1、課程名稱：光 纖 通 信,教學(xué)內(nèi)容,第一講 光纖通信系統(tǒng)概述 第二講 光纖和光纜 第三講 光纖通信器件 第四講 光源和光發(fā)射機(jī) 第五講 光探測(cè)和光接收機(jī) 第六講 光放大器 第七講 光傳輸系統(tǒng) 第八講 系統(tǒng)設(shè)計(jì),第一章 概述,1.1 光纖通信技術(shù)發(fā)展 1.1.1 光纖通信史回顧,古老的光通信設(shè)備-烽火臺(tái),光通信是利用光波作為載波來傳遞信息的。 廣義地說，用光傳遞信息并不是什么新鮮的事。早在公元兩千多年以前，我們的祖先就在都城和邊境堆起一些高高的土丘，遇到敵人入侵，就在這些土丘上燃起煙火傳遞受到入侵的信息，各地諸侯看見煙火就立刻領(lǐng)兵來救援。 其中還有著名的“周幽王烽火戲諸侯”的故事。這種土丘就叫烽

2、火臺(tái)，它就是一種古老的光通信設(shè)備。,1.1.1 光纖通信史回顧-古老的光通信,利用“光”的問題：向四面八方散射時(shí)，光強(qiáng)減弱和不能通過障礙物的問題 上世紀(jì)六十年代初，光通信僅僅作為一種信號(hào)燈使用，如: 馬路上的紅綠燈 機(jī)場(chǎng)上的跑道標(biāo)志燈 航標(biāo)燈等等。,高錕提出光纖通信,上世紀(jì)六十年代中期，光通信的應(yīng)用發(fā)生了根本的變化。而且這種變化還是由于一位中國(guó)人引起的，他就是高錕！ 1966年，英籍華人、年輕工程師高錕發(fā)表了關(guān)于通信傳輸新介質(zhì)的論文：他指出利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，從而奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。,高 錕-光纖通信發(fā)明家（左）,1998年在英國(guó)接受IEE (國(guó)際電氣工程師學(xué)會(huì) )授

3、予的獎(jiǎng)?wù)?高錕提出光纖通信,在高錕早期的實(shí)驗(yàn)中，光纖的損耗約為3 000 dB/km，他指出這么大的損耗不是石英纖維本身的固有特性，而是由于材料中的雜質(zhì)離子的吸收產(chǎn)生的。 高錕指出，如果把材料中金屬離子含量的比重降低到106以下，光纖損耗就可以減小到 10 dB/km。 再通過改進(jìn)制造工藝，提高材料的均勻性，可進(jìn)一步把光纖的損耗減少到幾dB/km。這種想法很快就變成了現(xiàn)實(shí)。,網(wǎng)絡(luò)歷史,光網(wǎng)絡(luò)-電網(wǎng)絡(luò) 雖然光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展相對(duì)獨(dú)立，但卻又互相滲透，相互依存。由于技術(shù)的限制，目前即使是光網(wǎng)絡(luò)，也是由光纖鏈路和電節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。,1 最早的光電報(bào)2 電報(bào)3 電話4 光電話5 光纖6光源7

4、光纖通信,沿著電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展兩根主線回顧一下人類通信的發(fā)展史，以更好地理解目前的網(wǎng)絡(luò)狀況。,1 最早的光電報(bào),實(shí)際上，光網(wǎng)絡(luò)的歷史要早于電網(wǎng)絡(luò)。 最早的光電報(bào)實(shí)驗(yàn): 1791年，法國(guó)人Claude Chappe將一塊兩面分別刷成黑白兩種顏色的木板不停地翻動(dòng)，用了約四分鐘的時(shí)間將一條包含有九個(gè)法文單詞的信息傳遞給他在10英里（1英里=1.61公里 ）之外的兄弟。他的兄弟利用望遠(yuǎn)鏡和一個(gè)表達(dá)信息的密碼本，將該信息接收了下來。,最早的光電報(bào),在這之后的約90年間，光電報(bào)不斷被改進(jìn)成為一個(gè)完整的通信系統(tǒng)。 限制性：1 依賴于天氣 2光電報(bào)的操作者必須受過專門的訓(xùn)練，熟知龐大的密碼本的內(nèi)容. 因

