第1章光通信概論提綱1.1光通信的基本概念1.1.1通信的基本概念1.1.2光通信的概念1.1.3光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成1.2光纖通信的發(fā)展歷史1.1光通信的基本概念1.1.1通信的基本概念通信是信息的互通——人們通過聽覺、視覺等感官或者儀器、儀表等感知到的關(guān)于現(xiàn)實世界的各類信息的傳遞古代戰(zhàn)爭中的烽火狼煙、擊鼓鳴金日常生活中的手語、各國海軍通用的旗語等信息量比較少、傳遞的范圍也比較小現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展，借助電、光等信號來更大范圍的傳遞更多的信息現(xiàn)代意義的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示包括：信源、信宿發(fā)射機(jī)、接收機(jī)傳輸介質(zhì)發(fā)送機(jī)（調(diào)制器）信道接收機(jī)（解調(diào)器）信息輸入信息輸出信源、信宿信源：產(chǎn)生各種信息（如語音、圖像、文本、數(shù)據(jù)等）的信息源，可以是人或機(jī)器。信宿：信息的接收者，可以是人或機(jī)器信源、與信源組合，可以構(gòu)建人—人通信人—機(jī)通信機(jī)—人通信機(jī)—機(jī)通信發(fā)射機(jī)、接收機(jī)發(fā)射機(jī)：將信源發(fā)出的信號通過調(diào)制變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?。調(diào)制：一個信號的某種特征（如振幅、頻率或相位）會隨著另一個信號的某種特征（可以是一樣的特征，也可以是不一樣的特征）所作相應(yīng)的變化，就可以把一個信號上反映的信息用另一個信號表現(xiàn)出來的過程。一個信號影響另一個信號、使得兩個信號之間建立起一種聯(lián)系的過程。接收機(jī)：作用與發(fā)射機(jī)相反，將從信道上接收的信號變換成信宿可以接收的信息。解調(diào)：與調(diào)制相對應(yīng)，解調(diào)完成信號的反變換，還原原信號。傳輸介質(zhì)信道即承載信息的信號的傳輸介質(zhì)。通信系統(tǒng)的分類按信道中傳輸信號（載波）分類電通信：光通信：載波頻率越高，傳輸信息容量越大按調(diào)制方式分類幅度調(diào)制：利用載波的幅度攜帶信息相位調(diào)制：利用載波的相位攜帶信息頻率調(diào)制：利用載波的頻率攜帶信息等…按傳輸介質(zhì)分類有線通信：傳輸介質(zhì)為架空明線、電纜和光纜無線通信：在自由空間傳輸電磁波或光波光通信的概念以光波作為載波進(jìn)行通信的技術(shù)有線方式：即光纖通信，以光纖為傳輸介質(zhì)無線方式：包括自由空間光通信（FSO）、紫外光通信、可見光通信、水下光通信等。光波（包括紫外線、可見光、紅外線）的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無線電波的頻率，所以以光波作為載波將比以電磁波作為載波有更大的信息容量。波長頻率光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成包括電發(fā)射機(jī)、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、電接收機(jī)、中繼器、光纖等部分。光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)電發(fā)送機(jī)電接收機(jī)中繼器光纖

光纖光源調(diào)制光檢測器解調(diào)電發(fā)射機(jī)對來自信源的信號進(jìn)行處理，如模/數(shù)變換、多路復(fù)用等。光發(fā)射機(jī)中驅(qū)動光源發(fā)光，完成對光載波的調(diào)制并將光信號送入光纖進(jìn)行傳輸。光接收機(jī)利用光檢測器將經(jīng)光纖傳輸?shù)墓庑盘栠€原成電信號，完成光信號的解調(diào)，并對信號進(jìn)行再生，輸入到電接收機(jī)，恢復(fù)原始信息。中繼器對長距離光纖傳輸衰減和畸變的光信號進(jìn)行再生，繼續(xù)向前傳送。光纖通信系統(tǒng)的簡化“電光轉(zhuǎn)換—光纖傳輸—光電轉(zhuǎn)換”在發(fā)射端實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，完成光載波的調(diào)制；攜帶信息的光信號然后在光纖線路中傳輸；在接收端完成光載波的解調(diào)，恢復(fù)原始信息。電光轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換電信號光纖電信號光信號1.2光纖通信的發(fā)展歷史電通信在通信領(lǐng)域占據(jù)重要地位1837年，莫爾斯發(fā)明了電報——人類進(jìn)入了電通信時代貝爾發(fā)明了電話馬可尼、波波夫發(fā)明了無線電通信通信容量幾乎和載波頻率成正比頻率更高的頻段——光波進(jìn)行通信受到關(guān)注現(xiàn)代意義的光通信從1880年貝爾發(fā)明光電話開始貝爾光電話的結(jié)構(gòu)貝爾的光電話的不足當(dāng)時的能夠獲得的都是頻譜極寬的光源，無法實現(xiàn)高速調(diào)制——載波的局限光信號在大氣中進(jìn)行傳輸，受空氣的質(zhì)量和氣候的影響十分嚴(yán)重——傳輸媒介的局限未能有效解決通信的載波源和傳輸介質(zhì)兩大關(guān)鍵問題所以光通信的發(fā)展一直處于停滯狀態(tài)。反射鏡話筒聽筒太陽拋物面反射鏡電池硒管1960年梅曼發(fā)明了世界上的第一臺紅寶石激光器，解決了單頻光載波的產(chǎn)生的問題1970年室溫下連續(xù)運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器1966年高錕證明了低損耗光纖的可能1970年制造出衰減為20dB/km的光纖1976年，美國建立了世界上第一條、速率45Mb/s的實驗線路，開始向用發(fā)展起來1980年代開始作為通信網(wǎng)的主干光纖通信的容量和傳輸距離成倍增長，光纖通信技術(shù)被廣泛應(yīng)用于信息傳輸?shù)念I(lǐng)域，成為現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)的骨干和基礎(chǔ)。進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著多種先進(jìn)調(diào)制技術(shù)、色散補(bǔ)償技術(shù)、各類器件技術(shù)等的發(fā)展，出現(xiàn)了以單波長40Gb/s和100Gb/s為基礎(chǔ)的總?cè)萘靠蛇_(dá)10Tb/s的波分復(fù)用系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用。預(yù)計在2017年左右單波長400Gb/s的系統(tǒng)也會開始逐步商用，有效地解決運(yùn)營商面臨的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量及帶寬持續(xù)增長的壓力。國內(nèi)的發(fā)展中國相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展幾乎和國際上同步1973年武漢郵電科學(xué)研究院開始研究光纖通信1978年，實用化的光纖光纜開發(fā)成功。1982年，國內(nèi)第一條商用光纖線路在武漢建成，跨越武昌、漢陽、漢口，全長13.3km，傳輸速率8.448Mb/s時間主要技術(shù)特點地點1982年8.448Mb/s，波長850nm，多模光纖武漢1983年34Mb/s，波長1300nm，多模光纖武漢1986年34Mb/s，單模光纖漢口—荊州1992年140Mb/s合肥—蕪湖1993年565Mb/s上?！獰o錫1998年SDH2.5Gb/s