或或电电缆缆中中传传送送的的信信息息。更更不不用用去去说说无无线线通通信信方方式式，因因为为无无线线电电波波在在大大气气中中传传播播，甚甚至至充充斥斥全全球球，很很容容易易被被人人窃窃听听。即即使使用用了了加加密密往往往往也也无无济济于于事事，因因为为密密码码分分析或密码破译已成为一门科学。析或密码破译已成为一门科学。第31页，共65页，编辑于2022年，星期一 5.泄漏小，保密性能好泄漏小，保密性能好 在在光光纤纤中中传传输输的的光光泄泄漏漏非非常常微微弱弱，即即使使在在弯弯曲曲地地段段也也无无法法窃窃听听。没没有有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全。专用的特殊工具，
29、光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全。6.节约金属材料，有利于资源合理使用节约金属材料，有利于资源合理使用 制制造造同同轴轴电电缆缆和和波波导导管管的的铜铜、铝铝、铅铅等等金金属属材材料料，在在地地球球上上的的储储存存量量是是有有限限的的；而而制制造造光光纤纤的的石石英英(SiO2)在在地地球球上上基基本本上上是是取取之之不不尽尽的的材材料料。制制造造8 km管管中中同同轴轴电电缆缆，1 km需需要要120 kg铜铜和和500 kg铝铝；而而制制造造8 km光光纤纤只只需需320 g石石英英。所所以以，推推广广光光纤纤通通信信，有有利利于于地地球球资资源源的合理使用。的合理使用。第32页
30、，共65页，编辑于2022年，星期一6.节省有色金属和原材料节省有色金属和原材料 电电线线要要用用铜铜、铅铅等等有有色色金金属属材材料料来来制制作作，制制作作光光纤纤的的原原材材料料却却是是普普普普通通通通的的石石英英砂砂。铜铜是是一一种种很很重重要要的的战战略略金金属属，地地球球上上的的储储量量按按目目前前的的开开采采速速度度估估计计，只只够够使使用用 50年年左左右右。而而二二氧氧化化硅硅，在在地地壳的化学成分中占了一半壳的化学成分中占了一半 以上，真正可以说是以上，真正可以说是 取之不尽、用之不竭取之不尽、用之不竭 的。的。第33页，共65页，编辑于2022年，星期一光纤还有其他一些优良
31、特性，也为普通金属导线所不及。它不怕潮湿和腐蚀，可以架在空中，也可埋入地下；它有较高的抗拉强度，与铁接近，比铜还高得多；它有较强的耐高低温能力，从-65200C，在一般的飞机、舰艇和车辆上都可使用；它可实现多功能传输，同时传递话音、数据、传真、图像等各种信息。7.其它第34页，共65页，编辑于2022年，星期一 2.1.3 光纤通信的缺点 事事事事物物物物都都都都是是是是一一一一分分分分为为为为二二二二的的的的，光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信有有有有许许许许多多多多优优优优点点点点，因因因因而而而而发发发发展展展展很很很很快快快快，但光纤通信也有以下缺点。但光纤通信也有以下缺点。但光纤通信也
32、有以下缺点。但光纤通信也有以下缺点。n n抗拉强度低，容易折断抗拉强度低，容易折断抗拉强度低，容易折断抗拉强度低，容易折断(比如经常被挖断比如经常被挖断比如经常被挖断比如经常被挖断)n n光纤连接困难光纤连接困难光纤连接困难光纤连接困难(断面是否垂直、焊接点是否有气泡等断面是否垂直、焊接点是否有气泡等断面是否垂直、焊接点是否有气泡等断面是否垂直、焊接点是否有气泡等)n n光纤通信过程中怕水、怕冰光纤通信过程中怕水、怕冰光纤通信过程中怕水、怕冰光纤通信过程中怕水、怕冰(OH(OH-根吸收增大损耗根吸收增大损耗根吸收增大损耗根吸收增大损耗)n n光纤怕弯曲光纤怕弯曲光纤怕弯曲光纤怕弯曲(导致损耗增
33、加导致损耗增加导致损耗增加导致损耗增加)案例：新疆某地区大雪导致光纤故障案例：新疆某地区大雪导致光纤故障(2006(2006年年1010月报道月报道)原因：光缆没有防护好被冰雪包裹，并由于冰雪压力和热胀原因：光缆没有防护好被冰雪包裹，并由于冰雪压力和热胀冷缩导致光纤弯曲冷缩导致光纤弯曲第35页，共65页，编辑于2022年，星期一 通信网 构成因特网的计算机局域网和广域网 有线电视网的干线和分配网 综合业务光纤接入网 2.1.4光纤通信的各种应用可概括如下：光纤通信的各种应用可概括如下：第36页，共65页，编辑于2022年，星期一 光光纤纤可可以以传传输输数数字字信信号号，也也可可以以传传输输模
