走进光电世界-光通信

光通信,什么是激光？,什么是激光？,Asolutionwaitingforaproblem！,现代通信采用什么技术？,能否继续将频率提高？,光波,宽带接入技术,FTTx,xDSL,HFC,CableModem,光纤,光纤,同轴电缆,LAN10/100M,FTTB,综合布线,光纤,铜缆,wireless,LMDS,本地多点分配业务,2020/5/19,7,现在的宽带接入网都是基于铜介质的，其中同轴电缆频带最宽，非屏蔽数据电缆次之，电话双绞线最窄。这三种物理介质原来分别适用于射频广播电视、计算机数据和电话信号的传输。因此，电视、数据、电话三种业务/运营商，分别建设了三种接入网，重叠在一个居民区或一个办公楼。,怎样的接入网能够避免在同一个用户驻地分别由电话、电视和数据三个运营商敷设三个接入网，既便于推广，又便于实现电话、电视、数据三网融合呢？,宽带接入技术,FTTx,FTTH,xDSL,HFC,CableModem,光纤,光纤,光纤,同轴电缆,LAN10/100M,FTTB,综合布线,光纤,铜缆,wireless,LMDS,本地多点分配业务,?,电话/路：64(kb/s)1(Tb/s)64(kb/s)=1560(千路)能同时传输语音、数据和视频图象,为什么要这么高的速率？,一张含660Mb的音乐CD，从美国中西部如德州传到江苏要多长时间？,HDTV需要多大速率,16M,HDTV,电话：56Kb/s（由于电话线的质量难以保证，实际远远低于这个速率）综合业务数字网ISDN：144Kb/s,目前主要的宽带接入技术,非对称数字用户线ADSL：下行2-8Mb/s上行16-640Kb/sADSL2+下行16-25Mb/s上行800Kb/s同轴电缆HFC(CableModem):下行30-40Mb/s，上行10Mb/s,可能没有人在打越洋电话或者越洋传输数据时，去认真追究自己的数据是通过什么媒介传送出去的，当然也就无从了解采用什么方式能使信息传送得更加快捷、安全，而且成本更低。,2020/5/19,17,现在的宽带接入网都是基于铜介质的，其中同轴电缆频带最宽，非屏蔽数据电缆次之，电话双绞线最窄。这三种物理介质原来分别适用于射频广播电视、计算机数据和电话信号的传输。因此，电视、数据、电话三种业务/运营商，分别建设了三种接入网，重叠在一个居民区或一个办公楼。,怎样的接入网能够避免在同一个用户驻地分别由电话、电视和数据三个运营商敷设三个接入网，既便于推广，又便于实现电话、电视、数据三网融合呢？,显然只有光纤接入网！,日本“SurveyonOutlookofJapaninthe21stCentury”显示的21世纪经济行业基础设施排名,光网络在21世纪的战略地位,什么是光通信,以光作为信息载体而实现的通信方式,基本原理,光纤的结构,纤芯(Core)：传输光束包层(Cladding)：造成全反射的条件多模50/125um、62.5/125um单模9/125um,光缆,被覆(Jacket)：使光纤不受外力/环境影响单模：黄色多模：橘紅色、灰,护套(Coating)：吸收分散外來的应力250um,室内光缆,缆芯结构,加强构件作用：光纤脆性，很容易断裂，因此将一根或多根加强构件组装到光缆结构中，以便承受敷设安装或外力所引起的拉力负荷。,室外通信光缆,通信光缆分类,架空光缆：要求强度高、温差系数小。直埋光缆：要求抗埋、抗压、防潮、防湿度特性好、耐化学侵蚀。管道光缆：耐水压、耐张力、防水特性好。海底光缆：耐水压、耐张力、防水特性好。无金属光缆：可以和高压线一起架设，绝缘要好，有一定的抗拉能力。,直埋光缆,软光缆,管道光缆,架空光缆,水下光缆,海底光缆,光缆与电缆相比有什么优点？,通信系统的组成,网络系统,光纤通信系统的基本组成,包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。,基本光纤传输系统的三个组成部分,1、光发送机组成框图：,2.光纤线路功能：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组成:光纤、光纤接头和光纤连接器低损耗“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0.85m、1.31m和1.55m有三个损耗很小的波长“窗口”。,0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7,衰减（dB/km）,波长（m）,普通单模光纤的衰减随波长变化示意图,1.55m的损耗已达0.154dB/km，接近石英光纤损耗的理论极限,3、光接收机功能：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，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号组成部分：耦合器，光电检测器，解调器组成框图：,光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。