5、此，光電報(bào)并沒有進(jìn)入并改變普通市民的生活，最終于1881年被廢棄。,2 電報(bào),在歐洲人致力于改進(jìn)光電報(bào)的同時(shí)，美國(guó)畫家莫爾斯卻在研究能夠用電來傳遞信息的辦法，并在1844年發(fā)明了真正意義上的電報(bào)。在以后的幾十年間，電報(bào)成為人們進(jìn)行信息交流的最主要的手段。,3 電話,文字信息-話音信號(hào) 1876年，貝爾發(fā)明了電話。從此，人類用電進(jìn)行通信的歷史翻開了新的一頁。,電話（后話）,20世紀(jì)初期 關(guān)鍵技術(shù)：絕緣金屬地線和銅絲拉制技術(shù)的發(fā)明 解決問題：噪聲和串?dāng)_問題 電話線路更便宜，電話已經(jīng)成為一種技術(shù)，并遍及美國(guó). 20世紀(jì)30年代 電報(bào)與電話在美國(guó)人生活中的地位完全顛倒了過來，電話系統(tǒng)代替了電報(bào)系統(tǒng)。

6、20世紀(jì)60年代末 電話機(jī)開始進(jìn)入美國(guó)百姓家庭。,4 光電話,1880年，曾經(jīng)發(fā)明了電話的貝爾又發(fā)明了光電話： 他利用太陽光來傳送話音。陽光被聚焦到一個(gè)反射鏡上，當(dāng)有聲波傳到反射鏡表面時(shí)，反射鏡就會(huì)振動(dòng)，導(dǎo)致反射光變化，這就相當(dāng)于發(fā)射機(jī)通過反射光將聲波信號(hào)發(fā)射出去；在接收端，一個(gè)硒片被用來接收陽光，并將聲波重現(xiàn)出來。 貝爾的光電話應(yīng)該說是現(xiàn)代自由空間光通信的雛形。,4 光電話,貝爾的光電話與前面的光電報(bào)有相似的缺點(diǎn)： 系統(tǒng)工作依賴于天氣條件，并且傳輸距離很短。,5 光纖,1951年，荷蘭科學(xué)家Abraham Cornelis Sebastian Van Heel證明玻璃纖維的外涂敷層有助于將光

7、保持在纖維內(nèi)部。后來的光纖結(jié)構(gòu)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。但是，當(dāng)時(shí)光纖的損耗非常大，為1dB/m。光纖的應(yīng)用基本上局限于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。,光纖的進(jìn)展情況,1970年光纖研制取得了重大突破，美國(guó)康寧公 司按照高錕的思路，生產(chǎn)出了損耗為20 dB/km 的石英光纖 1972年該公司生產(chǎn)的多模光纖損耗已下降到 4 dB/km 1973年美國(guó)貝爾（Bell）實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的光纖損耗 為 2.5 dB/km 1974年 已下降到 1.1 dB/km 1976 日本 NTT 公司已減小到 0.47 dB/km 80年代初 單模光纖在波長(zhǎng) 1550 nm 的損耗已降到 0.2 dB/km，接近了石英光纖的理論損耗極限

8、。,6光源-半導(dǎo)體激光器也發(fā)明了,作為光纖通信用的光源，半導(dǎo)體激光器也發(fā)明了，并取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。 1973 年半導(dǎo)體激光器的壽命是 7 000 小時(shí) 1977 年貝爾實(shí)驗(yàn)室已達(dá)到 10 萬小時(shí)，完全滿足實(shí)用化的要求。 1979 美國(guó) ATT 公司和日本 NTT 公司又研制成功了長(zhǎng)波長(zhǎng)（1550 nm）連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。 低損耗光纖和連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器的研制成功，是光纖通信發(fā)展的重要里程碑。,激光和光纖的出現(xiàn)光纖通信發(fā)展的前提 激光：無線電通信-無線電波作為相干光頻電磁波； 光通信-激光。激光像普通無線電波一樣，可以進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，可以把各種信號(hào)載到光波上發(fā)射出去而實(shí)現(xiàn)光通信。 光纖：