34、模拟拟信信号号。光光纤纤通通信信的的各种应用可概括如下：各种应用可概括如下：通通信信网网，包包括括全全球球通通信信网网(如如横横跨跨大大西西洋洋和和太太平平洋洋的的海海底底光光缆缆和和跨跨越越欧欧亚亚大大陆陆的的洲洲际际光光缆缆干干线线)、各各国国的的公公共共电电信信网网(如如我我国国的的国国家家一一级级干干线线、各各省省二二级级干干线线和和县县以以下下的的支支线线)、各各种种专专用用通通信信网网(如如电电力力、铁铁道道、国国防防等等部部门门通通信信、指指挥挥、调调度度、监监控控的的光光缆缆系系统统)、特特殊殊通通信信手手段段(如如石石油油、化化工工、煤煤矿矿等等部部门门易易燃燃易易爆爆环环境
35、境下下使使用用的的光光缆缆，以以及及飞飞机机、军军舰、潜艇、导弹和宇宙飞船内部的光缆系统舰、潜艇、导弹和宇宙飞船内部的光缆系统)。第37页，共65页，编辑于2022年，星期一 因因特特网网的的计计算算机机局局域域网网和和广广域域网网，如如光光纤纤以以太太网网、路路由器之间的光纤高速传输链路。由器之间的光纤高速传输链路。有有线线电电视视网网的的干干线线和和分分配配网网；工工业业电电视视系系统统，如如工工厂厂、银银行行、商商场场、交交通通和和公公安安部部门门的的监监控控；自自动动控控制制系系统统的的数数据据传传输。输。综综合合业业务务光光纤纤接接入入网网，分分为为有有源源接接入入网网和和无无源源接
36、接入入网网，可可实实现现电电话话、数数据据、视视频频(会会议议电电视视、可可视视电电话话等等)及及多多媒媒体体业务综合接入核心网，提供各种各样的社区服务。业务综合接入核心网，提供各种各样的社区服务。第38页，共65页，编辑于2022年，星期一 光纤可以传输数数字字信信号号，也可以传传输输模模拟信号拟信号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中，都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究开发应用的主要目标。光纤通信的应用光纤通信的应用第39页，共65页，编辑于2022年，星期一 光光纤纤通通信信系系统统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统。它的基
37、本构成如图所示，由光发信机、光收信机、光纤或光缆、中继器和光无源器件以下五个部分组成。2.2 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成第40页，共65页，编辑于2022年，星期一光纤通信系统的基本组成第41页，共65页，编辑于2022年，星期一点对点光纤通信链路示意图点对点光纤通信链路示意图第42页，共65页，编辑于2022年，星期一(1)(1)光发信机光发信机 光光发发信信机机是实现电电/光光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其其功功能能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。第43页，共65页，编辑于2022
38、年，星期一(2)(2)光收信机光收信机 光光收收信信机机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和电放大器组成。其其功功能能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。第44页，共65页，编辑于2022年，星期一(3)(3)光纤或光缆光纤或光缆 光纤或光缆光纤或光缆构成光的传输通路。其其功功能能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。第45页，共65页，编辑于2022年，星期一(4)(4)中继器中继器 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作
