光纖通信發(fā)展簡史

1、 80年代以來，光纖通信在電信網(wǎng)中獲得了大規(guī)模應(yīng)用。其應(yīng)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(fù)用（WDM）的光網(wǎng)絡(luò)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)交換網(wǎng)DDN分組交換ISDN7號信令我國傳輸網(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

2、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）光纖通信用途 傳輸網(wǎng) 接入網(wǎng) 有線電視系統(tǒng)CATV 大樓綜合布線系統(tǒng) 校院網(wǎng)(局域網(wǎng))頻率（Hz）1021041061081012101410161018102010221061041021101010-210-410-610-810-1010-1210-14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10mm1mm100m10m1m100nm10nm1nm 紅外線可見光紫外線光電磁波譜一.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(jī)，證實(shí)光波可以攜帶信息 1960年 發(fā)明了新光源激光器后，

3、極大的促進(jìn)了光波通信的研究 激光器特性：單色性、強(qiáng)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(dǎo)體激光器（體積小、耗電少、調(diào)制速度高、使用方便） 1966年 華裔科學(xué)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(dǎo)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(dǎo)纖維，使光導(dǎo)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(jìn)行了碼速率為44.7Mb

4、/s的光通信系統(tǒng)性能試驗(yàn),從此光通信技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段二.光通信特點(diǎn) 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(dá)20THz(1THz=1012Hz)以上,現(xiàn)在最先進(jìn)的光纖通信系統(tǒng)達(dá)400GHz,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(yuǎn)鏡的鏡頭其損耗超過500dB/km,目前通信用光纖的最低損耗達(dá)0.2 dB/km 具有抗電磁干擾能力 光導(dǎo)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

5、復(fù)合光纜 無串話,保密性好 通信質(zhì)量高 線徑細(xì),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(jī),火箭,潛艇及航天飛機(jī)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(diǎn) 質(zhì)地脆,機(jī)械強(qiáng)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 光纖種類與尺寸多模單模纖芯直徑65/50m10m 左右包層直徑125m125m包層纖芯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(hù)層保護(hù)光纖簡單說模式就是指電磁場的“波形” 光纖中光波的

6、傳輸原理-全反射之字線傳輸n2n1n2空氣ABMAX當(dāng)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)傳輸入射光反射光折射光折射率n1折射率n1 n21 光纜 干線纜(架空光纜,直埋光纜,海底光纜,復(fù)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(xué)特性,傳輸特性,機(jī)械特性,溫度特性等九項(xiàng),其中傳輸特性有兩個 損耗特性 色散特性 1.損耗特性LA(P1)B(P0)=log10LP1P0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

7、光工作波長0.85m,損耗稍大 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 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(diǎn).1.01.21.41.6色散激光光源頻譜圖光纖種類G.652光纖 即常規(guī)單模光纖，在1310nm波長工作時，理論色散值為零；在1550nm波長工作時，傳輸損耗最低，但色散系數(shù)較大。單通路速率達(dá)到STM-64時，需要采取色散調(diào)節(jié)手段。G.653光纖 在1550nm波長工作時性能最佳，又稱為色散移位光纖。零色散點(diǎn)從1310nm

8、移至1550nm波長區(qū)。G.654光纖 截止波長移位的單模光纖，它的設(shè)計重點(diǎn)是降低1550nm波長處的衷減。主要應(yīng)用于需要很長再生段距離的海底光纖通信。G.655光纖 又稱之為非零色散移位單模光纖，零色散點(diǎn)移至1570nm或15101520nm附近，使1550nm處具有一定的色散值。色散受限距離達(dá)數(shù)百公里?？梢杂行У臏p少波分復(fù)用系統(tǒng)的四波混頻的影響。五.光通信系統(tǒng)1 數(shù)字通信制式國家、地區(qū)一次群（Mb/s）二次群（Mb/s）三次群（Mb/s）四次群（Mb/s）五次群（Mb/s）歐洲204830CH8448120CH34368480CH1392641920CH5649927680CH美國1 54

9、424CH631296CH44736672CH2741764032CH日本1 54424CH631296CH32064480CH977281440CH3972005760CH2 PDH數(shù)字復(fù)用體系PDH通信系統(tǒng)Plesiochronous DigitalHierarchyPDH通信系統(tǒng)稱為準(zhǔn)同步數(shù)字體系，英文全稱如下其幀結(jié)構(gòu)為鏈形:125m125m125m交換機(jī)傳輸局A 中繼站傳輸局B交換機(jī)E/OO/EE/OO/E2Mb/s8 Mb/s34Mb/s 140Mb/s電端機(jī)光端機(jī)444PDH系統(tǒng)組成圖3 SDH通信系統(tǒng)通信系統(tǒng) SDH是一種全新的傳輸體系,解決了許多PDH系統(tǒng)解決不了的難題4 基于

10、基于SDH 的波分復(fù)用系統(tǒng)的波分復(fù)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(fù)用,目前的最高級別是32波復(fù)用5 IP over SDH 及及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(diǎn)與SDH的產(chǎn)生 PDH弱點(diǎn) 只有地區(qū)性的數(shù)字信號速率和幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，不存在世界性標(biāo)準(zhǔn) 沒有世界性的標(biāo)準(zhǔn)光接口規(guī)范 準(zhǔn)同步系統(tǒng)的復(fù)用結(jié)構(gòu)除幾個低速率等級的信號采用同步復(fù)用外，其他多數(shù)等級的信號采用異步復(fù)用，難于從高速信號中識別和提取低速支路信號 準(zhǔn)同步系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)（OA

11、M）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(luò)的（SONET）概念，目的是阻止互不兼容的光接口的的大量滋生，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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-SDHSynchronousDigitalHierarchy 2） SDH的線路碼速率SDH 信號 線路速率 STM-0 51.84Mb/s STM-1 155.52 Mb/s STM-4 622.08 Mb/s STM-16 2.488Gb/s STM-64 10G 2Mb/s1.5Mb/s34Mb/s140Mb/s45Mb/sSTM-1STM-4STM-16STM-643）SDH的STM

12、-1幀結(jié)構(gòu)F1F2F3F4F5F6再生段開銷指針復(fù)用段開銷凈負(fù)荷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/sSTM-1155Mbit/s21.5 34140 (單位Mbit/s)45POHC-4VC-4POHPOHPOHPOHC-3VC-334Mbit/s及140 Mbit/s映射復(fù)用示意圖1幀1幀開開銷開開銷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)4）STM-1信號復(fù)用成STM-4信號STM-4復(fù)用ttSTM-1STM

13、-4七 波分復(fù)用系統(tǒng) 光波分復(fù)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(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復(fù)用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復(fù)用），并作進(jìn)一步處理。光合波分波器光合波分波器1221nn波分復(fù)用示意圖通路分配表(8通路）序號中心頻率（THz)波長（nm)1192.101560.612192.301558.983192.501557.364192.701555.755192.901554.136193.101552.527193.301550.928193.501549.32波分復(fù)用系統(tǒng)采用的光器件光分波合波器 光柵型光波分復(fù)用器 介質(zhì)模濾波器型 陣列波導(dǎo)光柵型光放大器 光功率放大器 光前置放大器 光線路放大器 有摻鉺、摻鐠、摻鋁、喇曼光纖放大器等光波長轉(zhuǎn)換器 可用于發(fā)送端、接收端、中繼器WDM系統(tǒng)在傳送網(wǎng)中的位置WDM光路層SDH通道層電路層（如ATM、IP等）多波長復(fù)用頻譜