光纤通信技术电子教案docWord格式.docx

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79-89年多模单模光系统建设高潮第三阶段89年至今光系统PDHSDH过渡。

传输速率提高，光纤放大器问世，给光纤通信技术带来巨大变革。

光纤传输光放大光集成，光分播复用，光交叉相连，光交换的全光网时代。

将来宇宙星际光通信，可能实现。

2.光在电磁波谱中位置可见光λ039076μm近线外λ0.7615μm中线外λ1525μm远线外λ25300μm光纤通信λ0.81.8μmf1.673.75*10短波长0.80.9μm长波长1.01.8μm超长波长2μm二光纤通信类型及特点1．按信号类型分光纤模拟通信系统广播，电视光纤数字通信系统PCM数字信号2．按光调制分直接调制光纤系统电信号对光源强变调制外差调制光纤系统电信号对光源发出光载波调制。

3．按光纤特性分多模光纤通信系统140Mbit/s以下单模光纤通信系统4．工作波长分短波长0.85μm局域网，用户接入网，中继短，中继距离长长波长1.31.5μm超长波长2μm非石英光纤，卤化物光纤，2000пm衰减低至0.100.0001dB/km，1000km无中继站研制阶段。

5.按数字体分PDH，SDH6、按应用范围分长途市话中继接入网系统6传输信道数目划分单信道（波长）系统一根光纤只传一个波粗波分复用系统（CWDM）一根光纤传少量不同波长，信道间隔大于20nm密集波分复用系统传多个波长，信道间隔小于8nm。

CWDM一根光纤中同时传少量不同光波长。

信道间隔大于20nm，在城域网中广泛应用。

DWDM一根光纤中同时传多个不同波长光信号。

信道间隔小于8nm，同时用时分复用使系统容量数百倍提高。

三本课程学习内容光纤、光缆原理，参数光器件原理、参数光传输设备25Gbit/s，16*25Gbit/s，32*10Gbit/s，40Gbit/s光测量技术原理、方法光半导体发光机理爱因斯坦量子论提出光与物质相互作用，发生自发辐射、受激辐射、受激吸收。

1．跃迁电子从一个能级转移到另一个能级的过程。

2．从低能级向高能级跃迁吸收能量。

3．释放能量从高能级跃迁到低能级。

4．能量是二个能级之差hvE1-E2E1高能级；

E2低能级；

v光频率；

h普郎克常数E1导带A受激吸收在低能级电子，在外来光子激发下，吸收光子能量跃迁到高能级上。

E2价带hvB自发辐射处在高能级电子自发跃迁到低能级上（与空穴复合）并辐射出一个能量为（EgE1-E2hv）光子光子频率v（E1-E2）/h特点各电子是独立地，自发地随机地跃迁，彼此无关。

