光纖通信與無線通信

光纖通信與無線通信第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信1.傳輸介質(zhì)通信分為有線通信和無線通信通信中使用的傳輸介質(zhì)有3類：一類為金屬導體它利用電流傳輸信息；另一類是光導纖維它通過光波來傳輸信息；第三類是空間不需要物理連接，而是使用電磁波來傳輸信息。無線通信中使用電磁波來傳遞信息第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.傳輸介質(zhì)1.金屬導體—雙絞線通信中使用的金屬導體主要有兩種：雙絞線和同軸電纜。雙絞線(TP:TwistedPairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成。把兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起,可降低信號干擾的程度,每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消。雙絞線可以用于傳輸模擬信號(如電話用戶線)，也可以在距離不長時用于傳輸數(shù)字信號（計算機局域網(wǎng)）。雙絞線分為屏蔽雙絞線（STP)與非屏蔽雙絞線(UTP)兩大類3類UTP的傳輸速率為lOMb／s，質(zhì)量更高些的5類UTP傳輸速率可達lOOMb／s。6類傳輸速率可達lOO0Mb／s雙絞線價格便宜且安裝方便。易受干擾、誤碼率高、傳輸距離有限第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.傳輸介質(zhì)金屬導體—同軸電纜同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導體環(huán)繞，網(wǎng)外又覆蓋一層保護性材料。

同軸電纜種類：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜基帶同軸電纜（50Ω）：傳輸數(shù)字信號最大傳輸距離距離約為200～500m，傳輸速率

取決于電纜長度，可達50Mb/s特點：

良好的傳輸特性和屏蔽特性，可以構(gòu)成大容量的載波通信系

統(tǒng)。用于主要傳輸干線。

一對小同軸管可提供數(shù)千個話路，

一對中同軸管可提供上萬個話路，

多管同軸電纜電路則能提供相當大的傳輸容量。

第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.傳輸介質(zhì)金屬導體—同軸電纜銅芯絕緣層屏蔽層保護套寬帶同軸電纜（75Ω）：傳輸模擬信號常用的有線電視電纜，帶寬可達300～400MHz，主要用于傳輸模擬電視信號，最大傳輸距離可達幾公里甚至幾十公里。計算機網(wǎng)絡(luò)中，“寬帶電纜”指任何使用模擬信號進行傳輸?shù)碾娎|網(wǎng)。同軸電纜特點：

良好的傳輸特性和屏蔽特性，可以構(gòu)成大容量的載波通信系

統(tǒng)。用于主要傳輸干線。

一對小同軸管可提供數(shù)千個話路，

一對中同軸管可提供上萬個話路，

多管同軸電纜電路則能提供相當大的傳輸容量。

第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日光纖通信1.3.3光纖通信與無線通信

傳輸介質(zhì)：光纖（光纜）傳輸?shù)男盘枺汗庑盘枺〝?shù)字信號，有光脈沖相當于1，無光脈沖相當于0）傳輸速率：1Gb/s以上第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日2.光纖通信(1)光纖結(jié)構(gòu)與分類

1μm=10-6m光纖(光導纖維)通信是利用光纖傳導光信號來進行通信的一種技術(shù)。材料：光纖由直徑大約為10～100μm的細石英玻璃絲構(gòu)成，透明、纖細，纖芯的芯徑一般為50μm或62.5μm（多模）和8.3μm（單模）；性質(zhì)：具有把光封閉在其中并沿軸向進行傳播的導波結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：光纖由折射較高的纖芯和折射率較低的包層組成，通常為了保護光纖，包層外還往往覆蓋一層塑料加以保護。即使形狀發(fā)生彎

曲，光線也能很好地在其中傳播。第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信光纖種類— 多模光纖和單模光纖單模：纖芯直徑為8—10μm（一個光波波長）光纖的直徑減小到只有一個光的波長，則光纖就像一根波導一樣，可使得光線主要沿著軸心直接向前傳輸，而不會有多次反射，這樣的光纖稱為單模光纖。衰耗小、能傳輸更長的距離和達到更高的數(shù)據(jù)速率(例如100km距離時速率可達10Gbps）

2.5Gb/s

的高速率下傳輸數(shù)十公里而不必采用中繼器。光源：激光二極管ILD發(fā)出的激光，波長：1310nm～1550nm帶寬：為2000MHz/Km，光線從光源進入光纖后有兩種不同的傳輸方式,光纖也就分為多模光纖和單模光纖第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信光纖種類—多模光纖

