第四講王春華光通信與全光網(wǎng)1課件

光纖的通信發(fā)展歷程光纖傳輸技術(shù)全光網(wǎng)技術(shù)2023/10/912023/10/81

1.光通信的發(fā)展歷程1873年，美國人莫爾斯發(fā)明了電報(bào)，用電傳輸了文字信息；1876年，美國人貝爾發(fā)明了電話，用電傳輸了聲音；1924年，英國人貝爾德發(fā)明了電視機(jī)，用電傳輸了圖像；1946年，美國美國賓夕法尼亞大學(xué)，電子計(jì)算機(jī)。電報(bào)、電話和電視都是用無線電或有線電傳輸信息，電通信作為信息傳輸?shù)挠行ǖ?，一直沿用了一個(gè)多世紀(jì)。

20世紀(jì)----電子世紀(jì)

21世紀(jì)----光子世紀(jì),

光子技術(shù)將帶來一場超過電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命.

光子技術(shù)的應(yīng)用:

（1）作為光子發(fā)生與控制的激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。（2）運(yùn)算速度更快的光子計(jì)算機(jī)。（3）存儲量大的光存儲技術(shù)。（4）代替現(xiàn)行通信方式光通信。（5）全息光技術(shù)。2023/10/921.光通信的發(fā)展歷程1873年，美國人莫爾斯發(fā)明了電報(bào)1.2通信傳輸媒介分類及相應(yīng)波段劃分10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空間波長，m頻率，Hz頻段劃分傳輸介質(zhì)有線：

光纖（頻率很高1014，載波能力強(qiáng)）銅線（同軸線、屏蔽與非屏蔽雙絞銅線）無線：微波、無線電力、電話無線電、電視微波紅外可見光衛(wèi)星/微波光纖同軸電纜雙鉸線2023/10/931.2通信傳輸媒介分類及相應(yīng)波段劃分10110710210光纖傳輸?shù)娜萘?5301675nm

1260

單纖全部可用頻段為400nm，單根纖芯可傳500個(gè)波長

若每波長信道速率40Gb/s,單根纖芯可傳20Tb/s0.2dB0.3dB500路x40Gb/s=20Tb/s2023/10/94光纖傳輸?shù)娜萘?5301675nm1210Gb/s能作什么？

1.

ASCIICharacter

(8bit)109Char./s(1000books)2.

語音信道

(64Kb/s)155,000Channels3.

高清電視

(60Mb/s)160Channels

壓縮后(20Mb/s)500Channels4.

GigabitEthernet

(1Gb/s)8Channels2023/10/9510Gb/s能作什么？1.ASCIICharact光纖的優(yōu)點(diǎn):近乎無限的帶寬（沒有光纖就沒有當(dāng)今的信息高速公路)低損耗（<0.2dB/km)，（傳輸距離遠(yuǎn)）無電磁干擾，信號傳輸質(zhì)量高，保密性好耐化學(xué)腐蝕光纖尺寸小，重量輕，便于傳輸和鋪設(shè)；低價(jià)（光纖是石英玻璃拉制成形,原材料來源豐富，并節(jié)約了大量有色金屬）2023/10/96光纖的優(yōu)點(diǎn):近乎無限的帶寬（沒有光纖就沒有當(dāng)今的信息高速公信息社會(huì)的通信需求2023/10/97信息社會(huì)的通信需求2023/10/87電信號輸入半導(dǎo)體激光器光探測器電信號輸出fiber

E E/OO/E E§3.光通信的發(fā)展激光的發(fā)明主要是半導(dǎo)體激光器（60年代-）光纖技術(shù)的發(fā)展（70年代--）半導(dǎo)體探測器（60年代--）WDM技術(shù)的出現(xiàn)（90年代--）光放大技術(shù)（90年代---）幾個(gè)里程碑：2023/10/98電信號半導(dǎo)體光探測器電信號fiberE 3.1半導(dǎo)體激光器的發(fā)展1960年美國休斯公司實(shí)驗(yàn)室的西奧多梅曼發(fā)明紅寶石激光

