情境1認(rèn)識(shí)光纖

光纖通信2009年10月6日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國華裔科學(xué)家高錕以及兩位美國科學(xué)家。高錕獲獎(jiǎng)，是因?yàn)樗凇坝嘘P(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”做出了突破性成就。《Asiaweek》回顧影響20世紀(jì)的5位亞洲人時(shí)，他和鄧小平、黑澤明、甘地、盛天昭夫并列，各自在不同的領(lǐng)域塑造了整個(gè)世界的面貌。光纖之父情境1認(rèn)識(shí)光纖

通信技術(shù)簡史

按時(shí)代劃分，通信技術(shù)經(jīng)歷了三大飛躍光纖通信電通信光通信

電通信（electricalcommunication）廣義的電通信是指一切運(yùn)用電波作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱，而不管傳輸所使用的介質(zhì)是什么。電通信又可分為有線電通信和無線電通信。光通信（opticalcommunication）廣義的光通信是指一切運(yùn)用光波作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱，而不管傳輸所使用的介質(zhì)是什么。光通信也可分為利用大氣進(jìn)行通信的無線光通信和利用石英光纖或塑料光纖進(jìn)行通信的有線光通信。1.1什么是光纖通信1.1什么是光纖通信利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號(hào)的通信方式，稱為光纖通信。光纖通信是工作在近紅外區(qū)，其波長是0.8～1.8μm，對(duì)應(yīng)的頻率為167～375THz。光纖通信技術(shù)的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)起到了舉足輕重的地位，發(fā)展前景十分廣闊。制作：計(jì)算機(jī)學(xué)院邵黎光纖通信的基本概念

光纖通信是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的通信方式。即利用光導(dǎo)纖維傳輸攜帶信息的光波信號(hào)的通信方式。

光通信光纖通信人們通常把應(yīng)用石英光纖的有線光通信簡稱為光纖通信（opticalfibercommunication）≠1.1什么是光纖通信1.2光纖通信的發(fā)展史

難忘烽火臺(tái)新疆呼圖壁縣境內(nèi)的烽火臺(tái)烽火臺(tái)通信，源于奴隸制國家在政治和軍事方面對(duì)通信的需要。烽火臺(tái)筑在邊疆沿線的險(xiǎn)要處和交通要道上。一旦發(fā)現(xiàn)敵情，便立刻發(fā)出警報(bào)：白天點(diǎn)燃摻有狼糞的柴草，使?jié)鉄熤鄙显葡觯灰估飫t燃燒加有硫磺和硝石的干柴，使火光通明，以傳遞緊急軍情。

光通信可以上溯西周時(shí)期建立的烽火臺(tái)作為軍事報(bào)警設(shè)施，下及當(dāng)今指揮城市交通的信號(hào)燈和航海中使用的燈塔。

光通信可以上溯西周時(shí)期建立的烽火臺(tái)作為軍事報(bào)警設(shè)施，下及當(dāng)今指揮城市交通的信號(hào)燈和航海中使用的燈塔。F1方程式賽車旗語

目視光通信反射望遠(yuǎn)鏡折射望遠(yuǎn)鏡17世紀(jì)中葉，人們發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，它使得人們可以看得更遠(yuǎn)了。到1791年，法國人發(fā)明了燈信號(hào)，此后“燈語”通信在歐洲風(fēng)靡一時(shí)。直到今天，信號(hào)燈、旗語、望遠(yuǎn)鏡等目視光通信的手段仍在使用，但是這一切還是最原始的光通信，不能算作是真正的光通信。不過，這些原始的光通信由于方便、可靠至今仍在使用。1.2光纖通信的發(fā)展史

傳輸距離短光通信的缺點(diǎn)傳遞信息量少

為了使光通信延長傳輸距離和增加傳遞信息內(nèi)容，1792年，法國工程師ClaudeChappe（卻柏）發(fā)明了采用機(jī)械臂編碼來傳輸信息的光電報(bào)，利用中間接續(xù)站（現(xiàn)在通信術(shù)語稱為中繼站）可以實(shí)現(xiàn)超過100km的通信。