9、激光通信的主要障礙是氣候因素的影響和大氣層內(nèi)信號(hào)的衰減。光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)，使人們成功地解決了激光大氣傳輸問題，使激光通信走上了穩(wěn)步發(fā)展階段。,7光纖通信,現(xiàn)代意義上的光通信一直要等到20世紀(jì)60年代有了強(qiáng)度很高、譜線很窄的光源和傳輸損耗很小的光纖以后才發(fā)展起來。,光纖通信,光纖技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信上應(yīng)用的第一個(gè)例子： 1975年，英格蘭的某一地區(qū)的警察部門的通信系統(tǒng)因雷電襲擊而遭受到嚴(yán)重破壞。為了避免再受雷電打擊和電力浪涌的影響，一位警官建議當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)電話和電纜公司把該部門的通信系統(tǒng)用光纖連接起來。該光纖通信系統(tǒng)的成功工作，給了世人一個(gè)巨大的鼓舞。 從此，世界各地不斷地投資改進(jìn)光纖技術(shù)。光纖通信開始了大

10、發(fā)展的時(shí)代。,光纖通信,光纖通信技術(shù)比電通信技術(shù)有優(yōu)越性: 1、帶寬更寬 2、容量更大 3、傳輸距離更長(zhǎng) 4、抗電磁干擾 5、尺寸小 6、重量輕 致使電信部門首先采用這種新技術(shù)更新已有的電纜傳輸系統(tǒng)，并建立了許多新的光纖線路。,光纖通信,在1980年以前，美國(guó)和英國(guó)的電話公司已經(jīng)在大西洋底敷設(shè)了7條連接歐美大陸的同軸電纜用以兩個(gè)大陸間的電話通信。 1988年，他們敷設(shè)的第8條連接歐美大陸的大西洋海底通信線路不再是同軸電纜而是光纜，這條光纜能夠同時(shí)傳送40 000路電話。 很快，這樣一條線路的通信容量也不能滿足需要，第2條、第3條光纜又相繼被沉入大西洋洋底，擔(dān)當(dāng)起歐美大陸通信線路的重任。同樣，在

11、太平洋及其他大陸或國(guó)家，也發(fā)生著類似的事情。,光纖通信,早期的光纖通信系統(tǒng) 應(yīng)用于脈碼調(diào)制語音通信系統(tǒng)和圖像的模擬傳輸；隨后光纖通信系統(tǒng)則用于PCM語音通信和圖像的數(shù)字傳輸、長(zhǎng)途干線傳輸及CATV系統(tǒng)。 現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng) 對(duì)現(xiàn)有的點(diǎn)到點(diǎn)的傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)提速，采用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速、大容量的光網(wǎng)絡(luò)、電節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)。而未來的光通信技術(shù)將朝著采用光節(jié)點(diǎn)、具有光交換功能的全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。,光纖通信,光纖已經(jīng)在電話通信網(wǎng)中占據(jù)了重要的地位。光纖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不僅被電信公司所利用，而且也被有線電視公司及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商們所利用。,現(xiàn)已安裝使用的光纖通信系統(tǒng)，光纖長(zhǎng)度有的很短，只有幾米長(zhǎng) (計(jì)算機(jī)內(nèi)部或機(jī)房

12、內(nèi)) ；有的又很長(zhǎng)，如連接洲與洲之間的海底光纜。 上世紀(jì)70年代以來，光纖通信的發(fā)展速度之快令人震驚，可以說沒有任何一種通信方式可與之相比擬。光纖通信已變成所有通信系統(tǒng)的最佳技術(shù)選擇。,世界光纖產(chǎn)值從 96年 92 億美元到2002年預(yù)計(jì) 198 億美元，每 6 年翻一番 現(xiàn)在世界上光纖生產(chǎn)速度為 3 200 km/小時(shí)，即每天生產(chǎn)的光纖可繞地球兩周 目前光纖產(chǎn)量每年遞增 2025% 目前光纜產(chǎn)值按應(yīng)用分類為：本地通信51.25%，LAN等 20.82%，干線 15.81%，CATV（75歐姆的同軸電纜） 8.6%，其它 3.5%,世界光纖通信發(fā)展情況,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式增長(zhǎng)，光通信是唯一的出路,

