光纤通信论文-百度文库解析

前言近几年来,随着技术的进步,电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放,光纤通信的发展呈现了蓬勃发展的新局面。预计2000年世界信息传输网的80%以上的业务将由光纤通信完成。光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及应用。目录1、光纤通信技术的特点研究。2、国内外光纤通信技术的发展现状。3、光纤通信技术在行业企业中的应用调查。4、光纤通信技术发展研究。5、本设计对光纤通信技术的研究。6、总结与展望。1.光纤通信技术的特点研究光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点,光纤通信中的光波主要是激光,所以又叫做激光-光纤通信。光纤通信的原理是:在发送端首先要把传送的信息(如话音变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。.光纤通信技术的特点(1频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。(2损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。(3抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应,光纤传输系还特别适合于军事应用。(4无串音干扰,保密性好。在电波传输的过程中,电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰,而容易被窃听,保密性差。光波在光纤中传输,因为光信号被完善地限制在光波导结构中,而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收,即使在转弯处,漏出的光波也十分微弱,即使光缆内光纤总数很多,相邻信道也不会出现串音干扰,同时在光缆外面,也无法窃听到光纤中传输的信息。除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点,其不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。2国内外光纤通信技术的发展现状。近几年来,随着技术的进步,电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放,光纤通信的发展呈现了蓬勃发展的新局面,预计2000年世界信息传输网的80%以上的业务将由光纤通信完成。1传输体制全面转向传统的光纤通信是以准同步传输体制(PDH为基础的,随着网络日趋复杂和庞大,以及用户要求的日益提高,这种传输体制正暴露出一系列不可避免的内在缺点,一种有机地结合高速大容量光纤传输技术和智能网元技术的新传输体制——光同步传送网应运而生,ITU-T将之称为同步数字体系(SDH。2向超高速系统发展传统的光纤通信发展始终在按照电信号的时分复用(TDM方式进行,每当传输速率提高4倍,传输每个比特的成本大约下降30%~40%,因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长,这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续提高的根本原因。目前商用系统已从45Mb/s增加到10Gb/s,可以携带12万条话路,其速率在20年时间里提高了2000倍,比同期的微电子技术的集成度增长速度还要快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量,而且也为各种各样的新业务,特别是宽带业务和多媒体业务提供了实现的可能。目前10Gb/s系统已开始批量装备网络,全世界安装的终端已超过100O个,主要在北美、欧洲、日本和澳大利亚也有少量试验和商用系统。3向超大容量波分复用系统演进如前所述,采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽,然而光纤的20Onm可用带宽资源仅仅利用了不到1%,99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一根光纤上传送,则可以大大增加光纤的信息传输容量,这就是波分复用(WDM的基本思路。鉴于近几年来技术上的重大突破和市场的驱动,波分复用系统发展十分迅速。如果认为1995年是起飞年的话,其全球销售额仅仅为1亿美元,而2000年预计可超过40亿美元,2005年可达120亿美元,发展趋势之快令人惊讶。目前全球实际敷设的WDM系统已超过2000个,而实用化系统的最大容量已达160Gb/s(16×10Gb/s,美国朗讯公司宣布年底将推出80个波长的WDM系统,其总容量可达200Gb/s(80×2.5Gb/s或400Gb/s(40×10Gb/s。实验室的最高水平则已达到2.6THz(132×20Gb/s。可以认为近两年来超大容量密集波分复用系统的发展是光纤通信发展史上的又一次划时代的里程碑,为全球信息高速公路奠定了坚实的基础。4实现全光联网上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量,但基本上是以点到点通信为基础的系统,其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话,无疑是如虎添翼,增加新一层的威力。根据这一基本思路,光的分插复用器(OADM和光的交叉连接设备(OXC均已在实验室研制成功,即能直接在光路上对不同波长的信号实现上下和交叉连接功能。实现光联网的基本目的是:实现超大容量光网络(一对光纤达80~320Gb/s;实现网络扩展性,允许网络的节点数和业务量不断增长;·实现网络可重构性,达到灵活重组网络的目的;实现网络的透明性,允许互连任何系统和制式的信号;实现快速网络恢复,恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势,发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研,特别是美国国防部预研局(DARPA资助了一系列光联网项目。