1794年，世界上第一個(gè)光電報(bào)在法國的兩個(gè)城市巴黎和里爾投入商用，從而實(shí)現(xiàn)了相距200km的通信。圖1-1給出了ClaudeChappe及其發(fā)明的光電報(bào)的示意圖。從中可以看到這個(gè)光電報(bào)通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械臂角度發(fā)出了一條由CH、A、P、P、E5個(gè)字母組成的消息。這個(gè)非常有趣的消息恰好就是光電報(bào)發(fā)明人的名字—Chappe。自1794年到1830年為止，法國光電報(bào)系統(tǒng)從巴黎延伸到意大利、德國、比利時(shí)的邊界。光電報(bào)系統(tǒng)是一種視距通信，其系統(tǒng)十分簡單、傳輸距離和傳遞信息量少，而且保密性差。

光電話1.2光纖通信的發(fā)展史貝爾亞歷山大·貝爾1876年發(fā)明電話1880年成功進(jìn)行了光電話的實(shí)驗(yàn)，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213米1881年貝爾的《關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》論文，報(bào)導(dǎo)了他的光電話裝置1880年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”,通話距離達(dá)到213米。貝爾的光電話光電話原理圖光源

透鏡送話器反射鏡震動(dòng)片光敏電池貝爾用弧光燈或者太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在話筒的震動(dòng)片上。當(dāng)人對(duì)著話筒講話時(shí)，震動(dòng)片隨著話音震動(dòng)而使反射光的強(qiáng)弱隨著話音的強(qiáng)弱作相應(yīng)的變化，從而使話音信息“承載”在光波上（這個(gè)過程叫調(diào)制）。在接收端，裝有一個(gè)拋物面接收鏡，它把經(jīng)過大氣傳送過來的載有話音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉(zhuǎn)換成電流（這個(gè)過程叫解調(diào)）。電流送到聽筒，就可以聽到從發(fā)送端送過來的聲音了。

接收鏡貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型光通信的三要素：光源傳輸介質(zhì)光檢測(cè)光電話的苦惱太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適合作為通信的光源，因?yàn)閺耐ㄐ偶夹g(shù)上看，這些光都是帶有“噪聲”的光。也就是說，這些光的頻率不穩(wěn)定、不單一，光的性質(zhì)也很復(fù)雜；一句話，就是光不純。光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制（傳輸介質(zhì)是“大氣”，損耗大，如果碰上雨、雪甚至霧霾天氣，信號(hào)甚至可能會(huì)中斷。）因此，真要用光來通信，必須要解決兩個(gè)最根本的問題：一是必須有穩(wěn)定的、低損耗的傳輸媒質(zhì)；另一個(gè)問題是必須要找到高強(qiáng)度的、可靠的光源。光“走彎路”

1870年，英國物理學(xué)家廷德爾在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)光線可以沿著水流傳播，如果這股水流彎曲了，水流中的光線也隨著“彎曲”，這些發(fā)現(xiàn)為以后光纖的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。

受英國物理學(xué)家JohnTyndall（約翰）在1870年做的”光可以在水流柱里傳輸”的影響，在1920-1950期間,人們發(fā)現(xiàn)在纖細(xì)的、有柔韌性的玻璃中和塑料光纖可以用于導(dǎo)光。

終于在1950年，有人采用“玻璃纖維”傳輸光，但損耗達(dá)到了1000dB/Km，即在1Km的長度上傳輸，損耗達(dá)到10100倍，這個(gè)數(shù)值顯然是太大了。真正的奇跡是在1966年才出現(xiàn)。1955年英國倫敦英國學(xué)院工作的卡帕尼博士，發(fā)明了具有實(shí)際意義的玻璃光纖，并由此產(chǎn)生了纖維光學(xué)這一新的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。醫(yī)用內(nèi)窺鏡光導(dǎo)纖維的前身1960年7月8日，美國科學(xué)家梅曼發(fā)明了紅寶石激光器，從此人們便可獲得性質(zhì)和電磁波相似而頻率穩(wěn)定的光源。世界第一臺(tái)激光器視頻激光器和光纖的發(fā)明，使人們看到了光通信的曙光。而要實(shí)現(xiàn)光纖通信，還需要在激光器和光纖的性能上有重大的突破。特別是光纖的損耗要達(dá)到可用于通信的要求。兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是合適的光源，二是理想的傳光媒介。一直到60年代，用當(dāng)時(shí)最好的光學(xué)玻璃做成的光學(xué)纖維其損耗也高達(dá)1000dB/km。理想光傳輸介質(zhì)的尋找