发出光是非相干光。

能量以光子方式发射出来。

C光的受激辐射（发射）处在高能级电子，在能量为EE1-E2，频率V（E1-E2）/h外来光子激发下，跃迁到低能级，发射出一个和入射光子一模一样全同光子。

特点频率、相位、方向、传播方向相同一个光子作用可以得到二个全同光子一定条件下可以产生大量全同光子光放大。

相干光D粒子数反转分布热平衡状态下物质中低能级电子多、高能级电子少。

∴没有外界激励下，常温下，受激吸收受激辐射∵单位体积时间内，从低能级受激跃迁到高能级电子数多于从高能级受激跃迁到低能级电子数。

∴光放大条件物质中受激辐射受激吸收必须有高能级电子数低能级电子数。

物质这种发常态粒子数分布粒子数反转分布E工作物质能形成粒子数反转分布的物质。

帮浦源给工作物质施加能量，形成粒子数反转分布。

第一章1.1LD一对光源LD要求1．寿命10年以上，从可靠性、经济性要求，不允许中断。

如北京武汉全程40LD。

如平均寿命100万H，每2.8年可能出现一次故障。

2．较大光功率输出1mw以上。

目前LD500μw2mw；

LED10μw3．发出光波长须和光纤三个窗口一致。

4．谱线宽度要窄LD谱宽初始值时LD坏了。

3．光谱特性谱线宽度输出光功率峰值下降3dB时，半功率点对应。

宽度越窄越好→容量↑4．温度与光电特性T↑→Ith↑→输出功率随温度变化。

如果注入电流不变→输出功率↓所以用ATC电路。

通常Ith→初始值1.5倍时，LD寿命终止。

要加ATC制冷器，散热。

5．调制特性电信号直接加到激光器上，在数字调制时，有电脉冲时，激光器就发光；

无脉冲激光器就不发光。

电脉冲光脉冲激光器发射光脉冲后，需一段时间恢复即需粒子数反转分布。

延迟以td表示激光器连接发射二个光脉冲即需时间。

加偏置电流可以提高调制速率。

当外加偏置电流等于Ith时，延迟时间等于零。

激光器可以连续发射脉冲而不需要准备时间。

四注意事项1．不能用大于Ith2倍电流冲击。

∵电流微小变化，引起光输出的较大变化。

曲线（P-I）相当陡2.测试时避免极性反接3．防静电击穿4．判断LD好坏时，正向电阻为1KΩ，反向电阻大于500KΩ5．选LD时，Ith要小，对应Pth也小（线性好,Ith以上）6．满足要求前提下，尽量低功率输出。

1．2LED一．结构原理1．结构没有光学谐振腔，其它与激光器相同。

无阀值器件，发光只限于自发辐射荧光。

2．原理PN结加正向电压，注入正向电流时，注入电子在扩散过程中与空穴复合发光二．特性1．光谱宽30100nm，比LD宽，不能用于长距离传输2．P-I曲线线性好，广泛应用于模拟信号传输3．寿命长，稳定可靠。

调制方便，价格低4．方向性差5．温度特性好，在中低速系统中应用。

当T从20℃升高到70℃时，功率下降不多，不要ATC电路。

三．LED与LD性能比较LEDLD输出功率小大温度不敏感敏感成本低高寿命长一般带宽小大1．3光检测器一．基本要求1．在工作波长内，有足够灵敏度，由响应度及量子效率衡量2．要有足够带宽，对光信号有快速反应能力，以脉冲上升时间TR衡量3．对光信号解调时引入噪声要小4．检测器体积小，可靠，方便5．可低功率工作，不要过高偏压，偏流6．高的光电转换效率二．光电转换原理1．光电效应半导体中被束缚载流子吸收光子能量后，激发为自由电子。

2．原理光照射在PN结上，如光子能量足够大，电子吸收光能，从低能级跃迁到高能级，产生电子空穴时，即光生载流子，光生载流子在负偏压和内建电场作用下，在外电路中出现光电流。

如光子能量hf，能级差Eg。

当hf≥EgfEg/hfc/λ∵λc/f∴λchc/Eg当入射光λ2um0.001dB/Km2、模式分多模单模只传输基模短波长3、波长分长波长超长波长4、折射学突变渐变二标准化ITU-T1、模光纤G651（A）表1-5，1-72、模光纤G652（B）表1-6，1-71.55um衰减小，色散较大；

1.33um衰减大，色散较小3、653标准色散位移光纤1.55um处色散小，衰减也小4、654光纤衰减变成最小光纤1.55um衰减最小，用于海底通信三参数1、芯径2a多模50/125um；

单模10/125um2、相对折射率差Δ（n1-n2）/n1对λc色散、带宽影响3、NAn1≈0.2sinØ

max4、单模光纤截止波长单模传输充分必要条件归化V-18-25-308048LD-12-9-9LED-18-25-3032368LD-12-9-9LED-20-25-30139264LD-20-9-9LED-20-9-30希望EXT越笑越好EXT小信噪比大Ith大但是EXT小，就是Ith小光源谱宽大色散大也希望平均发送光功率大Ith大EXT小所以要统筹考虑所以Po对接收机时噪声，从灵敏度考虑，希望EXT小，对LD讲，EXT小就是注入Ib小，导致光源输出光功率降低，谱线宽度大色散所以要全面考虑