39、用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰衰减减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形整形。第46页，共65页，编辑于2022年，星期一(5)(5)无源器件无源器件 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1 km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无无源源器器件件的使用是必不可少的。第47页，共65页，编辑于2022年，星期一1.3 光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类1.3.1 光纤通信系统的组成光光纤纤通通信信系系统统是是以以光光纤纤为为传传输输
40、媒媒介介，光光波波为为载载波波的的通通信信系系统统。主主要要由由光光发发送送机机、光光纤纤光光缆缆、中继器和光接收机组成。中继器和光接收机组成。第48页，共65页，编辑于2022年，星期一 系系统统中中光光发发送送机机的的作作用用是是将将电电信信号号转转换换为为光光信信号号，并并将将生生成成的的光光信信号号注注入入光光纤纤。光光发发送送机机一一般般由由驱驱动动电电路路、光光源源和和调调制制器器构构成成，如如果果是是直直接接强强度度调调制制可可以以省去调制器。省去调制器。第49页，共65页，编辑于2022年，星期一光光接接收收机机的的作作用用是是将将光光纤纤送送来来的的光光信信号号还还原原成成原
41、原始始的的电电信信号号。它它一一般般由由光光电电检检测测器器和和解解调调器器组组成成，对对于于直直接接强强度度调调制解调器可以省略。制解调器可以省略。光光纤纤的的作作用用是是为为光光信信号号的的传传送送提提供供传传送送媒媒介介(信信道道)，将将光光信信号号由由一一处处送送到到另另一处。一处。中中继继器器分分为为电电中中继继器器和和光光中中继继器器(光光放放大大器器)两两种种，其其主主要要作作用用就就是是延延长长光光信信号号的传输距离。的传输距离。第50页，共65页，编辑于2022年，星期一 2.2.2 光纤通信系统的分类n n根据调制信号的类型，光纤通信系统根据调制信号的类型，光纤通信系统可以
42、分为模拟光纤通信系统和数字光纤可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。通信系统。n n根根据据光光源源的的调调制制方方式式，光光纤纤通通信信系系统统可可以以分分为为直直接接调调制制光光纤纤通通信信系系统统和和间间接接调制光纤通信系统。调制光纤通信系统。第51页，共65页，编辑于2022年，星期一n n根据光纤的传导模数量，光纤通信系根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。纤通信系统。n n根根据据系系统统的的工工作作波波长长，光光纤纤通通信信系系统统可可分分为为短短波波长长光光纤纤通通信信系系统统、长长波波长长光光纤通
43、信系统和超长波长光纤通信系统。纤通信系统和超长波长光纤通信系统。第52页，共65页，编辑于2022年，星期一1.光纤通信网光纤通信网n n光纤公用电信网：核心网、城域网光纤公用电信网：核心网、城域网光纤公用电信网：核心网、城域网光纤公用电信网：核心网、城域网 我国市内电话光缆传输试验从我国市内电话光缆传输试验从 1978 年开始。目前，年开始。目前，公用电信网的传输线基本上均是采用光纤光缆连接。公用电信网的传输线基本上均是采用光纤光缆连接。n n光纤局域网光纤局域网光纤局域网光纤局域网n n光纤宽带网光纤宽带网n n光纤接入网光纤接入网n n无线通信网无线通信网n n海底光缆及洲际通信网海底光
44、缆及洲际通信网 2.3 光纤通信系统的应用光纤通信系统的应用第53页，共65页，编辑于2022年，星期一2.能源、交通和其他能源、交通和其他n n电力系统的监视、控制和管理电力系统的监视、控制和管理电力系统的监视、控制和管理电力系统的监视、控制和管理：由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，而且工作更加可靠。传输信息用的光纤，可以放在输电线、地线的中心，不受干扰，施工方便。而且工作更加可靠。传输信息用的光纤，可以放在输电线、地线
