《光通信技术简介》课件 .ppt

*************************************传输介质单模光缆采用9/125μm结构的单模光纤，适用于长距离高速传输。常见有G.652(标准单模)、G.655(非零色散位移)、G.657(弯曲不敏感)等标准。单模光缆通常应用于骨干网、城域网等长距离场景。多模光缆采用50/125μm或62.5/125μm结构的多模光纤，适用于短距离传输。按带宽等级分为OM1至OM5，其中OM3/OM4/OM5主要用于数据中心高速应用。多模光缆因连接简便，常用于局域网、数据中心内部连接。特种光缆包括水下光缆、防鼠光缆、耐高温光缆等特殊用途光缆。如海底光缆需要特殊的防水、抗压和抗腐蚀设计；室外架空光缆需加强件和紫外线防护；而军用光缆则需要防电磁干扰和物理保护。光缆的结构设计必须考虑多种因素，包括机械保护、环境适应性、安装便利性等。典型的光缆从内到外包括光纤、松套管、填充物、加强件、防水层和外护套。不同应用场景对光缆的要求差异很大，因此出现了多种专用光缆设计。接收端设备光检测器将光信号转换为电流信号，通常采用PIN或APD光电二极管。选择取决于系统灵敏度要求和速率，高灵敏度系统多采用APD，高速系统则倾向于PIN。前置放大器放大光电二极管输出的微弱电流信号，通常采用跨阻放大器(TIA)结构，需要同时兼顾低噪声和高带宽。现代高速TIA多采用SiGe或CMOS工艺，集成自动增益控制功能。主放大器与均衡器进一步放大信号并进行波形整形，主放通常包括可变增益放大器(VGA)和均衡器，补偿信道响应不平坦导致的信号失真。时钟数据恢复从接收信号中提取时钟信息并对数据进行同步采样，恢复原始比特流。现代系统多采用数字CDR，结合前向纠错(FEC)提高接收可靠性。高速光接收机设计面临诸多挑战，包括热噪声、散粒噪声、宽带瞬态响应等。随着数据率提高，接收机越来越多地采用先进的信号处理技术，如前向均衡(FFE)、判决反馈均衡(DFE)和最大似然序列检测(MLSD)等。光纤通信系统的性能指标误码率(BER)衡量系统传输质量的最直接指标，定义为接收错误比特数与传输总比特数之比。现代系统通常要求原始BER低于10?3，经FEC纠错后达到10?1?以下。眼图与Q因子眼图是信号质量的直观表现，眼图开口越大表示信号质量越好。Q因子定量描述了眼图开口程度，与BER存在对应关系：BER=0.5erfc(Q/√2)。接收灵敏度在特定BER下所需的最小接收光功率。灵敏度受噪声、带宽、调制格式等多因素影响，是系统设计的关键指标。功率预算发射功率与接收灵敏度之差，表示系统可容忍的总损耗。功率预算决定了系统的最大传输距离，通常包括一定的余量以应对老化和温度波动。除了上述基本指标，现代系统还关注许多先进性能指标，如色散容限、非线性容限、OSNR(光信噪比)等。这些指标综合反映了系统在复杂环境下的健壮性。系统优化往往需要在多个指标间进行权衡，如带宽与灵敏度、距离与容量等。第七章：光纤通信网络骨干网连接国家和地区的高容量长距离网络城域网连接城市内部节点的中距离网络接入网连接最终用户的短距离网络光纤通信网络是由多种拓扑结构和技术组成的复杂系统，它们共同构成了全球通信基础设施。本章我们将探讨不同层次网络的架构特点、常见拓扑结构及其优缺点，了解如何设计高效可靠的光纤网络。随着互联网流量的爆炸性增长，光纤网络面临着容量、灵活性和成本的多重挑战。从简单的点对点连接到复杂的网状拓扑，不同结构适用于不同的应用场景。了解这些基本网络架构对于理解现代通信系统至关重要。光纤通信网络的拓扑结构点对点拓扑最简单的连接方式，两个节点间直接建立光纤链路。优点是结构简单、延迟低、带宽专用；缺点是扩展性差、冗余度低、成本高。常用于骨干网核心链路和专用高带宽连接。星型拓扑所有节点连接到中央节点或交换机。优点是管理集中、故障隔离容易；缺点是中心节点成为单点故障风险。广泛应用于企业局域网和接入网，如PON网络。环型拓扑节点形成闭环连接，信息沿环单向或双向传输。优点是结构均匀、可提供保护倒换；缺点是扩展困难。广泛应用于城域网，如SDH/SONET网络和RPR网络。还有其他拓扑如总线型(所有节点连接到同一传输媒介)和网状型(节点间有多条路径连接)。实际网络往往是多种拓扑的混合，如核心采用网状，汇聚层采用环型，接入层采用星型，以平衡可靠性、成本和复杂度。点对点网络终端A包含发送和接收设备，负责信号的电光转换、复用分离和业务处理中继放大站每隔70-100km设置一个放大站，补偿光纤损耗，延长传输距离终端B接收终端，执行光电转换、信号恢复和业务处理等功能