四、最小近模抑制比SMSR1．问题DWDM密集波分复用、信道间隔小于或等于1.6nmCWDM粗波分复用、信道间隔小于或等于20nm相干光源均要求LD为动态单纵横模激器1．定义衡量单位纵横性能（SLM）ITU-T为30dB（下限）市话单模LD-6dBmLED-28dBm长途单模LD＝－6dBm或－3dBm注意单模光纤用NRZ码多模光纤用NZ码一般采用LD为－9，－6，－3dBmLED为－30dBm有关因素中继段长，光源波长，传输容量，光纤类型（三）消光比1、定定义EXT10ITV-T标准PON为全“1”码光功率平均POFF为全“0”码光功率平均我国定义EXTPO/2P*100PO全“0”码平均发光功率P伪随机码平均发送光功率2P全“1”码平均发送光功率2、标准EXT≦5（四）灵敏度Pmin1、定义在一定BER前提下，光端机接口点R所能接收最小平均光功率2、标准表1-133、工作中，灵敏度用dBm表示Pr101mwPmin给定BER下，最低接收光功率（五）动态范围1、定义在一定的BER（）时，R点处测的最大接收光功率与最小接收光功率之比对数2指标1310nm系统D≧18dBPIN-FET为2025dB；

APD为3040dB接收放大电路1、6中继距离计算1、问题传输衰减限制中继距离传输带宽限制中继距离；

另外光功率、误码率2、国际解决由系统性能、光端机性能定中继距离中继间距定系统性能、光端机性能方法参数选择法LP平均光功率af光纤衰减Pr灵敏度as接续衰减ac活动连接器损耗Me、Mc设备、光缆富余度1.7光线路码电缆线路码HDB3码

一、

二、三次群1、0、-1CMI码四次群0→01；

1→00与11交臂光器件发光“1”无光“0”选择码型要求①避免信码中出现长“0”或长“1”②能进行不中断业务误码监视③尽量减少信码中直流分量起伏④编码、解码电路简单、功耗小⑤误码扩展小⑥码速提升率要小1、mBnB码

（1）概念m个二进制码转换为n个二进制线路码nm，码率提升n/m

（2）3B4B码输入信号码流3B（bit），然后编4B（bit）A.3B码B.4B码216状态，16个状态选出若干代表3B的8种状态C.编码表表1-15字数和WDS码组中-1表示0码；

1表示1码每个字的代数和称为字数和如0010写成（-1）（-1）

（1）（-1）-2WDSD．WDS值分类用4B码代替3B码时最好选WDS0码字；

禁选WDS±

4E．3B4B编码方案换成1、换成2、为使“1”、“0”码均匀分布WDS±

2，和WDS-2交替出现才能达到均匀分布。

字数和又称为码字不均，又常以表示不均如字00111则d1；

字11000则d-1∴0、1交替数量均等，定时提取丰富，码速提高33.3适于中等速率（3）5B6B特点编码复杂性、比特冗余度方面适中，误码监测方便。

A编码5B输入码字共有，码速提升6/5倍选出若干码字代表32种码B．平衡分析第一类均等码字，含有3个“0”，3个“1”共20个（计0）平衡不完全平衡码组第二类含有4个“1”，2个“0”12个第三类含有4个“0”，2个“1”12个C．码组选用先用20个平衡含有四个“1”两个“0”用12个正模式含有四个“0”两个“1”用12个负模式两个模式交替使用，保持0、1均等，直流分量稳定，基线不起伏。

总计202*1244码组64-4420禁字接收端收到误码特点码速提高20如140mB/S→160mB/S编码简单对灵敏度影响不大最大连“0”连“1”不超过6个3.插入比特码概念信码中每M比特分为一组，把末尾一位插入1比特码

（1）mB1P码每比特后插入1个奇、偶校正码，称为P码作用每个码组内1码个数为偶数2mb1c概念m比特分为1组，末位加一个反码→C码作用有效控制长连“0”连“1”，误码监码须有同步检测误码方法，误码检测。

