通信工程导论Word文档下载推荐.doc

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2.2光纤损耗与色散

2.3特种抗弯曲光纤的诞生

2.4*欧盟加速光纤通讯技术的研发创新

三：

光纤通信的展望：

3.1光纤无线融合传输技术

3.2*光通信的畅想

一光导纤维

光通常情况下沿直线传播，而进入不同介质时，比如光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。

表面上看，光好像在水流中弯曲前进。

这就是全反射的作用。

后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。

由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。

起初，用玻璃丝来通信要求光纤对光能的损失为20db/km,,当时即便是最好的玻璃—照相机镜头玻璃，损失也在700db/km。

1966年，高锟提出单模光波导结构模型，1972年，美国康宁公司耗资3000万制造出20米长损耗小于20db/km的光纤样品。

硬件的完善往往取决于纯净度，现在的光纤纯度很高，几乎不含杂质，所以在一定波段上传输损耗很小。

常用的石英光纤，最小损耗波长为1.55um，其次为1.3um，每千米损耗不到1dB。

这一成就使因特网与无线移动通信网的发展有了坚实保障。

光纤通信也成为了信息时代的重要支柱。

二：

光信息传输技术

2.1光纤结构与原理

光纤的主要成分是二氧化硅（SiO2），由纤芯、包层、涂覆层组成。

纤芯为掺杂的二氧化硅（如二氧化锗），以提高纤芯折射率。

直径一般5~50um。

包层为纯二氧化硅，外径125um。

涂覆层为环氧树脂，硅橡胶等高分子材料，外径250um，用于增强柔韧性和机械强度（国际电信联盟（ITU-T）标准：

光纤外径统一为125um，多模光纤芯径50um，单模光纤芯径9um）

多模光纤与单模光纤：

按光纤传输模式分类

光纤模式：

能在光纤中传播的电磁波不但要满足芯包界面全反射条件，还要满足相干加强条件。

对具体光纤结构，只有一系列特定的电磁波可以在光纤中有效传播，这些特定的电磁波称为光纤模式。

单模光纤：

光纤中只传播一种模式，芯径4~10um。

无模式色散，传光性能好，适用大容量、长距离通信。

因截面小，制造、连接、耦合困难。

多模光纤：

光纤中传播多种模式，芯径约50um，SI或GI型。

SI型模式色散大，带宽窄。

制造、连接、耦合容易。

单模工作条件：

V<

2.405。

2.2光纤损耗与色散

世界上不可能存在毫无杂质的玻璃，起初让光纤通信能够商用化，降低杂质是必须克服的难关。

战争史上曾发现制造低杂质玻璃的方法—搅拌。

1970年，Coring宣布利用化学气相沉积法制造出了损耗率为20db/km的试验性单模光纤，奠定了光纤通信的基础。

前人执着于这方面的研究，源于损耗左右着通信的质量。

研究发现：

光束的发散角不为零时，光功率与传输距离之间呈平方反比关系。

即距离增加一倍，功率密度减小到四分之一，即。

指数衰减规律：

光纤损耗系数：

现实生活中，光纤商用化距离遍布全国，有着八横八纵，即便看似很小的系数乘以距离也会造成极大的损耗，当年高锟研究玻璃纤维时也面临着两大障碍：

1.光在一般玻璃中能减达到3db/m,2.千米以上长度的微细玻璃纤维如何生产与稳定。

而结论就是降低杂质铁离子于减少散射。

在玻璃中，光波能减的主要原因是杂质铁离子吸收光能，实验数据发现：

铁离子含量减到百分之一以下，，就能实现20db/km.所以所有的研究都是值得的，即便1970年的康宁公司耗资3000万初步实现这一想法也这么认为。

那么，光纤为什么会有这么难以解决的损耗问题。

通常有：

吸收损耗

本征吸收损耗、杂质吸收损耗、原子缺陷吸收损耗。

散射损耗

瑞利散射损耗、结构不完善散射损耗、非线性效应散射损耗。

其它损耗

弯曲损耗、连接损耗、耦合损耗。

在应用中，除了损耗作用，这里再介绍一下色散作用：

回忆一下我们小时候与小伙伴玩过的两人三足跑，两个人动作保持一致才能有效地到达终点，现在有十个人站成一排，同样的规则，大家彼此都是独立的个体，必然有快有慢，在跑步中必须保持同样的节奏，才能完成。

同样，在一根传输线中，有许多不同频率或不同模式的信号，如果不加以控制，就会在传播过程中，因群速度不同互相散开，引起信号波形失真，脉冲展宽。

而这一物理现象将直接导致光信号在传输过程中的畸变，从而影响通信的可靠性。

如下图所示，同一起跑线的信号到达终点的时间不同而产生的脉冲展开现象，也可形象的用时延差定义。

脉冲展宽导致接收端无法将相邻的脉冲分开，从而导致误码。

因此，射散特性限制了光纤的传输容量。

2.3特种抗弯曲光纤的诞生

克服损耗的过程同时也是制造工艺完善的过程，上文提到的化学气相沉积法（MCVD-ModifiedChemicalVapourDeposition）与棒外化学汽相沉积法（OVD-OutsideChemicalVapourDeposition）轴向汽相沉积法（VAD-VapourphaseAxialDeposition）微波等离子体激活化学汽相沉积法（PCVD-PlasmaactivatedChemicalVapourDeposition）在国际广泛使用