13、世界上所有新建的干線通信系統(tǒng)均采用光纖。 由于波分復(fù)用技術(shù)和光纖技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)在一根光纖上的傳輸容量每 912個(gè)月就翻一番。5Gb/s系統(tǒng)已在橫跨太平洋的海底光纜系統(tǒng)(TPC-5/6)中使用。波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)也在海底光纜系統(tǒng)上使用。 2002年阿爾卡特在 C 波段和 L 波段成功地進(jìn)行了10.2 Tb/s (25642.7 Gb/s) 距離為 3100 km 的傳輸試驗(yàn)。,通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出乎許多人的預(yù)料。電子傳輸設(shè)備速度的高速增加只有光纖線路的容量才能滿足。 硅數(shù)字器件速度充其量可達(dá)到 12 Gb/s，而鎵砷器件的速度是硅器件的 25 倍。10 Gb/s 的高速集成電路已經(jīng)

14、開發(fā)出來， 200 Gb/s 的晶體管和 40 Gb/s 的集成電路也已逐漸成熟。,在交換技術(shù)方面，電路交換逐漸被具有路由器功能的分組交換所取代，最后的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)光交換和電信網(wǎng)絡(luò)的全光化。 由于光電技術(shù)的發(fā)展和逐漸成熟，世界光纖市場(chǎng)和光電器件市場(chǎng)大幅增長(zhǎng)，而市場(chǎng)價(jià)格卻急劇下降。光纖通信產(chǎn)業(yè)方興未艾，其旺盛的生命力令人振奮。,1.1.2 光纖通信的特（優(yōu)）點(diǎn),1. 頻帶寬、傳輸容量大,在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜損耗低得多，因此相對(duì)于電纜或微波通信，光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 電纜基本上只適用于數(shù)據(jù)速率較低的LAN，距離較長(zhǎng)的高速局

15、域網(wǎng)（100Mb/s）和城域網(wǎng)（MAN）必須采用光纖。,光纖在 1 280 nm 1 620 nm的近紅外波段，具有 6個(gè)傳輸窗口，采用密集波分復(fù)用技術(shù)，這 6 個(gè)窗口從理論上講可以提供多達(dá) 10 000 個(gè)信道。 過去，通信線路是信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)瓶頸，但是自從使用光纜后，這個(gè)問題就不復(fù)存在了 。,全波光纖,光纖的傳輸帶寬,當(dāng)前運(yùn)用的單模石英光纖，如G.652C，G.652D，已經(jīng)基本消除氫損，它們的傳輸帶寬，可以從1260nm到1675nm，共有415nm寬度。一般把這415nm寬度劃分成O、E、S、C、L、U六個(gè)波段，具體劃分方法如下； 初始(O)波段 1260nm-1360nm 擴(kuò)展(E)

16、波段 1360nm-1460nm 短(S)波段 1460nm-1530nm 常規(guī)(C)波段 1530nm-1565nm 長(zhǎng)(L)波段 1565nm-1625nm 超常(U)波段 1625nm-1675nm 當(dāng)前各國(guó)光纖通信大都運(yùn)用在C與L波段，而且僅使用其中的一小部分，還有大部分頻率未曾使用。,光多路傳輸技術(shù),光多路傳輸技術(shù)是充分挖掘光纖帶寬潛力、擴(kuò)大通信容量的技術(shù)之一。采用多路傳輸技術(shù)可以充分利用光纖帶寬，給通信帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 目前研究開發(fā)的光復(fù)用技術(shù)有WDM、OTDM和 OCDM 。 目前 OTDM（光時(shí)分復(fù)用 ） 和 OCDM（光碼分復(fù)用 ） 均不成熟。,WDM 和 常 規(guī)的光通信

17、系統(tǒng)的比較,2. 損耗小、中繼距離長(zhǎng),電纜的損耗明顯大于光纖，有的甚至大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，電纜只能用于網(wǎng)徑不大的 LAN，網(wǎng)徑較大的 LAN 以及 MAN 只能使用光纖。 采用分布式喇曼放大技術(shù)，已使 32 波長(zhǎng)40 Gb/s WDM系統(tǒng)的無中繼距離達(dá)到 250 km。,3. 重量輕、體積小,由于電纜體積和重量較大，安裝時(shí)還必須慎重處理接地和屏蔽問題。在空間狹小的場(chǎng)合，如艦船和飛機(jī)中，這個(gè)弱點(diǎn)更顯突出。 然而，光纖重量很輕，直徑很小，即使做成光纜，在芯數(shù)相同的條件下，其重量還是比電纜輕得多，體積也小得多。通信設(shè)備的重量和體積對(duì)許多領(lǐng)域特別是軍事、航空和宇宙飛船等方面的應(yīng)用，具有特別重要的意義。