1966年，英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.Kao)及其同事霍克哈姆(C.A.Hockham)在其發(fā)表的研究論文中指出，“玻璃纖維”的嚴(yán)重?fù)p耗是由其里面所含雜質(zhì)（如銅、鐵、鉻等金屬離子）太多及石英玻璃拉制工藝的不均勻性產(chǎn)生的。論文《介質(zhì)纖維表面光頻波導(dǎo)》明確提出：1、如果能將光纖中過渡金屬離子減少到最低限度，并改進(jìn)制造工藝，有可能使光纖損耗降到最低（預(yù)見可減小到20dB/km以下）；2、光纖可以實(shí)現(xiàn)高速通信；3、給出了光纖原始結(jié)構(gòu)。高錕(C.K.Kao)博士上述發(fā)現(xiàn)的重要意義在于：指出了光纖高損耗的真正來源以及研制通信光纖的正確方向。這一發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致了在其后數(shù)年內(nèi)通信光纖制造領(lǐng)域所發(fā)生的質(zhì)的飛躍，以及光纖通信產(chǎn)業(yè)的迅速興起。光纖通信發(fā)明家高錕(左)

1998年在英國接受IEE授予的獎(jiǎng)?wù)?；并?009年，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1966年7月，英籍華裔學(xué)者高錕（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）就光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了具有重大歷史意義的論文《用于光頻的光纖表面波導(dǎo)》，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因，大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到20分貝／公里，從而有可能用于通信。這篇論文使許多國家的科學(xué)家受到鼓舞，加強(qiáng)了為實(shí)現(xiàn)低損耗光纖而努力的信心。高錕理論預(yù)言“光纖之父”高錕博士在英國STL的早期關(guān)于光纖的實(shí)驗(yàn)高錕理論預(yù)言高錕理論預(yù)言玻璃纖維引起光損耗的主要原因是：其中含有過量的鉻、銅、鐵與錳等金屬離子和其它雜質(zhì)其次是拉制光纖時(shí)工藝技術(shù)造成了芯、包層分界面不均勻及其所引起的折射率不均勻1970年，美國康寧玻璃公司的卡普隆（Kapron）博士等拉制出當(dāng)時(shí)世界上第一根超低損耗光纖，損耗僅為20dB/km。光纖通信發(fā)展的實(shí)質(zhì)性突破1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑1970年，光纖研制取得了重大突破美國康寧玻璃公司1970年首先研制出衰耗20dB/km的光纖。光纖通信正式開始！據(jù)說康寧公司花費(fèi)3000萬美元，得到30米光纖樣品，認(rèn)為非常值得。這一突破，引起整個(gè)通信界的震動(dòng)，世界發(fā)達(dá)國家開始投入巨大力量研究光纖通信。自1970年以后，光纖損耗逐年降低。1970年：20dB/km；1972年：4dB/km；1974年：1.1dB/km；1976年：0.5dB/km；1979年：0.2dB/km；1990年：0.14dB/km，已經(jīng)接近石英光纖的理論損耗極限值0.1dB/km。光纖之路光纖通信是由光通信逐步發(fā)展演變而來。整個(gè)光通信的發(fā)展史為：烽火臺(tái)火光→光電話→半導(dǎo)體激光器→玻璃制光導(dǎo)纖維→石英光纖光通信發(fā)展史1974年開始了低損耗光纖和光通信的研究工作70年代中期研制出低損耗光纖和室溫下可連續(xù)發(fā)光的半導(dǎo)體激光器1979年分別在北京和上海建成了市話光纜通信試驗(yàn)系統(tǒng)1987年前在市話中繼線路上應(yīng)用光纖通信1987年開始在長途干線上應(yīng)用光纖通信，鋪設(shè)了多條省內(nèi)二級(jí)光纜干線從1988年起，我國的光纖通信系統(tǒng)由多模向單模發(fā)展光纖通信在中國1991不再建長途電纜通信系統(tǒng)1993年12月15日，中國的第一條海底光纜——從上海南匯至日本九州宮崎、全長1252公里的中日海底光纜正式開通1998年12月，貫穿全國的“八縱八橫”光纖骨干網(wǎng)建成，網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國省會(huì)以上城市和70%的地市，全國長途光纜達(dá)到20萬千米光纖通信在中國實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的前期發(fā)展