,网络组成方式,网形Mesh,星形Star,环形Ring,总线Bus,Long-HaulOpticalNetworks,3R,Backbone/regionaltransportcarriers,OpticalDWDMcross-connectmesh,OADM,MetroOpticalNetworks,AccessNetworks,Metro-opticalringnetwork,Metrohybridring/mesh,OXC,Residential(DSL/cable),Digitalvideo,SONET,Voice,Cellular,PSTN/Cellular,ATMswitch,IProuter,EthernetLAN,RegionalISP,GbE,FR,Escon,Ficon,FDDI,Corporate/enterprise,传送网的分层结构,2020/5/19,42,2.5Gb/sSDH通道保护自愈环(北环）,黄泥河,2.5Gb/sSDH通道保护自愈环(南环）,富源,曲靖MSC2,沾益,德泽,马龙,罗平,师宗,陆良,宣威,者海,会泽,新寨,长底,雨旺,新发,玉马,罗平,排灌站,阿鲁,马街（罗平）,桃园,箐口,富村,阿洪,歹墨,钻天坡,牛街,金鸡,板桥,幕乐,黄泥河,富村2,富乐,老厂（富源）,五乐,马街（富源）,弯子湖,者海1,者海2,者海3,新店子,华泥,会泽,庆口镇,鱼洞,迤车镇,罗布古,黄梨树,田坝,野猪塘,架车,野马,待补,毛家村,大井,梨园,中寨,菱角,赤章,天生桥,沾益,大明槽,大树屯,益泥水泥厂,保险公司,总站油库,白水1,白水2,尖山,遵化铺,水田,乙炔分厂,大坡,花山镇,松林,农场,马场,德威,红土沟,麻拉,轩家,卡居,炎方,富源,大河,莲花,恩乐,大坪子,宽塘,阿依诺,后所,煤炭湾,后矿,胜境关,凉水井,回隆,石坝水库,雄壁镇,南盘江港口,师宗,大同,小河口,竹基,法块,海晏,白马山,斗坞,大舍,瓦鲁,阴塞箐,捏龙,法雨,曲祖,五龙,高良,大尖山,白马梁子,龙潭,冒水井,虹桥,杨柳,文兴,阿都,乐丰,双河,新天堡,花椒,松子口,旧堡,倘塘,云峰,滇磷,龙场,宝山,虎场,格宜,来宾,左所,清水,鸡街,密德,石坝,田坝,德基,基场,海岱,宣威,大侗山,溪乌梁子,明德,普立,徐屯,东山,三星坡,马街,炒铁,大跌水电站,大莫古,麻舍所,电杆厂,西桥,陆良,兴发,北山,黄官营,阎芳桥,海介,小百户,山冲,召夸镇,庄上,沙林,三岔河,白塔,河口,摆羊,茶花,机务站,华侨农场,赵家沟,大桥,板桥,响水坝,永清河,邮电局,三小,黄山储蓄,图书馆,百货大楼,福利大楼,杜鹃宾馆,开发区,宣威,西南宾馆,六中,宣威复烤厂,窑安,开发区2,邮电,电厂,五中,公安局宿舍,富源5,烟草公司,一中,自来水厂,邮电局,南盘江林业局,文笔坡,人民银行,邮电局,地税局,电信大楼,丝绸厂,中枢镇政府,工行,邮电,人行,西关,复烤厂,液峰公园,得禄,盈仓小学,财保,73.0Km,68.5Km,50.8Km,114.3Km,118.3Km,102.2Km,27.0Km,111.1Km,117.0Km,54.7Km,117.4Km,111.0Km,30.5Km,德泽,图例：,2.5Gb/sSDH终端设备,155MSDH终端设备,2.5Gb/sSDH中继设备,本地传送网网络结构图,42,我国传输网分：,国家一级干线（连接国内各个省之间的电信线路）国家二级干线（或称省级干线，连接省内地区或市的电信线路）本地线路（或称本地网，地区内或市内连接各电信局的电信线路）,光纤通信发展历程,探索时期的光通信,1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。,原始形式的光通信:中国用“烽火台”，欧洲人用旗语,1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。,在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。,由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。,1961年，中国人发明了中国的第一台红宝石激光器,1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，只要解决好玻璃纯度和成分等问题，就能够利用玻璃制作光学纤维，从而高效传输信息。,当时光纤的损耗约3000dB/km，这一设想提出之后，被外界笑称为“痴人说梦”，有人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。随着第一个光纤系统于1981年成功问世，到九十年代被广泛利用，光纤造就了今天互联网的大发展。,1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km，1974年降低到1.1dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2m)。