光技术与光纤通信1章.pptx

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,光纤通信,光技术与光纤通信,云南大学信息学院通信工程系,宗 容,第一章 概述,光纤通信,课程计划,一、目的,通信事业发展快，人才缺乏；,新技术有许多待开发的领域,目前信息中的82%是通过光纤传输,二、特点,尽可能新、专、实用,重在器件、系统、网络、跟踪新技术,三、教材及主要参考书,教材：,刘增基，周洋溢，胡辽林，周绮丽,.,光纤通信,M(,第一版,).,西安：西安电子科技大学出版社，,2001.8,参考书：,1,顾婉仪、李国瑞,.,光纤通信系统,.,北京：北京邮电大学出版社，,1999.11,；,2,杨祥林,.,光纤通信系统,.,北京：国防工业出版社，,2000.1,；,3,胡先志、邹林森、刘有信,.,光缆及工程应用,.,北京：人民邮电出版社，,1998.11,；,4,纪越峰、顾婉仪、李国瑞,.,光缆通信系统,.,北京：人民邮电出版社，,1994,；,5,解金山、陈宝珍,.,光纤数字通信系统,(,修订版,).,北京：电子工业出版社，,2002.10,；,6,韦乐平,.,光同步数字传输网,.,北京：人民邮电出版社，,1993,；,7,原荣,.,光纤通信网络,.,北京：电子工业出版社，,2000,；,8,张劲松、陶智勇、韵湘,.,光波分复用技术,.,北京：北京邮电大学出版社，,2002.6,；,9,纪越峰等,.,现代通信技术,.,北京：北京邮电大学出版社，,2002.3,；,10,吴承志、徐敏毅,.,光接入网工程,.,北京：人民邮电出版社，,1998.5,；,11,湖北武汉众友公司，云南大学信息学院,.,光技术与光纤通信实验指导书,.2005.9,。,12,（美）,Rajiv Remaswami,，,Kumar N.Sivarajan,著，乐孜纯译,.,光网络（上卷）,光纤通信技术与系统,.,光网络（下卷）,组网技术分析,.,北京：机械工业出版社，,2004.9,。,13,（美）,Uyless Black,著，黄照祥、雷蕾、梁庄译，李玲审,.,光网络,第三代传送系统,.,北京：机械工业出版社，,2003.4,。,14,张宝富,.,全光网络,.,北京：人民邮电出版社，,2002.1,；,四、实验,1、光纤实验箱，可完成,25,个各种实验,2、一个简易的小型音频光纤通信系统,五、学时及考试安排,每周,3,学时，讲授,18,周，共计,54,学时，扣除五一节放假,3,学时，考试2学时，实际讲授时间,48,学时。其中还需安排实验,12,学时。,期中考试时间：第九周,4,月,24,日,期末考试时间：,7,月,10,日,六、学完后水平,了解基本原理和一些实际的东西,光技术与光纤通信,第一章 概述,第二章光纤与光缆,第三章 通信用光器件,第四章 光纤通信系统,第五章 光纤通信中的高新技术,第一章 概述,1.1,光纤通信的发展与现状,1.2,光纤通信的特点,1.3,光纤通信系统的组成及分类,1.4,国家“十五”863计划光纤通信技术的发展战略与实施策略,1.1,光纤通信的发展与现状,一、光通信的发展史,二、,先进,国家光纤通信的发展,三、我国光纤通信事业的发展,四、云南省光纤通信事业发展,五、光纤通信的发展趋势,一、光通信的发展史,光通信,：利用光进行信息传输的一种通信方式。,光通信的发展主要经历了三个发展阶段,可视通信,激光大气通信,光纤通信,1、可视通信,古代的烽火台、烟火传递单个信息,18世纪末信号灯、船舰使用的灯塔、旗语等,近代战争中的信号弹，抗战时期的消息树等,1792年用中继器使机械代码信息传送100,km，,有效速率小于1,b/s,之后很长一段时间,电,取代了,光,电通信,19世纪30年代：电报、莫尔斯代码，传输速率310,b/s，,中继可达1000,km,1866,年，第一条越洋电报电缆系统投入运营,1876年，发明了电话，电信号通过连续变化电流的模拟形式传输,1940年，第一代同轴电缆系统投入使用，3,MHz,系统，可传300路音频信号或1路视频信号，但当频率超过100,MHz,时，电缆损耗迅速增加,1948年，4,GHz,的微波系统投入运营，利用110,GHz,的电磁载波及相关调制技术传递信号，可工作于100,Mb/s,1975,年最先