全光联网已经成为继SDH电联网以后的又一次新的光通信发展高潮,有人将1998年称为光联网年并不过分。其标准化工作将于1999年基本完成,其设备的商用化时间也大约在2000年左右。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络不仅可以为未来的国家信息基础设施(NIl奠定一个坚实的物理基础,而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全有极其重要的战略意义。3光纤通信技术在行业企业中的应用调查。中国从20世纪70年代中期开始光纤光缆的研究,几乎与国外同时起步,并在1977初研制出第一根石英光纤。近年来在我国大规模通信建设需求的带动下,我国的光纤光缆产业发展迅速,已经形成了从光纤预制棒到光缆产品完整的产业链。我国光纤光缆企业的生产和技术实力也迅速发展壮大,产品开发能力和技术创新能力进一步提高。中国已成为世界第二大光纤光缆国,各方面都达到世界先进水平。2009年1-11月,我国光纤、光缆制造行业实现累计产品销售收入44,529,731,000元,比上年同期增长了28.86%;实现累计利润总额3,270,894,000元,比上年同期增长了53.71%。2010年1-5月,我国光纤、光缆制造行业实现累计产品销售收入20,980,722,000元,比上年同期增长了28.87%;实现累计利润总额1,297,711,000元,比上年同期增长了31.58%。光纤通信技术中光纤应用的现状普通单模光纤传统的普通单模光纤(G.652光纤在1310nm波长窗口色散为0,但是损耗较大(0.35dB/km,在1550nm波长窗口损耗小(0.2dB/km,但是色散较大(20ps/nm•km。为了利用光纤的1550nm长窗口的低损耗特性和成熟的光放大技术(EDFA,而又想具有低色散,可以对光纤的结构进行设计,从而使零色散波长产生位移,设计出了色散位移光纤,即G.653光纤。G.653光纤在1550nm波长窗口的低损耗和低色散特性非常适合光纤孤子通信的需要,在高速光纤孤子通信系统中得到了大量应用,但是它1550rim处的色散为零,在进行WDM时会产生严重的FWM效应,不适应波分复用系统的需要。高强度耐弯单模光纤在光通信领域中,高强度耐弯单模光纤是企业最具竞争力的一种光纤,主要是因为在光纤网建设重点由骨干网向城域网、用户接入网发展,高强度耐弯单模光纤主导的全业务接入网正在成为光缆市场的主要拉动力,其中最具代表性的就是正在迅速发展的FTTH网络,高强度耐弯单模光纤特点就是光纤可以沿着建筑拐角施工,从而降低网络布线的成本。无水峰光纤与传统的单模光纤相比,无水峰光纤具有下列优势:其一,在全部可用波长范围内比常规光纤增加了约一半,可复用的波长数大大增加,可实现超大容量传输;其二,可用波长范围大大扩展后,可以采用稀疏波分复用(CWDM方案,使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的元件,使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降;其三,1350~1450nm波长窗口的光纤色散仅为1550nm波长区的一半,容易实现高比特率长距离传输。大有效面积光纤超高速系统的主要性能限制是色散和非线性。通常线性色散可以用色散补偿的方法来消除,而非线性的影响却不能用简单的线性补偿的方法来消除,光纤的有效面积是决定光纤非线性的主要因素。为了适应超大容量长距离密集波分复用系统的应用,大有效面积光纤已经问世。在c波段,由大有效面积光纤构成的以10Gbit/s为基础的高密集WDM系统信噪比较高,误码率较低,光放大器的间隔较长,因而得到了广泛的应用。4光纤通信技术发展研究。下面仅对光通信领域的最新发展趋势作一简要介绍和评述。1SDH走向网络边缘并向融合的多业务平台转型SDH是当前电信网的主要传送体制,然而,由于WDM的出现和发展,SDH的角色正开始向网络边缘转移。鉴于网络边缘复杂的客户层信号特点,SDH必须从纯传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台,即融合的多业务节点。其出发点是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技术,特别是其保护恢复能力和确保的延时性能,加以改造以适应多业务应用,支持层2乃至层3的数据智能,而SDH设备与层2乃至层3分组设备在物理上集成为一个实体,构成业务层和传送层一体化的SDH节点,称为融合的多业务节点或多业务平台,主要定位于网络边缘。240Gbit/s系统的发展,挑战和应用目前10Gbit/s系统已大批量装备网络,不少电信公司实验室已开发出40Gbit/s的系统。从网络应用看,带10Gbit/s接口的路由器已经开始应用,而且路由器间的突发性IP业务量还在迅速增长,为了提高核心网的效率和功能,希望单波长内能处理多个数字连接,因此核心网的单波长速率向40Gbit/s乃至更高速率的方向演进是合乎逻辑的。从实际应用看,对于40Gbit/s传输系统,必须用外调制器;能具备足够输出电压驱动外调制器的驱动集成电路也不成熟;沿用多年的NRZ调制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s还没有定论,是否应转向普通RZ调制方式,载频抑制的RZ调制方式(CS-RZ,差分相移键控RZ码(RZ-DPSK调制方式,光孤子(Soliton调制方式,伪线性RZ调制方式,啁啾的RZ(CRZ,全谱RZ(FSRZ,双二进制,还是其他调制方式都还在探索过程之中。3向超大容量超长距离波分复用系统的发展由于技术上的重大突破和市场的驱动,这几年波分复用系统发展十分迅猛。目前1.6Tbit/sWDM系统已经大量商用。日本NEC和法国阿