光技術(shù)和光纖通信1章ppt課件

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光技術(shù)與光纖通信,第一章 概述,光纖通信,1,課程計劃,一、目的 通信事業(yè)發(fā)展快，人才缺乏； 新技術(shù)有許多待開發(fā)的領(lǐng)域 目前信息中的82%是通過光纖傳輸 二、特點 盡可能新、專、實用 重在器件、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、跟蹤新技術(shù),2,三、教材及主要參考書 教材： 劉增基，周洋溢，胡遼林，周綺麗. 光纖通信[M] (第一版). 西安：西安電子科技大學出版社，2001.8 參考書： [1] 顧婉儀、李國瑞. 光纖通信系統(tǒng). 北京：北京郵電大學出版社，1999.11； [2] 楊祥林. 光纖通信系統(tǒng).北京：國防工業(yè)出版社，2000.1； [3] 胡先志、鄒林森、劉有信. 光纜及工程應(yīng)用. 北京：人民郵電出版社，1998.11； [4] 紀越峰、顧婉儀、李國瑞. 光纜通信系統(tǒng). 北京：人民郵電出版社，1994； [5] 解金山、陳寶珍. 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)(修訂版). 北京：電子工業(yè)出版社，2002.10； [6] 韋樂平.光同步數(shù)字傳輸網(wǎng). 北京：人民郵電出版社，1993；,3,[7] 原榮.光纖通信網(wǎng)絡(luò).北京：電子工業(yè)出版社，2000； [8] 張勁松、陶智勇、韻湘. 光波分復用技術(shù). 北京：北京郵電大學出版社，2002.6； [9] 紀越峰等. 現(xiàn)代通信技術(shù). 北京：北京郵電大學出版社，2002.3； [10] 吳承志、徐敏毅. 光接入網(wǎng)工程. 北京：人民郵電出版社，1998.5； [11]湖北武漢眾友公司，云南大學信息學院. 光技術(shù)與光纖通信實驗指導書.2005.9。 [12]（美）Rajiv Remaswami，Kumar N.Sivarajan著，樂孜純譯. 光網(wǎng)絡(luò)（上卷）——光纖通信技術(shù)與系統(tǒng). 光網(wǎng)絡(luò)（下卷）——組網(wǎng)技術(shù)分析.北京：機械工業(yè)出版社，2004.9。 [13] （美）Uyless Black著，黃照祥、雷蕾、梁莊譯，李玲審. 光網(wǎng)絡(luò)——第三代傳送系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，2003.4。 [14]張寶富. 全光網(wǎng)絡(luò). 北京：人民郵電出版社，2002.1；,4,四、實驗 1、光纖實驗箱，可完成25個各種實驗 2、一個簡易的小型音頻光纖通信系統(tǒng) 五、學時及考試安排 每周3學時，講授18周，共計54學時，扣除五一節(jié)放假3學時，考試2學時，實際講授時間48學時。其中還需安排實驗12學時。 期中考試時間： 第九周4月24日 期末考試時間：7月10日 六、學完后水平 了解基本原理和一些實際的東西,5,光技術(shù)與光纖通信,第一章 概述 第二章 光纖與光纜 第三章 通信用光器件 第四章 光纖通信系統(tǒng) 第五章 光纖通信中的高新技術(shù),6,第一章 概述,§1.1 光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀 §1.2 光纖通信的特點 §1.3 光纖通信系統(tǒng)的組成及分類 §1.4 國家“十五” 863計劃光纖通信技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略與實施策略,,7,§1.1 光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀,一、光通信的發(fā)展史 二、先進國家光纖通信的發(fā)展 三、我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展 四、云南省光纖通信事業(yè)發(fā)展 五、光纖通信的發(fā)展趨勢,8,一、光通信的發(fā)展史,光通信：利用光進行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。 