45、的中心，不受干扰，施工方便。而且工作更加可靠。传输信息用的光纤，可以放在输电线、地线的中心，不受干扰，施工方便。而且工作更加可靠。传输信息用的光纤，可以放在输电线、地线的中心，不受干扰，施工方便。用电设备观测雷击很困难，因为雷击对电设备也可能造成破坏。而用光纤却可以直接观测雷击现用电设备观测雷击很困难，因为雷击对电设备也可能造成破坏。而用光纤却可以直接观测雷击现用电设备观测雷击很困难，因为雷击对电设备也可能造成破坏。而用光纤却可以直接观测雷击现用电设备观测雷击很困难，因为雷击对电设备也可能造成破坏。而用光纤却可以直接观测雷击现象，观测装置由检测器、光纤和观测记录仪等组成。雷击时位于铁塔上的检测
46、器产生瞬间高电压，象，观测装置由检测器、光纤和观测记录仪等组成。雷击时位于铁塔上的检测器产生瞬间高电压，象，观测装置由检测器、光纤和观测记录仪等组成。雷击时位于铁塔上的检测器产生瞬间高电压，象，观测装置由检测器、光纤和观测记录仪等组成。雷击时位于铁塔上的检测器产生瞬间高电压，由于是光纤传输，对观测记录仪不会造成影响。由于是光纤传输，对观测记录仪不会造成影响。由于是光纤传输，对观测记录仪不会造成影响。由于是光纤传输，对观测记录仪不会造成影响。n n煤炭系统的监视、控制和管理煤炭系统的监视、控制和管理煤炭系统的监视、控制和管理煤炭系统的监视、控制和管理：电监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井电
47、监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井电监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井电监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输距离受限。而如果采用光纤系统，很多设备可以无源化，即保证了安全，又能实现距离受限。而如果采用光纤系统，很多设备可以无源化，即保证了安全，又能实现距离受限。而如果采用光纤系统，很多设备可以无
48、源化，即保证了安全，又能实现距离受限。而如果采用光纤系统，很多设备可以无源化，即保证了安全，又能实现远距离监控。远距离监控。远距离监控。远距离监控。第54页，共65页，编辑于2022年，星期一n n铁路通信网铁路通信网铁路通信网铁路通信网 铁路通信网是直接为铁路运输调度服务的独立通信网。它具有结点多，分支、插入铁路通信网是直接为铁路运输调度服务的独立通信网。它具有结点多，分支、插入铁路通信网是直接为铁路运输调度服务的独立通信网。它具有结点多，分支、插入铁路通信网是直接为铁路运输调度服务的独立通信网。它具有结点多，分支、插入话路频繁，通信容量有大有小，通信距离长短不一，组网方式多种多样，传输信号
49、话路频繁，通信容量有大有小，通信距离长短不一，组网方式多种多样，传输信号话路频繁，通信容量有大有小，通信距离长短不一，组网方式多种多样，传输信号话路频繁，通信容量有大有小，通信距离长短不一，组网方式多种多样，传输信号种类各异等特点。电气化铁路对通信要求：通信容量要大，不受电力机车强电磁干种类各异等特点。电气化铁路对通信要求：通信容量要大，不受电力机车强电磁干种类各异等特点。电气化铁路对通信要求：通信容量要大，不受电力机车强电磁干种类各异等特点。电气化铁路对通信要求：通信容量要大，不受电力机车强电磁干扰，传输电话、数据以外还要传输列车运行的长距离无人监控图像信号。除了光纤扰，传输电话、数据以外还
50、要传输列车运行的长距离无人监控图像信号。除了光纤扰，传输电话、数据以外还要传输列车运行的长距离无人监控图像信号。除了光纤扰，传输电话、数据以外还要传输列车运行的长距离无人监控图像信号。除了光纤通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求。n n地铁控制系统地铁控制系统地铁控制系统地铁控制系统n n高速公路监控系统高速公路监控系统第55页，共65页，编辑于2022年，星期一3.军事军事n n战术通信战术通信战术通信战术通信主要有两种系统：一种是本地分配系统，包括战地指挥所主要有两种系