多模：纖芯直徑為50或62.5μm

光線沿著光纖以多種角度不斷被包層反射而向前傳播。（或者說可以存在許多條入射角不同的光線在一條光纖中傳遞，）這種光纖稱為多模光纖。這里的多模意指反射角的多樣性。

與單模光纖相比損耗較大、離散大、傳輸性能要差在10mbps及100mbps的以太網(wǎng)中，多模光纖最長可支持2000米的傳輸距離，距離近、速度低1km距離時速率可達1Gbps光源：發(fā)光二極管LED發(fā)出的光,波長：850nm或1300nm帶寬：為50MHz～500MHz/Km第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信光波在纖芯中的傳輸原理當光線從高折射率的介質(zhì)射向低折射率的介質(zhì)時，其折射角將大于入射角。因此如果折射角足夠大時，就會出現(xiàn)全反射。即光線碰到包層時就會折射回纖芯。重復此過程，光就沿著光纖傳播下去。第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信光傳輸系統(tǒng)

光纜：多模光纖、單模光纖光源：發(fā)光二極管LED，發(fā)出的光的波長是850nm或1300nm

激光發(fā)射二極管ILD，發(fā)出的光的波長是

1500nm檢測器：光電二極管第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信(2)光纖通信原理

光也是一種電磁波，它可以像無線電波那樣，作為一種載體來傳遞信息．載有聲音、圖像以及各種數(shù)字信號的激光從光纖的一端輸入，就可以沿著光纖傳到千里以外的另一端，實現(xiàn)光纖通信．

使用光纖傳輸信息時在發(fā)信端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(電信號)去驅(qū)動一個光源(半導體激光器或發(fā)光二極管)，并對發(fā)出的光信號進行調(diào)制。調(diào)制后的光信號通過光纖傳送到接收端信號經(jīng)放大后由光檢測器(半導體光電管)進行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信(2)光纖通信原理

對于長距離的光纖通信系統(tǒng)還需中繼器，其作用是將經(jīng)過長距離光纖衰減和畸變后的微弱光信號經(jīng)放大、整形、再生成一定強度的光信號，繼續(xù)送向前方以保證良好的通信質(zhì)量。目前的中繼器多采用光--電--光形式，即將接收到的光信號用光電檢測器變換為電信號，經(jīng)放大、整形、再生后再調(diào)制光源將電信號變換成光信號重新發(fā)出，而不是直接放大光信號。光波的頻率為1014～1015Hz，波長為微米級，因此通信容量很大。目前一束光能攜帶幾十個G的二進位信號，通過波分多路復用(WDM)技術(shù)還可達到更大的通信容量第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信(2)光纖通信原理—波分多路復用波分多路復用波分復用技術(shù)能在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個不同波長的光波，讓數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增其原理如圖1—22所示。其中發(fā)送端有N個發(fā)送單元，它們所發(fā)出的N個不同波長的光波通過復用器(稱為合波器)合并起來，進入同一根光纖進行傳輸。到達接收端后，通過分路器(稱為分波器)將它們分開，分別送到各自相應(yīng)的光電檢測器中，恢復出原始的信號。

第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信光纖通信的優(yōu)點：傳輸頻帶寬，通信容量大抗雷電和電磁干干擾、抗輻射能力強保密性好，無串音干擾，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)保密性好便于運輸和鋪設(shè) 傳輸損耗小，通訊距離長數(shù)據(jù)速率為420Mbps、距離為119km、無中繼器時，誤碼

率為10-8。無中繼器光纖通信的缺點：精確連接兩根光纖比較困難第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信(3)遠程數(shù)字通信線路光纖傳輸網(wǎng)已經(jīng)成為幾乎所有現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)平臺。除了電話、有線電視等使用光纖進行傳輸之外，電信部門還在光纖傳輸網(wǎng)的基礎(chǔ)上建設(shè)了幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)等公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，為社會提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)遠程數(shù)字通信線路按照同步方式的不同分為兩類：低速率的準同步數(shù)字系列(PDH)

PDH是電話公司用于傳輸電話信號的數(shù)字線路，計算機用

戶為了實現(xiàn)與遠程計算機(或網(wǎng)絡(luò))的連接高速率的同步數(shù)字系列(簡稱SDH)光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)SDH／SONET可以非常靈活地支持各種數(shù)字傳輸業(yè)務(wù)，包括各種類型的計算機網(wǎng)絡(luò)。第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信(4)全光網(wǎng)