光通信的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段 可視通信 激光大氣通信 光纖通信,9,1、可視通信,古代的烽火臺、煙火傳遞單個信息 18世紀末信號燈、船艦使用的燈塔、旗語等 近代戰(zhàn)爭中的信號彈，抗戰(zhàn)時期的消息樹等 1792年用中繼器使機械代碼信息傳送100km，有效速率小于1b/s 之后很長一段時間電取代了光,10,電通信,19世紀30年代：電報、莫爾斯代碼，傳輸速率3～10b/s，中繼可達1000km 1866年，第一條越洋電報電纜系統(tǒng)投入運營 1876年，發(fā)明了電話，電信號通過連續(xù)變化電流的模擬形式傳輸 1940年，第一代同軸電纜系統(tǒng)投入使用，3MHz系統(tǒng)，可傳300路音頻信號或1路視頻信號，但當頻率超過100MHz時，電纜損耗迅速增加 1948年，4GHz的微波系統(tǒng)投入運營，利用1～10GHz的電磁載波及相關(guān)調(diào)制技術(shù)傳遞信號，可工作于100Mb/s 1975年最先進同軸系統(tǒng)投入運營,速率可達274 Mb/s，中繼約1km 到70年代，電通信獲得的最大BL不超過100 (Mb/s)·km,11,2、激光大氣通信,60年代初，人們利用二氧化碳激光器進行激光大氣通信實驗 由于其傳輸介質(zhì)是地球周圍的大氣層，而大氣層又存在著對光的嚴重吸收，散射作用和天氣變化影響等缺點，使得激光大氣通信在通信距離、穩(wěn)定性、可靠性方面受到嚴重影響 60年代中期一度振興的激光大氣通信研究處于停滯狀態(tài),12,3、光纖通信,光纖(Fibre)——光導纖維的簡稱 光纖通信——以光波為載波，以光導纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。 容量? ? 頻率f ? ? 光波 光波是人們最熟悉的電磁波，其波長在微米級，頻率為1014Hz，紫外光、可見光、紅外光屬于光波的范疇,13,電磁波波段劃分和常用傳輸媒質(zhì)-1,14,電磁波波段劃分和常用傳輸媒質(zhì)-2,15,紅外光：波長 λ 0.75μm 紫外光：波長 λ 0.4μm 可見光： 0.4μm λ 0.75μm ,其波長范圍能被人眼感覺到 目前光纖通信使用的波長范圍是在近紅外區(qū)內(nèi)， 即波長 λ 為: 0.8~1.8μm 頻率 f 為 : (3.75~1.67)×1014Hz 可分為短波長段： 0.85μm， 長波長段： 1.31μm和 1.55μm 這是目前所采用的三個通信窗口,16,光纖通信的問世，有兩大難題： 1、光源 2、傳光媒質(zhì) 第一個難題：光源很多，需相干光源，且工作穩(wěn)定 到1960年美國人Maiman發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，但工作時間不長,17,激光特點,1、能量高度集中 2、頻率單一 3、方向性好 4、相干性好（頻率、相位、偏振方向、傳播方向一致）,18,第二個難題：傳輸媒質(zhì)－1,1950年，光在光纖中傳輸問題開始了理論研究 1951年，發(fā)明了醫(yī)用光導纖維，但損耗太大 60年代，提出許多方法，用氣體透鏡系列進行光限制傳輸 1966年，英籍華人高琨(K.C.Kao)博士提出：電沿著導線傳輸，光也能沿著線傳，可利用SiO2石英玻璃制成低損耗光纖的設(shè)想。 他揭示了低損耗光纖的可能性，使光通信的研究工作又獲得了生機，此時期光纖雜質(zhì)太高，其損耗超過了1000dB/km,19,第二個難題：傳輸媒質(zhì)－3,1970年，美國康寧公司研究出損耗為20 dB/km的光纖，在1 μm附近波長使光纖進行遠距離傳輸成為可能 同時，在1970年美國AT&T公司發(fā)明了半導體激光器（GaAlAs），體積小，可在室溫下連續(xù)工作，正好適應(yīng)了這一要求 1970年被稱為光纖通信的元年，高琨被稱為光纖之父,20,光纖通信發(fā)展可粗略分三個階段,1966～1976年，從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期 1976～1986年，以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期 1986～1996以超大容量超長距離為目標，全面深入開展新技術(shù)研究的時期,21,三個階段的系統(tǒng)比較,,22,二、先進國家光纖通信的發(fā)展,世界上已形成北美、西歐和遠東三個光纖通信發(fā)達地區(qū)，代表國家為：美國、英國和日本 美國78年建成第一條市話光纖，82年建成第一條長途，到1993年止，已建成通信系統(tǒng)200多個，光纖總長達27萬km以上 美國有五大光纖工程：東部走廊，東部和西部干線，大西洋和太平洋洲際海底干線,23,先進國家光纖通信的發(fā)展－1,全長達3400km橫貫日本南北的大干線 法國比亞里茨的“光纖城”等 世界主要電信產(chǎn)品供應(yīng)商，如：Lucent, Nortol, Alcatel, NEC, Siemens, Macosi, Fujitsu等都把光纖通信放在相當重要位置，投入大量人力、資金進行研究開發(fā)，并分別取得重大進展，創(chuàng)造了一個個新的世界記錄，許多原以家電產(chǎn)品為主聞名的廠商如：Toshiba, Sony或計算機廠商Cisco, Canon, 