光纖通信概論

第一章光纖通信概論5/9/202311.1光纖通信發(fā)展概況1.2光纖通信的優(yōu)點1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成思考。。。。。。。。。5/9/20232

通信是什么？

Communication

電信是什么？

Telecommunication

借助某種設備在相隔一定距離的條件下進行信息交換

那么：什么是光纖通信呢？１.1光纖通信發(fā)展概況5/9/20233

光纖通信：

OpticalFiberCommunication

光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒質(zhì)的通信方式。

光纖通信：以光導纖維（光纖）為傳輸媒質(zhì)，以光波為載波，實現(xiàn)信息傳輸。光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成5/9/20234光纖線路光源光調(diào)制器光檢測器基帶處理基帶處理基帶電信號基帶電信號調(diào)制電信號解調(diào)電信號已調(diào)光信號光發(fā)射機光接收機5/9/20235為什么要用光波作為載波進行通信呢？第一，進入信息時代后，社會產(chǎn)生的信息量急劇增大，信息只有在適當?shù)臅r間以適當?shù)姆绞絺魉偷竭m當?shù)牡胤剿拍軌虬l(fā)揮作用，所以我們制造的信息越多，對信息進行傳送的需求也越大，因此，通信系統(tǒng)必須無損地即時傳送消息。5/9/20236因為我們需要越來越多的傳送信息的能力。第二，為保證信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性，需要采用數(shù)字信號傳輸，而數(shù)字技術需要付出一定的代價：它需要更高的系統(tǒng)傳輸能力。5/9/20237可見，電信系統(tǒng)的主要特征之一是傳送信息的能力通信系統(tǒng)傳輸信息的能力由什么決定？

根據(jù)Shannon定理

C—信息運載能力（bit/s，bps），

BW—是鏈路帶寬（Hz=周期/秒），

SNR—是信噪比。可見：

通信系統(tǒng)傳輸信息的能力與信道帶寬成正比。5/9/20238是什么限制了帶寬呢？

是信號的載波頻率。載波頻率越高，信道的帶寬就越大，系統(tǒng)的信息傳輸能力也就越大。所以，人們一直探索將更高頻率的電磁波用于通信的技術。

讓我們看一下電磁波頻譜圖吧:5/9/202395/9/202310光波是可以用于通信的最高頻率，也是可以用于通信的最后一個頻率波。根據(jù)經(jīng)驗，帶寬約為載波頻率的1/10。

銅線：1MHz（短距離）同軸電纜：100MHz

微波：可達100GHz

光纖：100THz光纖通信利用光波作為信息載體和光纖作為傳輸媒質(zhì)．5/9/2023115/9/202312我國古代使用的烽火臺就是大氣光通信的最好例子。后來的手旗、燈光甚至交通紅綠燈等均可劃入光通信的范疇。近代光通信的雛形可追朔到1880年Bell發(fā)明的光電話。但通信光電話未能像其它電通信方式那樣得到發(fā)展。5/9/202313貝爾電話系統(tǒng)1960年，美國休斯公司Maiman發(fā)明紅寶石激光器．

1966年，英籍華人科學家高錕（C.K.Kao）博士提出的利用SiO2石英玻璃可以制成衰減為20dB/Km的通信光導纖維的設想，而當時世界上最好的光學玻璃的衰減達1000dB/Km左右。

1970年，美國CorningCo.（康寧公司）研制成功衰減為20dB/Km的光纖．

1970年，美國AT&TBellLab（貝爾實驗室）實現(xiàn)了GaAlAs（鎵鋁砷）半導體激光器室溫下的連續(xù)工作。5/9/202314

1974年，光纖衰減降低到2dB/Km。

1980年，光纖衰減已降低到0.2dB/Km（1550nm），接近理論極限值。這樣，使得長距離光纖通信成為可能。與此同時，適用于長波長的光源（半導體激光器和半導體發(fā)光二極管）、光檢測器、光纖放大器、光纖光纜和光無源器件也得到大力發(fā)展，促進了光纖通信系統(tǒng)的實用化。5/9/202315

1976年，世界上第一個速率為44.736Mb/s、傳輸距離為110Km的光纖通信系統(tǒng)在美國亞特蘭大誕生，該系統(tǒng)成功地進行了現(xiàn)場實驗和全面性能測試后，很快商用化，使光纖通信向?qū)嵱没~出了第一步。

