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1、 80年代以来，光纤通信在电信网中获得了大规 模应用。其应用场合已逐步从长途通信、市话局间中 继通信转向接入网。光纤通信的廉价、优良的带宽特 性正使之成为电信网的主要传输手段。 目前美国、欧盟以及日本等国家都已开展了基于 波分复用（WDM）的光网络技术的研究，WDM全 光网是光传输网的发展方向。 光纤通信 传输网 有线传输网 _光纤通信:波长：0.8m-1.6m,频率:1014- 1015Hz _电缆通信：大同轴、中同轴、小同轴 无线传输网 数字微波 卫星通信 传输网 交换网 DDN 分组交换 ISDN 7号信令 我国传输网分： 国家一级干线（连接国内各个省之间的 电信线路） 国家二级干线（或
2、称省级干线，连接省 内地区或市的电信线路） 本地线路（或称本地网，地区内或市内 连接各电信局的电信线路） 光纤通信用途 传输网 接入网 有线电视系统CATV 大楼综合布线系统 校院网(局域网) 频率（Hz） 102 104 106 108 1012 1014 1016 1018 1020 1022 106 104 102 1 1010 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 10-14 波长名称 长波 中波 短波 超短波 微波 毫米波 红外线 可见光 紫外线 X射线 10mm 1mm 100m 10m 1m 100nm 10nm 1nm 红外线 可见光 紫外线 光 电磁
3、波谱 一.光纤通信发展简史 1880年 A.G.贝尔利用可见光做光电话机，证实光 波可以携带信息 1960年 发明了新光源激光器后，极大的促进了光 波通信的研究 激光器特性：单色性、强方向性、高亮度 发展过程： 60年 固体红宝石激光器 61年 氦-氖 气体激光器 70年 半导体激光器（体积小、耗电少、调制 速度高、使用方便） 1966年 华裔科学家高锟博士等人提出从玻璃材料 中去除杂质可以制成衰减为20dB/km的光导纤维 。 1970年 美国康宁玻璃公司根据高氏理论首先制 造出衰减为20dB/km的光导纤维，使光导纤维 的发展得到突破。 1973年 美国贝尔研究所生产出衰减为1dB/km
4、的低损耗光纤 1976年 日本电报电话公司（NTT）制造出 0.5dB/km 的低损耗光纤 1976年 在美国亚特兰大成功进行了码速率为 44.7Mb/s的光通信系统性能试验,从此光通信技术 进入实用化阶段 二.光通信特点 频带宽,通信容量大 理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达 20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤 通信系统达400GHz,而一路电话带宽约占4KHz 频带,一路彩色电视约占6MHz频带 损耗低,中继距离长 铜缆的损耗特性与缆的结构尺寸及所传输信号 的频率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度( 或者说透明度)有关,高质量望远镜的镜头其损 耗超过500dB/km
5、,目前通信用光纤的最低损耗 达0.2 dB/km 具有抗电磁干扰能力 光导纤维是绝缘体材料,不受输电线,电气化铁路及 高压设备等电器干扰,可以与高压电线平行架设,还 可制成复合光缆 无串话,保密性好 通信质量高 线径细,重量轻,柔软 可制成大芯数高密度光缆 单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机上 节约有色金属,原材料资源丰富 可节约大量铜金属 缺点 质地脆,机械强度低 光纤切断和接续需要一定的工具,设备和 技术 分路,耦合不灵活 光纤,光缆弯曲半径不能过小(20CM) 在偏僻地区存在有供电困难问题 三.通信用光纤、光缆 光纤种类与尺寸 包层 纤芯 包层与纤芯的主要材料均为玻璃，但它们掺杂
6、不同的杂质 ，使包层与纤芯具有不同的折射率。包层的外面还有一层 保护层保护光纤 简单说模式就是指电磁场的“波形” 光纤中光波的传输原理-全反射之字线传输 n2 n1 n2 空气 A B MAX 当n1n2 1 c时 发生全反射 c：临界角 只要满足全内反射条件连 续改变入射角的任何光射 线都能在光纤纤芯内传输 入射光反射光 折射光 折射率n1 折射率 n1 n2 1 光缆 干线缆(架空光缆,直埋光缆,海底光缆,复合光 缆)96芯以下 局内光缆 芯数少，比光线缆柔软 用户缆 根据需要几百芯或几千芯,纤芯为带 状光纤 四.光纤传输特性 光纤特性有光学特性,传输特性,机械特性, 温度特性等九项,其中
7、传输特性有两个 损耗特性 色散特性 1.损耗特性 L A(P1) B(P0) = log 10 L P1 P0 为损耗系数 损耗特性与光的工作波长有关,在三个工作窗口有相对 小的损耗: 第一窗口光工作波长0.85m,损耗稍大 第二窗口光工作波长1.31m,损耗中等 第三窗口光工作波长1.55m,损耗最小 2.色散特性 由于光纤所传输信号中不同模式或不同频率成 分因传输速度的不同而引起传输信号发生畸变 的一种物理现象. 色散与光的工作波长有关,1.31m处是色散的最 小点. 1.01.2 1.41.6 色散 激光光源频谱图 光纤种类 G.652光纤 即常规单模光纤，在1310nm波长工作时，理论
