光通信概述

南京师范大学光纤通信概念光纤通信系统的基本单元光纤通信的基本问题光纤通信系统的主要性能指标光纤通信技术的回顾和展望第1章绪论南京师范大学第一章光纤通信概述1.1光纤通信技术的发展史及现状1.2光纤通信系统概述南京师范大学1.1光纤通信技术的发展史及现状什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。南京师范大学1.1光纤通信技术的发展史及现状什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。光纤通信是人类历史上的重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统南京师范大学•现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息南京师范大学•现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息信息指用户要求传送的语音、图像、数据以及它们的各种组合南京师范大学用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息•现代通信方式示意图用户终端交换设备接入网电复接设备传输系统南京师范大学•现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息光纤通信经过30年的技术发展目前正在淘汰着其他的有线通信方式南京师范大学•光纤通信技术的主要优点光波频率很高，光纤传输的频带很宽，故传输容量很大，理论上可通上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务；不受电磁干扰，保密性好；耐高温、高压、抗腐蚀，工作可靠；光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属(如铜、铝)，且直径小、重量轻。南京师范大学光纤通信器件的发展过程•雏形：古代烽火、手旗、灯光1880年贝尔的光电话激光器(发送源）光纤(传输介质)1960Maiman发明红宝石激光器1962半导体激光器诞生(GaAs870nm)70年代室温工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD单模LD1951医用玻璃纤维(损耗1000dB/km)1966高锟理论预言1970康宁制出低损耗光纤(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低损耗窗口光纤开发单模光纤南京师范大学南京师范大学•光纤通信系统的发展历程光纤通信追求目标:大容量、长距离技术发展：短波长-长波长、多模光纤-单模光纤、多模激光器-单模激光器通信系统容量：比特率-距离积BL，B比特率，L中继距离每秒钟传输的比特数目。南京师范大学光纤通信技术的发展大体上可分为：工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模单模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm单模单模2.5Gb/s～10Gb/s100Km南京师范大学光纤通信技术的发展大体上可分为:（续）工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第四代90年代1550nm单模单模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（环路）1500Km光放大系统第五代1550nm单模单模波分复用WDM单路速率:40,160,640Gb/s信道数:8,16,64,128,1022超长传输距离:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究内容WDM光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信；新型的光器件南京师范大学光纤通信技术的三次飞跃(1)20世纪60年代。1962年第一只半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。特别是1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。南京师范大学20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。光纤通信技术的三次飞跃(2)南京师范大学20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。光纤通信技术的三次飞跃(3)南京师范大学光纤通信超高速大容量长距离网络化一根光纤中可同时传输一百多路信号，采用特殊技术甚至可以同时传输1022路单路速率不断提升，已达到10、20、40Gb/s采用OTDM技术甚至可达640Gb/s各种通信技术的快速发展使上千甚至上万公里的长距离传输成为可能全光网成为目前光通信领域最热门的话题之一南京师范大学EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……AllservicesNetworktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking•21世纪的通信业务南京师范大学•全球通信业务需求估计用户增加；每个用户的业务量增加；服务质量的提高；通信容量需求急增南京师范大学光纤通信最具代表性技术－波分复用WDM和光纤放大器EDFA南京师范大学光纤通信系统的新波段145014901530157016101