18、 在飛機(jī)上用光纖代替電纜，不僅降低了通信設(shè)備的成本，提高了通信的質(zhì)量，而且降低了飛機(jī)的制造成本。分析表明，每降低 12 kg，飛機(jī)制造成本就減少 27 萬美元。,4. 抗電磁干擾性能好,光纖由電絕緣的石英材料制成，光纖通信線路不受各種電磁場(chǎng)的干擾和閃電雷擊的損壞。所以無金屬加強(qiáng)筋光纜非常適合于存在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的高壓電力線路周圍、油田、煤礦和化工等易燃易爆環(huán)境中使用。 而電纜系統(tǒng)，在使用中至少可能遇到幾種直接的電氣危害: (1) 因電纜和部件上累積的靜電放電; (2) 耦合到電纜系統(tǒng)上的高頻電磁場(chǎng); (3) 部件和接地點(diǎn)間的電位差。 這些危害可能導(dǎo)致 LAN 部件甚至聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的損壞。在我國(guó)，已

19、有不少 LAN 遭到雷擊導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和 LAN 部件損壞的情況。,5. 泄漏小、保密性好,在現(xiàn)代社會(huì)中，不但國(guó)家的政治、軍事和經(jīng)濟(jì)情報(bào)需要保密，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)情報(bào)也已成為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的竊取目標(biāo)。因此，通信系統(tǒng)保密性能是用戶往往必須考慮的一個(gè)問題。 現(xiàn)代偵聽技術(shù)已能做到在離同軸電纜幾公里以外的地方竊聽電纜中傳輸?shù)男盘?hào)，可是對(duì)光纜卻困難得多。因此，要求保密性高的網(wǎng)絡(luò)不能使用電纜。 在光纖中傳輸?shù)墓庑孤┓浅Ｎ⑷酰词乖趶澢囟我矡o法竊聽。沒有專用的特殊工具，光纖不能分接，因此信息在光纖中傳輸非常安全，對(duì)軍事、政治和經(jīng)濟(jì)都有重要的意義。,6節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用,制造同軸電纜和波導(dǎo)管的金屬材料，

20、在地球上的儲(chǔ)量是有限的； 而制造光纖的石英（SiO2）在地球上是取之不盡的。,結(jié) 論,總之，由于通信用光纖都用石英玻璃和塑料制成，是極好的電絕緣體，而且光信號(hào)在光纜中傳輸時(shí)不產(chǎn)生泄漏，所以不存在電氣危害、電磁干擾、接地、屏蔽和保密性差等問題。再加上傳輸特性好的優(yōu)點(diǎn)，使光纖成為迄今為止最好的信息傳輸媒質(zhì)。 因此，在短短的三十幾年中，獲得了迅速的發(fā)展，不管是在干線網(wǎng)上，還是在接入網(wǎng)上。,1.1.3 光纖通信系統(tǒng),光纖通信概念： 通信是各種形式信息的有效傳遞，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，需要相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備和傳輸介質(zhì)。 我們以調(diào)幅廣播為例，話音信號(hào)經(jīng)過話筒后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后借助于頻率范圍是526.51605.

21、5kHz的載波，將信號(hào)“裝載”到載波上通過發(fā)射天線發(fā)送出去，在接收端由接收天線再將其“卸載”下來，這個(gè)過程稱為信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。調(diào)幅廣播的傳輸介質(zhì)是大氣信道。,AM信號(hào)的調(diào)制與解調(diào),而光纖通信則是用光作為信息的載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。它首先要在發(fā)射端將需傳送的電話、電報(bào)、圖像和數(shù)據(jù)等信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，即將電信號(hào)變成光信號(hào)，再經(jīng)光纖傳輸?shù)浇邮斩耍邮斩藢⒔邮盏降墓庑盘?hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最后還原成消息。,光纖通信系統(tǒng)用來連接一些節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)通常可能是交換機(jī)、終端、計(jì)算機(jī)、工作站等。光纖通信系統(tǒng)可分為三類：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)。 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)中，可能是單向的，也可能是雙向