进同轴系统投入运营,速率可达274,Mb/s，,中继约1,km,到70年代，电通信获得的最大,BL,不超过100(,Mb/s),km,2、激光大气通信,60年代初，人们利用二氧化碳激光器进行激光大气通信实验,由于其传输介质是地球周围的大气层，而大气层又存在着对光的严重吸收，散射作用和天气变化影响等缺点，使得激光大气通信在通信距离、稳定性、可靠性方面受到严重影响,60年代中期一度振兴的激光大气通信研究处于停滞状态,3、光纤通信,光纤,(,Fibre),光导纤维的简称,光纤通信,以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。,容量,频率,f,光波,光波是人们最熟悉的电磁波，其,波长在微米级，频率为10,14,Hz，,紫外光、可见光、红外光属于光波的范畴,电磁波波段划分和常用传输媒质-1,频段和波段名称,频率范围和,波长范围,传输媒质,主要用途,极低频(,ELF),极长波,303000,Hz,10000100km,有线线对，极长波无线电,潜艇通信、矿井通信,甚低频(,TLF),超长波,330,kHz,10010km,有线线对，超长波无线电,潜艇通信、远程导航、远程无线电通信,低频(,LF),长波,30,kHz300kHz,101km,有线线对，长波无线电,中远距离通信、地下通信、无线电导航等,中频(,MF),中波,0.3,3MHz,1000100m,同轴电缆，中波无线电,调幅广播、导航、业余无线电,高频(,HF),短波,3,30MHz,10010m,同轴电缆，短波无线电,调幅广播、移动通信、军用通信等,电磁波波段划分和常用传输媒质-2,频段和波段,名称,频率范围和波长范围,传输媒质,主要用途,甚高频(,VHF),超短波,30,300MHz,101m,同轴电缆，超短波无线电,调幅广播、电视、移动通信、电离层散射通信,微波,特高频(,UH F),分米波,0.33,GHz,101dm,波导，分米波无线电,微波接力、移动通信、空间遥测雷达、电视,超高频(,SHF),厘米波,330,GHz,101cm,波导，厘米波无线电,雷达、微波接力、卫星和空间通信,极高频,(EH F),毫米波,30300,GHz,101mm,波导，毫米波无线电,雷达、微波接力、射电天文,紫外、可见光、红外,10,3,510,7,GHz,300,m 60,光纤，激光空间传播,光通信,红外光：波长,0.75m,紫外光：波长,0.4m,可见光：,0.4m,10,GHz.km,0.23,50,方便,特殊,光纤通信的应用1,1、,通信网,，包括全球通信网(如横跨大西洋和太平洋的海底光缆和跨越欧亚大陆的洲际光缆干线)、各国的公共电信网(如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线)、各种专用通信网(如电力、铁道、国防等部门的通信、指挥、调度、监控的光缆系统)、特殊通信手段(如石油、化工、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的光缆，以及飞机、军舰、潜艇、导弹和宇宙飞船的内部光缆系统)。,光纤通信的应用2,2、构成因特网的计算机,局域网和广域网,，如光纤以太网、路由器之间的光纤高速链路。,3、,有线电视的干线和分配网,；工业电视系统，如工厂、银行、商场、交通和公安部门的监控；自动控制系统的数据传输。,4、综合业务,光纤接入网,，分为有源接入网和无源接入网，可实现电话、数据、视频(会议电视、可视电话等)多媒体业务综合接入核心网，提供各种各样的社区服务。,1.3,光纤通信系统的组成及分类,一、组成,信息源,电发射机,电接收机,光接收机,光发射机,信息宿,基本光纤传输系统,电信号输入,光信号输出,光信号输入,电信号输出,光纤线路,光中继器,光纤通信系统的基本组成（单向传输）,备用系统,辅助系统,组成光纤通信系统各部分的主要作用,1、电发射机：,A/D，,合并多个用户信号，进行复用。方法：脉冲编码调制(,PCM),方式，即进行抽样、量化、编码，抽样频率2,f(,模拟信号的频带宽度,),。,2、光发射机：,E/O,将电发射机送来的电信号转变成适合于光纤传输的光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。