1976年，美國在亞特蘭大（Atlanta）進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（GaALAsLD、多模光纖、10Km、44.7Mbps）。

1980年，美國標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。

1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mbps的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mbps的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)。

1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長途干線。隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。

第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。

因此，全球通信界業(yè)一直公認(rèn)，1976年是光纖通信的元年。1978年，模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)投入使用（未商用）。1980年，有線電視和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字業(yè)務(wù)。1988年，寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。1991年，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)入商用。1995年，美籍華裔科學(xué)家歷鼎毅倡導(dǎo)利用波分復(fù)用技術(shù)，即利用簡單的光器件就可以在單根光纖中實(shí)現(xiàn)了大容量的傳輸，進(jìn)而大大地降低了傳輸系統(tǒng)的成本。1998年，美國開通了數(shù)字電視業(yè)務(wù)，進(jìn)一步提高電視業(yè)務(wù)清晰度和服務(wù)質(zhì)量。1999年，具有寬帶綜合業(yè)務(wù)能力的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)投入應(yīng)用。

2010年1月13日，在國務(wù)院常務(wù)會(huì)議上提出了電信網(wǎng)、電視網(wǎng)和因特網(wǎng)三網(wǎng)融合。

統(tǒng)一通信概念：使任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以通過任何設(shè)備、任何網(wǎng)絡(luò)，與任何人進(jìn)行語音、數(shù)據(jù)和圖像的自由通信。

個(gè)人化數(shù)字化綜合化移動(dòng)化寬帶化統(tǒng)一通信未來通信發(fā)展趨勢(shì)1.3光纖通信的特點(diǎn)1.光纖通信的地位本世紀(jì)30年代，有人提出這樣的觀點(diǎn)：“總有一天光通信會(huì)取代有線和微波通信而成為通信主流”。今天，光纖通信已是各種通信網(wǎng)的主要傳輸方式?，F(xiàn)在不少發(fā)達(dá)國家又把光纜鋪設(shè)到住宅前，實(shí)現(xiàn)了光纖到辦公室、光纖到家庭。2.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)（1）允許頻帶寬，傳輸容量大

實(shí)驗(yàn)室中光纖的傳輸速率已達(dá)7Tbit/s1.3光纖通信的特點(diǎn)汗牛充棟通信中，信道的帶寬和信道的容量遵所謂的香農(nóng)公式：C=BxLog2(1+S/N)其中，B是信道頻帶寬度（簡稱帶寬）