這就是在光頻下發(fā)明了連續(xù)波的振蕩器。1961年出現(xiàn)He—Ne激光器之后，便開始了光通信的研究(自由空間與透鏡波導(dǎo))。半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)激光器

1969年研究成功GaAlAs在室溫下，連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器。由于半導(dǎo)體激光器體積小，發(fā)光譜線窄以及與光纖的耦合效率高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已成為光通信不可缺少的光源器件。2023/10/993.1半導(dǎo)體激光器的發(fā)展1960年美國休斯公司實(shí)驗(yàn)室的西奧1870年，英國物理學(xué)家廷德爾在實(shí)驗(yàn)中觀察到，把光照射到盛水的容器內(nèi)，從出水口向外倒水時(shí)，光線也沿著水流傳播，出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，這好象不符合光只能直線傳播的定律。1955年光纖才得到實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)時(shí)在英國倫敦英國學(xué)院工作的卡帕尼博士，發(fā)明了用極細(xì)的玻璃制做的光導(dǎo)纖維。1966年高錕提出光纖波導(dǎo)的概念，當(dāng)時(shí)最好光纖的損耗1000dB/km，但他推測出小于20dB/km的損耗是可以做到的并可進(jìn)入商用。1974年美國康寧公司的French采用MCVD方法制出損耗小于4dB/km的石英光纖，從此石英光纖正式登上光通信的寶座。3.2光纖的發(fā)展2023/10/9101870年，英國物理學(xué)家廷德爾在實(shí)驗(yàn)中觀察到，把光照射到盛水半導(dǎo)體光電探測器的進(jìn)步1970年代半導(dǎo)體光電探測器的技術(shù)已很成熟當(dāng)時(shí)的PIN二極管，入射一個(gè)光子可產(chǎn)生一個(gè)電子。雪崩光電二極管(APD)入射一個(gè)光子則可產(chǎn)生10~100個(gè)電子。3.3光電探測器的發(fā)展由于光源、光探測器及光纖均已成功。所以在70年代后期光纖通信便正式登上通信的舞臺。2023/10/911半導(dǎo)體光電探測器的進(jìn)步3.3光電探測器的發(fā)展由于光源、光探數(shù)字通信系統(tǒng)2023/10/912數(shù)字通信系統(tǒng)2023/10/812(1)傳統(tǒng)的電傳輸系統(tǒng)---）EMUX電端機(jī)再生中繼再生中繼EDMUX電復(fù)用電解復(fù)用電端機(jī)同軸電纜、微波……O/E/O光纜EMUX再生中繼再生中繼EDMUX電復(fù)用電解復(fù)用光接收(2)光電混合型光纖傳輸系統(tǒng)光發(fā)送95年光纖放大器的出現(xiàn)---OAMP+DWDM2023/10/913(1)傳統(tǒng)的電傳輸系統(tǒng)---）E電端機(jī)再生再生E電復(fù)用(3)DWDM光纖傳輸系統(tǒng)OMUXOAOAOA光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝODMUX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXWDM+EDFA革新了光纖傳輸2023/10/914(3)DWDM光纖傳輸系統(tǒng)OOAOAOA光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)送λ光通信容量的發(fā)展歷程？74~94：一個(gè)數(shù)量級/4年95~

：指數(shù)增長，數(shù)量級/6個(gè)月>摩爾定律（數(shù)量級/18month.)2023/10/915光通信容量的發(fā)展歷程？74~94：一個(gè)數(shù)量級/4年2023/全光網(wǎng)系統(tǒng)2023/10/916全光網(wǎng)系統(tǒng)2023/10/816FLAG－FiberOpticLink aroundtheGlobe架空光纜直埋光纜北京上海至歐洲至日本FLAG至韓國至朝鮮至俄羅斯我國光纜骨干網(wǎng)分布圖至東南亞2023/10/917FLAG－FiberOpticLink架空光纜直埋光纜NationalBackboneProvidere.g.BBN/GTEUSbackbonenetwork2023/10/918NationalBackboneProvidere.g.光纖究竟敷設(shè)到那里？------到家門口，到桌面！FTTHWAN+MAN+LANInternetLeased

