光钎通信各章知识点.docx

《光钎通信各章知识点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光钎通信各章知识点.docx（19页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一章概述1、*什么是光纤通信？主要优点？答：所谓光纤通信，是指利用光导纤维（简称光纤）传输光波信号的一种通信方式。主要优 点有：（1）传输频带宽、通信容量大。（2）传输损耗小。（3）抗电磁干扰能力强。（4）线径 细、重量轻。（5）资源丰富。2、*光纤通信与电通信的比较？答：光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是用光作为传输信号；二是用光缆作为传输线 路。3、*光纤通信的调制、检测方式？答：目前采用比较多的一种基本方式，即是强度调制一一直接检波（IM/DD）方式。4、*光纤通信的组成？答：光纤数字通信系统主要由光发射端机、光纤、光中继器、光接收端机、监控及电源系统 组成。第二章光纤与光缆2.

2、1 光纤的结构与分类一、结构光纤由纤芯、包层、一次涂覆层和二次涂覆层组成。”*层/X-一分一次涂覆层（预涂层）二次涂覆层二、分类1、按折射率分布（1）突变型（均匀型、阶跃型）（2）渐变型（非均匀型、梯度型）2、*按传输模式（1）单模光纤（给定工作波长上，允许传输单一导模的光纤）。（2）多模光纤（给定工作波长上，允许传输多个导模的光纤）。2. 2阶跃型光纤一、预备知识（1）1、介质折射率nn = f J-*真空中的光速、介质中的光速2、反射定律：0. =03、折射定律：sin 0nsin 0n即 n - sin 0 = n - sin 0i 2t4、全反射:条件：n1 n之（光密一光疏） 900

3、 0 0- 八. n 一一 ，一, 一.0c为全反射的临界角，七=sin-1 i 现象为只有反射光，没有折射光。1预备知识（2）A :相对折射率差* n 2 - n 2n - n= *弱导光纤n总n 浇 ai1、阶跃光纤光射线的理论分析几何光学对应射线理论；波动光学对应麦克斯韦方程。1、相对折射率差：牝n12、射线的种类：*子午面：通过光纤轴线的平面。*子午线：始终在同一子午面上通过的光射线。斜射线：不在一个平面里，不经过光轴线的射线。3、子午线的分析9：端面入射角在n1 n2分界面，满足全反射条件一一传输（导模，传导光）在n1 n2分界面，不满足全反射条件一一辐射光（辐射模）（2）最大激励角

4、（最大接收角）*。= sin-1 n 一 n = sin-1、ax为辐射模。（3）数值孔径NA*定义:NA = sin= (n 2 n 2 = n )max 121*物理意义：表示光纤捕捉光射线的能力。NA大能力强。*何谓弱导（波）光纤？它对光纤的NA和模式色散有什么影响?n弱导波光纤即光纤纤芯的折射率n 1略大于包层的折射率n2，即一1；因1此小，则NA小，模式色散也小。三、阶跃光纤的标量近似分析法1、场方程中参量符号归一化频率V光纤的综合结构参数.,2m ， 2兀a* V = - V n 2 - n 2 = n 2A0n：纤芯折射率n2 :包层折射率。：纤芯半径（m）A :相对折射指数差人

5、0:光在真空中的光波长（m）V :归一化频率（无量纲）2、光纤中导模数量的估算V 2*阶跃光纤中，M =V 归一化频率3、*举例已知：n = 1.5, A = 0.01, a = 25 旦m,入=1 |Hm求：4, NA , V 和 M ？解：。=sin -1 (n V2A) = sin -1 (1 .5 J2 x 0.01 )NAn .J a =1=n J2 A2 兀 x 25x1=1 .5 J2 x 0.011 .5 J2 x 0.01一根数值孔径为已知：0.20的阶跃折射率多模阶跃光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。 试问：（1）其纤芯直径为多少？（2）在1310nm

