光纤通信系统讲义第一章

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3
5
•Electric phone
•Radio TV
•micro wave
•AM无线电 •FM无线电 •卫星/微波
•同轴电缆
•双铰线
•infra •Visible
red
light
•光纤
•107 •106 •105 •104 •103 •102 •101 •100 •10-1 •10-2 •10-3 •10-4 •10-5 •10-6
光纤通信系统讲义第一 章
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2020/11/5
光纤通信系统讲义第一章
第一章 概述
1.1. 光纤通信的发展概况 • 光通信就是发出包含了某种信息在内的光，
将这种光通过媒质光纤传到对方，然后在 这种光中取出原来的信息，这就是光纤通 信。
• 古代，我们的祖先已经利用光来传递信息。 建造烽火台，用烟和火花来报警，用旗语 来传送信息等。
在我国青岛和韩国泰安登陆、全长549公里
•
光纤通信系统讲义第一章
照Pioneer公司预测，海底光缆系统的建设资金（包 括新建和升级改造），2003年为最低点，2007年 则可恢复到2001年的水平。略高于140亿美元)。 而Terabit Consulting公司认为，2004年后海底光 缆建设将开始复苏，2004-2009年海底光缆的投 资总额可达496亿美元（这段时间每年平均80多 亿美元）。但日本KDDI公司认为，从现时的市场 感觉以及根据IT泡沫发生前的长时期内市场的发 展趋势来判断，Consulting公司的预测将很难成 为现实。KDDI还认为，2004年后海底光缆建设每 年的投资额充其量也就是40亿美元左右。
•2 dB/cm
•Fourth Generation, 1996, 1.55 mm
•WDM-systems
•Attenuation
•0.8 •0.9 •1.0 •1.1 •1.2 •1.3 •1.4 •1.5 •1.6 •1.7 •1.8
•Wavelength (mm)
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光纤通信系统讲义第一章
光纤通信系统讲义第一章
Digital communication
hierarchy
•Multiplexing
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光纤通信系统讲义第一章
l (m)
•f (Hz)
•10-12 •10-10
•cosmic radiation g -radiation
•X-ray
•1020 •1018
•10-8
• 2.对切断和连接光纤时，需要高精度技术， 这在连接电缆时是没有的。
• 3.分路耦合不方便。 • 4.光纤不能输送中继器所需要的电能。 • 5.弯曲半径不宜太小。
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光纤通信系统讲义第一章
四 光纤通信系统的分类
• 1. 光纤通信系统的类型 • （1）按传输信号的类型分类： • （a）光纤模拟通信系统。这是用模拟信号
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光纤通信系统讲义第一章
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•History of Undersea
cable •
1988年，在美国与英国、法国之间敷设了
越洋的海底光缆（TAT-8）系统，全长6700公
里。这条光缆含有3对光纤，每对的传输速率为
280Mb／s，中继站距离为67公里。这是第一
条跨越大西洋的通信海底光缆，标志着海底光
•Data carrying capacity (bps)
•Development of Optical Communication
•WDM
•Light wave network
•EDFA
•ADSL •FTTH
•/vol48-3/6.html
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• 4.线径细、重量轻
• 由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右，因此 制成光缆后，直径要比电缆细，而且重量也轻。 这样在长途干线或市内干线上，空间利用率高， 而且便于制造多芯光缆。
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光纤通信系统讲义第一章
• 5.资源丰富 • 光缆通信除上述主要优点之外，还有抗化学腐
蚀等特点。当然，光纤本身也有缺点，如光纤质 地脆、机械强度低；要求比较好的切断、连接技 术；分路、耦合比较麻烦等。但这些问题随着技 术的不断发展，都是可以克服的。
• 6.挠性好
• 光纤经过表面涂敷后，弯曲直径为3mm不会折 断。因此，用光纤制成的光缆与铜线制成的电缆 有同样好的挠性。
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• 7.不怕潮湿，耐高温，抗腐蚀 • 光纤是玻璃制成的，不怕潮湿，不会锈蚀，石
英玻璃的熔点在2000℃以上，而一般明火的温度 在1000℃左右。
•U.V.
