光通信技术课件

1、二零一壹年六月二零一壹年六月 光通信技术课件光通信技术课件 - 1 - 第一章第一章 光通信技术光通信技术 - 2 - n1.1 光纤通信的发展概况 n1.2 光波波谱 n1.3 光纤通信特点和系统分类 n1.4 光纤通信系统的基本构成 n1.5 长途与本地网通信网的结构和特点 n1.6 SDH与DWDM n1.7 光纤通信新技术 目录目录 - 3 - 1.1 1.1 光纤通信的发展概况光纤通信的发展概况 1 1光纤通信发展的里程碑光纤通信发展的里程碑 19661966年，英籍华裔学者高锟年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)(C.K.Kao)和霍克哈姆和霍克哈姆(C.A.Hockham)(C

2、.A.Hockham)发发 表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber)(Optical Fiber)进进 行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信光纤通信的基光纤通信的基 础。础。 2 2光纤通信发展的实质性突破光纤通信发展的实质性突破 19701970年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉 积法（积法（MCVD MCVD 法）制造出当时世界上第一根超低耗光纤，成为使光纤通法）制造出当时世界上第一根

3、超低耗光纤，成为使光纤通 信爆炸性竞相发展的导火索。信爆炸性竞相发展的导火索。 - 4 - 1.1 1.1 光纤通信的发展概况光纤通信的发展概况 3 3光纤通信发展的三个阶段光纤通信发展的三个阶段 第一阶段（第一阶段（1966196619761976年），从基础研究到商业应用的开发时期，实现年），从基础研究到商业应用的开发时期，实现 了短波长（了短波长（0.85m0.85m）低速率（）低速率（4545或或34Mb/s34Mb/s）多模光纤通信系统，无中）多模光纤通信系统，无中 继距离约继距离约10km10km； 第二阶段（第二阶段（1976197619861986年），大发展时期，光纤从多模发

4、展到单模，工年），大发展时期，光纤从多模发展到单模，工 作波长从短波长发展到长波长（作波长从短波长发展到长波长（1.311.31和和1.55 m1.55 m）, ,实现了实现了1.31m1.31m、传、传 输速率输速率140140565Mb/s565Mb/s的单模光纤传输系统（的单模光纤传输系统（PDHPDH），其无中继距离为），其无中继距离为 5050100km100km； 第三阶段（第三阶段（19861986年），全面深入开展新技术研究，实现了年），全面深入开展新技术研究，实现了1.55 m1.55 m单单 模光纤通信系统（模光纤通信系统（SDHSDH），速率达），速率达2.5 2.5 1

5、0Gb/s,10Gb/s,无中继距离为无中继距离为100100 150km150km；19961996年后，研发波分复用光纤通信系统（年后，研发波分复用光纤通信系统（WDMWDM），每波长传输速），每波长传输速 率率10G10G或或40G40G及光波网络。及光波网络。 - 5 - n1.1 光纤通信的发展概况 n1.2 光波波谱 n1.3 光纤通信特点和系统分类 n1.4 光纤通信系统的基本构成 n1.5 长途与本地网通信网的结构和特点 n1.6 SDH与DWDM n1.7 光纤通信新技术 目录目录 - 6 - 1.2 1.2 光波波谱光波波谱 光波是电磁波，光纤使用的波长范围是在近红外区内。

6、新一代光纤已突破了光波是电磁波，光纤使用的波长范围是在近红外区内。新一代光纤已突破了 三个低衰耗窗口的瓶径，实现了全波段使用（三个低衰耗窗口的瓶径，实现了全波段使用（1260nm-1625 nm1260nm-1625 nm） - 7 - n1.1 光纤通信的发展概况 n1.2 光波波谱 n1.3 光纤通信特点和系统分类 n1.4 光纤通信系统的基本构成 n1.5 长途与本地网通信网的结构和特点 n1.6 SDH与DWDM n1.7 光纤通信新技术 目录目录 - 8 - l主要内容：主要内容： l1.3.1 1.3.1 光纤通信的主要优点光纤通信的主要优点 l1.3.2 1.3.2 光纤通信的主

