第 7 章 光纤通信新技术-3
光纤通信最新技术
光纤通信最新技术光纤通信最新技术对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标。
目前主要的光纤通信技术有以下几种：一：波分复用技术波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
WDM波分复用并不是一个新概念，在光纤通信出现伊始，人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输，但是在20 世纪90 年代之前，该技术却一直没有重大突破，其主要原因在于TDM 的迅速发展，从155Mbit/s 到622Mbit/s，再到2.5Gbit/s 系统，TDM 速率一直以过几年就翻4 倍的速度提高。
人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术。
1995 年左右，WDM 系统的发展出现了转折，一个重要原因是当时人们在TDM10Gbit/s 技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上，WDM 系统才在全球范围内有了广泛的应用。
随着波分复用技术从长途网向城域网扩展，粗波分复用CWDM应运而生。
CWDM的波长间隔一般为20nm，以超大容量、短传输距离和低成本的优势，广泛应用于城域光传送网中。
目前为了进一步提高光通信系统的传输速率和容量，还提出了将波分复用和光时分复用OTDM相结合的方式。
把多个OTDM 信号进行波分复用。
从而大大提高传输容量。
只要WDM和OTDM两者适当的结合，就可以实现Tbit/s以上的传输，并且也应该是一种最佳的传输方式，因此它也成为未来高速、大容量光纤通信系统的发展方向。
实际上大多数超过3bit/s的传输实验都采用WDM和OTDM相结合的传输方式。
光纤通信系统培训课件
抖动的单位是UI(Unit Interval)
1UI的时间相差非常大，一般用抖动占UI的 相对值来表示。
由于抖动难以完全消除，为保证整个系统正 常工作，根据ITU-T建议和我国国标，抖动 的性能参数主要有：
①输入抖动容限；
②输出抖动；
③抖动转移特性。
7.4光纤损耗和色散对系统的限制
1 光纤通信系统受到光纤损耗的限制，因此 ，我们要在满足系统的性能指标前提下， 最大限度地延长中继距离。 中继距离的估算一般采用ITU-T G.956所建 议的极限值设计法。
( 3 ) STM-64 系 统 在 选 用 SLM 激 光 器 ， 且 选 用 1550nm工作波长区，不加光放大器也不加色散 补偿的情况下，最大无再生距离至多为37km。 超过37km必须加色散补偿措施。
(4) STM-256系统无补偿措施不能用于局间通信， 而且简单的补偿办法也是行不通的，因为仅频率 啁啾引起的波形展宽就可能使脉冲展宽一倍，表 7-4-1估算结果的误差可能大到已经失去了参考 价值。STM-256系统需要光源的外调制、光放大 和色散补偿多重技术同时采用。可见STM-256系 统目前的传输成本不支持其实用化。
(2) 监控信号的传输
在光纤通信监控系统中，监控信号是怎样在主控 站和被控站之间传输呢?目前有两类方式：
一类是在光缆中加金属导线对来传输监控信号， 已经逐渐被淘汰；
另一类是由光纤来传输监控信号。
光纤来传输监控信号又可分为如下两种方式
a 频分复用传输方式。
采用频分方式可有不同的方法，其中一种方法是脉 冲调顶方法。
4
插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后 在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出， 根 据 插 入 码 的 类 型 分 为 ： mB1P码 ， mB1C码 ， mB1H码。
SDH技术第07章
7.1.14 MSTP相关观点一览
我没有固定数据网，但是我必须建设它，为了 节省投资，MSTP是一种选择； 我已经有固定数据网，但是我想方设法优 化它，MSTP也是一种选择；
诚然，MSTP多数用在城域汇聚层和接入层，而且， 目前它不能取代传统城域数据设备的位置（认证、计 费、安全）。
MSTP的特点
只适用于初期网络较小的应用
只适合本地初期宽带业务较少的应用
D S L A M
L A N S W I T C H
不是一个网络的形态 维护管理困难 光纤浪费严重
Router 兼容TDM 困难
Router
ATM VP-RING
D S L A M
L A N S W I T C H D S L A M
交换机端口压力大
（2）透明映射：基于块编码的用户信号的映射，