3M也紛紛加入光纖通信的行列，成果斐然,24,先進國家光纖通信的發(fā)展－2,世界先進國家提出FTTx戰(zhàn)略，即：光纖到路邊(FTTC)、大樓(FTTB)、辦公室(FTTO)、小區(qū)(FTTZ)、用戶(FTTH)等 世界上最大的三個長途電信公司——美國的AT&T、MCI、SPRINT公司，光纖化程度已分別高達100％、88％和100％,25,,26,三、我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展,我國的光通信起步較早，70年代初就開始了大氣傳輸光通信的研究，隨之又進行光纖和光電器件的研究，自1977 年初，研制出第一根石英光纖起，跨過一道道難關(guān)，取得一個又一個零的突破。如今回顧起來，所經(jīng)歷的“里程碑”依然歷歷在目 。 1977年，武漢郵電科學研究院研制出中國第一根階躍折射率分布多模光纖，其在0.85μm的衰減系數(shù)為300dB/km，長度為17 m；研制出 Si-APD 。 1978年，階躍光纖的衰減降至 5 dB/km 。研制出短波長多模梯度光纖，即 G.651 光纖。研制出 GaAs-LD 。 1979年，研制出多模長波長光纖，衰減為 1dB/km 。建成 5.7 km , 8 Mbit/s 光通信系統(tǒng)試驗段。,27,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－1,1980年，1300nm 窗口衰減降至 0.48dB/km ，1550nm 窗口衰減為 0.29dB/km 。研制出短波長用的 GaAlAs-LD 。 1981年，研制出長波長用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探測器。多模光纖活動連接器進入實用。研制出 34Mbit/s 光傳輸設(shè)備。 1982年，研制成功長波長用的激光器組件和探測器組件（PIN-FET）。研制出光合波分波器、光耦合器、光衰減器、濾光器等無源器件。研制出 140Mbit/s 光傳輸設(shè)備。 1984年，武漢、天津34Mbit/s市話中繼光傳輸系統(tǒng)工程建成（多模）。,28,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－2,1985年，研制出1300nm 單模光纖，衰減達0.40dB/km 。 1986年，研制出動態(tài)單縱模激光器。 1987年底，建成了第一個國產(chǎn)的長途光通信系統(tǒng)，由武漢至荊州，全長約250km，傳輸34Mb/s信號 1988年，全長245km的武漢－荊州－沙市 34Mbit/s 多模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。揚州－高郵34Mbit/s 單模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。 1989年，漢陽－漢南140Mbit/s 單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。,29,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－3,1990年，研制出 G.652 標準單模光纖，最小衰減達 0.35dB/km 。到1992年降至0.26dB/km 。成功地研制出1550nm分布反饋激光器（DFB-LD）。 1991年，研制出 G.653 色散位移光纖。最小衰減達 0.22dB/km 。研制出 565Mbit/s 光傳輸設(shè)備。合肥－蕪湖140Mbit/s 單模光傳輸系統(tǒng)工程通過國家鑒定驗收， 這是第一條全國產(chǎn)化的長途直埋單模光纖光纜線路，全長150km左右，光纜首次從水下跨越長江。 1992年，研制出摻鉺光纖EDF 。研制出可調(diào)諧DFB－LD 和泵浦源LD ；FC-PC陶瓷單模光纖活動連接器通過郵電部鑒定。,30,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－4,1993年，在摻鉺光纖放大器的研究上取得突破性進展，小信號增益達25dB。上海－無錫565Mbit/s 單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。該工程的建成，在國內(nèi)外產(chǎn)生了重大影響。 1995年，研制出 STM-1、STM-4 SDH設(shè)備。 1996年，研制出 STM-16 SDH設(shè)備。 1997年，研制出G.655 非零色散位移光纖。研制出應(yīng)變多量子阱DFB激光器，STM-1、STM-4 收/發(fā)模塊和STM-16接收模塊。 