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(jià)、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 ISDN 7號(hào)信令 我國傳輸網(wǎng)分： 國家一級(jí)干線（連接國內(nèi)各個(gè)省之間的 電信線路） 國家二級(jí)干線（或

2、稱省級(jí)干線，連接省 內(nèi)地區(qū)或市的電信線路） 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） 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 10mm 1mm 100m 10m 1m 100nm 10nm 1nm 紅外線 可見光 紫外線 光 電磁

3、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，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

4、低損耗光纖 1976年 日本電報(bào)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/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(hào) 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,

5、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1

6、25m125m 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” 光纖中光波的傳輸原理-全反射之字線傳輸 n2 n1 n2 空氣 A B MAX 當(dāng)n1n2 1 c時(shí) 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?線都能在光纖纖芯內(nèi)傳輸 入射光反射光 折射光 折射率n1 折射率 n1 n2 1 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

7、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(gè) 損耗特性 色散特性 1.損耗特性 L A(P1) B(P0) = log 10 L P1 P0 為損耗系數(shù) 損耗特性與光的工作波長有關(guān),在三個(gè)工作窗口有相對(duì) 小的損耗: 第一窗口光工作波長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(hào)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(hào)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). 1.01.2 1.41.6 色散 激光光源頻譜圖 光纖

8、種類 G.652光纖 即常規(guī)單模光纖，在1310nm波長工作時(shí)，理論色散值為零； 在1550nm波長工作時(shí)，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(shí)，需要采取色散調(diào)節(jié)手段。 G.653光纖 在1550nm波長工作時(shí)性能最佳，又稱為色散移位光纖。零色 散點(diǎn)從1310nm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(jì)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

9、公里。可以有效的減少波分復(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 2048 30CH 8448 120CH 34368 480CH 139264 1920CH 564992 7680CH 美國 1 544 24CH 6312 96CH 44736 672CH 274176 4032CH 日本 1 544 24CH 6312 96CH 32064 480CH 97728 1440CH 397200 5760CH 2 PDH數(shù)字復(fù)用體系 PDH通信系

10、統(tǒng) Plesiochronous Digital Hierarchy PDH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/OE/OE/O O/EO/EO/EE/OE/OE/O O/EO/EO/E 2Mb/s 8 Mb/s34Mb/s 140Mb/s 電端機(jī) 光 端 機(jī) 444 PDH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(gè)波長的光信號(hào),傳輸4個(gè)波長光

11、信號(hào)的系統(tǒng)稱4波復(fù)用,目前的最高級(jí)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(gè)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(hào)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(gè)低速率等級(jí)的信 號(hào)采用同步復(fù)用外，其他多數(shù)等級(jí)的信號(hào)采用 異步復(fù)用，難于從高速信號(hào)中識(shí)別和提取低速 支路信號(hào) 準(zhǔn)同步系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)（OAM） 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（SON

12、ET）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-SDH Synchronous Digital Hierarchy 2） SDH的線路碼速率 SDH 信號(hào) 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/s 1.5Mb/s 34Mb/s 140Mb/s 45Mb/s STM-1 STM-4STM-16STM-64 3）SDH的STM-1幀結(jié)構(gòu) F1F2 F3F4 F5 F6

13、 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(shí)間是125m,即幀頻是8000 每一幀所傳的比特?cái)?shù)是9270 8=19440 STM-1信號(hào)的碼速率是 19440125m=155.52Mb/s STM-1 155Mbit/s 21.5 34140 (單位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(gè)字節(jié) VC-3：86*9個(gè)字節(jié) 4）STM-1信號(hào)復(fù)用

14、成STM-4信號(hào) STM-4復(fù)用 t t STM-1 STM-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(shí)傳輸多波長光信號(hào)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(hào)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(hào)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 1 22 1 nn 波分復(fù)用示意圖 通路分配表(8通路） 序號(hào)中心頻率（THz)波長（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)用頻譜圖 波分復(fù)用