如光通道和G比特以太网等。
1.GFP帧结构
帧的划分：业务帧和控制帧。
净荷长度指示 域（PLI） cHEC （CRC-16） 核心帧头 净荷类型 域 tHEC (CRC-16) 净荷区 净荷帧头 扩展信头 （可选） 净荷信息 域 净荷FCS （可选）
Status）
MST用来表示从宿端到源端的同组VCG成 员的状态信息。它有两个状态：正常 （OK=0）和失效（FAIL=1）
重排序确认比特RS-Ack
当容量调整后，接收端向发送端发
送该信号以确认调整过程的结束，通常
采用0/1翻转表示。
2.链路容量调整过程
（1）链路容量增加过程
（2）VC失效处理
保持SDH技术的一系列优点。 提供集成的数字交叉连接功能。 具有动态带宽分配和链路高效建立能力。 支持多种以太网业务类型。 支持WDM扩展。 提供综合的网络管理能力。
光纤通信技术
1951 医用玻璃纤维 (损耗 1000dB/km)
1962 半导体激光器诞生 (GaAs 870nm)
1966 高锟 理论预言
70 年代室温工作半导体激光器 (GaAsAI 850nm)
1970 康宁制出低损耗光纤 (20dB/km)
1300 、 1550nm 多模LD
单模 LD
1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km) 低损耗窗口光纤开发
L 中继距离
每秒钟传输的比特数目。
? 光纤通信追求目标 : 大容量、长距离 ? 技术发展：短波长 -长波长、多模光纤 -单
模光纤、多模激光器 -单模激光器
第十一页，共38页。
光纤通信技术(jìshù)的发展大体上可分为：
工作(gōngzu光ò)纤波长激光器 比特率B 中继距离 L
第一代 70 850nm 年代(niándài)
1.4 光纤通信(ɡuānɡ xiān tōnɡ
? 1波分复用技术 ? 2相干光通信(tōng xìn)
? 3超长波长(bōcháng)的光纤通信 ? 4光集成技术
? 5光孤子通信 ? 6实现超大容量通信的近期趋势
第三十一页，共38页。
实现超大容量(róngliàng)通信的近
? 时分复用技术(jìshù)
? 电通信(tōenlgecxtìrnic)a（l communication ）
? 广义的电通信指的是一切(yīqiè)运用电波作为载体而传送 信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的 介质是什么。
? 电通信又可分为有线电通信和无线电通信。
? 光通信（ optical communication ）
的电信号。
? 光接收机由光检测器、 放大器和相关电 路组成。
第七章 光纤接入网
7.2.1 光纤接入网功能模型
Q3接口 （PON） ODN ONU ONU ONU 用户侧 ONU：光网络单元 ODN：光配线网络 接入链路 OLT：光线路终端 PON：无源光网络 网络侧 AON：有源光网络 ODT：光配线终端 （AON） ODT OLT 业务节点功能 OLT甚高速数字用户线(VDSL：very－high－rate DSL) 在ADSL基础上发展起来的VDSL，可在很短的双绞 铜线上传送比ADSL更高速的数据，其最大的下行速率为 51～55Mbps，传输线长度不超过300m；当传输速率在 13Mbps以下时，传输距离可达到1.5Km，上行速率则为 1.6Mbps以上。 • 速率自适应数字用户线(RADSL:Rate Adaptive DSL) RADSL提供的速率范围与ADSL基本相同，也是一 种提供高速下行、低速上行并保留原语音服务的数字用 户线。与ADSL区别在于：RADSL的速率可以根据传输 距离动态自适应，当距离增大时，速率降低，这样可以 提供用户传输服务的灵活选择。
树形结构 采用串联光分支器件（OBD）分开下 行信号和组合上行信号，光分支器件一般采用1： N型。 总线形结构采用分光/合光器件（S/C）即光分支 耦合器，将各个ONU连接到OLT发出的总线上。 ODN的主要光特性如下： •光波长透明性：如光分支器件之类的无源器件， 不 具 有 波 长 选 择 功 能， 能 支 持 传 送 1310nm和 1550nm波长区内波长的信号。 •互换性：ODN的输入和输出口互换后，对通过器 件的光衰耗不会产生显著的变化。 •光纤兼容性：所有的光器件应能与光纤兼容。
光纤接入网可分为光纤到户(FTTH)、光纤到路边 (FTTC)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到办公室 (FTTO)等。
基于光纤的接入技术包括光纤/同轴线混合网 （HFC：Hybrid Fiber Coaxial) 、以ATM为基础 的无源光网络(APON) 、GPON、EPON、SDH 应用于接入网 、IP over （D）WDM 等。