8、色散值为零； 在1550nm波长工作时，传输损耗最低，但色散系数较大。单 通路速率达到STM-64时，需要采取色散调节手段。 G.653光纤 在1550nm波长工作时性能最佳，又称为色散移位光纤。零色 散点从1310nm移至1550nm波长区。 G.654光纤 截止波长移位的单模光纤，它的设计重点是降低1550nm波长 处的衷减。主要应用于需要很长再生段距离的海底光纤通信 。 G.655光纤 又称之为非零色散移位单模光纤，零色散点移至1570nm或 15101520nm附近，使1550nm处具有一定的色散值。色散受限距离 达数百公里。可以有效的减少波分复用系统的四波混频的影响。 五.光通信系统
9、 1 数字通信制式 2 PDH数字复用体系 PDH通信系统 Plesiochronous Digital Hierarchy PDH通信系统称为准同步数字体系，英文 全称如下 其帧结构为链形:125m125m125m 交 换 机 传 输 局 A 中 继 站 传 输 局 B 交 换 机 E/O O/EE/O O/E 2Mb/s 8 Mb/s34Mb/s 140Mb/s 电端机 光 端 机 444 PDH系统组成图 3 SDH通信系统 SDH是一种全新的传输体系,解决了许多PDH系统解 决不了的难题 4 基于SDH 的波分复用系统 一根光纤里传输多个波长的光信号,传输4个波长光 信号的系统称4波复
10、用,目前的最高级别是32波复用 5 IP over SDH 及IP over WDM IP over X是随着INTERNET的发展提出的一个新课 题，X选什么也是人们目前争论不修的问题 3 SDH技术 1） PDH弱点与SDH的产生 PDH弱点 只有地区性的数字信号速率和帧结构标准，不 存在世界性标准 没有世界性的标准光接口规范 准同步系统的复用结构除几个低速率等级的信 号采用同步复用外，其他多数等级的信号采用 异步复用，难于从高速信号中识别和提取低速 支路信号 准同步系统的网络运行、管理和维护（OAM） 比特不够丰富 SDH产生 贝尔研究所提出称之为同步光网络的（SONET）概 念，目的是
11、阻止互不兼容的光接口的的大量滋生， 实现标准光接口。 1988年ITU-T接受了SONET概念，重新命名为同步 数字体系-SDH Synchronous Digital Hierarchy 2） SDH的线路码速率 2Mb/s 1.5Mb/s 34Mb/s 140Mb/s 45Mb/s STM-1 STM-4STM-16STM-64 3）SDH的STM-1帧结构 F1F2 F3F4 F5 F6 再生段 开销 指针 复用段 开销 净负荷 270列 9列 9行 每一帧的传输时间是125m,即帧频是8000 每一帧所传的比特数是9270 8=19440 STM-1信号的码速率是 19440125m=
12、155.52Mb/s STM-1 155Mbit/s 21.5 34140 (单位Mbit/s)45 P O HC-4 VC-4 P O H P O H P O H P O H C-3 VC-3 34Mbit/s及140 Mbit/s映射复用示意图 1帧 1帧 开销 开销 C：容器 VC：虚容器 POH：通道开销 VC-4：261*9个字节 VC-3：86*9个字节 4）STM-1信号复用成STM-4信号 STM-4复用 t t STM-1 STM-4 七 波分复用系统 光波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光纤 中同时传输多波长光信
13、号的一项技术。 其基本原理是在发送端将不同波长的光 信号组合起来（复用），并耦合到光缆 线路上的同一根光纤中进行传输，在接 收端又将组合波长的光信号分开（解复 用），并作进一步处理。 光 合 波 分 波 器 光 合 波 分 波 器 1 22 1 nn 波分复用示意图 通路分配表(8通路） 序号中心频率（THz)波长（nm) 1192.101560.61 2192.301558.98 3192.501557.36 4192.701555.75 5192.901554.13 6193.101552.52 7193.301550.92 8193.501549.32 波分复用系统采用的光器件 光分波合
14、波器 光栅型光波分复用器 介质模滤波器型 阵列波导光栅型 光放大器 光功率放大器 光前置放大器 光线路放大器 有掺铒、掺镨、掺铝、喇曼光纤放大器等 光波长转换器 可用于发送端、接收端、中继器 WDM系统在传送网中的位置 WDM光路层 SDH通道层 电路层（如ATM、IP等） 多波长复用频谱图 波分复用系统的光工作波长选择1550nm波长窗口 ，现在常用的有4波复用、8波复用、16波复用 、32波复用等。 物理层（光纤） 光传送段层 光复用段层 光通道层 SDHPDH ATM IP 光波长业务 OXCOXC OXC OA 光通道 光复用段 光信道层：负责为来 自电复用段层的客户 信息选择路由和分配 波长。 光复用段层：保证相 邻两个波长复用传输 设备间多波长复用光 信号的完整传输。 光传输段层：为光信 号在不同类型的光传 输媒质上提供传输功 能。 全光网分层结构
