光网络传输技术-百度文库

光通信用在什么地方？-身边乃至世界
l 互联网、手机、IP电话等使用网络的设备，将每个人与其所在 地区、与整个国家联系起来，甚至连接至全球通信网。
光通信用在什么地方？-连接网络的各种设备
l 我们平常所使用的各种设备都能联网。网络的出现，让我们的 生活变得更加舒适便捷。
为什么需要光通信技术？-通信量
l 早期的光纤通信系统虽然因色散（dispersion）问题影响了信号质量，但是1981 年单模光纤（single-mode fiber）的发明克服了这个问题。
l 到了1987年时，一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达1.7Gb/s，比第一个 光纤通信系统的速率快将近四十倍。同时传输的功率与信号衰减的问题也有显 著改善，间隔50公里才需要一个中继器增强信号。
光网络传输网概述
Why?
对找工作很重要！
What?
传送网在电信网络总体结构图的地位
预付费, 位置服务, ...
应用 WAP
Web SVR
SMSC
智能网应用 短消息中心
GW MMS SVR
移动数据应用
其它 PLMN
PSTN
接入网
运
GSM
业务网
GPRS
营
支 撑
MSC
HLR
GMSC
SGSN
交换网
GGSN
光通信中所使用的装置-中继器
l 3.信号中继：远距离传输，中途中继信号。传输过程中，信号的 波形和强度发生劣化，因此需要将波形复原到原信号那样整齐的 波形，加大光强。如果波形劣化严重，就需要暂时将光信号转换 成电信号，波形错误修正后，重新转换成光信号进行传输。
光通信中所使用的装置-光开关
l 4.信号转向：转换信号的传输方向。根据信号的去向，光开关 切换光信号的传输方向。
这是为什么呢？难道光 线不是直线传输吗？
光的全内反射
l 这一现象，叫做光的全内反射作用。即光从水中射向空气，当入射角 大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看 ，光好像在水流中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线 传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向 前传播。
l 1960年代，电信工程师们正在寻找更多的传输带宽方式。无线电、微波的频率 已不能满足增长中的电视、电话对带宽的要求，因此他们想找一种更高的频率 来承载信号。电话公司认为即将到来的可视电话，又会增加对带宽的需求。
l 1960年，Theodore Maiman 向人们展示了第一台激光器。这燃起了人们对光通 信的兴趣，激光看起来是很有前途的通信方式，可以解决传输带宽问题，很多 实验室开始了实验。
系
统
wk.baidu.com
TDM
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NO.7
CMNet
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S
传输网
BSC PCU
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BTS BTS
WLA N
公众 客户
SDH
同步网
WDM/DWDM
LMD S
专线接入
集团 客户
传送网在电信网络总体结构图的地位
How?
4大技术+N次实训
什么是光通信？
什么是光通信？
l 光通信就是使用光，向对方传输信息的技术。
使用的什么光？
l 波长不同，种类各异。光通信中所使用的频率是1.3微米或1.55微米， 属于红外线的一种。
使用的什么光？
l 什么是波长？ l 从字面上看，“波长”就是“波的长度”。“波”包括声波、电波和
光波等。波长是指一个波到下一个波之间的“一波”之长。 l 波长的差异随处可见。比如说，颜色的差异和声音高低的差异都取决
小故事
l 为什么天空是蓝色的，夕阳是红色的呢？
小故事
l 太阳光的波长
小故事
l 天空呈现蓝色的原因（太阳光与灰尘发生碰撞）
l 1）太阳光进入空气层。空气层中漂浮着许多灰尘。 l 2）波长较短的蓝光容易与灰尘发生碰撞，光就向四周扩散。 l 3）蓝光扩散至整片天空，从远处看，天空呈现蓝色。
光通信简史？
(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通 信的基础。 l 43年后，高锟因为这篇论文获得了2009年的诺贝尔物理学奖。
