光纤通信原理

光纤通信

第一章概述（2024/03/05）

1.1基本概念

1.1.1光纤通信的定义

光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为传输介质的一种通信。光纤通信归属于光通信和有线通信的范畴。

1.1.2发展历程

光纤通信的主要发展阶段：

1960年代末：早期研究
- 1960年代末，人们开始研究如何利用光纤传输信息。最初的光纤是由玻璃制成的，用于在光学仪器中传输光信号。
1970年代初：第一根光纤
- 1970年，美国物理学家哈罗德·霍普金斯成功制造出第一根玻璃光纤，用于传输光信号。这标志着光纤通信的开端。
1970年代中期：光纤通信系统的发展
- 1970年代中期，光纤通信技术得到了进一步发展，包括光纤的制造工艺改进、光纤放大器的发展以及光纤通信系统的设计等方面。
1980年代：商业化应用
- 1980年代，光纤通信技术开始商业化应用。光纤通信系统的容量和传输速度得到提升，逐渐取代了传统的铜线电信系统。
1990年代：光纤网络的普及
- 1990年代，光纤通信网络逐渐普及，成为主要的长途通信和互联网传输方式。光纤网络的带宽和速度不断提升，为互联网的快速发展提供了支持。
2000年代至今：光纤通信的持续演进
- 2000年代以来，光纤通信技术持续演进，包括光纤网络的升级、光纤通信设备的改进以及光纤通信标准的制定等。光纤通信已成为现代通信网络的核心技术，为人们的通信需求提供了高速、高带宽的传输方案。

1.1.3光纤通信的优点

高带宽：光纤通信具有极高的带宽，能够传输大量数据，适用于高速数据传输和网络需求。
低损耗：光纤传输中光信号的衰减非常小，损耗低，信号传输距离远，适用于长距离通信需求。
抗干扰：光纤通信不受电磁干扰的影响，信号稳定可靠，适用于高干扰环境。
安全性：由于光信号在光纤中传输，难以窃听和干扰，提高了通信的安全性。
轻量化：光纤相比传统的铜线更轻便，易于安装和维护，减少了布线的复杂性。
抗电磁干扰：光纤通信不受电磁干扰的影响，适用于需要高度稳定信号传输的环境。
总结：
1. 速率高，传输信息量大，2．损耗低，传输距离远， 3．抗干扰能力强，保密性能好，4.耐腐蚀、耐高温、防爆，可在恶劣环境中工作。5．质量轻、体积小，便于线路施工。

1.2构成和分类

1.2.1 光纤通信系统的基本构成

主要的部分包括：光纤，光发射器，光接收器，光中继器，匹配的接口设备等等

光发射器和光发射器处于同一机器架构中，简称为：光端机

中继器：

数据转发：中继器接收来自一个网络的数据包，并将其转发到另一个网络，帮助不同网络之间进行通信。
信号放大：中继器可以放大信号，帮助数据包在传输过程中保持信号强度，确保数据的可靠传输。
信号重塑：中继器可以重塑信号的形式，使其适应下一个网络的要求，确保数据包能够在不同网络之间正确传输。
网络扩展：中继器可以帮助扩展网络覆盖范围，使得数据包能够在更广泛的范围内传输

1.2.2系统分类

按照信号的分类：模拟通信系统，数字通信系统（目前采用）

按照波长和类型分类：（1）短波长（0.85 µm）多模光纤通信系统

通信速率低于34 Mb/s，中继间距在10 km以内。

（2）长波长光纤通信系统

① 1.31 µm多模光纤通信系统

通信速率为34 Mb/s 和 140 Mb/s，

中继间距为20 km左右

② 1.31 µm单模光纤通信系统

通信速率可达140 Mb/s 和 565 Mb/s，

中继间距为30～50 km（140 Mb/s）

③ 1.55 µm单模光纤通信系统

通信速率可达565 Mb/s以上，

中继间距更长，可达70 km左右

按照调制的方式进行划分

（1）直接强度调制光纤通信系统

该系统将待传输的数字电信号直接在光源的发光过程中进行调制，使光源发出的光本身就是已调制光，又称为内调制光纤通信系统。目前广泛采用。

（2）外调制光纤通信系统

该系统是在光源发出光之后，在光的输出通路上加调制器（如电光晶体等）进行调制，又称为间接调制光纤通信系统。

（3）外差光纤通信系统

该系统又称为相干光通信系统。在研制中。

按照传输的速率进行划分

低速光纤通信系统：速率在2MB/s，8mb/s

中速光纤通信系统：速率在34MB/s，140mb/s

高速的光纤通信系统：速率在≥565mb/s

按照数字复接的类型

准同步数字系列（PDH）光纤通信系统

同步数字系列（SDH）光纤通信系统

1.3数字话路基础知识

1.3.1信号（语音）的PCM数字化

1.3.2话路的时分复用（TDM）

时分复用的原理方法
时分复用的目的
我国采用的PCM基群的帧结构

PCM基群对一帧中的32个时隙做了如下规定：

（1）每路语音在一帧中只占用1个时隙

TS1～TS15, TS17～TS31共30个时隙分别依次传输30路

PCM语音信号。

（2）TS0是同步时隙

（3）TS16是信令时隙

在PCM基群中，每16帧称为一个复帧，正好完成30个

话路信令的传输（由第1～15帧的TS16实现）与同步分离

（由第0 帧的TS16实现）。

1.3.3数字复接系列

数字复接系列是TDM方式下分路及合路信号码速之间的
转换关系。我国采用CCITT建议的30路制式，其标准为:
每一个话路速率为64 kb/s；
30个话路组成1个基本群，称为基群（或一次群），其
速率为2.048 Mb/s；
4 个基群组成1个二次群，其速率为8.448 Mb/s；
4 个二次群组成1个三次群，其速率为34.368 Mb/s；
4 个三次群组成1个四次群，其速率为139.264 Mb/s；
4 个四次群组成1个五次群，其速率为564.992 Mb/s。

可以概括为合路速率＞分路总速率

分路必须填充一定数量的码，才能使合路速率等于分路总速率。这些填充码正好用于同步、监控等。

举例：基群光纤通信系统

二次群光纤通信系统

今天的文章光纤通信原理分享到此就结束了，感谢您的阅读。

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