•1016
•10-6 •10-4
•I.R.
•1014 •1012
•10-2
•Radar
•1010
•1
•TV - radio
•108
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•Visible light: •380 - 760 nm
l (nm)
•violet
•400
•blue
•green
•500
•yellow •orange •600
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光纤通信系统讲义第一章
• （3）按光纤的传输特性分类
• （a）多模光纤通信系统。
• （b）单模光纤通信系统。
• （4）按光波长分类
• （a）短波长光纤通信系统。工作波长为850nm的 石英多模光纤系统，这类系统的中继距离较短。
• （b）长波长光纤通信系统。工作波长为1310nm 和1550nm。采用1310nm波长可以用多模光纤也 可以单模光纤。采用1550nm波长只能用单模光纤。 这类系统的中继距离较长。
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光纤通信系统讲义第一章
• 2004年4月，富士通宣布和合作伙伴Alcatel共同赢得SeaMe-We 4组建委员会的建设高容量海底光缆网络的合同。
• 作为4号亚欧海底光缆网络的一部分，它将连接东南亚， 中东和西欧。新的Ｔ比特光缆系统的传送容量将比原有的 3号海底光缆网络高32倍。光缆网络长约20，000km，几 乎是地球周长的一半,预计耗资4亿美元。连接从法国到新 加坡，途中经过意大利、阿尔及尼亚、突尼斯、埃及、沙
• 提高目玻前璃实纤用维Si的O2纯（度石来英达）到系,光光纤波，长减入小＝光1纤.5损5µ耗m，
附近，衰减有最低点，可低至.2dB/km，已接近理 论极限值。
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光纤通信系统讲义第一章
• 3.不受电磁干扰 • 因为光纤是非金属的介质材料，因此，它不受
电磁干扰。这是电通信所不能比拟的。
• 8.安全保密
• 在传输过程中，光纤向外漏泄的光能很小，光 缆内部光纤之间的串音小到可以忽略不计。因此， 光纤通信比传统的无线和其他有线通信更加安全 保密。
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光纤通信系统讲义第一章
三 光纤作为传输媒介存在的问题
• 1.光纤性质脆，需要适当地涂敷加以保护。 此外，为了保证能承受一定的敷设张力， 在光纤结构上也需要多加考虑。
光 纤 展通 信 发
•
•第一阶段：1970～1979年，光导纤维与半导体激光器的研 制成功，使光纤通信进入实用化。
•第二阶段：20世纪80年代中期，工作λ=1310nm波长段的单模光纤
通信系统。衰减为.3~0.5dB/km，可传送准同步数字体系（PDH）的 各次群信号，最高速率传输速率可达1.7Gbit/s，中继距离约为50km。
特阿拉伯、阿拉伯联合酋长国、巴基斯坦、印度、斯里兰 卡、孟加拉、泰国和马来群岛的16个陆地。该网络可同时 处理2000万路语音通信或传输6万个频道的电视节目。日 本富士通公司和法国阿尔卡特海底网络公司为工程主承包 商。该光缆预计将于2005年第三季度投入运营。
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光纤通信系统讲义第一章
•光纤通信系统简介
•Wave length（m）
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光纤通信系统讲义第一章
1.2 光纤通信的优点和应用
• 一、 光纤通信与电通信方式差异 • 1 用光波作为载波传输信号；2 用光导纤维构
成的光缆作为传输线路；3 光纤通信中起主导作 用的是产生光波的激光器和传输光波的光导纤维。 • 半导体激光器的发光面积很小，它输出稳定而 且方向性极好的激光，激光可以运载巨大的信息 量。光纤是一种介质光波导，具有把光封闭在其 中并沿轴向进行传播的导波结构。它是由直径大 约只有0.1mm的细玻璃丝构成。
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•第五阶段：基于利用光纤的非线性压缩抵消由于光纤色散产生的