光纤通信技术-第三章-光源与光发射系统-电子教案 (3)
10.什么是张弛振荡？简述张弛振荡产生的原因。
11.什么是码型效应？如何消除码型效应。
12.什么是自脉动现象？自脉动现象有哪些特点？
13.光源的间接调制方法有哪些？
14.光纤通信系统对光发射机的基本要求有哪些？
15.光发射机为什么要进行自动温度控制？
16.光纤通信系统对光源器件的基本要求有哪些？
17.简述激光器的结发热效应。
18.何谓激光器的偏置电流？应如何选择偏置电流？
120.构成激光器必须具备的条件有哪些？
21.在光纤通信系统中，光源为什么要加正向电压？
22.简述半导体激光器的特性。
23.简述F-P腔半导体激光器的结构。
24.光发射机主要有哪些部分组成？简述各部分的作用。
4、课后作业：6。
3.4新型半导体激光器
重点介绍分布式反馈激光器的结构特点，引出在此特点基础上的发光原理，并指明它所具有的独特优点；简要介绍耦合腔半导体激光器与量子阱激光器的结构与特点。
3.5光源的调制
重点介绍光源的直接数字调制以及可能产生的效应：电光延迟、张弛振荡、自脉动、码型效应等。简要介绍光源的三种间接调制方式，包括：声光调制、热光调制和磁光调制。
3.6光发射机
首先介绍通信系统对光发射机的基本要求；重点介绍光发射机的组成与功能，包括：输入电路、光源和控制电路。
1：计划学时：2学时
2：讲授要求：
注意区分新型激光器与F-P腔激光器在结构和性能上的不同，使学生能够对前后学习的知识有一个连贯性的认识；详细介绍光发射机的三个组成部分，使学生清楚各部分的主要功能。
课程
光纤通信技术
章节
第三章
学期
2013/2014学年第一学期
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒：将光缆连接起来。
光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。
光纤通信中应用的新技术
一﹑光纤通信中应用的新技术1.1光弧子通信1844年，苏格兰海军工程师约翰·斯科特·亚瑟对船在河道中运动而形成水的波峰进行观察，发现当船突然停止时，原来在船前被推起的水波依然维护原来的形状、幅度和速度向前运动，经过相当长的时间才消失。
这就是著名的孤立波现象。
孤立波是一种特殊形态的波，它仅有一个波峰，波长为无限，在很长的传输距离内可保持波形不变。
人们从孤立波现象得到启发，引出了孤子的概念，而以光纤为传输媒介，将信息调制到孤子上进行通信的系统则称作光孤子传输系统。
光脉冲在光纤中传播，当光强密度足够大时会引起光脉冲变窄，脉冲宽度不到1个Ps，这是非线性光学中的一种现象，称为光孤子现象。
若使用光孤子进行通信可使光纤的带宽增加10～100倍，使通信距离与速度大幅度地提高。
于常规的线性光纤通信系统而言，限制其传输容量和距离的主要因素是光纤的损耗和色散。
随着光纤制作工艺的提高，光纤的损耗已接近理论极限，因此光纤色散便成为实现超大容量光纤通信亟待解决的问题。
光纤的色散，使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽，限制了传输容量和传输距离。
由光纤的非线性所产生的光孤子可抵消光纤色散的作用。
因此，利用光孤子进行通信可以很好地解决这个问题。
光纤的群速度色散和光纤的非线性，二者共同作用使得孤子在光纤中能够稳定存在。
当工作波长大于1．3¨m时，光纤呈现负的群速度色散，即脉冲中的高频分量传播速度快，低频分量传播速度慢。
在强输入光场的作用下，光纤中会产生较强的非线性克尔效应，即光纤的折射率与光场强度成正比，进而使得脉冲相位正比于光场强度，即自相位调制，这造成脉冲前沿频率低，后沿频率高，因此脉冲后沿比脉冲前沿运动得快，引起脉冲压缩效应。
当这种压缩效应与色散单独作用引起的脉冲展宽效应平衡时即产生了束缚光脉冲——光孤子，它可以传播得很远而不改变形状与速度。
光孤子通信的关键技术是产生皮秒数量级的光孤子和工作在微波频率的检测器。
第七章光纤测量技术
?虽然光纤的基本结构形式如上图 所示，但 是按照折射率分布、传输模式多少、材料 成分等的不同，光纤可分为很多种类，下 面1将. 按简照折单射介率分绍布来一分下
一般可以分为阶跃型光纤和渐变型光纤两种
如果纤芯折射率沿半径方向保持一定， 包层折射率沿半径方向也保持一定，而且纤 芯和包层折射率在边界处呈阶梯型变化的光 纤，称为阶跃型光纤，又可称为均匀光纤。 它的结构如图所示。
1976年
日本电报电话公司研制成功发射波长为 1.3 μm的铟镓砷磷 (InGaAsP)激光器，
1979年