1997年， 成都－攀枝花622Mbit/s SDH 光傳輸工程通過郵電部鑒定驗收；咸寧622Mbit/s SDH雙自愈環(huán)互連系統(tǒng)工程通過建設(shè)部門初驗,31,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－5,1997年，武漢郵電科學研究院將自行研制出的622Mbit/s和2.5Gbit/s光纖通信系統(tǒng)分別安裝到湖北的咸寧至通城，海南的?？谥寥齺嗊M行現(xiàn)場試驗。 1998年， 海口－三亞2.5Gbit/s 光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收，該工程全長322km，僅在萬寧設(shè)一個中繼站，?？冢f寧的中繼距離為172km，僅在發(fā)送機中使用一個EDFA就實現(xiàn)了這一超長中繼。研制出OADM、OXC樣機。 1999 年， 8×2.5Gbit/s DWDM系統(tǒng)通過國家驗收。研制出STM-64 SDH設(shè)備。IP over SDH 的建議被ITU-T確認。 ……,32,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－6,八五期間，只要用于干線線路，均用光纖，建起了除拉薩、臺灣外22條大干線，光纜總長度達10萬公里，基本建成了除拉薩外覆蓋省會城市和沿海開發(fā)城市的光纜干線網(wǎng) 九五期間，到2000年建設(shè)以光纜為主體的長途干線網(wǎng)，新建省際省內(nèi)光纜干線10萬公里。到1998年，基礎(chǔ)網(wǎng)建設(shè)取得重大成果?！鞍丝v八橫”干線光纜傳輸網(wǎng)全部建成?！熬盼濉备删€光纜計劃提前2年完成。,33,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－7,僅1998年，全年新建成13條長途光纜干線，完成了14條長途光纜干線的擴容工程；全國電信光纜總長達100萬公里。 現(xiàn)在，一個覆蓋全國以光纜為主、衛(wèi)星和數(shù)字微波為輔，集數(shù)字化傳輸、程控化交換為一體的通信網(wǎng)絡(luò)已基本建成。,34,我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－8,中國光通信技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了許多曲折和困難，有研發(fā)初期的技術(shù)封鎖，基礎(chǔ)和配套工業(yè)設(shè)施跟不上，資金投入的不足，人才資源缺乏等。但我國光通信界的同行們?yōu)榘l(fā)展自己的民族光通信事業(yè)，克服了重重困難，掌握了光纖、器件、系統(tǒng)等各方面的關(guān)鍵技術(shù)，逐漸走進了國際光通信的先進行列。特別是在主要技術(shù)上，都有自己的特色和創(chuàng)新，如1B1H的光線路碼型、自己特色的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、能構(gòu)成自愈環(huán)的PDH設(shè)備、自行設(shè)計的全套SDH專用芯片、在線升級的SDH設(shè)備、通過LAPS實現(xiàn)的IP over SDH等，形成了自己的知識產(chǎn)權(quán)，為進一步發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。,35,36,我國國際光纜的建設(shè),自1988年第一條跨越大西洋的海底光纜建成以來，世界范圍內(nèi)建成的國際光纜系統(tǒng)已達幾十個，國際光纜網(wǎng)絡(luò)，特別是國際海纜，已成為國際間通信的主要媒介。 中國電信自1989年開始參與國際光纜建設(shè)，先后建成了中日光纜、中韓光纜等國際光纜，并在全球十幾條海底光纜中參與投資建設(shè)，購買容量。,37,我國國際光纜的建設(shè)－1,1、中日光纜 (C-J FOSC) 2、中韓光纜 (CKC) 3、環(huán)球海底光纜(FLAG) 4、亞歐陸地光纜(TAE) 5、中國-東南亞陸地光纜(CSC) 6、亞歐海底光纜系統(tǒng)(SEA-ME-WE3) 7、中美海底光纜系統(tǒng)(China-US Cable Network),38,39,我國國際光纜的建設(shè)－2,中國電信還在APC、APCN、TPC-5、NPC、TAT12/13等十幾條國際海纜中投資購買了容量，今后還將根據(jù)業(yè)務(wù)需求進一步增加投資購買容量，連接與我國沒有直達光纜的國家和地區(qū)。中國電信通達世界的國際光纜網(wǎng)絡(luò)將為其在21世紀的發(fā)展與競爭創(chuàng)造一個廣闊的舞臺。