第4章传输技术.ppt

第四章第四章 传输技术传输技术4.1 4.1 光纤通信光纤通信4.2 SDH4.2 SDH传输技术传输技术4.3 4.3 光波分复用技术光波分复用技术4.4 4.4 微波通信系统微波通信系统4.5 4.5 卫星通信系统卫星通信系统4.1 4.1 光纤通信光纤通信n什么是光纤通信？什么是光纤通信？光纤通信（光纤通信（Optical Fiber CommunicationsOptical Fiber Communications）是利用是利用光波作载波光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，已成为现代通信的主一处传至另一处的通信方式，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。4.1 4.1 光纤通信光纤通信l 光电话：光电话：18801880年贝尔年贝尔(通信距离通信距离213m)213m)l 光源：激光（光源：激光（LaserLaser）器）器 梅曼梅曼(1960)(1960)l 传光介质：光纤传光介质：光纤 光纤通光纤通信信之父之父高锟高锟(1966)(1966)l 美国贝尔公司美国贝尔公司 半导体激光器半导体激光器(1970)(1970)l 美国康宁公司（美国康宁公司（Corning Glass WorksCorning Glass Works）低损耗）低损耗（20dB/km20dB/km）光纤）光纤 (1970)(1970)l 第一条光纤通信系统（第一条光纤通信系统（44.7Mbit/s44.7Mbit/s）：）：19761976年，年，在美国亚特兰大的地下管道中诞生。在美国亚特兰大的地下管道中诞生。4.1.1 4.1.1 光通信历史光通信历史4.1 4.1 光纤通信光纤通信4.1.1 4.1.1 光通信历史光通信历史第一代第一代：19801980年，使用波长年，使用波长800nm800nm（nanometernanometer）的砷化）的砷化镓激光作为光源，传输的速率达到镓激光作为光源，传输的速率达到45Mbps45Mbps，每，每1010公里需要公里需要一个中继器增强信号。一个中继器增强信号。第二代：第二代：19801980年代，使用波长年代，使用波长1300nm1300nm的磷砷化镓铟的磷砷化镓铟(InGaAsP)(InGaAsP)激光，存在激光，存在色散色散问题。问题。19811981年单模光纤年单模光纤（single-mode fibersingle-mode fiber）克服了这个问题。到了）克服了这个问题。到了19871987年时，年时，一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达1.7Gbps1.7Gbps。第三代：改用波长第三代：改用波长1550nm1550nm的激光做光源，而且信号的衰的激光做光源，而且信号的衰减已经低至减已经低至0.2dB/km0.2dB/km，色散几乎为零，传输速率达到，色散几乎为零，传输速率达到2.5Gbps2.5Gbps，而且中继器的间隔可达到，而且中继器的间隔可达到100100公里远。公里远。第四代、第五代第四代、第五代4.1.1 光通信历史光通信历史n商用光纤通信系统发展商用光纤通信系统发展4.1.1 光通信历史光通信历史n商用光纤通信系统发展商用光纤通信系统发展4.1.2 光纤光纤1.1.光纤的结构光纤的结构图图4-4 4-4 光纤剖面结构图光纤剖面结构图 图图4-3 4-3 光纤结构图光纤结构图 光纤导光的条件是什么？光纤导光的条件是什么？n结构组成：结构组成：纤芯：直径纤芯：直径5m5m75m75m，主要材料是，主要材料是SiOSiO2 2（石英）掺（石英）掺杂微量的掺杂剂提高纤芯的折射率（杂微量的掺杂剂提高纤芯的折射率（n n1 1）；）；包层：直径包层：直径100m100m150m150m，通常是纯，通常是纯SiOSiO2 2，或掺杂微，或掺杂微量的量的B2O3B2O3或或F F等，降低折射率（等，降低折射率（n n2 2）；）；（为什么？）（为什么？）涂覆层：保护光纤，增强机械强度，厚度为涂覆层：保护光纤，增强机械强度，厚度为30m30m150m,150m,未经涂覆和套塑时称为裸光纤。一次涂敷层是为了未经涂覆和套塑时称为裸光纤。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为厚度一般为30um 30um 150um150um。套层又称二次涂覆或被覆层，。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。涂敷的裸光纤称为光纤芯线。4.1.2 光纤光纤1.1.光纤的结构光纤的结构4.1.2 光纤光纤2.2.光纤的分类光纤的分类4.1.2 光纤光纤2.2.光纤的分类光纤的分类4.1.2 光纤光纤2.2.光纤的分类光纤的分类（1）按光纤横截面上折射率分布不同来分类）按光纤横截面上折射率分布不同来分类 按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤，其折射率分布分别如下图所示。光纤和渐变型光纤，其折射率分布分别如下图所示。4.1.2 光纤光纤2.2.光纤的分类光纤的分类4.1.2 光纤光纤2.2.光纤的分类光纤的分类(2)(2)按传输模式的数量分类按传输模式的数量分类 4.1.2 光纤光纤2.2.光纤的分类光纤的分类 多模光纤多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。单模光纤单模光纤就是只能传输一种模式的光纤。就是只能传输一种模式的光纤。什么是传输模式？什么是传输模式？光波属于电磁波范畴，紫外线、可见光、红外线都属光波属于电磁波范畴，紫外线、可见光、红外线都属于光波，光纤通信系统工作在近红外区。于光波，光纤通信系统工作在近红外区。波长范围：近红外区，波长波长范围：近红外区，波长0.8m0.8m1.8m1.8m 三个低损耗窗口：三个低损耗窗口：0.85m0.85m 1.31m 1.31m 1.55m 1.55m4.1.2 光纤光纤3.3.