S是信號(hào)功率譜密度

N是信道噪聲功率譜密度

C是信道容量由于任何信道都無法避免地會(huì)有各種噪聲，而信號(hào)的功率也不可能太高，所以信道的容量不可能達(dá)到無窮。香農(nóng)公式（2）損耗低，傳輸距離遠(yuǎn)石英光纖損耗為0.2dB/km（1550nm窗口）和0.35dB/km（1310nm窗口）中繼站，將衰減了的信號(hào)進(jìn)行放大，然后接著往下傳特快列車1.3光纖通信的特點(diǎn)（3）抗干擾能力強(qiáng)，保密性好光纖是絕緣體，不怕雷電和高壓，不受電磁干擾光纖中傳輸?shù)氖穷l率很高的光波，而各種干擾的頻率一般都比較低，所以它不能干擾頻率比它高的多的光波。光纖的外泄光能很少，難以竊聽百毒不侵1.3光纖通信的特點(diǎn)（4）重量輕輕、體積小，敷設(shè)方便在傳輸相同信息量時(shí)，光纜的質(zhì)量為電纜質(zhì)量的1/30—1/10施工時(shí)可以采用與電纜相同的敷設(shè)技術(shù)進(jìn)行敷設(shè)瘦身專家1.3光纖通信的特點(diǎn)（5）耐腐蝕，壽命長，節(jié)約有色金屬光纖的主要構(gòu)成材料是石英（主要成分是二氧化硅），說得更通俗一點(diǎn)就是隨處可見的砂子石英玻璃耐腐蝕光纖接頭處不產(chǎn)生放電、沒有火花光纖具有更適應(yīng)環(huán)境變化的能力隨處可見1.3光纖通信的特點(diǎn)3.光纖通信的缺點(diǎn)光纖質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度低、需要比較好的切割及連接技術(shù)，分路、耦合比較麻煩。1.3光纖通信的特點(diǎn)白玉微瑕1.4光纖通信的應(yīng)用用于市話中繼線用于長途干線通信用于高質(zhì)量彩色電視傳輸用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和調(diào)度用于交通監(jiān)視控制指揮CATV光纖局域網(wǎng)基帶模擬信號(hào)的傳輸（雷達(dá)信號(hào)；音頻信號(hào)）光纖通信系統(tǒng)有多種不同的應(yīng)用形式，可以按照不同分類方法進(jìn)行分類根據(jù)傳輸信號(hào)類型劃分根據(jù)光纖的傳導(dǎo)模數(shù)量劃分根據(jù)系統(tǒng)的工作波長劃分根據(jù)光源調(diào)制方式劃分1.5光纖通信系統(tǒng)的分類1．按照傳輸信號(hào)類型劃分

模擬光纖通信系統(tǒng)用模擬電信號(hào)對(duì)光源強(qiáng)度調(diào)制，即傳輸?shù)氖悄M信號(hào)；如廣播電視節(jié)目、工業(yè)和交通監(jiān)控信號(hào)等數(shù)字光纖通信系統(tǒng)采用PCM電信號(hào)對(duì)光源強(qiáng)度調(diào)制，即傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)；如長途骨干網(wǎng)、城市環(huán)網(wǎng)等1.5光纖通信系統(tǒng)的分類2．按照光纖的傳導(dǎo)模數(shù)量劃分

多模光纖通信系統(tǒng)多模光纖通信系統(tǒng)是早期采用的光纖通信系統(tǒng)，目前主要用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)當(dāng)中。單模光纖通信系統(tǒng)單模光纖通信系統(tǒng)是目前廣泛應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)，它具有傳輸衰減小、傳輸帶寬大等特點(diǎn)。1.5光纖通信系統(tǒng)的分類3．按照系統(tǒng)的工作波長劃分

短波長(0.8～0.9μm)光纖通信系統(tǒng)通常速率低于34Mb/s，中繼距離在10km內(nèi)長波長(1.0～1.7μm)光纖通信系統(tǒng)中繼距離小于或等于10km

超長波長(2μm以上)光纖通信系統(tǒng)中繼距離大于100km1.5光纖通信系統(tǒng)的分類光纖通信的光波波譜光纖通信的波譜在1.67×1014～3.75×1014Hz之間，即波長在0.8～1.8μm之間，屬于紅外波段，將0.8～0.9μm稱為短波長，1.0～1.8μm稱為長波長，2.0μm以上稱為超長波長。應(yīng)用于光纖通信的波長是0.85μm（短波長窗口）、1.31μm和1.55μm（長波長窗口）。c＝3×108m/s1MHz（兆赫）＝106Hzλ＝c/f1GHz（吉赫）＝109Hz1μm（微米）＝10?6m1THz（太赫）＝1012Hz1nm（納米）＝10?9m1PHz（拍赫）＝1015Hz1?（埃）＝10?10m各種單位的換算公式1.5光纖通信系統(tǒng)的分類4．按照光源調(diào)制方式劃分