美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射 波长为1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光 纤通信发展的一个重要里程碑。
光纤: 多模
– 胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑 料，特性同玻璃光纤差不多，成本较 低；
– 塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损 耗大，传输距离很短，价格很低。多 用于家电、音响，以及短距的图像传 输。
?按照光纤的模式分类
– 单模（Single-Mode ） – 多模（Multi-Mode ）
?按折射率分类
– 阶越光纤 – 渐变折射率光纤
5. 泄漏小， 保密性能好
在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法 窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤 中传输非常安全。
6. 节约金属材料， 有利于资源合理使用
制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球 上的储存量是有限的；而制造光纤的石英 (SiO2)在地球上基本 上是取之不尽的材料。制造8 km管中同轴电缆，1 km需要120 kg铜和500 kg铝；而制造8 km光纤只需320 g石英。 所以， 推 广光纤通信，有利于地球资源的合理使用。
光纤通信第7章光放大器讲解学习
SOA也是一种 重要的光放大 器，其结构类 似于普通的半 导体激光器。
I
R1
R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与 有源层的介质特性。
•根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大 器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA)
EDFA + 均衡器 → 合成增益
增益平坦/均衡技术(2)
2. 新型宽谱带掺杂光纤： 如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、
铒/铝共掺杂光纤（20nm）等， 静态增益谱的 平坦，掺杂工艺复杂。
3. 声光滤波调节： 根据各信道功率，反馈控制放大器输出端的
多通道声光带阻滤波器，调节各信道输出功率使 之均衡，动态均衡需要解复用、光电转换、结构 复杂，实用性受限
增益钳制技术(1)
电控：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整 泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的
方法。
In
Out
EDFA
LD Pump
泵浦控制均衡放大器（电控）
增益钳制技术(2)
在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率， 改变附加波长的功率，而实现增益钳制。
注入激光
四、EDFA的大功率化(1)
=1.3%
=0.7%
用于制作大功率EDFA 的双包层光纤结构图
芯层：5m 内包层： 50m 芯层(掺铒)，传播信号层(SM) 内包层，传播泵浦光(MM)
7.1 光放大器
7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA
7.1.3 半导体光放大器SOA
输出信号光功率 输入信号光功率
波分复用技术详解
蓝带
红带
1480.0 nm 202.6 THz
1528.77 196.10
1560.61 nm 192.1 THz
0.4 nm 50 GHz
1480.0 nm 1528.77 202.6 THz 196.1
1560.61 nm 192.1 THz
F=193.1THz+/-n*50GHz
n=0,1,2…
O D U OPA
OS
C
OS
C
OS
OWU
C
OS
C
1
OTU1 OTU2
2
O M U
OBA
OTU1
n
OLA EMU
n
OTUn
第7章 光纤通信新技术
集成式WDM系统
OMT
1 2
ILA
OMT
1
O M U
OBA
2
OLA OPA O D U
OS
C
OS
1
1 2
n
2
┋ n
┉
第7章 光纤通信新技术
波分复用系统原理（1）
16个2.5G信号合成40G在一根光纤上传输
(1) 2.488 Gbs
...