,,40,臺灣地震影響海底光纖,2006年12月26日晚20點25分，臺灣發(fā)生7.2級地震，使眾多路由經(jīng)過臺灣的海光纜系統(tǒng)陸續(xù)發(fā)生中斷，其中有亞太一號、亞太二號、中美、亞歐三號、Flag、C2C等，中斷點在臺灣以南１５公里的海域，造成我國大陸至臺灣地區(qū)、美國、歐洲等方向的通信線路大量中斷，有關(guān)地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)訪問質(zhì)量及話音、專線業(yè)務(wù)等受到一定影響。與中國電信相關(guān)的海纜中斷情況如下： 中美海纜于12月26日 20:25 距離臺灣枋山登陸站 9.7公里左右發(fā)生中斷； 亞歐三號海纜于12月26日 20:25 距離臺灣枋山登陸站 9.7公里左右發(fā)生中斷；,41,臺灣地震影響海底光纖,亞太二號海纜S7于12月27日 00:06 距離臺灣淡水登陸站904公里左右發(fā)生中斷； 亞太二號海纜S3于12月27日 02:00 距離崇明登陸站2100公里左右（靠近臺灣處）發(fā)生中斷； Flag光纜亞太系統(tǒng)于12月26日 20:43 在韓國到香港段中斷； Flag光纜亞歐段于12月27日 04:56 在香港到上海段中斷。 以上情況使中國電信到北美、臺灣等方向的互聯(lián)網(wǎng)電路大量中斷，到歐洲、亞太等方向的專線、話音電路部分中斷。,42,,中美海底光纜示意圖,臺灣地震,43,,中美光纜系統(tǒng)路由結(jié)構(gòu)示意圖,44,海底光纜的具體修復過程如下：,1、機器人潛下水后，通過掃描檢測，找到破損海底光纜的精確位置。 2、機器人將淺埋在泥中的海底光纜挖出，用電纜剪刀將其切斷。船上放下繩子，由機器人系在光纜一頭，然后將其拉出海面。同時，機器人在切斷處安置無線發(fā)射應(yīng)答器。 3、用相同辦法將另一段光纜也拉出海面。和檢修電話線路一樣，船上的儀器分別接上光纜兩端，通過兩個方向的海底光纜登陸站，檢測出光纜受阻斷的部位究竟在哪一端。之后，收回較長一部分有阻斷部位的海底光纜，剪下。另一段裝上浮標，暫時任其漂在海上。,45,海底光纜的具體修復過程如下：,4、接下來靠人工將備用海底光纜接上中美海底光纜的兩個斷點。連接光纜接頭，可是個“技術(shù)含量”極高的活，非一般人能夠勝任，必須是經(jīng)過專門的嚴格訓練、并拿到國際有關(guān)組織的執(zhí)照后的人員，才能上崗操作。像這樣的“接頭工”，上海電信方面目前只有三四名。 5、備用海底光纜接上后，經(jīng)反復測試，通訊正常后，就拋入海水。這時，水下機器人又要“上陣”了：對修復的海底光纜進行“沖埋”，即用高壓水槍將海底的淤泥沖出一條溝，將修復的海底光纜“安放”進去。,46,四、云南省光纖通信事業(yè)發(fā)展,我省最早的光纖線路是1987年建成的市話：昆明——安寧——海口，全長70多公里。 最早的長途是1991年建成的昆明——玉溪。到93年時建成光纜總長約1萬公里，除怒江、迪慶外均被覆蓋。到1999年光纜通信線路3.2萬公里。 我省省內(nèi)線路多為架空敷設(shè)，出省線路多為直埋，平均中繼約55km，設(shè)備有國產(chǎn)，也有進口。如重慶514廠光纖，美國AT&T,日本富士通，法國賽特，意大利伊達泰爾等,47,云南省干線光纜網(wǎng)絡(luò)物理拓撲結(jié)構(gòu)示意圖,云南省二級干線光纜傳輸網(wǎng)32×10G DWDM系統(tǒng)采用環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。全網(wǎng)由2個環(huán)組成。 環(huán)一：昆明—祿豐—楚雄—南華—祥云—下關(guān)—永平—保山—昌寧—云縣—臨滄—永平2—景谷—普餌—思茅—通關(guān)—元江—化念—玉溪—昆明 環(huán)二：昆明—尋甸—曲靖—陸良—師宗—設(shè)里—邱北—文山—蒙自—個舊—建水—玉溪—昆明,48,省二干拓撲圖,49,云南會議電視覆蓋所有縣市,云南省采用深圳市華為技術(shù)有限公司的View Point會議電視系統(tǒng)組建的德洪、保山、怒江、迪慶、昭通、曲靖、紅河、文山、思茅、臨滄10個地州本地網(wǎng)會議電視系統(tǒng)于1998年12月26日通過初驗。 至此，云南省會議電視已覆蓋全省所有縣市。,,50,五、光纖通信的發(fā)展趨勢,1、系統(tǒng)的高速化、網(wǎng)絡(luò)化 2、光纖的長波長化 3、光纜纖芯的高密化 4、器件的集成化,,51,§1.2 光纖通信的特點,一、傳輸頻帶寬、通信容量大； 二、傳輸損耗低，無中繼距離長，且誤碼小； 三、抗電磁干擾能力強，抗化學腐蝕 四、光纖通信串話小，保密性強，使用安全； 五、重量輕，體積小，便于運輸與敷設(shè)； 六、節(jié)約有色金屬和能源，原材料資源豐富；,52,光纖通信與其它通信的比較,53,系統(tǒng)/話路公里相對造價,54,光纜和電纜的重量和截面積比較,55,光纖通信的缺點,1、光纖彎曲半徑不宜過小 2、光纖的切斷和連接操作技術(shù)要求十分嫻熟 3、分路、耦合操作繁瑣 但這些缺點，都已不同程度上得以克服，它們不影響光纖通信的實用。