光通信系统

1光纤通信系统构成及WDM简介2主要内容1.光纤通信的概念2.现代光纤通信系统的构成3.波分复用（WDM）系统31.光纤通信的概念通信（communication）分为：1、电通信（telecommunication）；2、光纤通信（opticalcommunication）。电通信：广义的电通信指的是一切运用电波作为载体来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。电通信又可分为有线电通信和无线电通信。4光通信（opticalcommunication）广义的光通信指的是一切运用光波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。光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信。本课程所讲的光纤通信指的是利用光纤进行通信的有线光通信，简称光纤通信。5光纤通信技术特点：传输容量大。传输损耗小，中继距离长抗干扰性好，保密性强，使用安全材料资源丰富，可节约金属材料重量轻，可挠性好，敷设方便6通常光纤通信系统划分为点对点系统，一点对多点系统以及网络。2.现代光纤通信系统的构成2.1光纤通信系统分类7这些系统用来连接一些结点，这些结点通常可能是交换机、终端（如SDH终端）、计算机、工作站等。点对点系统和一点对多点系统仅仅是网络的特例，在网络中，每个站可以与其他任一个站进行通信。在此，以点对点系统为例，介绍光纤通信系统的构成8点对点光纤通信链路示意图2.2点到点光通信系统9•数字光纤通信系统的组成由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。光源调制器驱动电路光发射机放大器光电二极管判决器光接收机光纤光纤中继器102.2.1光发射机光发射机由光源、调制器和信道耦合器组成。光信号是用电信号调制光载波产生的，包括如下两种:1）直接调制：通过改变注入电流直接调制半导体光源的输出。带有啁啾，影响通信系统性能。2）外调制：增加一调制器，适于高速系统应用。光源驱动电路调制器信号输入通道耦合器光发射机结构框图11光纤：将光信号从光发射机无失真地传送到光接收机。基本特性参数：损耗（dB/km）：直接影响通信距离。色散（ps/nm.km）：将引起光脉冲信号展宽和码间串扰，影响通信距离和容量。为实现高速长距离传输，要求光纤具有低损耗和低色散特性。2.2.2光纤12随着传输线路的延长，会由于传输损耗而使脉冲衰减，同时加上传输线路的失真特性（光纤中的各种色散）产生脉冲波型的失真。因此，需要中继器来进行修复。3R：Re-amplifying再放大（光放大器的功能）Re-timing再定时（消除时间抖动）Re-shaping再整形（消除波形畸变）通过这3个R，可得到接近于发射端的光信号，从而延长传输距离，提高信号质量。3R组合2.2.3光中继器需要光----电-----光转换133R再生功能放大消除波形畸变消除时间抖动142.2.4光接收机光接收机：将光信号变换为电信号，再进行放大、再生。光电检测器件：PIN光电检测器、APD光电检测器15扩大光纤通信容量的有效方法：复用技术——多路信号共用一根光纤！传统的电通信遇到了电子瓶颈，随后发展了光纤通信。光纤的带宽是30T-50THz，一路语声信号的带宽是4KHz，图像信号6MHz，一根光纤传一路信号造成巨大的带宽浪费因此，充分发掘光纤的巨大带宽潜力具有重要意义3.波分复用（WDM）系统16波分复用(WDM,WavelengthDivisionMultiplexing)时分复用(TDM,TimeDivisionMultiplexing)码分复用(CDM,CodeDivisionMultiplexing)空分复用(SDM,SpaceDivisionMultiplexing)光纤通信复用技术17三棱镜色散给我们的启示由于三棱镜对于不同波长的光信号折射的角度不同，输出的信号就成了七色光谱。18启示我们：只要信号的波长或频率不同，多路信号就可在同一传输媒质中同时进行传输，互不影响。19WDM基本工作原理：在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合进光缆线路上同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号进行分离（解复用），并作进一步处理后恢复出原信号送入不同终端。3.1波分复用（WDM）系统光发射机光发射机光发射机光发射机N123EDFA复用解复用典型的点对点光纤通信系统(WDM)1N32光接收机光接收机光接收机光接收机20波分复用定义、分类波分复用：一根光纤同时传输多个不同波长的光载波，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道,传输一种预定波长的光信号。波分复用技术的分类：波分复用(WDM)：光载波复用数小于8波，信道间隔大于3.2nm的系统。密集波分复用（DWDM）：光载波复用数大于8波，信道间隔小于3.2nm的系统。粗波分复用技术(CWDM)：波长范围：1280nm～1625nmμm；345nm波长间隔：20nm；16个信道在城域网中，更低的硬件成本、功耗和体积更小21一根光纤比作宽敞的公路——车道LANECLOSEDLANECLOSEDLANECLOSEDLANECLOSED22通过WDM提高现存光纤的传输容量23DWDM系统频谱示意图DWDM系统频谱24波分复用WDM和光纤放大器EDFA25WDM系统的基本结构1nPA光发射机光中继放大光接收机......光监控信道接收/发送网络管理系统光纤1n光合波器BA光转发器1光监控信道发送器光转发器nLA光纤光监控信道发送器接收n接收1......光分波器λSλλ1nλ1λnSλSλSλ光发送机：将来自不同终端的多路光信号分别由光转发器转换为各自特定波长的光信号后，经光合波器合成组合光信号，再通过光功率放大器（BA）放大输出至光纤中传输。光中继放大：采用EDFA实现对不同波长光信号的相同增益放大。光接收机：先由前置光放大器（PA）放大经传输衰减的主信道光信号，再用分波器从主信道光信号中分出不同特定波长的光信号。点到点系统的光发射机输出26波分复用（WDM）系统带宽波长为1310nm的窗口：1.26～1.36μm，相应的带宽为17.5THz波长为1550nm的窗口：1.48～1.58μm，相应的带宽为12.5THz两个窗口合在一起，总带宽超过30THz。如果信道频率间隔为10GHz，在理想情况下，一根光纤可以容纳3000个信道，（需要3000个波长，目前仅实现64个波长）272.5Gb/s10Gb/s40Gb/s10Gb/s40Gb/s20Gb/s80Gb/s80Gb/s320Gb/s3216841WDM波长数每波长比特率(TDM)40Gb/s网络容量演进战略