光纖通信原理與系統(tǒng)

光纖通信原理與系統(tǒng)NANO科技（北京）有限公司田力光通信的傳說《東周列國志》第二回褒人贖罪獻(xiàn)美女幽王烽火戲諸侯自由空間光通信以大氣作為媒介來傳播光信號(hào)。發(fā)明于1960年左右，北約軍事保密通信電話。FreeSpaceOptics－FSO大氣光源光源調(diào)制器調(diào)制器接收機(jī)接收機(jī)自由空間光通信優(yōu)點(diǎn)：1，光波波長(zhǎng)短(微米)，常規(guī)物體衍射效應(yīng)弱，方向性好，不容易被竊聽。2，受電磁干擾的影響小。3，沒有無線電頻段劃分限制(LicenseFree)。4，帶寬高，可以傳送更多信息(數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)，T比特傳輸)。目前可達(dá)2.5Gb/s。缺點(diǎn)：兩個(gè)端點(diǎn)之間必須光路通暢，因此鳥類等物體阻擋、雨/雪/霧/霾的衰減使自由空間光通信的傳輸距離和可靠性難以保證。自由空間光通信的發(fā)展可見光無線通信（稱為L(zhǎng)iFi——LightFidelity）是利用快速的光脈沖無線傳輸信息。根據(jù)不同速率在光中編碼信息完全可行，例如LED開表示1，關(guān)表示0，通過快速開關(guān)就能傳輸信息。光纖通信系統(tǒng)歷史0，1916年，愛因斯坦的“受激輻射”理論誕生1，1966年，高錕理論預(yù)言光纖作為光波導(dǎo)傳輸光信號(hào)的可能性2，1970年，Corning研制出低損高純石英玻璃單模光纖(<20dB/km)，經(jīng)過不斷改進(jìn)，光纖的損耗已經(jīng)小于0.2dB/km3，1962年，半導(dǎo)體激光器問世4，1970年，室溫工作的“雙異質(zhì)結(jié)”半導(dǎo)體激光器問世5，1986年，摻鉺光纖放大器(EDFA)問世，使波分復(fù)用(WDM)技術(shù)得以商用化6，2000年：160*10Gb/s(C+L波段)，主要的干線通信系統(tǒng)，部分城域7，2013年：中國100G商用元年8，2014年：400G系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)試運(yùn)行四代光纖通信系統(tǒng)11983年，工作波長(zhǎng)820nm，多模光纖，速率45Mb/s，紐約－華盛頓2工作波長(zhǎng)1310nm(在這個(gè)波段光纖損耗低)，多模光纖，速率417/560Mb/s，國內(nèi)干線網(wǎng)3工作波長(zhǎng)1310nm，單模光纖，速率622M－2.5Gb/s，長(zhǎng)途干線與越洋通信4工作波長(zhǎng)1550nm(在這個(gè)波段光纖損耗最低)，單模光纖，速率10－40Gb/s，長(zhǎng)途干線與越洋通信，城域與接入網(wǎng)，1986年英國南安普敦大學(xué)光電研究中心研制出第一臺(tái)摻鉺光纖放大器(EDFA)，使不同波長(zhǎng)的光信道同時(shí)放大成為可能，極大地推動(dòng)了波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展。密集波分復(fù)用系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)密集波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplex-DWDM)：不同波長(zhǎng)信道的光信號(hào)在同一根光纖中傳輸。固定信道間隔，在光放大器的帶寬中。光纖通信系統(tǒng)基本器件光源：半導(dǎo)體分布反饋式激光器(DistributedFeedback-DFB)調(diào)制器：鈮酸鋰(LiNbO3)，半導(dǎo)體電吸收型(ElectricalAbsorbing-EA)傳輸介質(zhì)：普通單模光纖（G.652），色散補(bǔ)償光纖（DCF），非零色散位移光纖（G.655)放大器：摻鉺光纖放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier-EDFA)，Raman拉曼放大器半導(dǎo)體光放大器(SemiconductorOpticalAmplifier-SOA)接收機(jī)：半導(dǎo)體血崩型二極管APD型（數(shù)字系統(tǒng)），PIN型（模擬系統(tǒng)）復(fù)用/解復(fù)用器：介質(zhì)模濾波器，波導(dǎo)陣列光柵其它有源、無源器件：耦合器，隔離器，環(huán)形器，光衰減器，法蘭盤，跳線等。光通信系統(tǒng)對(duì)電中繼系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)波分復(fù)用技術(shù)優(yōu)勢(shì) 不同波長(zhǎng)的光信號(hào)(信道)在同一根光纖中傳輸，用一個(gè)光放大器放大所有光波長(zhǎng)信道，比電中繼廉價(jià)，簡(jiǎn)單。認(rèn)識(shí)光纖光纜光纖的損耗第三傳輸窗口第二傳輸口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(zhǎng)(nm)光纖損耗譜特性光纖的色散色度色散(Chromaticdispersion)，不同波長(zhǎng)的光群速度不同，由材料色散、波導(dǎo)色散構(gòu)成，單模光纖模式色散為零。光纖的色散對(duì)系統(tǒng)的影響脈沖展寬，引起碼間串?dāng)_，造成誤碼。傳輸質(zhì)量：眼圖，誤碼率，光信噪比。0101011001?10110原始信號(hào)傳輸后的信號(hào)傳輸光纖合分波技術(shù)