光纖通信的瓶頸之一是光信號的傳輸距離。焦點在“信號放大”。用普通光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時，每隔200km～500km需將光信號還原成電信號進行放大，然后再轉(zhuǎn)換成光信號繼續(xù)傳輸。昂貴的光/電和電/光轉(zhuǎn)換抵消了超高速傳輸所帶來的經(jīng)濟效益，增加成本；還使進一步提高帶寬變得越來越困難。全光網(wǎng)AON（AllOpticalNetwork）的概念全光網(wǎng)是指光信息流在通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及交換時始終以光的形式存在，不需要經(jīng)過光/電、電/光轉(zhuǎn)換。全光網(wǎng)技術(shù)是光纖通訊領(lǐng)域的前沿技術(shù)，是21世紀真正的高速公路。第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信電磁波的種類與頻率利用電磁波可以在空間自由傳播的特性，通過模擬信號或數(shù)字信號使用電磁波調(diào)制后進行傳輸，實現(xiàn)遠距離傳輸信息電磁波的種類與頻率范圍

無線電波: 104～1011(Hz) 中波： 0.3～3(MHz) 短波： 3～30(MHz) 超短波： 30～300(MHz)微波： 0.3～300(GHz)紅外線： 1011～1014(Hz)可見光： 1014(Hz)紫外線： 1014～1016(Hz)

無線廣播電視、通信通信1041051061071081091010101110121013101410151016

Hz雙絞線同軸電纜AM廣播FM廣播和TV衛(wèi)星地面微波光纖紫外線紅外線可見光微波無線電波超短波中波短波第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信3無線通信無線電波可以按頻率（或波長）分：中波、短波、超短波和微波。由于不同波段電磁波的傳播特性各異，因此可以應(yīng)用于不同的通信系統(tǒng)。

中波——沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強，適用于廣播和海上通信。短波——地表電波會被地球吸收,電離層反射能力強，適用于環(huán)

球通信。

超短波和微波——繞射能力較差，在空間主要是直線傳播,能穿

透電離層而進入宇宙空間,適用于視距或超

視距中繼通信。

無線通信通過自由空間的電波去傳遞信息第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信無線通信常見形式

無線電通信（廣播，電視）微波通信（移動電話，數(shù)字電視）紅外遙控（電視等）電磁頻譜中3000GHz以下的部分稱為無線電頻譜。無線電頻譜可用來進行聲音和圖像廣播、氣象預報、導航、無線電通信、災害預報、報時等業(yè)務(wù)。根據(jù)無線電波傳播及使用的特點，國際上將其劃分為12個頻段，而通常的無線電通信只使用其中的第4到第12個頻段。第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信無線電波的劃分調(diào)調(diào)幅廣播電臺信號的頻段與波段MF（中頻）/中波HF（高頻）/短波民用調(diào)頻廣播電臺信號的頻段與波段VHF（甚高頻）中頻率在88～108MHz內(nèi)電電視信號的頻段與波段VHF（甚高頻）/米波第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日*1.3.3光纖通信與無線通信電磁波在空間的傳播特點甚長波,長波，中波能沿地球表面向不同方向傳播（繞射能力強），容易穿過建筑物，適用于廣播和海上通信。調(diào)幅廣播使用中波波段。短波,超短波地表電波被地球吸收，電波依靠電離層（距地球100km～500km高度的帶電粒子層）的反射傳播，適用于環(huán)球通信。調(diào)幅廣播使用短波波段,民用調(diào)頻廣播使用超短波波段。軍方也使用這兩個波段通信。第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信1微波通信微波：一種具有極高頻率（300MHz～300GHz）的電磁波波長很短，通常為1米至1毫米。性質(zhì)：

無繞射性電離層穿透性類光波性，直線傳播，反射性第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信1微波通信微波

直線傳播，不能沿地球表面?zhèn)鞑ィo繞射性），適用于視距或超視距中繼通信。需要隔一段距離設(shè)立一個中繼站?？梢詮奈矬w上得到反射不能被電離層反射而是穿透電離層第二十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信1微波通信微波通信無線通信的一種形式。

廣泛用于長途電話、蜂窩電話、全數(shù)字高清晰度電視（HDTV）等的信號傳輸。第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信微波通信方式：地面微波接力通信衛(wèi)星通信對流層散射通信通信衛(wèi)星對流層不均勻體GB第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信微波接力通信優(yōu)點：

容量大、可靠性高、建設(shè)費用低、抗災能力強。容量大：采用模擬調(diào)頻傳輸技術(shù)時，容量高達幾千路電話，還可同

時傳輸高質(zhì)量的彩色電視。采用數(shù)字微波傳輸技術(shù)后，容量更大、可靠性更高，對移

動通信，全數(shù)字HDTV傳輸?shù)龋鸬搅酥匾淖饔?。第二十七頁，共三十二頁，編輯?023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信2衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實現(xiàn)兩個或多個地球站之間的通信。是微波接力通信技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。第二十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.3.3光纖通信與無線通信2衛(wèi)星通信通信衛(wèi)星地面站1地面站2地球通信衛(wèi)星工作原理