1310nm/1550nm
Narrowband wavelength division multiplexing
1 2 3 4 5 6 7
第7章 光纤通信新技术
光－电－光接口变换原理
G.692 G.957 光接口 O/E 光输入 定时 再生 E/O 光输出 光接口
光转发器（OTU）
O-E 电信号处理 E-O
DFB 激光器 电光调制器
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。
光经过调变后便能携带资讯。
光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。
(2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。
(4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。
其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
《光纤通信》习题解答
第1章1.光通信的优缺点各是什么？答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；；寿命长。
缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。
2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。
各部分的功能参见1.3节。
3.假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？答：5GHz×1％/64k＝781路（3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路4.SDH体制有什么优点？答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。
5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。
6.简述WDM的概念。
答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入同一根光纤，进行传输。
这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。
7.解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。
答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM）的实现成为可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。
8.WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？答：（1）可以极提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与特点1.2 光纤通信的发展历程1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的基本原理与结构2.2 光纤的分类与性能2.3 光波导的类型与制备方法第三章：光纤通信系统的基本组成3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤传输系统与光纤通信设备第四章：光纤通信的关键技术4.1 光纤的耦合与连接技术4.2 光放大器与光滤波器4.3 光开关与光调制技术第五章：光纤通信系统的性能评估5.1 系统损耗与色散分析5.2 误码率与信道容量5.3 光纤通信系统的优化与升级第六章：光纤通信系统的应用6.1 数据通信与互联网6.2 电话通信与光纤电话6.3 广播与有线电视光纤传输第七章：光纤网络技术7.1 光纤传输网络的基本结构7.2 光纤接入网技术7.3 光纤传输网的构建与优化第八章：光电子器件8.1 光发射器件8.2 光接收器件8.3 光开关与光调制器件第九章：光纤通信技术的未来发展9.1 光纤通信技术的新发展9.2 光电子集成技术与光芯片9.3 量子通信与光纤通信的结合第十章：实验与实践10.1 光纤通信实验设备与方法10.2 光纤通信系统的搭建与调试10.3 光纤通信技术在实际应用中的案例分析第十一章：光纤通信系统的维护与管理11.1 光纤通信设备的日常维护11.2 光纤网络的故障诊断与处理11.3 光纤通信系统的安全管理与维护第十二章：光纤通信技术的标准与规范12.1 国际光纤通信技术标准简介12.2 国内光纤通信技术标准与规范12.3 光纤通信设备认证与质量检测第十三章：光纤通信技术在特定领域的应用13.1 光纤通信在军事通信中的应用13.2 光纤通信在电力系统中的应用13.3 光纤通信在医疗通信中的应用第十四章：光纤通信技术的产业化与市场分析14.1 光纤通信产业的发展现状与趋势14.2 光纤通信设备的市场分析14.3 光纤通信技术在国内外市场的竞争格局第十五章：复习与练习15.1 光纤通信技术的主要概念与技术指标15.2 光纤通信系统的基本组成与工作原理15.3 光纤通信技术在实际应用中应注意的问题重点和难点解析本文档是关于光纤通信技术电子教案的内容，涵盖了光纤通信的基本概念、关键技术、系统性能评估、应用领域、网络技术、光电子器件、未来发展、实验实践、维护管理、技术标准、产业化与市场分析以及复习练习等方面。