濾波器型(TFF)陣列波導(dǎo)光柵型(AWG)耦合器型(熔融拉錐型)衍射光柵型341234。。。34343434薄膜濾波型

DWDM_OADM光路結(jié)構(gòu)DWDM系統(tǒng)中的合分波OMUODUOMUODU80波40波40波Interleaver梳狀濾波器EDFA的工作原理摻鉺光纖放大器通?？傻玫?5-40db的增益，中繼距離可以在原來的基礎(chǔ)上提高100km以上。EDFAGainBlock模塊結(jié)構(gòu)光纖通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)WDM系統(tǒng)環(huán)形WDM系統(tǒng)復(fù)雜型WDM系統(tǒng)DWDM160波系統(tǒng)框架--部分單元名稱來自ZTE已有設(shè)備光層保護(hù)機(jī)制OP板內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙發(fā)選收ABCD內(nèi)環(huán)：共享保護(hù)通道外環(huán)：工作通道倒換前業(yè)務(wù)路由倒換后業(yè)務(wù)路由倒換開關(guān)主光通道保護(hù)機(jī)制光波長(zhǎng)級(jí)保護(hù)機(jī)制帶外前向糾錯(cuò)技術(shù)FECFEC帶外前向糾錯(cuò)技術(shù)是一種信號(hào)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以犧牲帶寬的代價(jià)實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)糾錯(cuò)功能。FEC技術(shù)包括發(fā)送端編碼和接收端解碼。發(fā)送端編碼－在發(fā)送端將特定算法產(chǎn)生的冗余碼與數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收端解碼－在接收端根據(jù)相應(yīng)算法，利用冗余碼檢測(cè)并糾正在傳輸過程中可能產(chǎn)生的比特錯(cuò)誤并還原信號(hào)。利用FEC技術(shù)，可以增強(qiáng)傳輸?shù)娜蒎e(cuò)能力，從而降低系統(tǒng)對(duì)信噪比的要求，延長(zhǎng)傳輸距離。滿足G.975/G.709標(biāo)準(zhǔn)，等效增加的OSNR約5－6dB，誤碼率可以從1E-4改善成1E-12。缺點(diǎn)是FEC會(huì)增加傳送速率。如OC-192未使用FEC是速率為9.953Gbps，使用GFEC速率為10.7Gbps，使用EFEC速率為12.4Gbps。信息爆炸語音終端的發(fā)展數(shù)據(jù)終端的發(fā)展機(jī)房的變化光纖通信中單光纖速率的增長(zhǎng)20世紀(jì)80年代到90年代初期，干線光纖最高傳送速率140Mb/s干線光通信系統(tǒng)以PDH系統(tǒng)為主，語音業(yè)務(wù)為主流電信業(yè)務(wù)20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初期，干線光纖最高傳送速率為10Gb/s干線光通信系統(tǒng)以SDH系統(tǒng)為主，語音業(yè)務(wù)為電信總業(yè)務(wù)一半以上，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以X.25網(wǎng)絡(luò)和幀中繼網(wǎng)絡(luò)為主，主要是科研教學(xué)等性質(zhì)的流量為主21世紀(jì)初期十年，干線光纖最高速率1Tb/s以上干線光通信系統(tǒng)以SDH/IPover

