光纤通信 第01章1

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1、第一章 概 述,1.1 光纤通信的发展简况 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类 1.4 光纤通信网络现状 1.5 光纤通信发展趋势,1.1 光纤通信的发展简况,1.1.1 早期的光通信 到了1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。 在这里，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调制。,图1.1 贝尔电话系统,贝尔光电话和烽火报警一样，都是利用大气作为光通道，光波传播易受气候的影响，在大雾天气，它的可见度距离很短，遇到下雨下雪天也有影响。 1.1.2 光纤通信 在大气光通信受阻之后，

2、人们将研究的重点转入到地下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验，如图1.2所示。,图1.2 反射波导和透镜波导,光纤通信定义：pp.1 激光、光纤,1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于英国标准电信研究所)博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。,在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁（http:/ 1976年美国在亚特兰大进行了44.736M

3、bit/s的现场实验 1977年 武汉邮电设计院，多模光纤 1978年，日本开始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通信实验； 1979年，美国AT&T（美国电报电话）和日本NTT（ ）均研制出了波长为1.31m的半导体激光器，,日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km，波长为1.55m)，同时进行了多模光纤(同时允许多个方向的光线在其中传送的光纤)1.31m的长波长传输系统的现场试验。 到如今，光纤通信已经发展到以采用光放大器(Optical Amplifier，OA)增加中继距离和采用波分复用(Wavelength Division Multiplexing

4、，WDM)增加传输容量为特征的第四代系统。,第一阶段：短波长（0.85 m )、低速率、多模光纤 第二阶段：提高传输速率、增加传输距离； 1.31 m 、单模 第三阶段：超大容量、超长距离； 1.55 m 、2.510Gb/s、100150km 第四阶段：波分复用、光孤子通信,目前，我国光通信网络无论是网络规模，还是设备先进程度或技术应用水平，均达到了与世界先进水平同步的程度。从产业整体看，光通信领域已是我国高科技与世界一流水平距离最近的领域，完全达到与世界潮流同步。 从网络规模看，我国著名的“八纵八横”长途骨干网已于1998年提前完成，使我国光纤网络规模跃居世界前列。在此基础上，中国电信、中

5、国联通等运营商又相继建设了320G高速环中国网、全国骨干智能网、中国有线广播电视骨干传输网、网通广州至深圳DWDM传输干线等骨干光纤网络，以及一大批城域网络。,从业务需求角度看，用户对带宽的理解和要求已经不同于以往。以前宽带服务提供商提供ADSL接入时向用户承诺最高可以达到2M、1M或者 512Kbit/s的带宽，实际上远远达不到这个要求。电信服务承诺的概念被扭曲了，现在宽带用户逐渐成熟了，他们对这种承诺已经不接受，要求有光纤接入等新的技术来保证带宽。国内房地产建设市场的旺盛也给光纤接入注入了活力。我国每年新建房产上亿平方米，在新楼盘的建设中必然有接入网络的建设问题，而光接入显然是首选的接入技

6、术。,光纤通信始于上个世纪70 年代，在经历了1980年代的起步期与1990年代的成长期后，迅速在全球高速发展。然而，新世纪开始后的2001年至2003年，由于互联网泡沫的挤压，光通信市场出现严重萧条。各国为拉动经济的发展，特别是信息产业的发展，都将视线转向光纤到户(FTTH)。正是在这种情况下，从2003年开始，日本、韩国、美国、欧洲等地的光纤到户市场呈现了蓬勃发展之势。 根据一些市场调研机构的预测，从2005年下半年开始，光通信设备出货量将快速成长，因为电信市场的正面发展，将有效地刺激光通信设备市场的出货量。预测指出，2005年上半年，光通信设备销售额约为437亿美元，与2004年同期持平

7、。预计下半年销售额成长速度将会加快，达到490亿美元，较2005年上半年成长12%。由于上半年电信设备销售额成长缓慢，预计2005年全年销售额将达到928亿美元，仅比2004年的903亿美元增长2.7%。,1.2 光纤通信的主要特性,1.2.1 光纤通信的优点 1. 光纤的容量大 光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其载波光波具有很高的频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信容量。,2. 损耗低、中继距离长 目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55m波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系

8、统的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。,如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长(2m)，光纤的理论损耗系数可以下降到10-310-5dB/km，此时光纤通信的中继距离可达数千，甚至数万公里。 3. 抗电磁干扰能力强 我们知道，电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在电气化铁路附近铺设。,4. 保密性能好 对通信系统的重要要求之一是保密性好。然而，随着科学技术的发展，电通信方式很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至几公里以外)设置一个特别的接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。更不用去说无线通信方式。 5. 体积小，重量轻 6. 化学性能稳定 7. 节省有色金属和原材

9、料,1.2.2 光纤通信的缺点 事物都是一分为二的，光纤通信有许多优点，因而发展很快，但光纤通信也有以下缺点。 1. 不可过分弯曲 2. 光纤连接困难 3. 分路、耦合困难 4.抗拉强度低、光纤怕水,1.3 光纤通信系统的组成和分类,1.3.1 光纤通信系统的组成 光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。（图1-2） 系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制可以省去调制器，这些将在后续章节中详细介绍。,光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原