,1970年，光纤研制取得了重大突破,在以后的10年中，波长为1.55m的光纤损耗：1979年是0.20dB/km1984年是0.157dB/km1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。,1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。,1970年，光纤通信用光源取得了实质性的进展,1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3m的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55m的连续振荡半导体激光器。,由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑,1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1980年，美国标准化光纤通信系统投入商业应用。1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。,光纤通信系统的发展,1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。,2020/5/19,56,世界海底光缆的状况,光纤通信的发展可以分为三个阶段：第一阶段(1966-1976)，从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段(1976-1986)，以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。第三阶段(1986-996)，以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。,通信传输系统的发展趋势电子型光电混合型全光型,(1)传统的电传输系统,电复用电解复用,光缆,O/E/O,EMUX,光发送,再生中继,再生中继,EDMUX,电复用电解复用,光接收,(2)光电混合型光纤传输系统,(3)全光传输系统,OMUX,ODMUX,OA,OA,OA,光发送,光发送,光发送,，n,光接收,光接收,光接收,光放大,光放大,光放大,n,n,光通信特点？,重量轻体积小传输距离远容量大抗电磁干扰,苏通大桥,光通信,从信息通信发展趋势看光纤通信的未来,全球通信业务，特别是数据业务急剧增长,网络业务量,数据年增40%,电话年增10%,年份,全球话音和数据业务发展趋势预测,传送技术向高速度和大容量发展,2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s系统速率,8,16,32/40,80,160,256,20G,40G,80G,400G,1.28T,800G,3.2T,1.6T,6.4T,10.2T,波长数,水源监测,灾害防治,职业发展,ITS,井下安全,空港服务,工业监控,资产管理,路桥管理监控,会务服务,智能家居,安防保障,儿童护理,教育,卫生保健,公共服务,家庭、个人服务,泛在接入网,TD宽带网,TD-SCDMA,WLAN,HSUPA,LTE,RFID,Mesh,Context/LocationAwareness,EmbeddedSystems,NGIS,GPS,航运服务,旅游服务,业务运营支持系统/平台,大气监测,土壤监测,危机处理,HSDPA,我国光通信的现状,1986年建立了国内第一条光缆干线宁汉光缆1999年建成8纵8横光纤骨干网，覆盖了除台湾外所有省会城市和75地市。目前，我国长途骨干网的光缆长度达到了17万公里，并经中美、中日、中韩等海缆和欧亚大陆桥光缆与国际光缆网连接。我国总的光缆线路总长度已近200万公里，其中海底光缆总长度已达80多万公里，居世界前列。,FLAGFiberOpticLinkaroundtheGlobe,架空光缆,直埋光缆,北京,上海,至欧洲,至日本FLAG,至韩国,至朝鲜,至俄罗斯,至东南亚,我国光缆骨干网分布图,现代通信新业务,电子函件移动通信可视电话和会议电视电话可视图文信息系统电子货币与无纸贸易因特网,手机最早于1973年在纽约曼哈顿出现；10年后起，经历1G（模拟通讯）、2G（数字通讯）阶段，于2006年开始迈向3G（宽带多媒体通讯）阶段。1987年11月，中国移动正式起步，第一个模拟移动电话系统在广东建成并投入商用，首批用户只有700个，标志着中国移动通信服务的开始。,示例,1988年，中国移动电话用户突破3000户，1990年达到1.8万户，1994年激增到了157万户。1995年，中国启动数字移动通信，2001年12月31日正式关闭了模拟移动电话网，从此中国移动通信进入了全数字时代。,目前，我国手机用户已达9.4亿，有少部分用户同时拥有2部以上的手机固定电话用户数达2.8亿从全球范围来看，手机用户总数大约为50多亿，中国的手机用户约占全球用户的20%,短信的商业化起步于1