WDM為主，語音業(yè)務(wù)比例不到電信總業(yè)務(wù)一半，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開始大發(fā)展，個(gè)人固定終端的娛樂業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為主流數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)目前，干線光纖通信最高傳送速率可達(dá)8Tb/s以上干線光通信系統(tǒng)以O(shè)TN/IP/Anyover

WDM為主，語音業(yè)務(wù)比例占電信總業(yè)務(wù)很小一部分，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開始大發(fā)展，個(gè)人移動(dòng)終端的娛樂業(yè)務(wù)和固定終端的多媒體業(yè)務(wù)（4K高清TV）驅(qū)動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為主流數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從業(yè)務(wù)的復(fù)雜化到網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化云計(jì)算和云存儲(chǔ)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（Fiberchannel）的發(fā)展FC1=1.063Gb/s（1997年）FC2=2.125Gb/s（2001年）FC4=4.25Gb/s（2004年）FC8=8.5Gb/s（2005年）FC10=10.53Gb/s（2008年）FC16=14.03Gb/s（2011年）FC32=28.05Gb/s（2016年）FC128=4×28.05Gb/s（2016年）100G網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)力IP流量的激增（手機(jī)3G/4G網(wǎng)絡(luò)的開通、互聯(lián)網(wǎng)+新經(jīng)濟(jì)形態(tài)對(duì)傳統(tǒng)生活徹底改變、云計(jì)算/存儲(chǔ)的需要、4K高清）；降低每比特的成本（同樣的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)投資，傳送內(nèi)容增加數(shù)倍）；提供新的收益機(jī)會(huì)（廠家也需要生產(chǎn)新產(chǎn)品賺錢）；對(duì)已有光纖的利用，提高投資回報(bào)率（平攤基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用）；降低網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延（網(wǎng)絡(luò)游戲、股票實(shí)時(shí)交易等）。100G技術(shù)逐漸成熟，滿足商用指標(biāo)。100G關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)介

相干（Coherent）是什么？振動(dòng)方向相同振動(dòng)頻率相同相差恒定兩束相干的光相遇的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。水的干涉條紋光的干涉----楊氏雙縫干涉100G調(diào)制技術(shù)PM，把1個(gè)光信號(hào)分離成2個(gè)偏振方向，再把信號(hào)調(diào)制到這兩個(gè)偏振方向上，相當(dāng)于對(duì)數(shù)據(jù)做了1分2的處理，速率降低一半；QPSK，一個(gè)相位就表示兩個(gè)數(shù)字bit，業(yè)相當(dāng)于對(duì)數(shù)據(jù)做了1分2的處理，速率降低一半對(duì)于100G信號(hào)，實(shí)際上數(shù)據(jù)的波特率（信息速率）僅為100÷2÷2=25G100G相干接收技術(shù)相干OFE（opticalfrontend）AGC/Delay/Phase補(bǔ)償CD補(bǔ)償時(shí)鐘恢復(fù)PMD補(bǔ)償和PDM解復(fù)用頻偏補(bǔ)償相位恢復(fù)非線性補(bǔ)償100G其他核心技術(shù)100G之后中國移動(dòng)2014年開始進(jìn)行400G網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試。2014年華為和西班牙固網(wǎng)運(yùn)營商Jazztel聯(lián)合宣布，將采用華為NE5000E

400G核心路由器建設(shè)IP骨干網(wǎng)，這也將是西歐第一個(gè)400G骨干網(wǎng)，開啟了西歐400G商用時(shí)代2014年華為和智利Telefonica今年將采用業(yè)界領(lǐng)先的100G和400G技術(shù)，合作部署全球最高速的城域波分網(wǎng)