650S+SCLL+波长(nm)范崇澄FS-08波段波长范围(nm)带宽(THz)光放大器应用C1530-15705.0有长途干线C+L1530-16109.7有长途干线S+C+L1490-161015.0无城/局域网S++S+C+L+L+1450-165025.1无城/局域网全波1300-165048.9无城/局域网南京师范大学光纤传输技术进一步发展新的传输技术层出不穷色散管理技术L波EDFA，RAFEC技术色散与色散斜率的补偿PMD补偿技术OTDM技术与光孤子技术南京师范大学2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s10Gb/s40Gb/s20Gb/s80Gb/s80Gb/s320Gb/s3216841WDM波长数每波长比特率(TDM)40Gb/s网络容量演进战略南京师范大学•40G器件南京师范大学关键原材料光纤预制棒网络管理系统测试设备光纤光缆光传输/交换设备光无源器件光有源器件运营商网络集成商光纤通信的产业链南京师范大学产品领域领导厂商光纤Corning,Lucent,Alcatel,Sumitomo,Fujikura,Furukara光缆Siemens,Lucent,Pirelli,Alcatel,Sumitomo,Corning光纤放大器Lucent,Pirelli,Ciena,Corning,Nortel,Alcatel,Fujitsu光发/光收Lucent,Nortel,Alcatel,Fujitsu,AMP,Agilent,Hitachi,NEC,Siemens光纤连接器Lucent,AMP,3M,Siecor,Molex,Seiko,AlcoaFujikura,DiamondDWDM器件Corning,JDSU,DiCon,Lucent,Hitachi,Pirelli,3M光无源器件DiCon,Corning,Lucent,JDSU,ADC,Gould光通信设备Nortel,Lucent,Alcatel,NEC,CIENA,Fujitsu,CISCO全球光纤通信主要供应商南京师范大学ComponentsandModulesinDWDMNetworksDWDM•Thinfilmfilters•Fibergratings•Waveguides•Circulators•Interleavers•Mux/DemuxmodulesAmplifiers•Isolators•Tapcouplers•Pumplasers•Gainequalizers•Attenuators•Integratedamplifiers•SOAs•OpticalSwitches•Circulators•Couplers•Add/dropmodulesSwitchingTransmission•Sourcelasers•Modulators•Wavelockers•Receivers•Detectors•Tx/RxmodulesOver9000Products南京师范大学光纤网络的分类南京师范大学三种网络的不同要求三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络中设备开发的不同考虑：Long-haul:CapacityMetro:SmartAccess:Cost南京师范大学国内现状1963年开始光通信的研究1974年研究光纤通信“六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长约七万公里传输码率：从140Mb/s~2.5Gb/s，10Gb/s，40Gb/s已开始研究。DFB（量子阱）激光器和EDFA研制成功，可供应用高速电子器件、波导器件尚有差距南京师范大学南京师范大学基金委北航北邮中科院北大Internet2清华Working/protectionWorking/protectionOADMOADMOADMNSFCnet网络的拓扑结构说明：NSFCnet由六个节点组成，以清华为汇接点构成两个环行拓扑结构，清华、北大和中科院三点构成二纤双向自愈环采用WDM传输技术，在清华和北大之间通过在实验室中加光纤进行400公里广域网模拟试验；在其它节点构成的环中采用单路SDH/SONET传输技术。南京师范大学1.1光纤通信概念1.1.1什么是光纤通信1概念光纤通信是是用光作为信息的载体，以光纤作为传输介质的一种通信方式。它首先要在发射端将需传送的电话、电报、图像和数据等信号进行光电转换，即将电信号变成光信号，再经光纤传输到接收端，接收端将接收到的光信号转变成电信号，最后还原成信号。2光纤通信系统的构成图1.1.1为光纤通信系统示意图。南京师范大学电信号输入调制光源光放大器光检测器信号恢复电信号输出光发射机尾纤连接器光纤光纤接头盒光耦合器其它设备光接收机光纤接头盒连接器再生中继器尾纤光纤光纤图1.1.1光纤通信系统的构成南京师范大学基本单元为三个部分：光发射机、光纤和光接收机。⑴光发射机光发射机由将带有信息的电信号转换成光信号的转换装置和将光信号送入光纤的传输装置组成，光源是其核心部件，由半导体发光二极管LED（LightEmissionDiode）或者激光二极管LD（LaserDiode）构成；⑵光纤光纤在实用系统中一般以光缆的形式存在；⑶光接收机光接收机由光检测器、放大电路和信号恢复电路组成。光发射机和光接收机也称为光端机。⑷在光纤通信系统中还包括大量的有源、无源光器件，图1.1.4中示出的连接器起着各种设备与光纤之间的连接作用，光耦合器用于需要将传输的光分路或合路的场合，光放大器起着对光波放大的作用，用于弥补光信号传输一定距离后，因光纤衰减致使的光功率减弱。南京师范大学1.1.2光纤通信中光的作用及特性1.光作为载波，可以极大地提高信道的带宽带宽带宽是信号进行传输且没有明显衰减的频率范围.信道的带宽越大，信道容量就越大。