,56,光纖與其它幾種電通信傳輸介質(zhì)的特性比較,57,光纖通信的應(yīng)用－1,1、通信網(wǎng)，包括全球通信網(wǎng)(如橫跨大西洋和太平洋的海底光纜和跨越歐亞大陸的洲際光纜干線)、各國的公共電信網(wǎng)(如我國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線)、各種專用通信網(wǎng)(如電力、鐵道、國防等部門的通信、指揮、調(diào)度、監(jiān)控的光纜系統(tǒng))、特殊通信手段(如石油、化工、煤礦等部門易燃易爆環(huán)境下使用的光纜，以及飛機、軍艦、潛艇、導彈和宇宙飛船的內(nèi)部光纜系統(tǒng))。,58,光纖通信的應(yīng)用－2,2、構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，如光纖以太網(wǎng)、路由器之間的光纖高速鏈路。 3、有線電視的干線和分配網(wǎng)；工業(yè)電視系統(tǒng)，如工廠、銀行、商場、交通和公安部門的監(jiān)控；自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。 4、綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)，分為有源接入網(wǎng)和無源接入網(wǎng)，可實現(xiàn)電話、數(shù)據(jù)、視頻(會議電視、可視電話等)多媒體業(yè)務(wù)綜合接入核心網(wǎng)，提供各種各樣的社區(qū)服務(wù)。,,59,§1.3 光纖通信系統(tǒng)的組成及分類,一、組成,60,組成光纖通信系統(tǒng)各部分的主要作用,1、電發(fā)射機：A/D，合并多個用戶信號，進行復用。方法：脈沖編碼調(diào)制(PCM)方式，即進行抽樣、量化、編碼，抽樣頻率2Δf(模擬信號的頻帶寬度)。 2、光發(fā)射機：E/O, 將電發(fā)射機送來的電信號轉(zhuǎn)變成適合于光纖傳輸?shù)墓庑盘?，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。 3、光纖線路：把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的崎變（失真）和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C. 4、光中繼器：也稱光放大器，對光纖傳送的光信號進行放大處理。,61,組成光纖通信系統(tǒng)各部分的主要作用,5、光接收機：O/E, 將光纖傳送來的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，送入電接收機進行信號處理。 6、電接收機：D/A，將信號送給各用戶。 7、輔助系統(tǒng)：包括監(jiān)控管理系統(tǒng)、告警處理系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)、公務(wù)通信系統(tǒng)、區(qū)間通信系統(tǒng)、自動倒換系統(tǒng)，即輔助信號的傳輸方式的考慮等。 8、備用系統(tǒng)：包括光端機、光纜、光中繼部分的備用系統(tǒng)，電端機一般無備用系統(tǒng)。,62,光纖通信系統(tǒng)的分類－1,63,光纖通信系統(tǒng)的分類－2,64,數(shù)字與模擬光纖通信系統(tǒng)的比較,數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號代表信息，強調(diào)的是信號和信息之間的一一對應(yīng)關(guān)系； 模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號代表信息，強調(diào)的是變換過程中信號和信息之間的線性關(guān)系。 數(shù)字光纖系統(tǒng)比模擬光纖系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點，也更能適應(yīng)社會對通信能力和通信質(zhì)量越來越高的要求。目前雖然數(shù)字通信幾乎完全代替模擬通信的趨勢，但模擬通信仍然有著重要的應(yīng)用。