22、的。 在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(設(shè)有N個(gè)工作站)的系統(tǒng)中，其中站1可發(fā)送信息到所有其他N1個(gè)站，也可以接收其它各站發(fā)送來的信息，但其他各站之間不能相互通信。該系統(tǒng)的一個(gè)特殊情況是廣播網(wǎng)絡(luò)，即一個(gè)站可發(fā)送信息到所有其他N1個(gè)站。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)僅僅是網(wǎng)絡(luò)的特例。在網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)站可以與其他任一個(gè)站進(jìn)行通信，而絕不僅僅是一個(gè)站只能與另外N1個(gè)站通信。,光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類, 基于光纖系統(tǒng)的三大網(wǎng)絡(luò),由于歷史發(fā)展的局限，世界范圍內(nèi)已經(jīng)形成了以同軸電纜、雙絞線等為主要傳輸介質(zhì)的電話傳輸網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視（CATV）網(wǎng)，而且形成了“三網(wǎng)獨(dú)立”的局面。,光纖網(wǎng)絡(luò),在上述三種網(wǎng)絡(luò)中，很多地方采用了光纖技術(shù)

23、，構(gòu)成光纖網(wǎng)絡(luò)。因此，光纖網(wǎng)絡(luò)從功能上來講仍然可以按照電網(wǎng)絡(luò)的分類來劃分，即光纖計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)、光纖電話網(wǎng)和光纖有線電視網(wǎng)等,光纖計(jì)算機(jī)通信網(wǎng),現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是在遠(yuǎn)程終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過公用電話網(wǎng)把計(jì)算機(jī)互連起來，并建立分層通信體系和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，使計(jì)算機(jī)之間的通信可靠。,光纖計(jì)算機(jī)通信網(wǎng),用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信連接線有銅雙絞線、細(xì)同軸電纜、粗同軸電纜、光纜及微波、紅外線和激光、衛(wèi)星線路等無線傳輸媒體。 以光纖光纜為傳輸介質(zhì)的光網(wǎng)絡(luò)特別適于作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這是因?yàn)橐M(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)在發(fā)射端只需進(jìn)行一次電/光轉(zhuǎn)換，在接收端進(jìn)行一次光/電轉(zhuǎn)換就可以了。 而在電話網(wǎng)中使用光網(wǎng)絡(luò)

24、時(shí)，在進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換之前必須先將模擬的話音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在接收端首先進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換才能得到模擬的話音信號(hào)。目前，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)主要干線的高速通道使用的就是光纖。,網(wǎng) 絡(luò) 分 類,傳統(tǒng)上，以服務(wù)范圍把網(wǎng)絡(luò)分為三類: (1) 光纖局域網(wǎng)LAN (Local Area Network) ，服務(wù)范圍 2 km ，如以太網(wǎng)，信令環(huán)和信令總線; (2)光纖城域網(wǎng)MAN (Metropolitan Area Network)，服務(wù)范圍 100 km，如電話本地交換網(wǎng)或者有線電視)分配系統(tǒng); (3)光纖廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)，服務(wù)范圍可達(dá)數(shù)千公里，如開放

25、系統(tǒng)互連國(guó)際網(wǎng)絡(luò)等。,局域網(wǎng),局域網(wǎng)是連接一個(gè)較小區(qū)域內(nèi)如一個(gè)辦公大樓，一個(gè)工廠，一個(gè)學(xué)校的用戶的網(wǎng)絡(luò)。例如，一所大學(xué)的計(jì)算中心房間里，計(jì)算機(jī)在這一局域網(wǎng)中，與房間中所有其他的計(jì)算機(jī)相連，也與整棟建筑內(nèi)的辦公室的計(jì)算機(jī)相連。局域網(wǎng)中各個(gè)計(jì)算機(jī)間的連接一般是電纜，也有少數(shù)網(wǎng)絡(luò)用光纜連接。在LAN中使用光纖的最大動(dòng)力是光纖的巨大帶寬，而不是比用銅纜能傳輸更遠(yuǎn)的距離。,城域網(wǎng),城域網(wǎng)是為一個(gè)城市內(nèi)的用戶或?yàn)橐粋€(gè)大城市內(nèi)某一個(gè)城區(qū)的用戶提供信息互連功能的網(wǎng)絡(luò)。為保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，MAN采用雙光纖環(huán)結(jié)構(gòu)。,廣域網(wǎng),廣域網(wǎng)連接的是不同城市甚至不同的國(guó)家的用戶計(jì)算機(jī)。城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)可以通過公共電話交換網(wǎng)