,3、光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的崎变（失真）和衰减传输到光接收机,.,4、光中继器：也称光放大器，对光纤传送的光信号进行放大处理。,组成光纤通信系统各部分的主要作用,5、光接收机：,O/E,将光纤传送来的光信号转变成电信号，送入电接收机进行信号处理。,6、电接收机：,D/A，,将信号送给各用户。,7、辅助系统：包括监控管理系统、告警处理系统、电源供给系统、公务通信系统、区间通信系统、自动倒换系统，即辅助信号的传输方式的考虑等。,8、备用系统：包括光端机、光缆、光中继部分的备用系统，电端机一般无备用系统。,光纤通信系统的分类1,类 别,特 点,按光波长划分,短波长光纤通信系统,系统工作波长为：0.80.9,m,，,中继距离短，10,km,以内,长波长光纤通信系统,系统工作波长为：1.01.6,m,，,中继距离长，可达100,km,以上,超长波长光纤通信系统,系统工作波长为：2,m,以上，中继距离很长，可达1000,km,以上，非石英系光纤,按光纤特点分,多模光纤通信系统,石英多模光纤：传输容量较小，一般在140,Mbit/s,以下,单模光纤通信系统,石英单模光纤：传输容量大，一般在140,Mbit/s,以上,光纤通信系统的分类2,类 别,特 点,按传输信号形式分,光纤数字通信系统,传输数字信号，抗干扰能力强,光纤模拟通信系统,传输模拟信号，适于短距离传输和模拟电视图像信号传输,其它,相干光通信系统,光接收机灵敏度高，中继距离长，通信容量大，设备复杂,全光通信系统,不需要光电转换，通信质量高,波分复用系统,在一根光纤上可传输多个光载波信号。通信容量大，成本低,孤子系统,利用光纤非线性效应平衡色散，增加中继，可使光纤带宽增加10100倍,数字与模拟光纤通信系统的比较,数字通信系统用参数取值离散的信号代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；,模拟通信系统则用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。,数字光纤系统比模拟光纤系统具有更多的优点，也更能适应社会对通信能力和通信质量越来越高的要求。目前虽然数字通信几乎完全代替模拟通信的趋势，但模拟通信仍然有着重要的应用。,数字通信系统的优点,1、抗干扰能力强，传输质量好；,2、可以再生中继，传输距离长；,3、实用各种业务的传输，灵活性大；,4、容易实现高强度的保密通信；,5、数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化增强设备可靠性，有利于降低成本。,数字通信系统的缺点,占用频带较宽，系统的频带利用率不高。例如一路模拟电话只占用4,kHz,的带宽，而一路数字电话要占用2064,kHz,的带宽。,数字通信系统的许多优点是以牺牲频带为代价得到的，然而光纤通信的频带很宽，完全可以克服数字通信的缺点。,模拟通信系统的优缺点,优点：模拟通信系统除占用频带较窄外，还有电路简单、无需数字系统中的,A/D、D/A,转换，价格便宜等优点。,缺点：光电变换时噪声大，有中间增音站将使噪声积累，主要用于短距离传输线路。,模拟通信系统应用电视传输,目前的电视传输，广泛采用模拟通信系统。由于电视的数字化传输，要求较复杂的技术，特别是当今社会对电视频道数目的要求日益增多，要传输几十甚至上百路的电视，需要极复杂的编码和解码技术，设备价格昂贵，因此目前还不能普遍使用。,采用副载波复用(,SCM),模拟光纤通信系统传输多路电视，不失为一种明智的选择。,1.4,国家“十五”863计划光纤通信技术的发展战略与实施策略,一、光纤通信技术研究与发展的现状,二、互联网发展需求与下一代光网络发展趋势,三、“十五”863计划光纤通信研究的总体目标与实施策略,一、光纤通信技术研究与发展的现状,1、当前信息技术发展的潮流：数据化、宽带化、综合化已成为趋势；,2、传输与交换的融合、电路交换向分组交换的演进、网络向更加宽带化、智能化、集成化、兼容性、灵活性和高可靠性的方向发展已成必然。,3、WDM,具有大容量、透明性、可重构性、易扩容性等优异性能，近年来得到了极大的重视和飞速的发展，其相关的光器件、光系统、光网络等方面的发展代表了光通信技术的发展方向，已成为国内外在光纤通信领域内的研究重点和应用热点。