光纖通信技術與設備-1

1、第第1章章 概論概論1.1光纖通信技術簡介1.2現(xiàn)代光纖通信的主要特點與發(fā)展趨勢 小結 思考題光纖通信技術與設備第第1章章 概論概論目標目標目標目標：通過本章的學習，應掌握和了解以下內容：l 了解光纖通信發(fā)展史l 掌握光纖通信系統(tǒng)的組成l 掌握現(xiàn)代光纖通信的主要特點l 了解現(xiàn)代光纖通信的發(fā)展趨勢 光纖通信技術與設備1.1 光纖通信技術簡介光纖通信技術簡介光通信，顧名思義就是利用光進行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。光通信技術是當代通信技術發(fā)展的最新成就，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信的基石。目前廣泛使用的光通信方式是利用光導纖維傳輸光波信號，這種通信方式稱為光纖通信。光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大

2、支柱，而其中光纖通信是主體，這是因為光纖通信本身具有許多突出的發(fā)展優(yōu)勢。 光纖通信技術與設備 1.1.1 光纖通信發(fā)展史與現(xiàn)代光纖通信的應用光纖通信發(fā)展史與現(xiàn)代光纖通信的應用 1光纖通信發(fā)展史 利用光進行通信并不是一個全新的概念，我國古代使用烽火臺報警就是目視光通信的最好的例子，歐洲人用旗語傳輸信息等，這些都可以看作是原始形式的光通信。望遠鏡的出現(xiàn)，又極大地延長了這種目視光通信的距離。但可惜此時信息傳遞的距離和信息量都十分有限。光纖通信技術與設備現(xiàn)代光通信的雛形可追溯到1880年Bell發(fā)明的光電話，可以說貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。燈的發(fā)明使人們可能構造簡單的光通信系統(tǒng)，并以此作為光源。

3、1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，在某種意義上解決光源的問題，給光通信帶來新的希望。激光器的發(fā)明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。 光纖通信技術與設備1970年，這是光纖通信史上閃光的一年。美國康寧(Corning)公司就研制成功損耗20 dB/km的石英光纖，使光纖通信可以和同軸電纜通信競爭，從而展現(xiàn)了光纖通信美好的前景，促進了世界各國相繼投入大量人力物力，把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4 dB/km。1973 年，美國貝爾(Bell)實驗室取得了更大成績，光纖損耗降低到2.5dB/km。 19

4、74 年降低到1.1dB/km。1976 年，日本電報電話(NTT)公司等單位將光纖損耗降低到0.47 dB/km(波長1.2m)。光纖通信技術與設備1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質性的進展。當年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后突破了半導體激光器在低溫(-200)或脈沖激勵條件下工作的限制，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質結半導體激光器(短波長)。這為半導體激光器的發(fā)展奠定了基礎。 1973 年，半導體激光器壽命達到7000小時。1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時(約11.4年)，外推壽命達到100萬小時，完全滿足實用

5、化的要求。1976年日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.3m的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。1979年美國電報電話(AT&T)公司和日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55m的連續(xù)振蕩半導體激光器。光纖通信技術與設備1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗，系統(tǒng)采用GaAlAs激光器作光源，多模光纖作傳輸介質，速率為44.7 Mb/s，傳輸距離約10km。1980 年，美國標準化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應用，系統(tǒng)采用漸變型多模光纖，速率為44.7Mb/s。隨后美國很快敷設了東西干線和南北干線，穿越22個州光纜總長達5104km

6、。1976年和1978年，日本先后進行了速率為34Mb/s，傳輸距離為64km的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗。 光纖通信技術與設備1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線，全長3400km，初期傳輸速率為400Mb/s，后來擴容到1.6Gb/s。隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)1988年建成，全長6400km；第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成，全長132000km。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設得到了全面展開，促進了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。光纖通信技術與設備 自從1966年高

7、錕提出光纖作為傳輸介質的概念以來，光纖通信從研究到應用，發(fā)展非常迅速：技術上不斷更新?lián)Q代，通信能力(傳輸速率和中繼距離)不斷提高，應用范圍不斷擴大。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為五個階段：第一階段，這是從基礎研究到商業(yè)應用的開發(fā)時期。第二階段，這是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用的實用化時期。 光纖通信技術與設備第三階段，在此期間以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術研究的時期。 第四階段，光纖通信系統(tǒng)是以采用光放大器增加中繼距離和采用波分復用技術來增加比特率和中繼距離為特征，由于這種系統(tǒng)有時采用零差或外差方案，故又稱為相干光波通信系統(tǒng)。 第五階段，光纖通信系統(tǒng)基于非線

8、性壓縮抵消光纖色散展寬，實現(xiàn)光脈沖信號保形傳輸，即所謂的光纖孤子通信。光纖通信技術與設備2現(xiàn)代光纖通信的應用光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號?，F(xiàn)在世界通信業(yè)務的90%需要經(jīng)光纖傳輸。隨著光纖通信技術的發(fā)展，世界上許多國家都將光纖通信系統(tǒng)引入了公用電信網(wǎng)、中繼網(wǎng)和接入網(wǎng)中。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當前研究開發(fā)應用的主要目標。光纖通信的各種應用可概括如下： 光纖通信技術與設備（1）通信網(wǎng) 1）全球通信網(wǎng) 2）各國的公共電信網(wǎng) 3）各種專用通信網(wǎng) 4）特殊通信 5）飛機、軍艦、潛艇、導彈和宇宙飛船內部使用光纜系統(tǒng)，可以利用光纖重量輕、體積小、抗電磁干擾和無信號輻射特性。 光纖通