光纤通信发展的里程碑
l 1970年，美国康宁公司就真的拉出来了20dB/公里的光纤。康宁公司第一个实现 了与理论一致的结果，并突破了高锟所提出的每公里衰减20分贝（20dB/km） 关卡，证明光纤作为通信介质的可能性。
光通信的雏形
l 原始形式的光通信有“烽火台” 、“旗语”传送信息，以及现在使用 的交通信号等通信方式中，光信号本身就信息，但包含的信息非 常少，不能称为严格意义上的光通信。。
光的全内反射
l 1841年，Daniel Colladon和Jacques Babinet这两位科学家做了一个简单 的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结 果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来 ，水流弯曲，光线也跟着弯曲。光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
光通信的早期
l 1880年，亚历山大·贝尔（Alexander Graham Bell）发明了“光话机”。贝尔将太 阳光聚成一道极为狭窄的光束，照射在很薄的镜子上，当人们发出声音的“声 波”让这面薄镜产生振动时，“反射光”强度的变化使得感应的侦测器产生变动 ，改变“电阻”值。而接收端则利用变化的“电阻”值产生电流，还原成原来的“ 声波”。不过，他的这项发明仅能传播约200米，因为由空气传递的光束，光 线强度仍会随距离增加而迅速减弱。
光纤通信爆炸性的发展
l （1）光器件：有光发送器件和光接收器件。 l ◆光发送器件： 1970 年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续工
作的砷化镓铝半导体激光器；到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光 器。现在采用寿命达几十万小时分布反馈式激光器（DFB-LD）和多量子阱（ MQW）激光器。 l ◆光接收器件：从简单的硅光电二极管发展到量子效率达 90%以上雪崩光电二极 管。
光通信的优点-传输距离长，经济节能
光通信的优点-一次性传输海量信息
l 大量用户可以同时接收需要的信息（电影或新闻等）。在1秒钟 内，电通信最多只能传输10Gb（100亿个0和1信号）的信息，与 此相比，光通信最多可以传输1Tb（1万亿个0和1信号）的信息。
光通信的优点-通信速度快
l 电通信会因电噪声出现错误，导致通信速度下降。但是，光 通信不会受到噪声的影响，因此可快速传输信号。。
光通信的早期
l 实验终归是实验，和1841年那次水桶演示后发生的情况一样，迈向 下一步我们又足足等了50年。直到。。。
光通信的早期
l 直到1938年，美国Owens Illinois Glass公司与日本日东纺绩公 司才开始生产玻璃长纤维。
光通信的早期
但是，这个时候生产的光纤是裸纤，没有包层。 光纤的传播是利用全内反射原理，全内反射角由介质的折射系数决定，裸纤会 引起光泄漏，光甚至会从粘附在光纤上的油污泄漏出去。 包层的问题，直到1950年后才得以解决。
光通信的早期
l 尽管玻璃纤维从文艺复兴时期就开始被广泛应用，玻璃工人可以生产出精美 的花瓶和工艺品。但是，要解决光导长距离传输，必须将玻璃棒拉成十分坚 固和柔韧的玻璃纤维。
l 1887年，一位叫Charles Vernon Boys的英国科学家，在一根加热过的玻璃棒附 近放了一张弓，当玻璃棒足够热时，把箭射出去，箭带动热玻璃在实验室里 拉出了一道长长的纤细玻璃纤维。
光通信的早期
l 不过，很快他们发现，空气并不是激光通信传播的优良介质，受天气的影响太 严重了。自然，工程师们把目光转移到光纤上。
l 有了发光源，包层的问题也解决了，看起来光纤通信到来的日子不远了。然而 ，接下来的问题让不少人打了退堂鼓。
l 有了包层的光纤，不过是能做成灵活的内窥镜进入人体的咽喉、胃部、结肠， 而其使用于内窥镜中，光传播3米能量就损失一半。用于人体内脏检查还可以， 但用于长距离的光通信，简直天方夜谭。
l 我们的通信量每年都在增加。我们平时使用手机、短信、接收 图像、网络（虚拟）商店时进行信息交流。设备性能逐年改善 ，使用方法也随之改变。我们可以想象，今后的通信量还会不 断增大。光通信技术就运用于信息交流中。
为什么需要光通信技术？-传输量
l 随着整个社会通信量的增加，不断出现了只需1根光纤就能传输更多信息的技术。
米