6、波长上可以支持多少个模？（3）在1550nm波长上可以支持多少个模？解：（1）由V =堂ag-n =买a - NA，得到纤芯直径为 1 入 12 入入V入 VcLP ， LP 传导；V VcLP ，LP 截止。11111111*阶跃型光纤VcLP。 = 0，VcLP11 = 2.40483 ；2、单模传输条件：* 0 V 人C单模传输；XXC则不能保证单模传输。*例：已知阶跃型光纤n 1 = 1.5,人0 = 1.31求（1）当A = 0.25，为保证单模传输，a应取多大？（2）当a = 5rm，为保证单模传输，A应取多大？2Ka-解：单模传输条件0 V VCLP11 = 2.40483，V

7、= n*A0(1) a vV LP_2.40483也 . 2k，顽 n 4TKx 1.5/2 x 0.25(2兀)2(2) V 2 = a 2 n 2 2 A0A v、匕2LP” _ 1.312 x 2.4048328兀 2 a2 n 28 x 3.142 x52 x 1.521二、光纤的参数2. 4光纤的传输特性一、衰减1、引起衰减的原因(知道名称)(1) *吸收损耗：本征吸收和杂质吸收。(2) *散射损耗：瑞利散射损耗、材料不均匀引起的损耗和非线性散射损耗。(3) *弯曲损耗2、衰减和衰减系数*a _ 4 _ !lg -P1 (dB Km)L L p2* A _ 10lg p (dB)P2

8、P 2输出光功率输入光功率P12、a -入曲线*三个低损耗窗口：0.85|i m(850nm)短波长1.31pm(1310nm)、1.55pm(1550nm)长波长0.851.311.55泯 Pm)二、色散特性1、*色散的概念信号在光纤中传输时，其光能量由不同的频率成分或不同的模式成分携带的，这些不 同的频率成分和模式成分具有不同的传播速度，从而引起传输光脉冲的展宽，即光纤的色散。*影响：产生码间干扰，造成误码，降低中继距离、通信容量。分类：(1) *模式色散：是指光纤不同模式在同一频率下的相位常数不同，因此群速不同 而引起的色散。(2) *材料色散：是由于材料本身的折射率随频率而变化，使得信

9、号各频率成分的 群速不同引起的色散。(3) *波导色散：是对于光纤某一个模式而言，在不同的频率下，相位常数不同，使得群速不同而引起的色散。单模光纤只有材料色散和波导色散；多模光纤有模式、材料和波导色散。2、色散的表示多模光纤理论表示方法：(1) 最大时延差时延(T)：光脉冲在单位长度光纤上传播时所需的时间。最大时延差：多模光纤中最高模式和最低模式间的时延差。max c式中：L :光纤长度mn :纤芯折射率A:相对折射率差c :真空中光速(3 x 108 ms)单位长度最大时延差：严 = 1 A (s m)L c(2)At色散系数：D =有*经过单位长度光纤传播后，单位光波长间隔对应的群时延差:

10、t = (s m - nm) ； *实际应用单位：ps ： nm - km。( ps = 10 -12 s)g*例：已知：一阶跃折射率光纤，纤芯半径a = 25r m，折射率 = 1.5，相对折射率差 A = 1%，长度 L = 1km。求：(1) 光纤的数值孔径；(2) 子午光纤的最大时延差。(5分)(1) N - A = Jn2 n2 = n *; 2A = 1.5 J2 x 0.01 = 0.212(2) t = Ln1 A = 1X103 X1.5 x 0.01 = 5 x 10-8 = 50(ns)s c 3 x 108已知 n 1 = 1.5, A = 0.01, L = 10 k

11、m = 1 x 10 3 m求：A ？解：At=虬 A = 10 x103 x1.5 x 0.01 = 0.5 x 10-6(s) = 0.5Rsmax c3 x 1082. A 6几种常用的单模光纤D1、*常规单模光纤G652其零色散位于1. 3um窗口低损耗区，工作波长为1310nm特点：(1)零色散波长人=1310nm 0(2)工作波长人=1310nm ；色散系数|D| 3.5 pnm - km ；衰减系数a = 0.35 dBkm。工作波长入=1550nm ； D = 17 20 pSinm - km ； a = 0.2 dB；km。2、色散位移光纤G653一种把零色散波长从1.3pm