直接強(qiáng)度調(diào)制光纖通信系統(tǒng)直接調(diào)制光纖通信系統(tǒng)具有設(shè)備簡單的特點(diǎn)，因此在目前的光纖通信中得到了廣泛的應(yīng)用。間接調(diào)制光纖通信系統(tǒng)間接調(diào)制光纖通信系統(tǒng)具有調(diào)制速率高等特點(diǎn)，所以是一種有發(fā)展前途的光纖通信系統(tǒng)，在實(shí)際中已得到了部分應(yīng)用。1.5光纖通信系統(tǒng)的分類5．其它分類方式公用光纖通信系統(tǒng)和專用光纖通信系統(tǒng)PDH光纖通信系統(tǒng)和SDH光纖通信系統(tǒng)1.5光纖通信系統(tǒng)的分類補(bǔ)充概念

通信基本概念1.5.1通信

什么是“通信”?“通”就是傳輸和交換；“信”就是信息（話音、圖像、數(shù)據(jù)）

通信就是信息的傳輸和交換，通過電信號(hào)或者光信號(hào)形式將信息由一方傳輸?shù)搅硪环健?/p>

圖1-2給出了一個(gè)最簡單的通信系統(tǒng)的模型。在這個(gè)過程中，通話的內(nèi)容是由圖中的“處理層”完成的。信息的傳輸是由圖中的“物理層”完成的。在現(xiàn)代通信中，通信一般包括：信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和接收三個(gè)過程。

什么是“電信”？

電信是利用有線、無線、光或者其它電磁系統(tǒng)傳輸、發(fā)送或者接收代表符號(hào)、書寫、影像和聲音或者其他任何性質(zhì)情報(bào)的信號(hào)。

通信和電信的區(qū)別：

通信是按照約定傳遞信息；

電信是利用電磁系統(tǒng)（廣義泛指）傳遞代表媒體的信號(hào)，電磁系統(tǒng)完成信號(hào)傳遞功能。

通信是一個(gè)廣義的概念，而電信則是一個(gè)狹義的概念。圖1-3揭示了通信涵蓋了電信之間的關(guān)系。1.5.2信號(hào)

1.信號(hào)及其分類

信號(hào)是消息的物理載體。

消息則是信息的物理表現(xiàn)形式，如語音、文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)和圖像等。

信息、消息和信號(hào)三者存在著十分緊密的關(guān)系。

信息是通過消息來表達(dá)，消息通過信號(hào)來傳輸。在科學(xué)研究中，通常是將“信號(hào)”做為研究對(duì)象。

信號(hào)具有強(qiáng)度、頻率、相位、能量等基本特征，信號(hào)可以表示為時(shí)間的函數(shù)。

按照信號(hào)在時(shí)間坐標(biāo)呈現(xiàn)連續(xù)變化或者階躍變化，信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。

模擬信號(hào)是幅度連續(xù)時(shí)變的信號(hào)。模擬信號(hào)又稱為連續(xù)信號(hào)，如圖1-5（a）所示連續(xù)信號(hào)的取值可用連續(xù)的時(shí)間函數(shù)表示。

1.5.3光信號(hào)

1.光的波/粒特性2.波長

3.頻率

在光纖通信中，常用的頻率單位有：

千赫（1KHz=103Hz）兆赫（1MHz=106Hz）吉赫（1GHz=109Hz）太赫（1THz=1012Hz）

1.5.4信號(hào)調(diào)制

1.調(diào)制作用

為什么要進(jìn)行調(diào)制？

調(diào)制的作用就是要將傳輸?shù)男盘?hào)變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)（調(diào)制信號(hào)）。

