1、光纖通信,一、概述 二、,80年代以來，光纖通信在電信網(wǎng)中獲得了大規(guī)模應用。其應用場合已逐步從長途通信、市話局間中繼通信轉(zhuǎn)向接入網(wǎng)。光纖通信的廉價、優(yōu)良的帶寬特性正使之成為電信網(wǎng)的主要傳輸手段。 目前美國、歐盟以及日本等國家都已開展了基于波分復用（WDM）的光網(wǎng)絡技術(shù)的研究，WDM全光網(wǎng)是光傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向。,光纖通信,光纖通信,概述 光纖通信的發(fā)展簡史 光通信的特點 通信用光纖、光纜 光通信系統(tǒng),概 述,通信網(wǎng)的組成,電信網(wǎng)由上至下可縱向劃分為： 業(yè)務網(wǎng)：業(yè)務網(wǎng)主要包括話音網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng) 傳輸網(wǎng)：傳輸網(wǎng)主要基于SDH技術(shù)構(gòu)建 光纜網(wǎng)：光纜網(wǎng)由廣泛分布的光纜線路互連組成，是所有上層網(wǎng)絡的物理媒體承

2、載平臺。,傳送網(wǎng)(OTN/SDH),業(yè)務網(wǎng)（Audio/ATM/Ethernet / IP /Vedio),光纜網(wǎng),通信網(wǎng)的組成,傳輸網(wǎng),有線傳輸網(wǎng) _光纖通信:波長：0.8m-1.6m,頻率:1014- 1015Hz _電纜通信：大同軸、中同軸、小同軸 無線傳輸網(wǎng) 數(shù)字微波 衛(wèi)星通信,傳輸網(wǎng),ISDN,7號信令,傳輸網(wǎng),物理媒質(zhì),業(yè)務網(wǎng),我國傳輸網(wǎng)分：,國家一級干線（連接國內(nèi)各個省之間的電信線路） 國家二級干線（或稱省級干線，連接省內(nèi)地區(qū)或市的電信線路） 本地線路（或稱本地網(wǎng)，地區(qū)內(nèi)或市內(nèi)連接各電信局的電信線路）,頻率（Hz）,102,104,106,108,1012,1014,1016,1

3、018,1020,1022,106,104,102,1,1010,10-2,10-4,10-6,10-8,10-10,10-12,10-14,波長,名稱,長波,中波,短波,超短波,微波,毫米波,紅外線,可見光,紫外線,X射線,紅外線,可見光,紫外線,光,電磁波譜,光纖通訊,一.光纖通信發(fā)展簡史,1880年 A.G.貝爾利用可見光做光電話機，證實光波可以攜帶信息 1960年 發(fā)明了新光源激光器后，極大的促進了光波通信的研究 激光器特性：單色性、強方向性、高亮度 發(fā)展過程： 60年 固體紅寶石激光器 61年 氦-氖 氣體激光器 70年 半導體激光器（體積小、耗電少、調(diào)制速度高、使用方便）,1966

4、年 華裔科學家高錕博士等人提出從玻璃材料中去除雜質(zhì)可以制成衰減為20dB/km的光導纖維。 1970年 美國康寧玻璃公司根據(jù)高氏理論首先制造出衰減為20dB/km的光導纖維，使光導纖維的發(fā)展得到突破。 1973年 美國貝爾研究所生產(chǎn)出衰減為1dB/km的低損耗光纖 1976年 日本電報電話公司（NTT）制造出0.5dB/km 的低損耗光纖 1976年 在美國亞特蘭大成功進行了碼速率為44.7Mb/s的光通信系統(tǒng)性能試驗,從此光通信技術(shù)進入實用化階段,二.光通信特點,頻帶寬,通信容量大 理論上講一根單模光纖可利用的帶寬達20THz(1THz=1012Hz)以上,現(xiàn)在最先進的光纖通信系統(tǒng)達400G

