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光纤通信


光纤通信
胡勃宁

学习意义
? 掌握一些光纤通信技术是现实需要对相关人员合理

知识结构一个不可缺的重要组成部分
? 光纤通信技术在进30、40年里得到了极大的发展,

目前它和移动通信、数据通信已经成为电信领域发 展的基石。

知识结构
SDH WDM

光纤通信原理

通信基础理论、电磁场

课程内容

课程介绍

涵盖现代光纤通信与网络的基本原理、相关 技术及应用

课程要求
掌握光纤、半导体光器件的基本原理及特性, 光端机及光通信系统的组成。 掌握SDH同步传输网及其同步复用的原理、 网络同步、自愈环网等。

48学时,4学时实验 ,2.5学分

内容组织

光纤通信
第一部分 光纤 通信 原理 第二部分 SDH 光同步 网络

第1章 概论 第2章 光纤和光缆 第3章 通信用光器件 第4章 光端机 第5章 数字光纤传输系 统 第6章 光纤通信新技术

第1章 概论 第2章 SDH帧结构和复用步骤 第3章 开销和指针 第4章 SDH设备 第5章 SDH自愈网

学习建议

? ? ?

Learn from practice

More thinking and analogy

Try to understand

1. 光纤通信 2. 光纤通信
顾畹仪

参考书目

刘增基 西安电子科技大学出版社 人民邮电 出版社

3. 光纤通信
张宝富西安电子科技大学出版社

4. SDH及其新应用
韦乐平,人民邮电出版社

5. Fiber-Optic Communication Technology
Govind P. Agrawal 清华大学出版社

通信网络
Switching Component 互连传输设备, 为流量进行路由

Phone (CPE)

Transmission Facility

PBX

PBX (CPE) 发送和接收用户 信息、交换控制 信息、发出呼叫

建立端点间的连接, 提供流量传输路径
CPE: Customer Premises Equipment

通信网络的分类
按拓扑结构 网状网络 星型网络 总线型网络 按交换机制 按流量 电路交换 分组交换

通信网

传输机制
按功能域

按复用机制
用户驻地网 接入网

传输网
业务提供网

空分复用 频分复用 时分复用 统计复用

按主体应用

电信网 数据通信网 视频网

传输网在电信网中的位置
构成电信网的基本要素: 用户终端设备、传输链路、转接交换设备
用户A 交换机 交换机 用户B 传输 链路

传输 链路

传输 链路

电信传输网
CPN
用户 所在 地网 络 接 入 网 交 换 网

CPN

传 输

交 换 网

接 入 网

用户

所在
地网 络



? 传输网位于交换设备之间,为各种专业网

提供透明传输通道。
? 是为各种电信业务网和各类应用信息系统

提供高速、可靠的传输平台,是十分重要
的基础网。

第1章

概述

1.1 光纤通信发展的历史与现状
1.1.1 探索时期的光通信 1.1.2 现代光纤通信 1.1.3 光纤通信发展的现状

1.2 光纤通信的优点和应用
1.2.1 光纤通信的优点 1.2.2 光纤通信的应用

1.3 光纤通信系统的基本组成 1.4 光纤通信的发展趋势

目标
1.了解光纤通信的发展 2.掌握光纤通信的组成 3.掌握光纤通信的优点

4.熟悉光纤通信的发展动向

1.1光纤通信发展的历史的现状
1.1.1探索时期的光通信 (1).最早的光通信——————目视光通讯 烽火台 旗语(F1赛车)
? 利用大气传播可见光,由人眼接收 ? 光通信指的是一切运用光做载体而传送信息的

所有信息方式的总称,而不管传输所使用的媒 质是什么。

(2).光电通信方式——贝尔的光电话(1880年)
弧光灯 透镜 抛物镜 硅电池 受话器 话筒 透镜 图1-4 贝尔光电话

? 光源:太阳光,灯光等普通光源

光的频率不稳定、不单一,光的性质也很复杂。 ? 传输媒介:大气 损耗大 因此,要用光通信,要解决两个问题 光源: 高强度可靠的光源 传输媒介: 稳定的,低损耗的传输媒质

光纤通信的关键问题
? 低损耗的光纤 ? 高可靠、长寿命的光源及高响应的光检测器件

? 光测量及光链接器件

(3).激光大气通信 1).1960年 美国人梅曼(Maiman)发明第一 台红宝石激光器.使沉睡80年的光通信进入 一个崭新阶段 2).1970年 贝尔研究所的林严雄等人研制出能 够在室温下连续工作的半导体激光器(寿命 短) 3). 1979年美国电报电话公司和日本的电报公 司几乎同时研制出寿命达100万小时的半导体 激光器,从而有了真正实用的激光器。

? 经过不懈努力,发现了透明度很高的石英玻璃丝可以

传光。
? 用它制造了医疗上的内窥镜,可以观察距离一米左右

的体内情况。但他的损耗很大。
? 20世纪60年代,最好的玻璃纤维的损耗仍在

1000dB/Km。

10dB/Km:信号传送1公里后只剩1/10,
20dB/Km:只剩1/10 0….,是无论如何也不能用于通信的
? 还考虑过一些比较复杂的波导结构,但最后也放弃了 . ? 因此,当时许多科学家和发明家认为玻璃纤维通信希

望渺茫,失去了信心,放弃了对光纤通信的研究。

1.1.2 现代光纤通信

光纤的发展

1966年,高锟和霍克哈姆发表了可能实现光纤通信 的论文。

光器件的发展

通信系统的发展

1.1.3 光纤通信发展的现状
? 1976年美国在亚特兰大进行的现场试验,标

志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
?