12、移到1.55pm的色散位移光纤特点：(1)人=1550nm0(2)人=1550nm ； Dl N 1 粒子数反转分布。*激活物质一一处于粒子数反转分布状态的物质。3、光放大外部能源作用下，物质达到粒子数反转分布状态，在外来光子激发下发生受激辐射， 产生全同光子，实现光放大。二、激光器的一般工作原理1、*构成（产生激光的三个重要条件）（1）合适的激光工作物质（发光介质）：在泵浦源激励下，产生粒子数反转分布 状态，实现光放大。（2）泵浦源：给激光工作物质提供激励能量。（3）光学谐振腔 确保受激辐射占优势； 频率选择作用。2、阈值条件和相位平衡条件（1）阈值条件：G a i +反射损耗（2）相位条件

13、：来回一次，光场的相位差。岫=2兀q（ q = 1,2,3,）3. 2光源的调制一、内调制（直接调制）含义：将调制信号直接在光源上进行调制。特点：光源的特性变坏。主要应用在较低码速光纤通信系统中。二、外调制（间接调制）1、*含义：光源本身不调制，其发出光在传输通道上通过外调制器来调制。2、*特点：调制后光源特性不变坏。主要应用在高码速强度调制/直接检波的光纤通 信系统，或外差光纤通信系统中。3. 3线路码型；3. 4光发射机光发射机的主要性能1、*平均发送光功率：是指在光端机正常工作条件下输出的平均光功率，即光源尾纤 输出的平均光功率。单位为dBm2、*消光比：是指输入光端机的信号为全“0”码

14、时与全“1”码时，光端机的平均发 送光功率之比。3. 5光电检测器是实现光电转换的器件。有光电二极管（PD ）及雪崩光电二极管（APD ）。一、光电检测原理1、组成：一个PN结，反向偏压。无光照时，反向电流很小。2、*半导体材料的光电效应：光照射到半导体的PN结上，当光子能量足够大时，半 导体材料中价带的电子吸收了光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出 现光电子，在价带中出现空穴，这种现象称之光电效应。3、光电检测原理无光照时，反向电流很小；有光照时，由于光电效应，光生载流子（电子-空穴对） 在电场作用下，分别向N （电子向N材料）和P （空穴向P材料）方向流动，形成 通过PN结的光电

15、流，入射光功率变化，光电流随之变化。二、* PIN - PD 和 APDPN结组成PD的缺陷：一是光电转换效率低，二是响应速度慢。1、PIN - PD2、APD :对光电流有倍增作用。两者对比：APD灵敏度（响应度）高，电路复杂；PIN灵敏度低，电路简单。3. 6 光接收机一、光接收机的主要性能1、*光接收机灵敏度：是指在满足给定误码率条件下，光端机能够接收到的最小平均 光功率。单位为dBm2、*动态范围：是指在满足给定误码率条件下，接收机允许接收的最大平均光功率电 平与最小平均光功率电平之差。D = 10lg Emx （ dB ）Pm i n第四章光纤通信系统4. 1 系统结构*点到点的组成

16、：发射机（光、电X接收机（光、电X光中继器、光缆线路、监控系 统、备用系统。一、光中继器1、*作用：对传输一定距离的光波信号进行放大，矫正失真的波形，使光脉冲得 到再生。2、*光中继器的原理框图(AGC)(APC)二、光路中的无源器件1、光纤连接器2、光定向耦合器：用于光的分路和合路3、光衰减器：插入光路中对光进行衰减4、光隔离器：使光单向传输，隔离线路中的反射光第五章光放大器功能：直接放大光信号*光放大器与中继器作用有什么区别？高速光纤通信系统中光放大器能否完全取代中 继器？答：光放大器只能消除光纤损耗对信号的影响，对光纤色散的影响无能为力；而光中继 器除了对信号进行放大以外，还可以对信号再