光纤通信的工作波长（理想工作窗口）光纤通信的工作波长（理想工作窗口）4.1.2 光纤光纤n光缆依靠其中的缆芯中的光纤（缆芯是由若干根光纤光缆依靠其中的缆芯中的光纤（缆芯是由若干根光纤通过一定的结构组合在一起而形成）来完成光信号的通过一定的结构组合在一起而形成）来完成光信号的传送任务，加强件和外护层起抗拉和外保护作用。传送任务，加强件和外护层起抗拉和外保护作用。4.1.2 光纤光纤光缆由三部分构成：缆芯、加强件和外护层。光缆由三部分构成：缆芯、加强件和外护层。4.1.2 光纤光纤4.4.光缆的结构光缆的结构 一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、光一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、光传输通道、光接收设备。光传输通道又可细分为光纤、中继，传输通道、光接收设备。光传输通道又可细分为光纤、中继，以及光纤连接器、耦合器等无源器件。如图以及光纤连接器、耦合器等无源器件。如图4-84-8。1.1.光发信机光发信机 光发信机是实现电光发信机是实现电/光转换的光端机，它由光源、驱动器和光转换的光端机，它由光源、驱动器和调制器组成，其功能是将来自于电子通信设备的电信号对光源调制器组成，其功能是将来自于电子通信设备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。耦合到光纤或光缆去传输。2.2.光收信机光收信机 光收信机是实现光光收信机是实现光/电转换的光端机，它由光检测器和光放电转换的光端机，它由光检测器和光放大器组成，其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测大器组成，其功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，送到接收端的电子通信设备。足够的电平，送到接收端的电子通信设备。4.1.3 光纤通信系统光纤通信系统3.3.光纤或光缆光纤或光缆 光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的光纤或光缆构成光的传输通路。其功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。端的光检测器上去，完成传送信息任务。4.1.3 光纤通信系统光纤通信系统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。它的作用有中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行修正。是对波形失真的脉冲进行修正。5.5.光纤连接器、耦合器等无源器件光纤连接器、耦合器等无源器件 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限制,且光纤的拉制长度也是有限度的（如且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)1Km)。因此一条光。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、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、耦合器等无源器光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。件的使用是必不可少的。图图4-8 光纤通信系统光纤通信系统4.1.3 光纤通信系统光纤通信系统n光纤信号传输实现过程：光纤信号传输实现过程：在发送端：通过调制完成电在发送端：通过调制完成电/光变换的功能；由光源输出的光信光变换的功能；由光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中；号直接耦合到传输光纤中；在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，完成光在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，完成光/电变换的功能，再经过放大恢复等电处理过程，弥补线路传输过程电变换的功能，再经过放大恢复等电处理过程，弥补线路传输过程中带来的信号损伤，最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从中带来的信号损伤，最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传输过程。而完成整个传输过程。4.2 SDH SDH传输技术传输技术 在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误,这就叫做这就叫做“同步同步”。在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列准同步数字系列”，简称，简称PDHPDH；另一种叫；另一种叫“同步数字系同步数字系列列”，简称，简称SDHSDH。4.2 SDH SDH传输技术传输技术4.2.1 PDH和和SDH4.2 SDH SDH传输技术传输技术4.2.1 PDH和和SDHn准同步数字序列准同步数字序列(PDH)的三种体系的三种体系 原原CCITT推荐了两类准同步数字复接系列。北美和日推荐了两类准同步数字复接系列。北美和日本等国采用本等国采用PCM 24路系统，即以路系统，即以1.544Mbit/s作为一次作为一次群（基群）的数字速率系列；欧洲和中国等国家采用群（基群）的数字速率系列；欧洲和中国等国家采用PCM 30/32路系统，即以路系统，即以2.048Mbit/s作为一次群的数字作为一次群的数字速率系列。如图速率系列。如图4-9。4.2 SDH SDH传输技术传输