第1章绪论 口光纤通信概念 口光纤通信系统的基本单元 口光纤通信的基本问题 口光纤通信系统的主要性能指标 口光纤通信技术的回顾和展望
第1章 绪论 光纤通信概念 光纤通信系统的基本单元 光纤通信的基本问题 光纤通信系统的主要性能指标 光纤通信技术的回顾和展望
1.1光纤通信概念 1.1.1什么是光纤通信 通信是各种形式信息的有效传递,为了实现这一目的,需要相应的 技术设备和传输介质 我们以调幅广播为例,话音信号经过话筒后转变为电信号,然后借 助于频率范围是526.5~1605.5kHz的载波,将信号“装载”到载波上通 过发射天线发送出去,在接收端由接收天线再将其“卸载”下来,这个 过程称为信号的调制和解调。调幅广播的传输介质是大气信道。 而光纤通信则是用光作为信息的载体,以光纤作为传输介质的一种 通信方式。它首先要在发射端将需传送的电话、电报、图像和数据等信 号进行光电转换,即将电信号变成光信号,再经光纤传输到接收端,接 收端将接收到的光信号转变成电信号,最后还原成消息。图1.1.1为光纤 通信系统示意图
1.1 光纤通信概念 1.1.1 什么是光纤通信 通信是各种形式信息的有效传递，为了实现这一目的，需要相应的 技术设备和传输介质。 我们以调幅广播为例，话音信号经过话筒后转变为电信号，然后借 助于频率范围是526.5~1605.5kHz的载波，将信号“装载”到载波上通 过发射天线发送出去，在接收端由接收天线再将其“卸载”下来，这个 过程称为信号的调制和解调。调幅广播的传输介质是大气信道。 而光纤通信则是用光作为信息的载体，以光纤作为传输介质的一种 通信方式。它首先要在发射端将需传送的电话、电报、图像和数据等信 号进行光电转换，即将电信号变成光信号，再经光纤传输到接收端，接 收端将接收到的光信号转变成电信号，最后还原成消息。图1.1.1为光纤 通信系统示意图
光发射机 --连接器 光纤接头光耦合器 再生 电信号输入:「调制「光源 尾纤 中继器 光纤 光纤 其它设备 光纤 光放大 光检测 信号 器 尾纤器 电信号输 光纤接头 连接器 光接收机 图1.1.1光纤通信系统的构成
电信号输入 调制 光源 光放大 器 光检测 器 信号恢 复 电信号输 出 光发射机 尾纤 连接器 光纤 光纤接头 盒 光耦合器 其它设备 光接收机 光纤接头 盒 连接器 再生 中继器 尾纤 光纤 光纤 图1.1.1 光纤通信系统的构成
基本单元为三个部分:光发射机、光纤和光接收机。光发射机由将 带有信息的电信号转换成光信号的转换装置和将光信号送入光纤的传输 装置组成,光源是其核心部件,由半导体发光二极管LED( Light Emission diode)或者激光二极管LD( Laser diode)构成;光纤在实用 系统中一般以光缆的形式存在;光接收机由光检测器、放大电路和信号 恢复电路组成。光发射机和光接收机也称为光端机。在光纤通信系统中 还包括大量的有源、无源光器件,图1.1.4中示出的连接器起着各种设备 与光纤之间的连接作用,光耦合器用于需要将传输的光分路或合路的场 合,光放大器起着对光波放大的作用,用于弥补光信号传输一定距离后, 因光纤衰减致使的光功率减弱
基本单元为三个部分：光发射机、光纤和光接收机。光发射机由将 带有信息的电信号转换成光信号的转换装置和将光信号送入光纤的传输 装置组成，光源是其核心部件，由半导体发光二极管LED（Light Emission Diode）或者激光二极管LD（Laser Diode）构成；光纤在实用 系统中一般以光缆的形式存在；光接收机由光检测器、放大电路和信号 恢复电路组成。光发射机和光接收机也称为光端机。在光纤通信系统中 还包括大量的有源、无源光器件，图1.1.4中示出的连接器起着各种设备 与光纤之间的连接作用，光耦合器用于需要将传输的光分路或合路的场 合，光放大器起着对光波放大的作用，用于弥补光信号传输一定距离后， 因光纤衰减致使的光功率减弱