5、Hz,而一路電話帶寬約占4KHz頻帶,一路彩色電視約占6MHz頻帶 損耗低,中繼距離長 銅纜的損耗特性與纜的結(jié)構(gòu)尺寸及所傳輸信號的頻率有關(guān),光纜的損耗特性僅與玻璃的純度(或者說透明度)有關(guān),高質(zhì)量望遠鏡的鏡頭其損耗超過500dB/km,目前通信用光纖的最低損耗達0.2 dB/km,具有抗電磁干擾能力 光導纖維是絕緣體材料,不受輸電線,電氣化鐵路及高壓設(shè)備等電器干擾,可以與高壓電線平行架設(shè),還可制成復合光纜 無串話,保密性好 通信質(zhì)量高 線徑細,重量輕,柔軟 可制成大芯數(shù)高密度光纜 單芯光纜可安裝在飛機,火箭,潛艇及航天飛機上 節(jié)約有色金屬,原材料資源豐富 可節(jié)約大量銅金屬,缺點,質(zhì)地脆,機械強

6、度低 光纖切斷和接續(xù)需要一定的工具,設(shè)備和技術(shù) 分路,耦合不靈活 光纖,光纜彎曲半徑不能過小(20CM) 在偏僻地區(qū)存在有供電困難問題,三.通信用光纖、光纜,光纖內(nèi)芯直徑,多模,單模,人的頭發(fā),光纖種類與尺寸,包層與纖芯的主要材料均為玻璃，但它們摻雜不同的雜質(zhì)，使包層與纖芯具有不同的折射率。包層的外面還有一層保護層保護光纖,簡單說模式就是指電磁場的“波形”,多模光纖,直徑50/62.5/125 um 損耗大，一般2dB/km左右 用于: CATV 門禁控制系統(tǒng) 內(nèi)部通訊,單模光纖,無限帶寬 8至10微米 典型距離超過數(shù)十公里 用于: 長途電信 長途電視監(jiān)控及多路切換 共用天線電視系統(tǒng),光纖中光

7、波的傳輸原理-全反射之字線傳輸,n2,n1,n2,空氣,A,B,MAX,當n1n2 1 c時 發(fā)生全反射 c：臨界角,只要滿足全內(nèi)反射條件連續(xù)改變?nèi)肷浣堑娜魏喂馍渚€都能在光纖纖芯內(nèi)傳輸,光纜 干線纜(架空光纜,直埋光纜,海底光纜,復合光纜)96芯以下 局內(nèi)光纜 芯數(shù)少，比光線纜柔軟 用戶纜 根據(jù)需要幾百芯或幾千芯,纖芯為帶狀光纖,四.光纖傳輸特性,光纖特性有光學特性,傳輸特性,機械特性,溫度特性等九項,其中傳輸特性有兩個 損耗特性 色散特性,1.損耗特性,L,A(P1),B(P0),為損耗系數(shù),損耗特性與光的工作波長有關(guān),在三個工作窗口有相對小的損耗: 第一窗口光工作波長0.85m,損耗稍大

8、第二窗口光工作波長1.31m,損耗中等 第三窗口光工作波長1.55m,損耗最小,光損耗與波長,光損耗單位： dB/km 與波長有關(guān) 單模損耗小 波長又稱為窗口 波譜的紅外部分起作用,2.色散特性 由于光纖所傳輸信號中不同模式或不同頻率成分因傳輸速度的不同而引起傳輸信號發(fā)生畸變的一種物理現(xiàn)象. 色散與光的工作波長有關(guān),1.31m處是色散的最小點.,1.0,1.2,1.4,1.6,色散,色散特性,均勻光學材料對不同波長的單色光呈現(xiàn)不同的折射率，波長較長的紅光的折射率小，波長較短的紫光的折射率大 激光在光纖中傳播的色散機制要比上述實驗復雜的多，其本質(zhì)還是不同波長成分的光在光纖中的折射率差異 如果光源

