电子信息科学与技术前沿报告

电子信息科学与技术前沿报告电子信息科学与技术前沿报告 姓名 学号 专业 电子信息科学与技术电子信息科学与技术 摘要 摘要 光纤通信就是利用光导纤维传输信号 以实现信息传递的一种通信 方式 光导纤维通信简称光纤通信 关键字 关键字 光纤通信技术 特点 种类 发展趋势 21 世纪一个信息爆炸的时代 也是一个信息传输的时代 而通信网中光纤通信 以其独特而脱颖而出 或许在未来的社会中会迎来一个全新的广网络时代 一 光通信技术的特点 1 频带极宽 通信容量大 光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多 对 单波长光纤通信系统 由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势 因此 需要技术来增加传输的容量 密集波分复用技术就能解决这个问题 2 损耗低 中继距离长 目前 商品石英光纤和其它传输介质相比的 损耗是最低的 如果将来使用非石英极低损耗传输介质 理论上传输的损耗还 可以降到更低的水平 这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本 带来更好的经济效益 3 抗电磁干扰能力强 石英有很强的抗腐蚀性 而且绝缘性好 而且 它还有一个重要的特性就是抗电磁干扰的能力很强 它不受外部环境的影响 也不受人为架设的电缆等干扰 这一点对于在强电领域的通讯应用特别有用 而且在军事上也大有用处 4 无串音干扰 保密性好 在电波传输的过程中 电磁波的传播容易 泄露 保密性差 而光波在光纤中传播 不会发生串扰的现象 保密性强 除 以上特点之外 还有光纤径细 重量轻 柔软 易于铺设 光纤的原材料资源 丰富 成本低 温度稳定性好 寿命长 正是因为光纤的这些优点 光纤的应 用范围越来越广 二 光纤通信技术的种类 1 光纤光缆技术 光纤技术的进步可以从两个方面来说明 一是通信系统所用的光纤 二是 特种光纤 早期光纤的传输窗口只有 3 个 即 850nm 第一窗口 1310nm 第二窗口 以及 1550nm 第三窗口 近几年相继开发出第四窗口 L 波段 第五窗口 全波光纤 以及 S 波段窗口 其中特别重要的是无 水峰的 全波窗口 这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm 到 1625nm 的广 阔的光频范围内 都能实现低损耗 低色散传输 使传输容量几百倍 几千 倍甚至上万倍的增长 这一技术成果将带来巨大的经济效益 另一方面是特 种光纤的开发及其产业化 这是一个相当活跃的领域 光复用技术 复用技术是为了提高通信线路的利用率 而采用的在同一传输线路上同 时传输多路不同信号而互不干扰的技术 光复用技术种类很多 其中最为重 要的是波分复用 WDM 技术和光时分复用 OTDM 技术 光波分复用 WDM 技 术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术 其基本原理是在发送 端将不同波长的光信号组合起来 并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行 传输 在接收端将组合波长的光信号分开 并作进一步处理 恢复出原信号 后送入不同的终端 波分复用当前的商业水平是 273 个或更多的波长 研 究水平是 1022 个波长 能传输 368 亿路电话 近期的潜在水平为几千个波 长 理论极限约为 15000 个波长 包括光的偏振模色散复用 OPDM 而光 时分复用 OTDM 技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上 的技术 光时分复用 OTDM 的原理与电时分复用相同 只不过电时分复用是 在电域中完成 而光时分复用是在光域中进行 即将高速的光支路数据流 例如 10Gbit s 甚至 40Gbit s 直接复用进光域 产生极高比特率的合成 光数据流 2 光放大技术 光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成 果 它大大地促进了光复用技术 光孤子通信以及全光网络的发展 顾名思 义 光放大器就是放大光信号 在此之前 传送信号的放大都是要实现光电 变换及电光变换 即 O E O 变换 有了光放大器后就可直接实现光信号放大 光放大器主要有 3 种 光纤放大器 拉曼放大器以及半导体光放大器 光 纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子 如铒 镨 铥等 作为激光活性物质 每一种掺杂剂的增益带宽是不同的 掺铒光纤放大器 的增益带较宽 覆盖 S C L 频带 掺铥光纤放大器的增益带是 S 波段 掺镨光纤放大器的增益 带在 1310nm 附近 而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大 器 即大功率的激光注入光纤后 会发生非线性效应 喇曼散射 在不断 发生散射的过程中 把能量转交给信号光 从而使信号光得到放大 由此不 难理解 喇曼放大是一个分布式的放大过程 即沿整个线路逐渐放大的 其 工作带宽可以说是很宽的 几乎不受限制 这种光放大器已开始商品化了 不过相当昂贵 半导体光放大器 S0A 一般是指行波光放大器 工作原理与 