脉冲展宽的新概念产生的光孤子，来实现光纤光通脉信系冲统信讲义号第的一章保形传输。
•The Evolution of Fiber Optic Communications system
•First Generation, ~1975, 0.8 mm
缆时代的到来。
• 1989年，跨越太平洋的海底光缆（全长
13200公里）也建设成功，从此，海底光缆就
在跨越海洋的洲际海缆领域取代了同轴电缆，
远洋洲际间不再敷设海底电缆。
• 第一个在中国登陆的国际海底光缆系统是
1993年12月建成的中国——日本（C-J）海底
光缆系统。
• 1996年2月中韩海底光缆建成开通，分别
•red
•700
•Optical communication wavelengths
光纤通信系统讲义第一章
•Bands of single mode optical fiber
•S+
S
C
L
L+
•1450
1491650
•Wave length (nm)
•O波段（原始波段） E波段（扩展波段） S波段（短波段） C波段（常规波段） L波段（长波段） U波段（超长波段）
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1260-1360nm. 1360-1460nm. 1460-1530nm. 1530-1565nm. 1565-1625nm. 1625-1675nm.
光纤通信系统讲义第一章
•The Electromagnetic Communication Spectrum
•101 •102 •103 •104 •105 •106 •107 •108 •109 •101 •1011 •1012 •101 •1014 •101
•MM-fiber, GaAs-laser or LED
•Second Generation, ~1980, 1.3 mm, MM & SM-fiber
•InGaAsP FP-laser or LED
•Third Generation, ~1985, 1.55 mm, SM-fiber
•InGaAsP DFB-laser, ~ 1990 Optical amplifiers
•第三阶段：20世纪80年代后期，工作在λ=1550nm波长段的单
模光纤系统。衰减为0.2dB/km，应用在同步数字体系（SDH）光 纤传输网，传输速率达2.5Gbit/s，中继距离超过100km。
•第四阶段：采用光放大器来增加中继距离和采用波分复用和频分
复用技术来提高传输速率。单信道速率为25Gbit/s，不用再生器， 光纤损耗用光纤放大器补偿，试验传输距离达2223km。
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光纤通信系统讲义第一章
• 1997年11月，我国参与建设的海底光缆系统 （FLAG）建成并投入运营，这是第一条在我国登
陆的洲际光缆系统，分别在英国、埃及、印度、 泰国、日本等12个国家和地区登陆，全长27000 多公里，其中中国段为622公里
• 1999年。中国电信和新加坡等地的电信公司共 同发起的亚欧海底光缆系统，该系统连接亚洲、 欧洲和大洋洲，在33个国家和地区登陆，全长达 38000公里，是世界上最长的海底光缆，采用先 进的8波长波分复用技术，主干路由的设计容量高 达40Gb／s－ Sea-Me-We 3
直接对光源进行强度调制的系统。 • （b）光纤数字通信系统。这是用来传输
PCM数字信号的系统。
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• （2）按调制方式分类
• （a）直接强度调制光纤通信系统。它用电信号直 接对光源进行强度调制，在接收端用光检测器直 接检测。
• （b）外差光纤通信系统。在发送端电信号对光源 发出的光载波进行调制（通常使外调制）后，经 单模光纤传输到接收端，与接收机的本振振荡光 波混频，经光检测器检测后获得信号光与本振光 之差的中频信号，然后再解调出电信号。
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光纤通信系统讲义第一章
二 光纤作为传输媒介的优点
• 1.传输频带宽、通信容量大 • 由信息理论知道，载波频率越高通信容量越大，
因所以目前通使信用容的量光约波可频增率加比10微3～波10频4倍率。高在110.3～5510µ4倍m附， 近，提供的带宽为25000GHz. • 2.传输损耗低