9、是絕對的單色光，色散無從談起,紅,紫,彩色光帶,白光,激光光源頻譜圖,五、光通信器件（有源光器件）,光源：目前光通信系統(tǒng)中的主要光源是半導體激光器 激光二極管（LD） 發(fā)光二極管（LED）。 光檢測器：類型很多，但其波長能與光纖低損區(qū)匹配并能可靠地用于光纖通信系統(tǒng)的光源主要是兩種半導體檢測器 PIN管 APD管。 光放大器：光放大器根據(jù)其在系統(tǒng)中的不同位置分為 光功率放大器 光前置放大器 線路放大器,PIN,LD,LD,LD,LD/PIN一體,光通信器件（無源光器件）,光纖光纜 光纖耦合器：有光從主光纖進入分支光纖的器件原則上都可以稱為光纖耦合器，可稱方向耦合器。它的分類方法很多，從使用功能角

10、度可以化分為 3端口光纖耦合器 星形耦合器 波分復用器。 光纖活動連接器：連接器的分類按外形可分為 FC、ST、SC、D4,1,2,1 +2,光通信器件（無源光器件）,按連接器頭截面是平面、斜面、曲面可分為 PC UPC APC 光衰減器：光衰減器分為 固定光衰減器 可變光衰減器。,六.光通信系統(tǒng),1 數(shù)字通信制式,2 PDH通信系統(tǒng),Plesiochronous Digital Hierarchy,PDH通信系統(tǒng)稱為準同步數(shù)字體系，英文全稱如下,其幀結(jié)構(gòu)為鏈形:,125m,125m,125m,PDH數(shù)字復用體系,PDH系統(tǒng)組成圖,SDH通信系統(tǒng) SDH是一種全新的傳輸體系,解決了許多PDH系

11、統(tǒng)解決不了的難題 基于SDH 的波分復用系統(tǒng) 一根光纖里傳輸多個波長的光信號,傳輸4個波長光信號的系統(tǒng)稱4波復用,目前的最高級別是32波復用 IP over SDH 及IP over WDM IP over X是隨著INTERNET的發(fā)展提出的一個新課題，X選什么也是人們目前爭論不修的問題,3 SDH技術(shù),1） PDH弱點與SDH的產(chǎn)生 PDH弱點 只有地區(qū)性的數(shù)字信號速率和幀結(jié)構(gòu)標準，不存在世界性標準 沒有世界性的標準光接口規(guī)范 準同步系統(tǒng)的復用結(jié)構(gòu)除幾個低速率等級的信號采用同步復用外，其他多數(shù)等級的信號采用異步復用，難于從高速信號中識別和提取低速支路信號 準同步系統(tǒng)的網(wǎng)絡運行、管理和維護（

12、OAM）比特不夠豐富,SDH產(chǎn)生 貝爾研究所提出稱之為同步光網(wǎng)絡的（SONET）概念，目的是阻止互不兼容的光接口的的大量滋生，實現(xiàn)標準光接口。 1988年ITU-T接受了SONET概念，重新命名為同步數(shù)字體系-SDH,Synchronous Digital Hierarchy,2） SDH的線路碼速率,2Mb/s,1.5Mb/s,34Mb/s,140Mb/s,45Mb/s,STM-1,STM-4,STM-16,STM-64,3）SDH的STM-1幀結(jié)構(gòu),270列,9列,9行,每一幀的傳輸時間是125m,即幀頻是8000 每一幀所傳的比特數(shù)是9270 8=19440 STM-1信號的碼速率是19440125m=155.52Mb/s,STM-1,155Mbit/s,2,1.5,34,140 (單位Mbit/s),45,POH,C-4,VC-4,POH,POH,POH,POH,C-3,VC-3,34Mbit/s及140 Mbit/s映射復用示意圖,1幀,1幀,開銷,開銷,C：容器 VC：虛容器 POH：通道開銷,VC-4：261*9個字節(jié) VC-3：86*9個字節(jié),七 波分復用系統(tǒng),光波分復用（WDM：Wavelength Division Multiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術(shù)。其基