光纤通信第一章PPT课件.ppt

光纤通信 OpticalCommunications 课程内容 第一章概述第二章光纤与光缆第三章通信用光器件 光纤通信发展的历史和现状 光纤通信系统的特点与应用 光纤通信系统的组成 光纤的基本原理 光纤的结构与特征 光纤的传输特性 光纤的材料与制造 光纤的选择 光缆 光源光检测器光无源器件光放大器 第四章光纤通信系统第五章光纤通信网络 光发送机 光接收机 线路码型 光纤光缆的选型 系统设计 通信网的发展趋势 SDH传送网 WDM光网络 光局域网和光城域网 宽带光接入网 智能光网络 课程内容 第六章光纤通信新技术 课程内容 光纤通信新技术 光纤通信的发展方向 第一章概述2学时第二章光纤与光缆6学时第三章通信用光器件6学时第四章光纤通信系统8学时第五章光纤通信网络6学时第六章光纤通信新技术2学时 学时分配 总学时 30学时 实践性教学安排 总学时 6学时 实验一 数字信号光纤传输实验3学时验证性实验二 语音光传输系统实验3学时综合性 电子通信系统 第四版 王曼珠等译 电子工业出版社光纤通信技术 徐公权等译 机械工业出版社光纤通信系统 李履信沈建华编著 机械工业出版社光纤通信 GerdKeiser李玉权等译 电子工业出版社OpticalFiberCommunications ThirdRdition GerdKeiser TheMcGraw HillCompanies Inc光纤通信技术 DjafarK Mynbaev徐公权等译 机械工业出版社Optical FiberCommunicationsTechnology DjafarK Mynbaev LowellL Scheiner 科学出版社 教学参考书 网站 通信世界网 中国通信网 光通讯网 掌握光纤的基本原理 特点和应用 能进行典型系统的初步设计 了解光纤通信的实际工程知识 具有一定的工程实践能力 了解光纤通信的新技术和发展方向 课程教育目标 三系304教研室 办公地址 1212张喆zm 联系方式 第一章概述 1 1光纤通信发展的历史和现状 1 2光纤通信系统的特点与应用 1 3光纤通信系统的组成 定义 光纤通信 光纤通信是以光波为载波 以光导纤维为传输媒体 将信号从某一点传送到另一点的通信方式 光纤通信系统 主要包括三大部分 光发送 光接收和光传输设备 1 1光纤通信发展的历史和现状 思考 为什么会出现光纤通信 第一章概述 1 1光纤通信发展的历史和现状 有线铜缆通信 带宽窄 传输损耗大 百兆 千兆1 5km 微波通信 带宽受载波频率限制视距传播三万多路数字电话 2 4Gbit s 50km 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 解决方案 提高载波频率 光波 3亿兆赫兹 降低损耗 电缆无路可走 光导纤维 光纤通信 容量 一根光纤理论传输1000亿个话路 目前一般水平同时传输24万个话路 光缆可以容纳上千根光纤 波分复用技术更可进一步提高容量 距离 一般60km 200km成熟800km 1000km新一代低损耗光纤3000km 1 1 1光纤通信的产生1870年 英国科学家廷德尔在皇家学会上表演了一个实验装置 他用光照亮盛水器内壁小孔 让水从孔内流出 使大家看到光不再直线前进 而是顺着水流弯曲传送 1880年 美国科学贝尔研制出一种 光学电话 设想以弧光灯为光源 通过光 声 电的转换 把信号传到远处 第一章概述 1930年 德国有位叫兰姆的 用石英纤维代替水流 作了光的弯曲传送实验 并叙述了纤维光导的特性 1951年 英国霍普金斯等人进一步研究了图像在一束可弯曲的玻璃纤维内传送的规律 成功地制造出了纤维内窥镜 这种纤维内窥镜在光学研究和医疗工作中得到了广泛的应用 第一章概述1 2光纤通信的发展概况 1966年7月 英藉 华裔学者高锟博士在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章 用于光频的光纤表面波导 该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性 并设计了通信用光纤的波导结构 即阶跃光纤 并预言了光纤的衰耗系数降低到20dB km以下 1970年 美国康宁公司生产出了每公里衰减20dB的光导纤维 同年美国贝尔实验室实现了GaAlAs半导体激光器室温下的连续工作 两项成果问世 揭开了光纤通信的序幕 第一章概述1 2光纤通信的发展概况 高锟 华裔物理学家 生于中国上海 祖籍江苏金山 今上海市金山区 拥有英国 美国国籍并持中国香港居民身份 目前在香港和美国加州山景城两地居住 高锟为光纤通讯 电机工程专家 华文媒体誉之为 光纤之父 曾任香港中文大学校长 2009年 与威拉德 博伊尔和乔治 埃尔伍德 史密斯共享诺贝尔物理学奖 第一代光纤通信系统 低损耗的熔石英光纤和长寿命的半导体激光器的研制成功1973 1976 0 85 m多模光纤速率 50 100Mbit S 10km中继距离 第二代光纤通信系统 单模光纤最低色散波长 1 3 m 传输容量增加了近10倍1976 19821 30 m多模和单模光纤速率140Mbit S 20 50km中继距离 1 1 2光纤通信的发展过程 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 第三代光纤通信系统 最低损耗波长 1 55 m 使无中继传输距离和传输容量又提高好几倍 1982 19881 310 m实用化单模光纤准同步数字体系 PDH 50km中继距离 第四代光纤通信系统 光纤放大器 波分复用技术单模光纤光纤放大器波分复用同步数字体 SDH 2 5Gbit s高传输率容量 100Gb s 80km中继距离无中继长距离 100km 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 第五代光通信相干光通信和孤立子光通信是第五代光通信 