17、生，从而消除光纤色散的影响。高速光纤通信系统中，光纤色散对系统影响较大，因此光放大器不能完全取代光中继器。中继器作用：对光信号放大、再生。7. 1 分类一、分类：半导体光放大器掺铒(EDFA):用于1550m掺稀土元素 I掺错(PDFA):用于1310m光纤放大器v拉曼光放大器非线性光纤放大器v-布里渊光纤放大器二、EDFA优点：(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(15001600 nm)；其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1 dB(2) 增益高，约为3040 dB;饱和输出光功率大，约为1015 dBm;增益特性与光偏振状态无关。(3) 噪声指数小，一般为47

18、 dB;用于多信道传输时，隔离度大，无串扰，适 用于波分复用系统。(4)频带宽，在1550 nm窗口，频带宽度为2040 nm，可进行多信道传输，有利于增加 传输容量。7. 2 掺铒光纤放大器的结构一、EDFA的组成1、*框图2、*组成及各部分的主要功能：(1) 掺铒光纤(EDFA)(2) 泵浦光源：对EDF进行激励，提供光放大能量；(3) 光耦合器：将泵浦光和输入信号光混合送入EDF ；(4) 光隔离器：隔离反射光，以防影响光放大器工作稳定；(5) 光滤波器：滤除光放大器部分自发辐射噪声，降低噪声影响。*在泵浦光源的激励下，EDF中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，实现光 放大。3、*常用

19、EDFA 的泵浦波长：980nm，1480nm。二、三种结构方式1、同向泵浦（图7-1）:噪声小，输出功率小。2、反向泵浦（图7-2）:噪声大，输出功率大。3、双向泵浦（图7-3）:噪声小，输出功率大。四、主要性能参数1、*功率增益一一表征放大器的放大能力。一般3040dB。G 101g%（ dB） p,p2分别为光放大器输入、输出功率。p2、带宽（即工作波长范围或增益谱）：1530 - 1565nm3、*饱和输出功率一一表征放大器最大输出功率的能力。在输出功率和增益曲线上，放大器饱和增益（最大增益）下降3dB时对应的输 出光功率。目前一般为15dBm。五、光放大器的应用形式*1、前置放大器：

20、提高接收灵敏度。要求：增益高，噪声小。*2、功率放大器：提高发送光功率。要求：饱和输出光功率大。*3、中继器使用（中继放大）：补偿光纤衰减的影响。要求：增益高，噪声小。第八章多信道复用技术8. 1 基本概念一、电通信复用1、时分复用（如心）：速率可达10 Gbs - 40 Gbs。2、频分复用（SCM副载波）：有线电视系统使用。二、光通信复用1、*WDM （光波分复用）：是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光 载波信号，在发射端经复合器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通 过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使信 号复原。2、OTDM

21、 （光时分复用）3、OFDM （光频分复用）4、OCDM （光码分复用）8. 2 光波分复用技术一、WDM工作原理1、系统方框图2、工作原理在发送端，不同工作信道发送机发出工作波长不同的信号，通过波分复用器合波后 送入光缆线路传送（1根光纤）；在接收端，通过解复用器分波，把不同波长信号送 入相应的接收机，完成各信道信号传输，实现波分复用。二、WDM系统结构形式1、*单向结构：两根光纤组成一个系统。2、*双向结构：一根光纤组成一个系统。三、密集波分复用和稀疏波分复用1、OWDM :信道间隔（相邻波长的间隔或频率间隔） 1nm。2、OFDM : M） 个STM-M信号按M个字节为单位的码块间插复用