9、信技術與設備（2）構成因特網(wǎng)的計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng) （3）有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)、工業(yè)電視系統(tǒng) （4）綜合業(yè)務光纖接入網(wǎng) （5）光纖傳感器 光纖通信技術與設備3.我國光纖通信事業(yè)發(fā)展概況我國的光纖通信技術研究方面起步并不算太晚，早在1963年，就有人對激光大氣通信進行研究，并在青島附近建立了第一個激光大氣通信實驗線路，隨之又進行光纖和光電器件的研究。 1973年，世界光纖通信尚未實用。郵電部武漢郵電科學研究院（當時是武漢郵電學院）就開始研究光纖通信。自1977年初，研制出第一根石英光纖起，跨過一道道難關，取得一個又一個零的突破。我國光纖通信技術發(fā)展速度之快令世界矚目。光纖通信技術與設備我國關

10、于光纖通信技術的研究，大體可以分為三個階段：1971-1977年為理論研究階段，主要進行了基礎理論和基礎元器件的研究工作。1978-1981年為室內研究和現(xiàn)場試驗階段。1982以后，為光纖通信的應用階段，早期為小規(guī)模推廣應用階段，后期為大容量長距離及新技術研究應用階段。光纖通信技術與設備1.1.2 光纖通信系統(tǒng)的基本構成與分類光纖通信系統(tǒng)的基本構成與分類1光纖通信系統(tǒng)的基本構成光纖通信系統(tǒng)可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。用戶要傳輸?shù)男畔⒍喾N多樣，一般有話音、圖像、數(shù)據(jù)或多媒體信息。該系統(tǒng)主要包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)3個大部分。光纖通信技術與設備圖1-1 光纖通圖信系

11、統(tǒng)的基本組成光纖通信技術與設備 （1）發(fā)射部分 發(fā)射部分是信息源把用戶信息轉換為原始電信號，這種信號稱為基帶信號。電發(fā)射機把基帶信號轉換為適合信道傳輸?shù)男盘?，這個轉換如果需要調制，則其輸出信號稱為已調信號。為提高傳輸質量，通常把這種模擬基帶信號轉換為頻率調制(FM)、脈沖頻率調制(PFM)或脈沖寬度調制(PWM)信號，最后把這種已調信號輸入光發(fā)射機。光纖通信技術與設備（2）接收部分 光載波經(jīng)過光纖線路傳輸?shù)浇邮斩?再由光接收機把光信號轉換為電信號。電接收機的功能和電發(fā)射機的功能相反，它把接收的電信號轉換為基帶信號，最后由信息宿恢復用戶信息。（3）基本光纖傳輸系統(tǒng) 基本光纖傳輸系統(tǒng)可以細分為3個

12、部分，即光發(fā)射機部分、光纖線路部分、光接收機部分：光發(fā)射機的功能是把發(fā)射部分輸入的電信號轉換為光信號，并用耦合技術把光信號最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機的核心設備是光源，還有驅動器和調制器組成。目前廣泛使用的光源有半導體發(fā)光二極管(LED)和半導體激光二極管(或稱激光器，LD)，以及譜線寬度很小的動態(tài)單縱模分布反饋(DFB)激光器。有些場合也使用固體激光器。光纖通信技術與設備光纖線路的功能是把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體，接頭和連接器是不可缺少的器件。實際工程中使用的是容納許多根光纖的光纜。

13、 光纖有三個低損耗窗口，波長為： 0 = 0.85m 短波長波段 0 = 1.31m 長波長波段 0 = 1.55m 長波長波段光纖通信技術與設備光接收機的功能是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光 信號轉換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復成發(fā)射前的電信號。光接收機由光檢測器、放大器和相關電路組成，光檢測器是光接收機的核心。對光檢測器的要求是響應度高、噪聲低和響應速度快。目前廣泛使用的光檢測器有兩種類型：在半導體PN結中加入本征層的PIN光電二極管(PIN-PD)和雪崩光電二極管(APD)。 光接收機最重要的特性參數(shù)是靈敏度。靈敏度是衡量光接收機質量的綜合指標，它反映接收機調整到最佳狀態(tài)時，

14、接收微弱光信號的能力。靈敏度主要取決于組成光接收機的光電二極管和放大器的噪聲，并受傳輸速率、光發(fā)射機的參數(shù)和光纖線路的色散的影響，還與系統(tǒng)要求的誤碼率或信噪比有密切關系。所以靈敏度也是反映光纖通信系統(tǒng)質量的重要指標。光纖通信技術與設備2光纖通信系統(tǒng)的分類有幾種，一般情況，常按照以下幾 種方式進行： （1）按照所傳輸信號類型劃分，可以分為光纖模擬通信系統(tǒng)和光纖數(shù)字通信系統(tǒng)。（2）按照光波長和光纖類型，可以劃分為短波長多模光纖通信系統(tǒng)和長波長光纖通信系統(tǒng)。（3）數(shù)字復用方式可以劃分為：準同步（PDH）數(shù)字方式和同步數(shù)字方式（SDH）。（4）按傳輸速率可以將光纖通信系統(tǒng)分為以下三種：低速光纖通信系統(tǒng)、中速光纖通信系統(tǒng)、高速光纖通信系統(tǒng)。 （5）按調制方式劃分為：直接強度調制光纖通信系統(tǒng) 和外調制光纖通信系統(tǒng) 。光纖通信技術與設備1.2.2 現(xiàn)代光纖通信的發(fā)展趨勢現(xiàn)代光纖通信的發(fā)展趨勢 1網(wǎng)絡化、大容量與高速化 2長波化 3傳遞業(yè)務的IP化 4全光化 5器件集成化光纖通信技術與設備小結小結1本章回顧了光纖通信發(fā)展的歷史，并介紹了光纖通信的6大特點及其主要應用的領域。光纖通