以美国、欧洲和日本为代表的许多发达国家和地区对此投入了大量的精力，分阶段、有步骤地进行研究，现已取得了很大的进展和成就。,国际上的研究水平,高速光传输方面，目前已实现了10.96,Tb/s(274,波40,Gb/s),的实验系统；,超长距离传输方面，已达到4000,km,无电中继的技术水平；,光网络方面，“光网技术合作计划(,ONTC)”、,“泛欧光网络(,OPEN),”、“光通信网管理(,MOON),”和“光城域通信网管理(,MTON),”、等一系列光网络研究项目相继启动、实施和完成，为下一代宽带信息网络，尤其是为承载未来,IP,业务的下一代光通信网络奠定了良好的基础。,国内的研究情况,目前已陆续完成了,155,Mb/s、,622,Mb/s、,2.5,Gb/s、,10,Gb/s,的,SDH,系统,82.5,Gb/s、,1610,Gb/s、32,10,Gb/s、,16010,Gb/s,的,WDM,系统,10,Gb/s、4,0,Gb/s,的,OTDM,试验系统,宽带接入系统、全光通信试验网、自动交换光网络试验平台等一系列项目,自行研制成功的,WDM,光传输系统已在多省市提供运行和服务，各种光纤局域网/城域网/广域网已得到广泛应用。,我国已成为世界上为数不多的几个掌握了全套,SDH,和,WDM,光通信系统系列产品技术的国家之一，在世界光通信系统和光网络领域已经占据了一席之地。,如：2001年完成的中国高速信息示范网(,CAINONet),取得了重大的研究成果。,二、互联网发展需求与下一代光网络发展趋势,在,IP,业务高速增长产生的带宽需求和,WDM,传输技术提供超大容量带宽资源的双重刺激下，传统的光网络将朝着适于传输,IP,业务的新一代光网络演进已势在必行。期望能为,IP,互联网提供更加高速、宽带、灵活、高效和智能的新一代光网络。,目前面临的主要问题是：如何建立适于承载未来互联网业务的光通信网络，其典型需求和实现方式是什么。,光技术对21世纪来说，就象电技术对20世纪那样重要。,三、“十五”863计划光纤通信研究的总体目标与实施策略,总体目标是：在“十五”863计划期间，适应我国迅速发展的国家信息基础设施建设对光通信的总体规划与需求，掌握一批有市场前景的、面向产业的、解决重大技术与应用问题、具有自主知识产权的关键光纤通信高技术，造就一只能攻坚的科技队伍与稳定的人才梯队形成若干有实力的 科研开发与成果转化基地，为我国信息技术领域持续、创新发展提供必要的技术基础与技术支撑，在若干关键技术上达到国际先进水平。,OTIME,计划,为实现总体目标，国家“十五”863计划在通信技术主题设立光纤通信分项研究计划，称之为“光时代”计划。,即：,OTIME：Optical Technology for Internet with Multiwavelength Environment,计划,实施,OTIME,计划指导思想是,1个核心光系统和光网络,2个层面面向应用，重在创新,3个重点研究方向高速、智能、融合,4个支柱超长光传输，宽带光接入，节点光交换，智能光联网,（四个支柱即为四个需重点攻克的关键技术）,OTIME,计划的实施策略,策略上做到3个体现：,体现,国家高技术研究与发展规划对光纤通信的要求，对国家的经济建设、提高综合国力和赢得国际竞争作出贡献。,体现,“创新求实”，创新：论学术水平和技术难度，“新”、“难”、“尖”、“精”为其鲜明特征，充分重视知识产权与知识获得；求实：论战略目标和产业化追求，有的放矢，脚踏实地。,体现,示范与带头作用，培育主导产业，产生“链条”效应，造就杰出人才。,第一章思考题与习题,1、光通信的发展经历了那三个阶段？,2,、为什么说,1970,年是光纤通信的元年？高琨的主要贡献是什么？,3,、什么是光纤通信？光纤通信有哪些优缺点？,4,、光纤通信使用的波长和频率在什么范围？光纤通信采用的三个窗口是那三个？,5、激光的特点是什么？,6,、光纤通信系统主要由哪几部分组成？简述各部分的主要作用。,7,、光纤通信系统是怎样分类的？试简单比较数字光纤通信系统与模拟光纤通信系统的优缺点。,8,、我国“十五”863计划中提出的光时代计划的指导思想是什么？,本章结束，,谢谢！,