光纤通信技术
光纤通信技术摘要光纤通信技术有高速率、大容量、损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，因此备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。
光纤通信技术的发展主要体现在：单纤双向传输技术、光纤到户（FTTH）接入技术、骨干节点的光交换技术和研发集成光电子器件等方面。
因此，光纤通信技术在当今社会取得了广泛的应用，比如在电力系统方面的应用、在舰艇及水下系统中的应用等等。
随着光纤通信技术的发展和当前社会信息技术需求的增加，光纤通信技术在未来将会有更为重要的地位。
关键词光纤通信技术光纤技术原理发展应用1.综述光纤通信技术作为全球新一代信息技术革命的重要标志之一，已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。
它的主要特点是：通信达到了高速率和大容量，且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。
[1] 光纤通信技术中的波分复用技术。
即WDM，充分利用了单模光纤低损耗区的优势，获得了大的带宽资源。
波分复用技术基于每一信道光波的频率和波长不同等情况出发，把光纤的低损耗窗口规划为许多个单独的通信管道，并在发送端设置了波分复用器，将波长不同的信号集合到一起送入单根光纤中，再进行信息的传输，而接收端的波分复用器把这些承载着多种不同信号的、波长不同的光载波再进行分离。
[1]光纤通信技术中的光纤接入技术。
光纤接入网技术是信息传输技术的一个崭新的尝试，它实现了普遍意义上的高速化信息传输，满足了广大民众对信息传输速度的要求，主要由宽带的主干传输网络和用户接入两部分组成。
其中后者起着更为关键的作用。
[1] “十一五”期间，在国家有关部门和各级政府的重点支持下，特别是国家科技部在“十一五”国家科技攻关和“863”光电子新材料研究计划中，安排了光纤预制棒科技支撑计划项目，国内光纤企业积极迎接挑战、踊跃投入，各相关行业协会大力促进，加快了具有自主知识产权的光纤预制棒新技术、新工艺和新材料的开发步伐。
光纤通信系统设计
2
第7章 光纤通信系统设计
系统的总体考虑
光纤通信系统/网络的总体设计必须从实际需求出发， 光纤通信网络的设计规划涉及网络拓扑和路由选择、网络 容量确定、业务通路组织、设备线路类型选择、最大中继 距离计算等。
1. 网络拓扑、线路路由选择 2. 网络/系统容量的确定 3. 光纤/光缆选型 4. 透择合适的设备，核实设备的性能指标 5. 光传输设计
20
第7章 光纤通信系统设计
【例2】长途光纤系统各部分参数如下：系数速率为 564.992 Mbit/s，码型为 8BIH，光的发射功率 2.7dBm， 接收灵敏度 －34dBm，接收机动态范围 24dB，BER＝ 10-10，设备的富余度 3dB，光缆线路富余度主0.08dB/km, 光缆配线架连接器的损耗为0.5dB/个，光纤损耗为 0.33dB/km，光纤接头损耗为 0.04dB/km，光源采用 MLM－LD，光源谱宽主1.6nm,光纤色散系数为 2.5ps/nm.km,ε光通道功率参数取0.115。试求： （1）对系统进行预算，确定出合适的中继距离范围。 （2）指出该系统是何种因素的限制系统。
（7-8）
其中DSR为S点和R点之间允许的最大色散值，可以从 相关的标准表格中查到，Dm为允许工作波长范围内的最大 光纤色散系数，单位为ps/（nm·km），可取实际光纤色
散分布最大值。
12
第7章 光纤通信系统设计
（1）多纵模激光器(MLM-LD)和发光二极管（LED）
Ld 106 f b Dm
3
第7章 光纤通信系统设计
再生段的设计
光传输设计主要内容是根据应用对传输距离的需求， 确定经济而且可靠工作的光接口，并根据光接口的具体 参数指标进行预算，验证再生段能可靠工作且经济上尽 可能低成本。
光纤通信技术-第七章-光纤通信系统PPT课件
信号如何特殊，其传输系统都不依赖于信息 信号而进行正确的传输。
1. 扰码
为了保证传输的透明性，在系统光发射机 的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的 二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。 它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经 过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概 率相等，从而改善了码流的一些特性。但是它 仍然具有下列缺点：
2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系 统可以用不同方式再生传输信号，消除传输 过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输 距离。
3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通 信系统中，话音、图像等各种信息都变换为 二进制数字信号，可以把传输技术和交换技 术结合起来，有利于实现综合业务。