半导体激光器 相类似 其工作带宽是很宽的 但增益幅度稍小一些 制造难 度较大 这种光放大器虽然已实用了 但产量很小 3 光交换技术 光交换技术是指不经过任何光 电转换 在光域直接将输入光信号交换 到不同的输出端 目前已见报道的光交换技术的交换方式主要可以分为 空 间分光交换方式 时分光交换方式 波分光交换方式 ATM光交换方式 码 分光交换方式 自由空间光交换方式和复合型光交换方式等等 空分光交 换的基本原理是将光交换节点组成可控的门阵列开关 通过控制交换节点的状 态可实现使输入端的任一信道与输出端的任一信道连接或断开 完成光信号的交 换 时分光交换方式的原理与现行电子学的时分交换原理基本相同 只不过它 是在光域里实现时隙互换而完成交换的 在光时分复用系统中 可采用光信号 时隙互换的方法实现交换 在光波分复用系统中 则可采用光波长互换 或光波 长转换 的方法来实现交换 光波长互换的实现是通过从光波分复用信号中检 出所需的光信号波长 并将它调制到另一光波长上去进行传输 光A TM 交换是 以A TM 信元为交换对象的技术 它引入了分组交换的概念 即每个交换周期处 理的不是单个比特的信号 而是一组信息 光ATM 交换技术已用在时分交换系 统中 是最有希望成为吞吐量达到特定级别量的光交换系统 码分光交换 是 指对进行了直接光编码和光解码的码分复用光信号在光域内进行交换的方法 自由空间光交换可以看作是一种空分光交换 它是通过在空间无干涉地控制光 的路径来实现的 由于各种光交换技术都有其独特的优点和不同的适应性 将 几种光交换技术合适地复合起来进行应用能够更好地发挥各自的优势 以满足 实际应用的需要 已见介绍的复合型光交换主要有 1 空分 时分光交换系统 2 波分 空分光交换系统 3 频分 时分光交换系统 4 时分 波分 空分 光交换系统等 三 不断发展的光纤通信技术 1 光纤通信开始就是为传送基于电路交换的信息的 信号一般是 TDM 的连续码 流 如 PDH SDH 等 伴随着科技的进步 特别是计算机网络技术的发展 传 输数据也越来越大 分组信号与连续码流的特点完全不同 它具有不确定性 因此传送这种信号 是光通信技术需要解决的难题 2 不断增加的信道容量 光通信系统能从 PDH 发展到 SDH 从 155Mb s 发展到 10Gb s 近来 4OGB s 已实现商品化 专家们在研究更大容量的 如 160Gb s 单波道 系统已经试验成功 目前还在为其制定相应的标准 此外 科 学家还在研究系统容量更大的通讯技术 3 光纤传输距离 从宏观上说 光纤的传输距离是越远越好 在光纤放大器投入 使用后 不断有对光纤传输距离的突破 为增大无再生中继距离创造了条件 4 向城域网发展 光传输目前正从骨干网向城域网发展 光传输逐渐靠近 业务节点 而人们通常认为光传输作为一种传输信息的手段还不适应城域网 作为业务节点 既接近用户 又能保证信息的安全传输 而用户还希望光传输 能带来更多的便利服务 5 互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势 近年来 互联网业发展 迅速 IP 业务也随之火爆 随着软件控制的进一步开发和发展 现代的光通信 正逐步向智能化发展 它能灵活的让营运者自由的管理光传输 而且还会有更 多的相关应用应运而生 为人们的使用带来更多的方便 总而言之 以高速光传输技术 宽带光接入技术 节点光交换技术 智能光联 网技术为核心 并面向 IP 互联网应用的光波技术是目前光纤传输的研究热点 而在以后 科学家还会继续对这一领域的研究和开发 从未来的应用来看 光 网络将向着服务多元化和资源配置的方向发展 为了满足客户的需求 光纤通 信的发展不仅要突破距离的限制 更要向智能化迈进 四 光纤通信技术的发展趋势 1 向超高速系统的发展 从过去 20 多年的电信发展史看 网络容量的需求和 传输速率的提高一直是一对主要矛盾 传统光纤通信的发展始终按照电的时分 复用 TDM 方式进行 每当传输速率提高 4 倍 传输每比特的成本大约下降 30 40 因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长 这就是为什 么光纤通信系统的传输速率在过去 20 多年来一直在持续增加的根本原因 目前 商用系统已从 45Mbps 增加到 10Gbps 其速率在 20 年时间里增加了 2000 倍 比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多 2 向超大容量 WDM 系统的演进 采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽 然 而光纤的 200nm 可用带宽资源仅仅利用了不到 1 99 的资源尚待发掘 3 实现光联网 上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量 但基本上是以点到点通信为基础的系统 其灵活性和可靠性还不够理想 4 新一代的光纤 近几年来随着 IP 业务量的爆炸式增长 电信网正开始向 下一代可持续发展的方向发展 而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下 一代网络的物理基础 5 光接入网 过去几年间 网络的核心部分发生了翻天覆地的变化 无论 是交换 还是传输都已更新了好几代 不久 网络的这一部分