10、始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成，对于直接强度调制解调器可以省略。 光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一处。 中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离（信号的放大和整形）。,LD: 激光二极管 LED: 发光二极管 PIN: 光电二极管 APD: 雪崩型光电二极管 目前我国规模最大的光源、检测器制造单位是武汉电信器件公司、深圳飞通光电子技术有限公司,一些企业,深圳恒通宝光电子有限公司 武汉华工科技产业股份有限公司正元光子分公司 武汉天讯科技股份有限公司 北京福创光电子股份有限公司 上海奥普光电技术有限公司 四川

11、康和光电子有限责任公司 重庆光电技术研究所 信息产业部电子第44研究所等20余家， 光纤放大器 无锡中兴光电子技术有限公司、 武汉光讯通信技术有限公司等。 在光有源器件方面还有一些外资企业， 如深圳光炬（JDS Uniphase的子公司）、 深圳新福克斯,光无源器件的市场,我国光无源器件的市场份额约为10亿元 其中光连接器的市场份额为33%、 耦合器为8%、 WDM为2%、 滤波器为 25%、 DWDM为18%、 隔离器为12%、其他无源器件为2%,浙江省十一五规划,（三）通信产业发展目标和重点 制造业发展目标：年均增速保持20%以上，到2010年，总产值超过1500亿元。其中出口超90亿美元

12、。产业规模进入全国前三位。 区域重点。在杭州，建设以UT斯达康、东方通信、华立控股、华为三康等为支撑的杭州移动通信产业基地；在宁波，建设以波导股份、三星通讯、屹东电子等为支撑的宁波移动通信产业基地；在湖州，建设以南方通信、正导线缆、京昌电子等为支撑的湖州通信产业基地；在富阳，建设以富通集团、富春江集团、华达通信等为支撑的富阳光通信产业基地。 技术重点。组织华立、波导、华为等企业实施国家高技术产业化重大专项项目，重点研发第三代移动通信（3G）技术和下一代互联网（IPV6）技术，形成自主知识产权和技术标准，努力抢占产业制高点。支持诺基亚、摩托罗拉、三星等国际跨国公司的发展，吸收外来技术和扩展制造业

13、，增强浙江通信产业的综合实力。 产品重点。确定以网络计算机（NC）、第三代移动通信设备、宽带接入设备、数字视听产品、机顶盒、掌上电脑等六个方面的整机系统产品为重点。借此产品，亦可带动芯片设计、IC设计、嵌入式软件以及所有现有软件的微内核化发展。 服务业发展目标：年均增速保持20%以上，到2010年，电信业务收入达到800亿元，产业规模保持全国前二位。 区域重点。在继续提高城市通信服务水平和扩大业务对象的同时，重点抓好农村、海岛的通信网络设施、电话普及率和通信服务水平。 业务重点。加快通信网络建设进度，继续保持浙江通信基础设施的先进水平；重点发展宽带多媒体业务，在继续发展语音服务的基础上，加快发

14、展数据服务和各类增值服务；以网络服务为主导，大力培育数字传媒、数字娱乐等通信文化产业。 企业重点。根据通信服务业发展要求，重点扶持三类企业：具有产业基础和核心竞争力的大型通信运营企业；利用现有网络资源开展特色增值业务的企业；面向“三网融合”提供现代综合信息服务的企业。,1.3.2 光纤通信系统的分类 根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。 根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。,1.4 光纤通信网络现状,1.4.1 光纤通信网的概念 光纤通信网络是基于光纤通信技术的负载很高的远程通信网络，它是由终端设备、传输设备、交

15、换设备等硬件和相应的信令、协议等软件构成（pp.8） 与光纤通信系统的区别： 它是复杂的体系，包含硬件和软件两个方面 它是多点的 1.4.2 光纤通信网的分类： 依据拓扑结构：网状 依据电信业务: 电话 依据服务区域范围：长途骨干网、本地网、用户接入网,1.4.3 光纤通信网的现状： 骨干网、本地网：光纤传输 接入网：正在进入,三代网络 电网络：低速以太网等 光电网络：SDH, ATM 3. 全光网络：MONET(美)，MWTN、OPEN (欧) ,WP/VWP(日本),光纤光缆趋势： 向长波长转移 含纤数量增加 光纤通信系统： 单通道多通道 强度检测相干检测 光纤通信网络：容量、中继距离、传输与交换技术融合、全光（中继、交换）、接入,1.4 光纤通信的发展趋势,参考书目,复 习,光纤通信的几个发展阶段以及相应的特征 光纤通信的主要优点有哪些 光纤通信系统的组成及各部分的功能 第四代光纤通信系统的两个主要特征是什么 什么是PON? 光纤通信网络的几个发展趋势。,复 习,光纤为什么怕水？ 什么是保偏光纤？ 什么是ITU-T,它规定了哪几类的光纤，分别是什么？ 什么是WDM技术？ 什么是光纤通信网，它与光纤通信系统的区别是什么？ 依据服务范围，光纤通信网可以分为哪几种类型？,