80年代后，光纖通信得到了大發(fā)展，并很快替代電纜通信，成為電信網(wǎng)中的主要傳輸手段。光纖通信網(wǎng)絡已遍及全球。陸地和海底主要傳輸干線均采用光纖通信。5/9/2023165/9/202317光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段：

?第一階段(1966~1976年)，這是從基礎研究到商業(yè)應用的開發(fā)時期。?第二階段(1976~1986年)，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大發(fā)展時期。

?第三階段(1986~1996年)，這是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。5/9/202318國內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀

1976年美國在亞特蘭大進行的現(xiàn)場試驗，標志著光纖通信從基礎研究發(fā)展到了商業(yè)應用的新階段。此后，光纖通信技術不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm(短波長向長波長），傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。隨著技術的進步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價格不斷下降，應用范圍不斷擴大。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來國家信息基礎設施的支柱。在許多發(fā)達國家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟中占重要地位。

光纖通信的傳輸速率每9個月提高一倍。

80年：45Mb/s；

1999年：3.28Tb/s。光通信：信息社會中流砥柱。光纖通信是一個非常有潛力的行業(yè)。光纖通信行業(yè)競爭激烈。光纖通信行業(yè)充滿了機遇和挑戰(zhàn)。

5/9/202319目前光纖通信中使用的光波波長范圍為：目前光纖通信的三個窗口：短波長波段，中心波長：850nm．長波長波段，中心波長分別為1310nm

1550nm5/9/202320800~1700nm

光纖通信產(chǎn)業(yè)鏈5/9/202321關鍵原材料運營商光無源器件光傳輸/交換設備光有源器件光纜網(wǎng)絡管理系統(tǒng)光纖預支棒測試設備光纖網(wǎng)絡集成商光纖預制棒是制造石英系列光纖的核心原材料

１.２光纖通信的六大優(yōu)點1．傳輸頻帶極寬，通信容量很大。光纖通信所用光波的頻率很高，約為100THz－1000THz，比微波頻率高約104倍，所以理論上其通信容量比微波通信高約104倍。光纖通信可供使用的頻帶很寬，尤其適合高速寬帶信息的傳輸。2．損耗低，傳輸距離遠。光纖的損耗很低，在1550nm波長附近，損耗已降低至0.2dB/Km，接近理論極限值。極低的衰減可以大大增加通信距離，因此適合于長途干線通信和海底光纜通信。5/9/2023223．抗電磁干擾。光纖是非金屬的介質(zhì)材料，不受電磁干擾，也不會產(chǎn)生電火花，適合應用于有強電干擾和電磁輻射、要求防爆的環(huán)境。

4．串擾小，信號傳輸質(zhì)量高，保密性好。光纖之間的串話小，信號傳輸質(zhì)量高。光纖內(nèi)傳播的光信號能量幾乎不會向外輻射，因此很難被竊聽，保密性好，適合應用于保密要求高的場合。

5．光纖尺寸小，重量輕，便于運輸和敷設；

6．制造光纖的主要原料SiO2蘊藏豐富，取之不盡，用之不竭，并節(jié)約了大量有色金屬。5/9/202323

１.3光纖通信系統(tǒng)基本組成

光纖通信與電通信方式的差異主要有兩點：一是用光波作為載波傳輸信號，二是用光導纖維作為傳輸線路。光纖通信系統(tǒng)普遍采用數(shù)字編碼、強度調(diào)制―直接檢測方式。5/9/2023245/9/202325圖1-1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)5/9/2023265/9/202327

基本光纖傳輸系統(tǒng)的三個組成部分1、光發(fā)送機組成框圖：

光源調(diào)制器通道耦合器電信號輸入光輸出驅(qū)動電路2.光纖線路

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C5/9/2023283、光接收機功能：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)射前的電信號組成部分：耦合器，光電檢測器，解調(diào)器組成框圖：電子電路光輸入耦合器光電檢測器解調(diào)器電信號輸出5/9/202329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。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應用。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：①通信網(wǎng)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)④綜合業(yè)務光纖接入網(wǎng)光纖通信的發(fā)展趨勢5/9/202330今后的發(fā)展趨勢（1）向超大容量WDM系統(tǒng)演進（2）向G.655(非零色散光纖)光纖發(fā)展(適合于WDM技術的光纖)

（3）向?qū)拵Ч饫w接入網(wǎng)方向發(fā)展參考信息：

實用光纖標準G.651：GIF型光纖，適用于中小容量和中短距離；G.652：常規(guī)單模光纖，第一代SMF，在波長1.31μm處色散