22、成STM-N信号（当速率大于AUG-4时使用）。 新复用结构的特点：（1）采用了级联技术（2）有多个光接口，增强了光接口的灵活性（3）两种复用方式：码块间插复用（速率大于AUG-4）字节间插复用（速率小于AUG-4）2. 复用单元：SDH的基本复用单元：容器C-n、虚容器VC-n、支路单元TU-n、支路单元组TUG-n、 管理单元AU-n、管理单元组AUG-n。n为单元等级序号。（1）容器：用来装载各种速率的业务信号的信息结构。（2）虚容器：用来支持SDH的通道层连接的信息结构，它是SDH通道的信息终端。虚容器VC是SDH中可以用来传输、交换、处理的最小信息单元，一般将传送VC的 实体称为通道

23、。分为高阶虚容器（VC-4，AU-3中的VC-3）；低阶虚容器（VC-1，VC-2，AU-4中的VC-3）。（3）支路单元（TU）和支路单元组：TU是提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构。（4）管理单元AU和管理单元组：AU是提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构。3. 映射：SDH网络边界处的映射：指将各支路信号按一定的排列顺序（即变换关系）适配进虚容器 的过程，其实质是使各种支路信号的速率与相应虚容器的速率同步，以便使虚容器 成为可独立地进行传送、复用和交叉连接的实体。（只有STM-1才有映射过程）第10章SDH设备一. SDH传输网是由不同类型的SDH网络单元（网元）通过光缆

24、线路的连接组成的，通过 不同的网元可完成SDH网的传送功能，如上下电路信号，交叉连接业务，网络故障管 理等。二. SDH设备分类：终端复用器（TM）分插复用器（ADM）数字交叉连接设备（DXC）再生中继器（REG）（1）终端复用器（TM）功能：主用于链型网络的终端站，具有复用、解复用功能，还有一定的交叉连接能力。 特点：只有一对高速率输入输出STM-N线路信号端口，有多路低速率输入输出支路 端口。（2）分插复用器（ADM）功能：具有复用、解复用功能、交叉连接、传输等功能。特点：有两对高速率输入输出STM-N线路信号端口，即简称为东向（E）和西向（W）， 一个方向一对STM-N线路信号端口；有多

25、路低速率输入输出支路端口。（3）数字交叉连接设备（DXC）功能：具有复用、解复用功能、交叉连接、业务调度及传输功能，但主要功能是完成 STM-N的交叉连接。特点：与ADM相比，DXC具有多对高速率输入输出STM-N线路信号端口，同时有 较强的交叉连接能力，实际上，DXC相当于一个交叉矩阵，能完成各路信号的 交叉连接。典型应用：电路调度、多种网络的网关、不同网络间的互连、网络恢复（特有）（4）再生中继器（REG）功能：主用于长途干线光纤通信网，延长通信距离。可以完成光电转换、再生段开销 处理、扰码、定时提取、判决再生、性能监视功能。交叉连接：改变支路信号的传输路径。第11章SDH网络一. SDH

26、网络物理拓扑结构网络物理拓扑结构即为网络节点和传输线路的几何排列，也就是将维护和实际连接抽 象为物理上的连接性。分类：线型网，星型网，树型网，环型网，网状网二. 我国SDH技术的优势：简化网络结构，建立强大的运营、维护、管理（OAM）功能，降低传输费用并支持新业务的发展。我国的SDH网络结构采用四级制：省际干线网，省内干线网，中继网，接入网。三. 网络的保护与恢复1. 网络的生存性通过网络保护和网络恢复来实现生存性=网络发生故障后的业务量/网络发生故障前的业务量2. 网络保护利用节点间预先分配的容量（备用）替代失效的工作容量的自愈方式，即当某个工作通 路失效时，利用备用设备的倒换动作，使信号通

27、过保护通路仍保持有效。预留50%， 专用小范围内共享。网络保护方式：1+1保护、1： n保护保护倒换时间=50ms3. 网络恢复利用节点间可用的任何冗余量（包括空闲容量和临时利用开设额外业务的容量）来 隔离故障恢复业务。DXC设备才有。人工干预。网络等待恢复时间：512min4. 网络保护方式路径保护：当工作路径失效或者性能劣于某一必要水平时，工作路径将由保护路径代替， 工作路径终端可以提供工作路径状态的信息，而保护路径终端则提供受保护 路径状态的信息。自动线路保护倒换：当工作通道中断或性能劣化到一定程度后，系统将主信号自动转至 备用光纤系统的方法。5. 备用容量与冗余容量区别备用容量：通常是