26、PSTN相連。, 單信道光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成,光發(fā)射機(jī)的作用是把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)注入光纖傳輸。 光接收機(jī)的作用是把經(jīng)光纖傳輸后的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，對(duì)其放大并解調(diào)出原基帶信號(hào)。 光中繼器的作用是對(duì)經(jīng)光纖傳輸衰減后的信號(hào)進(jìn)行放大。光中繼器有光-電-光中繼器和全光中繼器。,簡(jiǎn) 化 模 型,光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成-光發(fā)射機(jī)作用,光纖通信系統(tǒng)通常由光發(fā)射機(jī)、光纖、中繼器和光接收機(jī)組成。 光發(fā)射機(jī)的作用是把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)注入光纖傳輸，它通常由復(fù)用器、調(diào)制器和光源組成。 復(fù)用器的作用是把多路信息信號(hào)復(fù)用為時(shí)分復(fù)用（TDM）信號(hào)或頻分復(fù)用（FDM）信號(hào)。 調(diào)制器的作用是用復(fù)用信號(hào)直接調(diào)制（IM）激光器（LD

27、）的光強(qiáng)，或通過外調(diào)制器調(diào)制 LD 的相位。 光源是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，以便在光纖中傳輸。,光接收機(jī)和中繼器,光接收機(jī)的作用是把經(jīng)光纖傳輸后的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，對(duì)其放大并解調(diào)出原基帶信號(hào)。 光中繼器的作用是對(duì)經(jīng)光纖傳輸衰減后的信號(hào)進(jìn)行放大。光中繼器有光-電-光中繼器和全光中繼器。 如需對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分出和插入，可使用光-電-光中繼器； 如只要求對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，則可以使用光放大器。,光纖通信系統(tǒng)隨著多模光纖發(fā)展到單模光纖，多模激光器發(fā)展到單模激光器，從短波長(zhǎng)系統(tǒng)發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng)系統(tǒng)，已經(jīng)歷了三代。,圖1.1.3 系統(tǒng)速率與無中繼距離關(guān)系,比特率,比特率是指每秒傳送的比特(bit)數(shù)。單位為 b

28、ps(Bit Per Second)，比特率越高，傳送的數(shù)據(jù)越大。計(jì)算機(jī)中的信息都是二進(jìn)制的0和1來表示，其中每一個(gè)0或1被稱作一個(gè)位，用小寫b表示，即bit（位）；大寫B(tài)表示byte,即字節(jié)，一個(gè)字節(jié)八個(gè)位，即1B8b。表示文件的大小單位，一般都使用字節(jié)（KB）來表示文件的大小。Kbps：首先要了解的是，ps指的是/s，即每秒。Kbps指的是網(wǎng)絡(luò)速度，也就是每秒鐘傳送多少個(gè)千位的信息（K表示千位，Kb表示的是多少千個(gè)位），為了在直觀上顯得網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度較快，一般公司都使用kb（千位）來表示，如果是KBps，則表示每秒傳送多少千字節(jié)。1KBps8Kbps。ADSL上網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)速是512Kbps,

29、如果轉(zhuǎn)換成字節(jié)，就是512/864KBps(即64千字節(jié)每秒）。 在電信和計(jì)算中, 比特率 (有時(shí)書面bitrate) 是位被傳送通過收音機(jī)或?qū)Ь€的速度。,三代光纖通信系統(tǒng)的特點(diǎn),上世紀(jì)七十年代，第一代光纖通信系統(tǒng)是使用漸變多模光纖的短波長(zhǎng)（0.85 m）系統(tǒng)，光源采用發(fā)光二極管(LED)，速率為 34 Mb/s 或 45 Mb/s，無中距傳輸距離僅為（1020）km。 上世紀(jì)八十年代，第二代光纖通信系統(tǒng)使用單模光纖的1.3m（零色散波長(zhǎng)）系統(tǒng)，工作波長(zhǎng)已由短波長(zhǎng)發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng)（1.31m 和 1.55 m），光源使用多模激光器（LD），傳輸速率已提高到 140 Mb/s 和 565 Mb/s，無中距傳輸距離已增加到（100150）km。 上世紀(jì)九十年代以來，第三代光纖通信系統(tǒng)使用1.55m（1.55m的損耗為0.20dB/km，這是光纖的最低損耗 ）的單