轴向汽相沉积法，即VAD法实物图

在商业化的过程中，客户始终是利益的核心，研究了那么多类型的光纤终于要一展神威了。

可在架设的过程中很快发现，弯曲对缆芯损伤较大，在焊接过程中只有缆芯对接才能保证信号的有效传输，光纤已经铺到了门外，如何在保证成本的情况下有效地进入户内。

特

种

抗

弯

曲

光

纤

入

户

2007年7月,康宁基于nanoStructures™的新型光纤能够适用于角度很小的转角而不会出现信号丢失

2.4欧盟加速光纤通讯技术的研发创新*聚焦国际前沿

资料：

｛欧委会正式对外宣布，由爱尔兰都柏林三一学院电信研究中心（CTVR）教授MarcoRUFFINI博士领导的，欧盟8个成员国主要电信科研机构和大型跨国集团，包括电信运营商和设备供应商如Telefonica、TelecomItalia、Alcatel-Lucent、Nokia-Siemens和数10家创新型中小企业在内的，欧洲DISCUS研发团队组建完成，将启动更廉价、更快速、更绿色的全光宽带（ALL-OpticalBroadband）研发创新项目。

研发团队的研发创新活动将主要聚焦于：

1）提高能效、简化操作和改进引入技术的整间断大容量体互联网结构优化设计；

2）利用先进光子学技术（Photonics）难以想象的带宽特性及其灵活性，加速光子学技术在固定互联网的推广应用；

3）根据平等原则，为所有的互联网用户接入点提供同等的优质高速宽带服务，典型的核心带宽在10Gb/s到100+Gb/s之间，直接连至用户；

4）无缝衔接整合无线与固定光子学技术互联网，向用户提供最佳成 本效益的无线或固定或移动的自动接入及网络流量，不牺牲延迟或带宽。

｝

聚焦点同时也是创新点，给我们的启示也是发展点。

物联时代下的光通信，各国都在发展，无论从科技还是从经济，光通信都是热点。

三：

3.1光纤无线融合传输技术

理论：

利用新型的低成本光纤无线融合传输技术替换常规的无线传输技术，把远端ADC/DAC等数字化单元剥离并上移到基带池云机房，通过光纤中多域混合复用技术，用光信号“直接”传输未经数字化的天线,待发射或接收到几十甚至几百路模拟无线信号，就可以构建大规模阵列天线MIMO技术与大规模协作的云架构完美结合的5G无线网络。

EPON作为光纤宽带接入网技术的首选,存在接入不灵活,光纤到家成本相对较高等缺点，WiMAX灵活性高和易用性,其无线信道却不稳定且每用户分到的带宽有限。

将EPON和WiMAX融合，为5G时代铺路。

3.2*光通信的畅想

光纤入户存在的最后一公里问题，无线光通信有效地完善着。

未来全光网络的实现必然以光纤为载体架设，我们不仅要在地球上实现覆盖，还要进军外太空，这种技术可能当下除非应紧的时候采用，更多的是在实验室里实现，可又有谁知道18个月后又是什么样，今天匪夷所思的理论也许刚走出实验室就能实现商用化。

而光纤网络也许会被更安全的虚拟光纤替代。

无论是有线还是无线，便利都是始终的标准。

既然光通信，本文基本上在研究前人的成果，而且侧重于有线，本文最后对光通信技术进行适当联想。

既然迈向5G时代，全球的网络覆盖必不可少，陆上海中的光纤架设正在完善，但大洋深处，沙漠中，一些欠发达国家，甚至刚刚拍完北极熊或者企鹅就能将照片上传的技术尚未实现。

无线的资源是有限的，每一段频谱都有标价甚至无价，那么与其去争这么少的资源，不如对现有资源在开发，也许司空见惯的路边的小草隐藏着未来医药的良方。

红外技术日臻成熟，红外网络也有不断尝试。

大气中距离不到4000米覆盖，如果利用红外实现这些地区的网络覆盖，设想如下：

选取短波红外作为研究对象，由基站释放红外信号，利用仿生学角度感知红外信号。

红外的穿透性较弱，影响着距离。

但红外作为光，它是由粒子组成的，遇到障碍物时能否从间隙中传过去。

以每个光子为研究单位，携带着信息进行传输，能自由在一定空间内离散与聚合，这样能有效提高穿障能力。

如果这一技术能实现，将一举两得，因为之前提到的光纤入户问题也随之解决了。

在弯曲时造成的信号能减，会因为光子在可控范围内的自由离散整合而解决。

那么如何做到可控，粒子之间存在引力与斥力，在r0的时候相等，但没有绝对不变的值，我不清楚加速或减速或改变场是否能改变r0,只要粒子与粒子间的相互作用力可控，那么就能实现光子的离散与聚合，从而更大限度的实现光传输。

参考文献：

1.《光电工程导论》

2.《宽带无线通信技术基础》.

3.张敏明教授关于《面向5G的光纤无线融合技术》的报告

4.卞现泽《EPON和WiMAX融合接入网的带宽分配研究》