LineService

NodesFrame/Cell

RelayInteractive

VideoTelephone

ONUFTTHOptical

FiberTP,ADSL

OLTONUONUNTNTONUPassiveOpticalSplitterFTTxOps業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)FTTBFTTCFTTCabCoax,HFC2023/10/919光纖究竟敷設(shè)到那里？------到家門口，到桌面！FTSONETDataCenterSONETSONETSONETDWDMDWDMAccessLongHaulAccessMetroMetro全光網(wǎng)地域分布2023/10/920SONETDataSONETSONETSONETDWDMDWPoint-to-PointFibreTransmissionDenseWavelengthDivisionMultiplexingDWDM+OpticalADMsDWDM+OADMs+OXCs

AllOpticalNetworks全光網(wǎng)的演進(jìn)2023/10/921Point-to-PointFibreTransmiss光網(wǎng)的演進(jìn)方向1stGeneration:物理層上光纖傳輸取代電傳輸SONET(synchronousoptical)inTDMGbitEthernet，F(xiàn)TTH，etc.2ndGeneration:光交換和光波長復(fù)用WDMWDM環(huán)波長路由網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)以波長為單位交換路由）

3thGeneration:光包交換（全光處理+光包交換）2023/10/922光網(wǎng)的演進(jìn)方向1stGeneration:物理層上光纖現(xiàn)在大多數(shù)光纖網(wǎng)絡(luò)中,只是在點(diǎn)---點(diǎn)傳輸;節(jié)點(diǎn)交換與包頭處理---電處理;正向全光傳輸,全光節(jié)點(diǎn)交換與處理方向發(fā)展.Links----光纖Nodes----O/E/O光?Source:Master7_7光組網(wǎng)技術(shù)2023/10/923現(xiàn)在大多數(shù)光纖網(wǎng)絡(luò)中,只是在點(diǎn)---點(diǎn)傳輸;Links--每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要(OEO)轉(zhuǎn)換速度遠(yuǎn)低于傳輸速度SDHOpticalOutSDHT/XSDHR/XElectricallevelsSDHOpticalinSDHT/XSDHR/XElectricallevelsSDHOpticalinSDHOpticalOutSDHProc.&SwitchingSDHNodeO/E/O節(jié)點(diǎn)處理的缺點(diǎn)2023/10/924每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要(OEO)轉(zhuǎn)換SDHOpticalOut光傳輸+光節(jié)點(diǎn)交換交換不再是OEO,而是

OOO轉(zhuǎn)換但是控制依然電控光處理可能，但應(yīng)用在大交換粒度的情況下:即

frame>>bitinterval信號在邊遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換回電信號Source:Master7_7OpticalNetworkOXC:OpticalCrossConnectOADM:OpticalAdd-dropmultiplexer現(xiàn)有的光組網(wǎng)2023/10/925光傳輸+光節(jié)點(diǎn)交換Source:Master7_7OpAll-OpticalSwitching光波長交叉互聯(lián)(OXC)波長交換路由(WRS)DWDMFibers

inDWDMDemuxDWDMDemuxDWDMFibers

outDWDMMuxDWDMMuxAll-optical

OXC波長交換與波長變換2023/10/926All-OpticalSwitching光波長交叉互聯(lián)(光空間交換1-DMEMSMicro-mirrorArrayDigitalMirror

ControlElectronics1011Wavelength

DispersiveElementInputFiber

OutputFiber1

OutputFiber2Input&OutputfiberarrayOutputAddDropInput2023/10/927光空間交換1-DMEMSDigitalMirror

Co允許波長粒度的上下路復(fù)用

Wavelengths123412341234Wavelengths1234OADMDroppedWavelength(s)AddedWavelength(s)WDM波長上下路分插復(fù)用2023/10/928允許波長粒度的上下路復(fù)用Wavelengths123132132DemuxMuxDropWavelengthsAddWavelengthsInputCirculator(IC)OutputCirculator(OC)InputFibreGratings(IFG)OutputFibreGratings(OFG)DWDMoutDWDMinOADM—光上下路分插復(fù)用器2023/10/929132132DemuxMuxDropWavelengths光波長