,65,數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點,1、抗干擾能力強，傳輸質(zhì)量好； 2、可以再生中繼，傳輸距離長； 3、實用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性大； 4、容易實現(xiàn)高強度的保密通信； 5、數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實現(xiàn)小型化、微型化增強設(shè)備可靠性，有利于降低成本。,66,數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點,占用頻帶較寬，系統(tǒng)的頻帶利用率不高。例如一路模擬電話只占用4kHz的帶寬，而一路數(shù)字電話要占用20～64 kHz的帶寬。 數(shù)字通信系統(tǒng)的許多優(yōu)點是以犧牲頻帶為代價得到的，然而光纖通信的頻帶很寬，完全可以克服數(shù)字通信的缺點。,67,模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點,優(yōu)點：模擬通信系統(tǒng)除占用頻帶較窄外，還有電路簡單、無需數(shù)字系統(tǒng)中的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，價格便宜等優(yōu)點。 缺點：光電變換時噪聲大，有中間增音站將使噪聲積累，主要用于短距離傳輸線路。,68,模擬通信系統(tǒng)應(yīng)用－電視傳輸,目前的電視傳輸，廣泛采用模擬通信系統(tǒng)。由于電視的數(shù)字化傳輸，要求較復雜的技術(shù)，特別是當今社會對電視頻道數(shù)目的要求日益增多，要傳輸幾十甚至上百路的電視，需要極復雜的編碼和解碼技術(shù)，設(shè)備價格昂貴，因此目前還不能普遍使用。 采用副載波復用(SCM)模擬光纖通信系統(tǒng)傳輸多路電視，不失為一種明智的選擇。,,69,§1.4 國家“十五” 863計劃光纖通信技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略與實施策略,一、光纖通信技術(shù)研究與發(fā)展的現(xiàn)狀 二、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求與下一代光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢 三、“十五” 863計劃光纖通信研究的總體目標與實施策略,70,一、光纖通信技術(shù)研究與發(fā)展的現(xiàn)狀,1、當前信息技術(shù)發(fā)展的潮流：數(shù)據(jù)化、寬帶化、綜合化已成為趨勢； 2、傳輸與交換的融合、電路交換向分組交換的演進、網(wǎng)絡(luò)向更加寬帶化、智能化、集成化、兼容性、靈活性和高可靠性的方向發(fā)展已成必然。 3、WDM具有大容量、透明性、可重構(gòu)性、易擴容性等優(yōu)異性能，近年來得到了極大的重視和飛速的發(fā)展，其相關(guān)的光器件、光系統(tǒng)、光網(wǎng)絡(luò)等方面的發(fā)展代表了光通信技術(shù)的發(fā)展方向，已成為國內(nèi)外在光纖通信領(lǐng)域內(nèi)的研究重點和應(yīng)用熱點。以美國、歐洲和日本為代表的許多發(fā)達國家和地區(qū)對此投入了大量的精力，分階段、有步驟地進行研究，現(xiàn)已取得了很大的進展和成就。,71,國際上的研究水平,高速光傳輸方面，目前已實現(xiàn)了10.96Tb/s(274波×40Gb/s)的實驗系統(tǒng)； 超長距離傳輸方面，已達到4000km無電中繼的技術(shù)水平； 光網(wǎng)絡(luò)方面，“光網(wǎng)技術(shù)合作計劃(ONTC)”、 “泛歐光網(wǎng)絡(luò)(OPEN)”、“光通信網(wǎng)管理 (MOON)”和 “光城域通信網(wǎng)管理 (MTON)”、 等一系列光網(wǎng)絡(luò)研究項目相繼啟動、實施和完成，為下一代寬帶信息網(wǎng)絡(luò)，尤其是為承載未來IP業(yè)務(wù)的下一代光通信網(wǎng)絡(luò)奠定了良好的基礎(chǔ)。,72,國內(nèi)的研究情況,目前已陸續(xù)完成了 155Mb/s、 622Mb/s、 2.5Gb/s、 10Gb/s的SDH系統(tǒng) 8×2.5Gb/s、 16×10Gb/s、 32×10Gb/s、 160×10Gb/s的WDM系統(tǒng) 10Gb/s、 40Gb/s的OTDM試驗系統(tǒng) 寬帶接入系統(tǒng)、全光通信試驗網(wǎng)、自動交換光網(wǎng)絡(luò)試驗平臺等一系列項目 自行研制成功的WDM光傳輸系統(tǒng)已在多省市提供運行和服務(wù)，各種光纖局域網(wǎng)/城域網(wǎng)/廣域網(wǎng)已得到廣泛應(yīng)用。