是跨入下世纪的光纤通信 光强度调制方式和直接检测方式的非相干光相位调制方式和差分检测方式的相干光可使信号传递得更远 第一章概述1 2光纤通信的发展概况 1 1 3我国光纤历史1976年武汉邮科院研制出石英光纤 并与上海光机所提供的激光器组成传送黑白电视的实验系统 1977年 第一根短波长 0 85mm 阶跃型石英光纤问世 长度为17m 衰减系数为300dB km 1978年我国在上海建立了第一条局间中继光缆 1984年 武汉 天津34Mb s市话中继光传输系统工程建成 多模 1988年 全长245km的武汉 长沙市34Mb s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 1989年开工1990年底完工 建立国内第一条宁汉 南京至武汉 光缆干线 光缆979公里 1993年 建成我国第一条国家一级干线架空光缆光通信系统 北京 广州 140Mbps 3046km 建成准同步数字系列 PDH 最高速率的565Mbps光通信试验段 上海 无锡 1997年 海南 三亚 2 5Gb sSDH 400km 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 1998年底 覆盖全国的 八纵八横 骨干网建成 1998年济南至青岛的国产8 2 5Gb sWDM系统是武汉邮科院自主研发的并达到国际20世纪90年代后期水平 462km 2000年 建成我国第一条沈阳 大连32 2 5Gb sDWDM 500km G 655光纤 采用光分插复用器 OADM 2001年 建成具有光交叉连接 OXC OADM组网的CAINONET现场试验网 第一章概述1 2光纤通信的发展概况 2002年 建成我国第一条32 10Gb sDWDM系统 南宁 桂林 全长338km 2003年 实现40Gb s 200km无电再生传输 2005年 实现160 10Gb sDWDM系统在3000km无电再生传输 实现40Gb s 480km无电再生传输 2011年7月 在刚刚结束的国际光电子和通信会议 OECC2011 期间 中兴通讯宣布实现了24Tb s 24x1 3Tb s 波分复用信号传输 是业界首次实现Terabit s的波分复用技术 信号采用 掺铒光纤放大器 在标准单模光纤中长距离传输了2400公里 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 容量的发展过程 业务种类 模拟与数字应用的比例变化 第一章概述1 1光纤通信发展的历史和现状 运营商历年光纤需求量 单位 万芯公里 通信基础网络通信的骨干网由第四代向第五代过渡 1 1 4光纤通信现状 1 2光纤通信系统的特点与应用 1 2 1特点 1 传输容量大 波长1 3 1 6um 3E14Hz300000GHz传输频带宽是微波频率的1000 10000倍光缆有多根光纤 高至1000根波分复用128 200个波长 pnumkMGT 第一章概述 2 中继距离远 1310nm0 35dB km1550nm0 2dB km100 200km超低损耗光纤 3000km 3 抗电磁干扰能力强 光在SiO2中传输 不受电磁场干扰 可工作在强电 雷击 核辐射环境 4 铺设容易 光纤细 光缆轻5 资源丰富 节约有色金属和能源经济效益好 6 寿命长 7 保密性好 传输中光能泄露极微 难被非接触窃听 但已有窃取信号方法 第一章概述1 2光纤通信系统的特点与应用 1 2 2应用 通信网 全球通信网 公共电信网 专用网 特殊通信网计算机局域网和广域网 光以太网 城域网有线电视网 CATV 双向多功能网接入网 电话 数据 视频 多媒体 第一章概述1 2光纤通信系统的特点与应用 目前应用分类 1 3光纤通信系统的组成 光纤通信系统主要包括三大部分 光发送 光接收和光传输设备 系统的组成 第一章概述 光发送设备 由驱动器和光源组成 完成电信号对光源的调制 光接收设备 由光检测器和放大器组成 完成光信号到电信号的转换 光传输设备 光缆 中继器等 第一章概述1 3光纤通信系统的组成 101 107 102 106 103 105 104 104 105 103 106 102 107 101 108 100 109 10 1 1010 10 2 1011 10 3 1012 10 4 1013 10 5 1014 10 6 1015 自由空间波长 m 电力 电话 无线电 电视 微波 红外 可见光 双铰线 同轴电缆 光纤 卫星 微波 AM无线电 FM无线电 频段划分 传输介质 电磁波谱的划分 第一章概述1 3光纤通信系统的组成 光纤通信的工作波长 电磁波波谱图 第一章概述1 3光纤通信系统的组成 光纤的工作窗口 第一章概述1 3光纤通信系统的组成 dB与dBm dBm 绝对的 功率值 以1mW为参考 0dBm 1mW 3dBm 2mW 依次类推功率mW和dBm的折算关系是 xdBm 10lg P 1mW dB 相对值 表示两个数的比例上的差别 比如A比B大3dB说明A的数值是B的2倍 定义为ydB 10lg A B 所以说到发送功率一定是以dBm为单位的 比如说发送功率13dBm 你按照那个公式反算出来就是20mW 线路衰减表示的是相对初始值的变化情况 所以一定是以dB为单位的 比如13dBm的信号进过传输衰减了10dB 按照上面的公式计算 说明衰减后的信号是发送信号功率的10分之1 即2mW 采用dB表示的好处是可以直接做减法 例如上面这个例子 衰减后的功率p 13dBm 10dB 3dBm 2mW每公里10分贝损耗就是输入的信号传送1公里后只剩下了十分之一 20分贝就表示只剩下百分之一 30分贝是指只剩千分之一 1 什么是光纤通信 2 光纤的主要作用是什么 3 与电缆或微波等电通信方式相比 光纤通信有何优点 4 为什么说使用光纤通信可以节约大量有色金属 5 为什么说光纤通信具有传输