发送器
接收器
光通信的早期
l 由于光线在空气中的衰减速度很快，因此人们想到了利用物质传导光，正如 让“光波”在水柱中传播。
l 但是，在1841年那个水桶演示之后的近60年里，光的全内反射原理仅仅用于 短距离传播领域。比如，应用于医学，牙科医生用弯曲的玻璃棒来把灯光导 入病人的口腔为手术照明。
光通信的早期
l 尽管玻璃纤维从文艺复兴时期就开始被广泛应用，玻璃工人可以生产出精美 的花瓶和工艺品。但是，要解决光导长距离传输，必须将玻璃棒拉成十分坚 固和柔韧的玻璃纤维。
l 1887年，一位叫Charles Vernon Boys的英国科学家，在一根加热过的玻璃棒附 近放了一张弓，当玻璃棒足够热时，把箭射出去，箭带动热玻璃在实验室里 拉出了一道长长的纤细玻璃纤维。
l 功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到 光接收机
l 组成:光纤、光纤接头 l 低损耗 “窗口”：普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波
长的增加而减小，在 0.85 μm、1.31 μm 和 1.55 μm 有三个损耗很小的波长“窗 口”，如图 1-9 所示的普通单模光纤的衰减随波长变化示意图。
l 光纤传播损耗太大，不适合于通信，很多工程师放弃了光纤通信的尝试。 l 直到 1960 年以前，光通信的发展几乎停滞不前，主要原因是碰到光源、光传输
介质和光电检测器等技术障碍。
光纤通信发展的里程碑
l 现代光纤通信：1966 年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham) l 在 Proc. IEE 杂志上发表了一篇关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤
光通信中所使用的装置-解复用器
l 5.信号解复用：将复用的信号分解成原来的单独信号。
光通信中所使用的装置-光接收机
l 功能：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号 ，经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
l 组成部分：耦合器，光电检测器，解调器，如图 1-10 所示。 l 结构参数：接收机灵敏度。
光通信中所使用的装置
l 光通信网的关键部位装有光传输装置。这个装置发挥着许多作用
光通信中所使用的装置
l 装置中安装了各种部件。
光通信中所使用的装置-光发送机
光通信中所使用的装置-光发送机
光通信中所使用的装置-复用器
l 2.信号复用：将多个窄的信号汇聚成一个宽的信号，同时发送。
光通信中所使用的装置-光纤
光通信的早期
l 1951年，光物理学家Brian O’Brian提出了包层的概念。然后，有人试 图用人造黄油作为包层，但并不实用。
l 1956年，密歇根大学的一位学生制作了第一个玻璃包层光纤，他用一 个折射率低的玻璃管熔化到高折射率的玻璃棒上。
l 玻璃包层很快成为标准，后来塑料包层也相继出现。
光通信的早期
于波长的“长短”。
光通信的基本结构
光通信的优点-传输距离长，经济节能
l 假设1秒钟内要传输10Gb的信息（100亿个信号），如果使用电通信 的话，每隔100米就要调整一次信号。与此相比，使用光通信的话 ，需要调整间隔可为100千米以上。调整信号的次数越少，所使用 的机器数量也越少，因此具有经济节能的效果。
光纤通信爆炸性的发展
l 1979年，第一个商用的光纤通信系统问世。这个人类史上第一个光纤通信系统 ，使用波长800nm的砷化镓激光作为光源，传输的速率达到45Mb/s，每10公里 需要一个中继器增强信号。
l 接着，第二代商用光纤通信系统也问世了。它使用波长1300nm的磷砷化镓铟（ InGaAsP）激光。
光纤通信爆炸性的发展
（2）光纤损耗 要更好的实现远距离光传输通信，必须减少光纤的衰减，降低光纤衰减成 为光传输通信的主要因素，方法是在减少 SiO2 中杂质。 1970 年：20dB/km； 1972 年：4dB/km； 1974 年：1.1dB/km； 1976 年：0.5dB/km； 1979 年：0.2dB/km； 1990 年：0.14dB/km 最终极限为 0.1dB/km，其中 1979 年的 0.2dB/km，在当时已接近极限值， 于是就将其衰减的光波长 1310nm、1550nm 称为两个波长窗口。