反对第m位码实行误码检测。

3mb1H码概念信码每m比特为1组，末位插入混合码、H码作用有多种功能。

可完成区间通信、公务、数据、监测等1不中断业务的误码检测

（1）双稳态检测法码组内“1”“0”个数偶数线路码。

如mBnB,mB1p只能检测出奇数字误码，双稳态不改变无误码，双稳态改变有误码。

（2）运行数字和法RDS不论均等码或非均等码，只要“0”“1”个数平均值等于0，可用RDS方法，字数和在一定范围内。

（3）禁字检测法禁字出现误码（4）同步误码检测法对于mB1p,mB1c,MB1H码方法对m和m1模二加校对，位码成对的校对（5）码结构违反检测法，正负不均等码字，交替规则。

mB1H码在我国运用。

1、基本结构与特点B、为传输信息比特，为连续信息比特数。

H、混合信号码，各种辅助信号组成。

结构特点减少相同码连续个数，定时信息丰富。

误码检测利用C码特点。

监控、公务、区间通信数据通信在S位插入实现各种信息在同一根光纤中传送与扰码共同作用效果更佳。

2、mB1H帧结构1）、4B1H帧结构

（1）4B1H码帧结构在34系统中应用4B1H码H码区18路区28路C码8路帧同步4路数据通信2路监控1路公务1路

（2）8B1H码区18路区28路S码区38路数据通信2路监控1路公务1路（3）1B1H码特点标准型1比特信息插入码C反码1比特插入码H码公务监控区间倒换34Mb/s系统Hi32帧长325160bit码率提高343685/442960Kb/s帧频42960/160268.5KHZ2）8B1H码帧结构对140Mb/s信号速率提高9/81401556672Kb/s帧长3292576bit帧频156672/576272Kbit区间通信速率27282176Kb/s3）1B1H码帧结构特点灵敏度代价高，码速提升率大，电路简单，辅助比例大，功能齐全，误码检测精度高，可靠性好。

标准型线路码帧结构H码公务电话，监控信号，区间通道等辅助信号比特排列次序如a标准型线路码帧结构帧长328256bit对140端机B1、B2、B3、B4为139264信号码H1、H3是二个34368区间通信H2混合码速率34368，长度32F1、F2、F1、F21001帧定位码组区1、区2二个8448区间通信码△可使8路低于1000速率数据。

公1、公2监倒为4路1088数据通道本地码

（1）每个码速8448kb/s

（2）线路码8448ХХ86758468Mb/s（3）B1B4各传120路话路且为二次群（8448）帧结构（4）H1H3各传120路，可是常用帧结构8448Mb/s，也可自行设计。

（5）C补码是B4误码检测（6）H2综合码32个码组成F1F2F1F21001帧同步码速率为1056kb/s因为每个码速8448/32264kb/s，所以4Х2641056kb/s（6）区1区2各8个，所以区1区2为两个8Х2642112kb/s区间通信信号，所以可传2048kb/s信号（30路）（8）占8个也可传2112Kb/s理论上传2048kb/s（30路）实际上8路数据传输用（9）跨公跨公段公务信道（10）公本段公务（11）监监控、维护（12）倒倒换信道通道线路码主要参数1、码速提升率RRf2-f1/f1f1二进制码速;

f2线路码速R↓灵敏度代价越低2、大同码连续数NN越小，定时信息提取高3、误码增值系数G4、冗余度传送其他信息的能力冗余度如定时信息，监控信号，倒换指令。

冗余度安排其他信号的传输有利。

传输效率↑→冗余度↓5、不中断业务的误码监测6、与主信号同时在一根光纤中传监、公务、告警、区间通信的能力。

1.8光纤传输设备分类光端机光中继器作用光端机发送端电信号光信号光纤接收端光信号电信号个信号中继器光发送、光接收功能同时完成E/O,O/E转换1.8.1光端机基本组成、功能1、框图2、各部分组成作用输入接口电接口由PCM送入HDB3,CMI码码型变换双极性码变为光线路码mBnB,mB1H,mB1P光发送光线路码去调制LD、LED，光信号光纤传输光驱动，APC、ATC光接收机电路与光接收发送相反，完成O/E变换，由放大，均衡，检测器等。

定时性定时提取和判决再生组成提取定时信号。

光接收线路码型反变换，输出接口定时信号从均衡后信号流中抽取。

再生经