28、专用的，也可以在特定范围内共享，但无法在整个网络内共享。冗余容量：可以在整个网络内共享。四. 线型网保护1.1+1保护特点：发端桥接，收端选收。工作通道工作时，保护通道不允许传额外业务，由于工作 和保护两个复用段永久的连着，因而不能提供无保护的额外业务。此方式可靠性 好，适用于高速大容量系统采用，但成本高。桥接：STM-N信号同时在工作段和保护段两个复用段上传输选收：接受端对从两个复用段收到的STM-N信号条件进行监视并选择更合适的一路信号2.1： 1+n 保护特点：保护通道可以传额外信息，信道利用率高，效率高于1+1保护方案。3.线性APS倒换协议线性复用段保护通过复用段开销字节K1和K2实

29、现自动保护倒换协议（APS）。K1：表示请求倒换的通路K2：表示确认桥接到保护通路的编号。五. 环型网的保护1. 环型网的实用率=50%,有3种典型业务集中型业务：一个主节点（A）与其他节点之间分别有业务；其他节点之间没有业务 相邻型业务：相邻节点之间有业务，不相邻节点间没有业务均匀型业务：也称网状型业务，任意两个节点间都有业务2. 单向环与双向环区别正常工作情况下：单向环中的来回业务信号均沿同一方向在环中传输，即方向相同、路径相同双向环中，来回业务信号按相反的方向传输，即路径相同、方向不同3. 通道（线路）保护与复用段保护区别（1）前者属于子网连接保护，后者为路径保护（2）前者使用专用保护，

30、正常情况下保护信道也在传工作业务信号，保护时隙为整个环 专用；后者使用共享保护，即正常情况下保护信道是空闲的，保护时隙被每对节点共享（3）前者的桥接和倒换动作发生于相关通道的两个端节点；后者的桥接和倒换动作发生 于失效区得端节点。（4）前者1+1保护方案100%的预留；后者50%预留，需K1，K2字节保护倒换。4、二纤单向通道保护环工作机理单向通道保护环通常由两根光纤来实现，一根光纤用于传业务信号，称S光纤；另一根光 纤传相同的信号用于保护，称P光纤。单向通道保护环使用“首端桥接，末端倒换”结构 （即“首端双发，末端选收”）。5、二纤单向通道保护环倒换机理当BC节点间光缆被切断时，在节点A,由

31、于从C经S1光纤来的主环信号丢失，按通 道选优准则，倒换开关将由S1光纤转向P1光纤，接收由C节点经P1光纤而来的CA 信号作为分路信号，从而使AC间业务信号仍得以维持，不会丢失。故障排除后，通常 开关返回原来位置。6、二纤双向复用段共享保护环特征：优点：-允许时隙复用- 网络容量大： x K x STM-N(最大)缺点：-采用APS协议，保护机理复杂- 复用段保护环中ADM网元数目不超过16个应用：- 一般用于速率为STM-4、STM-16或STM-64的系统中-多用于业务量大、业务分散的网络六. 基于DXC的网络恢复1. 网络恢复步骤故障识别，故障上传，优先权，路由选择，选路实施，连续性测试，业务转移。2. 基于DXC网络恢复控制方式：集中式控制，分布式控制12章SDH网络管理1.网络管理有3大功能：监测、控制、管理2.SDH网络管理功能(1) 配詈管理:TM、ADM、电光接口，机盘配置，交叉连接等(2) 故障管理：告警监视，告警历史，告警测试(3) 性能管理:15分钟、24小时性能历史数据存储，ESR和SESR计算等(4) 安全管理：注册、口令、安全等级等(5) 其他管理：嵌入控制通路(ECC)的管理、时间标记、软件下载和远端注册等