1.12光纤通信中光的作用及特性 在光纤通信系统中,光是信息的载体,光必须经过光纤传播,而在光发射机和光接收 机中,核心部件承担着电/光、光/电的转换,可见光在光纤通信中的重要地位。光的 性质有很多,下面我们围绕光在光纤通信中的作用进行讨论 1.光作为载波,可以极大地提高信道的带宽 带宽是信号进行传输且没有明显衰减的频率范围,信道的带宽越大,信道容量就越大 我们以模拟信号为例,说明信号携带的信息量与其所占的带宽有关。比如,话音信号 的带宽约为4kHz,电视图像信号的带宽为6MHz,显然电视图像的信息量比话音信号 大。所以信号占据的频带宽,意味着携带的信息量大,则传输该信号的信道带宽也要 随之增大。信道容量与信道带宽之间的关系可由香农哈特利( Shannon-Hartley)定 理决定: C=Blog(1+SR (1.1.1) 式中,C为信道容量(单位为比特/秒,bps),B为信道带宽(单位为赫兹,Hz), SNR是信号功率与噪声功率的比值,称之为信噪比。由(1.1.1)式可见,增加信道带宽 可以有效地提高信道容量。 信道的带宽又取决于载波的频率,载波频率越高,信道的带宽就越大,系统 的信息传输能力也就越强。按经验,带宽大约为载波信号频率的十分之一。从图1.1.2 的通信用电磁波频谱可见,双绞线的工作频率可以到300kHz,同轴电缆为1GHz,微 波波导传输信号的频率可高达100GHz,而光纤通信所用光的频率范围为100THz到 1000THz,根据估计,其带宽可达50THz。目前单波长信号速率已达到40Gbs,已 经实现了单根光纤传输容量为10.96Tb/s的实验系统
1.1.2 光纤通信中光的作用及特性 在光纤通信系统中，光是信息的载体，光必须经过光纤传播，而在光发射机和光接收 机中，核心部件承担着电/光、光/电的转换，可见光在光纤通信中的重要地位。光的 性质有很多，下面我们围绕光在光纤通信中的作用进行讨论。 1. 光作为载波，可以极大地提高信道的带宽 带宽是信号进行传输且没有明显衰减的频率范围，信道的带宽越大，信道容量就越大。 我们以模拟信号为例，说明信号携带的信息量与其所占的带宽有关。比如，话音信号 的带宽约为4kHz，电视图像信号的带宽为6MHz，显然电视图像的信息量比话音信号 大。所以信号占据的频带宽，意味着携带的信息量大，则传输该信号的信道带宽也要 随之增大。信道容量与信道带宽之间的关系可由香农哈特利（Shannon-Hartley）定 理决定： (1.1.1) 式中，C为信道容量（单位为比特/秒，bps），B为信道带宽（单位为赫兹，Hz）， SNR是信号功率与噪声功率的比值，称之为信噪比。由(1.1.1)式可见，增加信道带宽 可以有效地提高信道容量。 信道的带宽又取决于载波的频率，载波频率越高，信道的带宽就越大，系统 的信息传输能力也就越强。按经验，带宽大约为载波信号频率的十分之一。从图1.1.2 的通信用电磁波频谱可见，双绞线的工作频率可以到300kHz，同轴电缆为1GHz，微 波波导传输信号的频率可高达100GHz，而光纤通信所用光的频率范围为100THz到 1000THz，根据估计，其带宽可达50THz。目前单波长信号速率已达到40Gbit/s，已 经实现了单根光纤传输容量为10.96Tb/s的实验系统。 log (1 ) C = B 2 + SNR