7、要缺点光纤通信的主要缺点 l1.3.3 1.3.3 光纤通信系统主要分类光纤通信系统主要分类 - 9 - 1.3.1 1.3.1 光纤通信的优点光纤通信的优点 1.1.频带宽、通信容量大。频带宽、通信容量大。 2.2.损耗低，传输距离远。损耗低，传输距离远。 3.3.信号串扰小，保密性能好。信号串扰小，保密性能好。 4.4.抗电磁干扰，传输质量佳。抗电磁干扰，传输质量佳。 5.5.光缆尺寸小、重量轻，便于敷设和运输。光缆尺寸小、重量轻，便于敷设和运输。 6.6.材料来源丰富，环境适应性强。材料来源丰富，环境适应性强。 - 10 - 1.3.2 1.3.2 光纤通信的缺点光纤通信的缺点 1.1.

8、光纤性质脆，需涂覆保护光纤性质脆，需涂覆保护 2.2.光纤切断和连接需用高精度技术和仪表器具光纤切断和连接需用高精度技术和仪表器具 3.3.分路耦合不方便分路耦合不方便( (PONPON技术技术) ) 4.4.光纤不能输送中继器所需要的电能光纤不能输送中继器所需要的电能( (混合光缆混合光缆) ) 5.5.弯曲半径不宜太小。弯曲半径不宜太小。 - 11 - 1.3.3 1.3.3 光纤通信系统的分类光纤通信系统的分类 一、按波长分类一、按波长分类 1. 1.短波长光纤通信系统；短波长光纤通信系统；2.2.长波长光纤通信系统；长波长光纤通信系统；3.3.超长波长光纤通信系统。超长波长光纤通信系统

9、。 二、按光纤的模式分类二、按光纤的模式分类 1. 1. 多模光纤通信系统；多模光纤通信系统；2.2.单模光纤通信系统。单模光纤通信系统。 三、按传输信号的类型分类三、按传输信号的类型分类 1. 1.光纤模拟通信系统；光纤模拟通信系统；2.2.光纤数字通信系统。光纤数字通信系统。 四、按传输的速率分类四、按传输的速率分类 1.PDH 1.PDH通信系统；通信系统；2.SDH2.SDH同步光通信系统；同步光通信系统；3.DWDM3.DWDM密集波分通信系统。密集波分通信系统。 五、按传输信号占用光纤通道分类五、按传输信号占用光纤通道分类 1. 1.双纤单向双纤单向 2.2.单纤双向单纤双向 -

10、12 - n1.1 光纤通信的发展概况 n1.2 光波波谱 n1.3 光纤通信特点和系统分类 n1.4 光纤通信系统的基本构成 n1.5 长途与本地网通信网的结构和特点 n1.6 SDH与DWDM n1.7 光纤通信新技术 目录目录 - 13 - 主要内容：主要内容： l1.4.1 1.4.1 光纤通信的传输过程。光纤通信的传输过程。 l1.4.2 1.4.2 光纤通信系统各组成部分的工作情况。光纤通信系统各组成部分的工作情况。 - 14 - 1.4.1 1.4.1 光纤通信的传输过程光纤通信的传输过程 光纤通信过程：光发送端机将已调制的光波送入光纤，经光纤传送至光接收端机。光纤通信过程：光发