4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文 与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密 通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并 经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。
光纤部分可根据所传信号的质量要求、传 输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光 纤或其他特ห้องสมุดไป่ตู้光纤。
光接收部分则采用和光发射部分相反的操 作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复 用，然后将基带信号送给相关用户。
7.1.2 光纤通信系统的分类
光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分 为不同类型。 1. 按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模 光纤通信系统和多模光纤通信系统； 2. 按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信 系统和专用光纤通信系统，如专网中的电力光纤 通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系 统等；
不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的 出现；
没有引入冗余，不能进行在线误码检测； 信号频谱中接近于直流的分量较大。
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光 交 换 技 术
目前的商用光纤通信系统，单信道传输速率已超过10 Gb/s，
实验WDM系统的传输速率已超过3.28 Tb/s。
但是，由于大量新业务的出现和国际互联网的发展，今后通 信网络还可能变得拥挤。原因是在现有通信网络中，高速光纤 通信系统仅仅充当点对点的传输手段，网络中重要的交换功能 还是采用电子交换技术。 传统电子交换机的端口速率只有几Mb/s到几百Mb/s，不仅 限制了光纤通信网络速率的提高，而且要求在众多的接口进行 频繁的复用/解复用，光/电和电/光转换，因而增加了设备复杂性
7.3.1
生改变。
空分光交换
空分光交换的功能是：使光信号的传输通路在空间上发
空分光交换的核心器件是光开关。光开关有电光型、 声 光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速度 快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。 典型光开关是用钛扩散在铌酸锂(Ti: LiNbO3)晶片上形成 两条相距很近的光波导构成的，并通过对电压的控制改变输 出通路。
7.4.1
光孤子的形成
在讨论光纤传输理论时，假设了光纤折射率n和入射光强 (光功率)无关，始终保持不变。这种假设在低功率条件下是正 确的，获得了与实验良好一致的结果。然而，在高功率条件 下，折射率n随光强而变化，这种特性称为非线性效应。
在强光作用下，光纤折射率n可以表示为 n=n0+
n2 |E|2
和成本，降低了系统的可靠性。
虽然采用异步转移模式(ATM)可提供155 Mb/s或更高的 速率，能缓解这种矛盾，但电子线路的极限速率约为20 Gb/s。
要彻底解决高速光纤通信网存在的矛盾，只有实现全光通信，
而光交换是全光通信的关键技术。 光交换主要有三种方式： • 空分光交换
• 时分光交换
• 波分光交换
(7.19)
式中，E为电场，n0为E=0时的光纤折射率，约为1.45。这种光
纤折射率n随光强|E|2而变化特性，称为克尔(Kerr)效应，n2 =10-22(m/V)2，称为克尔系数。虽然光纤中电场较大， 为
106(V/m)，但总的折射率变化Δn=n-n0=
n2|E|2还是很小(10-10)。
即使如此，这种变化对光纤传输特性的影响还是很大的。
7.4
光 孤 子 通 信
光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都 不变的超短光脉冲(ps数量级)。 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡 的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 光孤子通信的传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还 处于试验阶段。 我们知道，光纤通信的传输距离和传输速率受到光纤损耗 和色散的限制。光纤放大器投入应用后，克服了损耗的限制， 增加了传输距离。此时，光纤传输系统，尤其是传输速率在 Gb/s以上的系统，光纤色散引起的脉冲展宽，对传输速率的限 制，成为提高系统性能的主要障碍。
平行联接
交叉联接
(b)
图7.31空分光交换(b) 平行连接和交叉连接
图7.31(c)是由16个1×2光开关器件或4个2×2光交换单元组
成的4×4光交换单元。
光信号输入
定向 耦合器
光波导
光信号输出 (c)
图7.31空分光交换(c) 4×4光交换单元
7.3.2
时分光交换
时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交 换功能的。