,73,我國已成為世界上為數(shù)不多的幾個掌握了全套SDH和WDM光通信系統(tǒng)系列產(chǎn)品技術(shù)的國家之一，在世界光通信系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了一席之地。 如：2001年完成的中國高速信息示范網(wǎng)(CAINONet)取得了重大的研究成果。,,74,二、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求與下一代光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢,在IP業(yè)務(wù)高速增長產(chǎn)生的帶寬需求和WDM 傳輸技術(shù)提供超大容量帶寬資源的雙重刺激下，傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)將朝著適于傳輸IP業(yè)務(wù)的新一代光網(wǎng)絡(luò)演進已勢在必行。期望能為IP互聯(lián)網(wǎng)提供更加高速、寬帶、靈活、高效和智能的新一代光網(wǎng)絡(luò)。 目前面臨的主要問題是：如何建立適于承載未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的光通信網(wǎng)絡(luò)，其典型需求和實現(xiàn)方式是什么。 光技術(shù)對21世紀來說，就象電技術(shù)對20世紀那樣重要。,,75,三、“十五” 863計劃光纖通信研究的總體目標與實施策略,總體目標是：在“十五”863計劃期間，適應(yīng)我國迅速發(fā)展的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對光通信的總體規(guī)劃與需求，掌握一批有市場前景的、面向產(chǎn)業(yè)的、解決重大技術(shù)與應(yīng)用問題、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵光纖通信高技術(shù)，造就一只能攻堅的科技隊伍與穩(wěn)定的人才梯隊形成若干有實力的 科研開發(fā)與成果轉(zhuǎn)化基地，為我國信息技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)、創(chuàng)新發(fā)展提供必要的技術(shù)基礎(chǔ)與技術(shù)支撐，在若干關(guān)鍵技術(shù)上達到國際先進水平。,76,O—TIME計劃,為實現(xiàn)總體目標，國家“十五”863計劃在通信技術(shù)主題設(shè)立光纖通信分項研究計劃，稱之為“光時代”計劃。 即：O—TIME：Optical Technology for Internet with Multi—wavelength Environment 計劃,77,實施O—TIME計劃指導思想是,1個核心——光系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò) 2個層面——面向應(yīng)用，重在創(chuàng)新 3個重點研究方向——高速、智能、融合 4個支柱——超長光傳輸，寬帶光接入，節(jié)點光交換，智能光聯(lián)網(wǎng) （四個支柱即為四個需重點攻克的關(guān)鍵技術(shù)）,78,O—TIME計劃的實施策略,策略上做到3個體現(xiàn)： 體現(xiàn)國家高技術(shù)研究與發(fā)展規(guī)劃對光纖通信的要求，對國家的經(jīng)濟建設(shè)、提高綜合國力和贏得國際競爭作出貢獻。 體現(xiàn)“創(chuàng)新—求實”，創(chuàng)新：論學術(shù)水平和技術(shù)難度，“新”、“難”、“尖”、“精”為其鮮明特征，充分重視知識產(chǎn)權(quán)與知識獲得；求實：論戰(zhàn)略目標和產(chǎn)業(yè)化追求，有的放矢，腳踏實地。 體現(xiàn)示范與帶頭作用，培育主導產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生“鏈條”效應(yīng)，造就杰出人才。,79,第一章思考題與習題,1、光通信的發(fā)展經(jīng)歷了那三個階段？ 2、為什么說1970年是光纖通信的元年？高琨的主要貢獻是什么？ 3、什么是光纖通信？光纖通信有哪些優(yōu)缺點？ 4、光纖通信使用的波長和頻率在什么范圍？光纖通信采用的三個窗口是那三個？ 5、激光的特點是什么？ 6、光纖通信系統(tǒng)主要由哪幾部分組成？簡述各部分的主要作用。 7、光纖通信系統(tǒng)是怎樣分類的？試簡單比較數(shù)字光纖通信系統(tǒng)與模擬光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點。 8、我國“十五”863計劃中提出的光時代計劃的指導思想是什么？,80,本章結(jié)束， 謝謝！,81,