2.調(diào)制方法

由式（1-4）得知，可以選擇的調(diào)制方法有：

調(diào)制幅度A、調(diào)制載波頻率ω、調(diào)制相位φ。

按照調(diào)制的信號(hào)形式可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

模擬調(diào)制對(duì)應(yīng)的三種調(diào)制方法分別被稱為：

幅度調(diào)制（AmplitudeModulation，AM）

頻率調(diào)制（FrequencyModulation，F(xiàn)M，）

相位調(diào)制（PhaseModulation，PM，）

在數(shù)字調(diào)制中，對(duì)應(yīng)三種調(diào)制方法分別為：

幅移鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）

頻移鍵控（FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK）

相移鍵控（PhaseShiftKeying，PSK）電通信光通信1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。光纖通信系統(tǒng)主要組成部分包括光纖光接收機(jī)光中繼器光發(fā)射機(jī)光纖通信系統(tǒng)示意圖1.光發(fā)射端機(jī)光發(fā)射機(jī)包括光源和光調(diào)制器。它主要是提供沿著光纖傳輸信息所需要的光能量。它的光源既可以是發(fā)光管也可以是激光器。作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)（E/O變換），并將生成的光信號(hào)注入光纖。光端機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。

光源是核心1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成輸出功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長穩(wěn)定，器件壽命長。1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成對(duì)光源的要求？半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）半導(dǎo)體激光二極管（或稱激光器）（LD）光源1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成2.光接收端機(jī)作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通常有放大、再生等功能。光接收機(jī)由光檢測(cè)器、放大器和相關(guān)電路組成。光檢測(cè)器是核心1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成對(duì)光檢測(cè)器的要求？響應(yīng)度高、噪聲低、高可靠性、高性價(jià)比和響應(yīng)速度快。PIN光電二極管雪崩光電二極管（APD）光檢測(cè)器3.光纖光纖線路是光信號(hào)的傳輸媒介。光纖線路包括光纖、光纖接頭和光纖連接器。光纖基本特性參數(shù)：損耗（dB/kmdB/km）：直接影響通信距離。色散（psps/nm.km/km）：將引起光脈沖信號(hào)展寬和碼間串?dāng)_，影響通信距離和容量。1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成為實(shí)現(xiàn)高速長距離傳輸，要求光纖的傳輸衰減和色散盡可能小A.光纖的損耗光纖的重要參數(shù)目前使用的光纖均為石英光纖，其損耗－波長特性中有三個(gè)低損耗區(qū)（三個(gè)窗口）。0.85μm1.31μm1.55μm光纖的重要參數(shù)2dB/km0.4dB/km0.2dB/kmB.光纖的色散色散是指光纖中，由于光波的不同頻率成分和模式成分傳輸速度不同而使信號(hào)散開的現(xiàn)象，它使脈沖在光纖中傳輸時(shí)隨著距離的增加而發(fā)生展寬。色散越小，帶寬就越大，所產(chǎn)生的脈沖展寬就越小；在光纖通信中，色散和帶寬是一對(duì)矛盾。光纖的重要參數(shù)制作：計(jì)算機(jī)學(xué)院邵黎84

光纖通信系統(tǒng)的組成對(duì)于長距離的光纖通信系統(tǒng)，每隔一定距離需要接入光中繼器。4.光中繼器遠(yuǎn)距離的光纖通信系統(tǒng)還需要采用光中繼器，光中繼器的作用是補(bǔ)償光能的衰減，恢復(fù)信號(hào)脈沖的形狀。1.6光纖通信系統(tǒng)的基本組成

光纖通信也可分為模擬通信和數(shù)字通信兩種。模擬光通信中的光信號(hào)強(qiáng)度隨電信號(hào)的變化而線性變化，通俗地講，就是光線有“明”“暗”之分。數(shù)字光通信中的光信號(hào)與數(shù)字電信號(hào)相似，只有兩種狀態(tài)：“亮”和“滅”。1.光纖通信的現(xiàn)狀（1）第一代光纖通信系統(tǒng)七十年代后期進(jìn)入商用，由0.85微米的光源和多模光纖構(gòu)成。光纖損耗大，多模光纖的傳輸帶寬有限應(yīng)用在低速率、短距離條件，無中繼距離為10km以內(nèi)1.7光纖通信現(xiàn)狀和展望1976年亞特蘭大安裝的商