光纤: 多模 工作波长:0.85μm 传输速率: Mb/s

单模 1.31μm和1.55μm Gb/s

我国通信概况
?

1971—1977年,理论研究。 1977年,武汉邮电研究院研制成功中国第一根阶 跃折射率分布的、波长为 0.85μm多模光纤。

? ? ? ?

1978—1981年,室内实验和现场实验阶段。

1979在北京和上海建立市话光缆通信实验系统
1991起,不再建设长途电缆通信系统,而大力发展 光纤通信。 在八五期间建成了含22条光缆干线、总长33000公 里的“八横八纵”大容量光纤通信干线传输网

1999年1月,最高传输速率的国家一级干线(济南青岛)8×2.5Gb/s密集波分复用系统DWDM建成

? 光纤价格不断下降,应用范围不断扩大:

市话局间中继

数字电话

单一类型信息

长途干线

有线电视(CATV)

多种业务

用户接入网

分配 线路 控制 光纤用于 接入的前 馈部分

光纤用于长 途网

光纤用于 城域网

光纤用 于分配 网络

图光纤应用的延伸

目前光纤已成为信息宽带传输 的主要媒质。 ?光纤通信系统将成为未来国家信 息基础设施的支柱。
?

光纤通信 卫星通信 无线通信

1.2光纤通信的优点和应用
1.2.1 光纤通信的概念 通信: 泛指将信息从一处传到另一处,传输距 离可以是几米也可以是跨洋传输。信息通常 被(频率从几MHz到几百THz)电磁波携带。 光纤通信: 是以光波为载波频率,以光导纤维(光 纤)为传输介质的传送信息的通信方式。

f=100THz
0.8μm 远红外 中红外 1.8 μm 可见光 紫外线

近红外
可 见 光 紫 外 线

无线电波

红 外 线

X射线

γ射线

图1-1 电磁波频谱

图 1-2 光 波 在 电 磁 波 频 谱 中 的 位 置

频率

波长 1m m

名称
紫外线 可见光线

100 THz

光纤 通信

10m m 近红外线 10 THz 远红外线 m m 100 1 THz 亚毫米波 1 mm 100 GHz 毫米波 微波 m 10 m 10 GHz 厘米波 m 100 m 1 GHz 分米波 1m 无线电 100 MHz 米波 10 m 10 MHz 短波 100m 中波 1 MHz

通信方式

载波频率

带宽利用率

系统带宽

无线电通信
微波通信 光通信

100M Hz
10GHz 100THz ~400THz

10%
10% 10%

10M Hz
1GHz 10 000~40 000 GHz

图1-3各种通信方式比较

? 光波实际是一高频的电磁波。 ? 在讨论高频电磁波时,我们习惯采用波长来代替频

率描述 。

? 光波长常用单位:微米 1μm=10-6 m 纳米 1n m =10-9 m 埃 1?= 10-10 m ? 频率常用单位: 赫兹 Hz 兆赫 1MHz= 106 Hz 吉赫 1GHz= 109 Hz 太赫 1THz= 1012 Hz 拍赫 1PHz= 1015 Hz

1.2.2 光纤通信的优点
1. 容许频带很宽,传输容量很大 2. 3. 4. 5. 6. 损耗小,中继距离很长且误码很小 重量轻,体积小 抗电磁干扰性能好 泄漏小,保密性能好 节约金属材料,有利于资源合理使用

传输介质

带宽
( M Hz )

衰减 中继 铺设 接续 系数 距离 安装
(dB/Km) (Km)

对称电缆

6

20

1~2 方便 方便

同轴电缆

400

19
2 0.2~3

1.6 方便 方便
10 特殊 特殊

微波波导 40~120 光纤光缆 G Hz ~T Hz

750 方便 特殊

1000 km -1) 传输损耗 /(dB·

100
10 1

波导器

光纤

0.1 10 M 100 M 1 G

10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T (注) M: 106 频率/Hz 109 G: 1012 T:

图 1-7 各种传输线路的损耗特性

通信手段
微波无线电 小同轴 中同轴 光缆 光缆 光缆

传输容量(话 路)/条 960
960 1800 1920 14000(1Gb/s) 6000(445MB/S)

中继距 1000 km内 离/km 中继器个数 50 20
4 6 30 84 134 250 1600 33 11 7

图 1-8 光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较

系统/话路公里相对造价

平行双绞线电缆 同轴电缆
10
-1 -2 10 -3 10

微波

光缆

10

-4

-5 10 10

10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

话路数/条

图 1-9 各种通信系统相对造价与传输容量的比较

1.2.3 光纤通信的应用
全球通信网

1.通信网

各国的公共电信网 各种专用通信网
特殊通信手段

2.构成因特网的计算机局域网和广域网 3.有线电视网的干线和分配网 有源接入网 4.综合业务光纤接入网

无源接入网

1.3 光纤通信系统的基本组成
光纤传输系统 发 射 接 收 电 光 光 电 信 信 光纤线路 接 发 发 接 息 息 射 射 收 收 源 宿 机 机 机 机 电信号 光信号 光信号 电信号 输入 输出 输入 输出 图 1-10 光纤通信系统的基本组成

1.信息源:把用户信息转换为原始电信号,这种 信号称为基带信号 2.光发射机:e/o,并用耦合技术把光信号最大限 度地注入光纤线路
3.光纤线路:是把来自光发射机的光信号,以尽 可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机 4.光接收机:o/e

1. 4 光纤通信发展趋势 1.传输体制从准同步体系向同步数字体系过渡 2.由单波长通道向多波长通道过渡 3.用户网的光纤化 4.光交换节点将取代电交换节点 5.相干光通信是未来的光纤通信方式 6.孤子通信与全光系统


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