1 延迟 2 1 2 3 4 分 接 输入 器 3 延迟 4 延迟 (b ) 4 延迟 3 2 1
复
接 器
4
1 输出
3
2
图7.32 (b) 时分光交换 时隙互换原理
图7.32(c)示出时分光交换的空分等效。
1 2 3 4
1 2 3 4
(c )
图7.32 (c) 时分光交换等效的空分交换
7.3.3
1
2
2 lW
lW
2
l
l2
W
1
1l 2
… N
…
l
W
N
2 lW
l
l1
l1ห้องสมุดไป่ตู้
l
2
lW
波长变换器 (b)
图7.33(b)波分交换的原理框图：波长变换法交换
设波分交换机的输入和输出都与N条光纤相连接，这N条 光纤可能组成一根光缆。 每条光纤承载W个波长的光信号。 从每条光纤输入的光 信号首先通过分波器(解复用器)WDMX分为W个波长不同的信 号。
或称啁啾(Chirp)。 设光纤无损耗，在光纤中传输的已调波为线性偏振模式， 其场可以表示为
E(r,z,t)=R(r)U(z,t)exp［-i(ω0t-β0z)］
(7.22)
式中，R(r)为径向本征函数，U(z,t)为脉冲的调制包络函数，
ω0为光载波频率，β0为调制频率ω=ω0时的传输常数。
1 2
W
3 空分交换 …
l
l ,l … l
1 2
2
W
… N
…
l ,l … l
1 2
W 空分交换 W 分波器 合波器
l
l ,l … l
1 2
N
W
(a)
图7.33 (a) 波分交换的原理框图：波长选择法交换
WDMX 1
lW l
l2
l1 l1 l
NW× NW 空分交换
l1 l1 l
WMUX
l2 lW
l
2
(头)传播得快，后部(尾)传播得慢，“紫”头和“红”尾逐渐 分离， 结果脉冲被展宽，如图7.36(b)所示。由此可见，适当 选择相关参数，可以使光脉冲宽度保持不变。
交换器可能提供的连接数为N×N, 故整个交换机可能提供的连 接数为N2W，比下面介绍的波长变换法少。
波长变换法与波长选择法的主要区别是用同一个NW×NW
空分交换器处理NW路信号的交叉连接，在空分交换器的输出 必须加上波长变换器，然后进行波分复接。这样，可能提供的 连接数为N2W2，即内部阻塞概率较小。 波长变换器将在7.7节介绍。
P n n0 n2 c c Aeff
（7.23）
式中，P为光功率，Aeff为光纤有效截面积。由此可见， β不 仅是折射率的函数，而且是光功率的函数。
在β0和P=0附近， 把β展开成级数，得到
1 2 , P 0 0 0 0 0 2 P 2
d d d 2c C (l ) ( ) 2 0 dl dl dw l
（7.25）
式中, τ=dβ／dω=1/Vg为群延时，Vg为群速度；ω=2πf=2πc/λ为 光载波频率，c为光速；β″0=d2β/dω2, 比例于一阶色散。
式(7.25)描述的单模光纤色散特性如图7.35所示，图中λD 为零色散波长。在λ<λD时，C(λ)<0,β″0>0，称为光纤正常色散 区； 在λ>λD时，C(λ)>0, β″0<0，称为光纤反常色散区。
20 普通光纤
－1)
20
10
色 散位 移 光纤
10
－1)
(nm· C(l) / (ps· km)
0
1 .1 1 .2
1 .4 1 .5 1 .6 1 .7 l(m)
0
－1 0
－1 0
－2 0
－2 0
km ″ / (ps 2 · 0
图7.35 单模光纤的色散特性
图7.36示出光脉冲在反常色散光纤中传输时， 由于非线
所有N路输入的波长为λi(i=1,2,…,W)的信号都送到λi空分交
换器，在那里进行同一波长N路(空分)信号的交叉连接，到底如 何交叉连接，将由控制器决定。
然后，以W个空分交换器输出的不同波长的信号再通过合 波器(复用器)WMUX复接到输出光纤上。这种交换机当前已经
成熟， 可应用于采用波长选路的全光网络中。但由于每个空分
设波长为λ、光强为|E|2的光脉冲在长度为L的光纤中传 输， 则光强感应的折射率变化Δn(t)= n|E(t)|2，由此引起 2 的相位变化为
w 2L t n(t ) L n(t ) c l
(7.20)
这种使脉冲不同部位产生不同相移的特性， 称为自相位 调制(SPM)。
1 .0
光强
0 .5 0 .0 －1 5
－1 0
－5
5 0 时间 / p s
10
25
－1 频率 / cm
0
－2 5 －1 5
－1 0
－5
5 0 时间 / p s
10
图7.34 脉冲的光强频率调制
设已调波E(r,z,t)的频谱在 0 处有峰值，频谱较窄，则 可近似为单色平面波。由于非线性克尔效应，传输常数应写成
为了增加传输距离，在光纤线路上，每隔一定的距离， 可设置一个光纤放大器，以周期地补充光功率的损耗。但是多 个光纤放大器产生的噪声累积又妨碍了传输距离的增加，因而 要求提高传输信号的光功率，这样便产生非线性效应。非线性 效应对光纤通信有害也有利，事实表明，克服其害还不如利用
其利。
光纤非线性效应和色散单独起作用时，在光纤中传输的光 信号都要产生脉冲展宽，对传输速率的提高是有害的。但是如 果适当选择相关参数，使两种效应相互平衡，就可以保持脉冲 宽度不变， 因而形成光孤子。
性效应产生的啁啾被压缩或展宽。对反常色散光纤， 群速度 与光载波频率成正比，在脉冲中载频高的部分传播得快， 而
载频低的部分则传播得慢。
后沿 (尾) (a) 正啁啾(红头紫尾) 前沿 (头)
反常色散 (红慢紫快)
压缩
(b) 负啁啾(紫头红尾)
反常色散 (红慢紫快)
展宽
图7.36 脉冲在反常色散光纤中传输因啁啾效应可被压缩或展宽