11、送端机将已调制的光波送入光纤，经光纤传送至光接收端机。 光接收端机是将信号变换成电信号的光接收机。光信号经过光纤传输到达接收端，光接收端机是将信号变换成电信号的光接收机。光信号经过光纤传输到达接收端， 首先经光电二极管（首先经光电二极管（PLNPLN）或雪崩光电二极管（）或雪崩光电二极管（APDAPD）检波变为电脉冲，然后经）检波变为电脉冲，然后经 放大、均衡、判断等适当处理，恢复为送入发送端时的电信号，再送至接收电端放大、均衡、判断等适当处理，恢复为送入发送端时的电信号，再送至接收电端 机。机。 - 15 - 端机 - 16 - 1.4.2 1.4.2 光纤通信系统各组成部分的工作情况光纤通

12、信系统各组成部分的工作情况 1 1、光源的功能是把电信号转换为光信号，常采用、光源的功能是把电信号转换为光信号，常采用半导体激光器半导体激光器(LD)(LD)或半导体或半导体 发光二极管（发光二极管（LEDLED）。）。 2 2、光电检测器是把光纤输出的光信号转换为电信号的光电子器件。目前光纤、光电检测器是把光纤输出的光信号转换为电信号的光电子器件。目前光纤 通信常采用半导体光电检测器，如通信常采用半导体光电检测器，如PNPN结光电二极管，结光电二极管，PINPIN光电二极管和光电二极管和APDAPD雪崩雪崩 光电二极管光电二极管等。等。 3 3、电端机将模拟的话音信号通过、电端机将模拟的话音

13、信号通过脉冲编码调制脉冲编码调制，变成数字信号，再通过数字，变成数字信号，再通过数字 复接技术，将多路复接技术，将多路PCMPCM信号变成一路基群信号进行传送，及将收到的信号变成一路基群信号进行传送，及将收到的PCMPCM基群信基群信 号通过相反的处理还原成模拟话音信号的一种设备。主要任务是号通过相反的处理还原成模拟话音信号的一种设备。主要任务是PCMPCM编码和信编码和信 号的多路复用。号的多路复用。 4 4、光中继器将来自光纤线路的、光中继器将来自光纤线路的微弱光数字信号微弱光数字信号由光电检测器转化为数字信号，由光电检测器转化为数字信号， 经放大、均衡、定时判决、整形后又输入到光发送机的

14、驱动电路推动光源，发经放大、均衡、定时判决、整形后又输入到光发送机的驱动电路推动光源，发 出光数字信号，再送入光缆线路，向前方传输出光数字信号，再送入光缆线路，向前方传输 。 - 17 - 1.4.2 1.4.2 光纤通信基本组成部分的工作情况光纤通信基本组成部分的工作情况 5 5、光发送机的的作用是将输入的电信号变成光信号送入光纤进行传、光发送机的的作用是将输入的电信号变成光信号送入光纤进行传 输。光发送机主要是由光源器件和使光源器件工作的调制、驱动电路输。光发送机主要是由光源器件和使光源器件工作的调制、驱动电路 两大部分组成。两大部分组成。指标指标: :平均发送光功率、谱宽、寿命、消光比。

15、平均发送光功率、谱宽、寿命、消光比。 - 18 - 1.4.2 1.4.2 光纤通信基本组成部分的工作情况光纤通信基本组成部分的工作情况 6 6、光接收机的作用是将光纤传来的光信号变成电信号，放大后进行定时再、光接收机的作用是将光纤传来的光信号变成电信号，放大后进行定时再 生，恢复成数字信号。光接收机主要性能参数：生，恢复成数字信号。光接收机主要性能参数：接收灵敏度、光接收机的动接收灵敏度、光接收机的动 态范围态范围。光接收机主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、。光接收机主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、 时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制时钟提取电路、取样

16、判决器以及自动增益控制(AGC)(AGC)电路。指标：光接收灵电路。指标：光接收灵 敏度、过载功率、动态范围敏度、过载功率、动态范围 - 19 - 1.4.2 1.4.2 光纤通信基本组成部分的工作情况光纤通信基本组成部分的工作情况 n光传输设计光传输设计 衰耗受限系统衰耗受限系统 色散受限系统色散受限系统 - 20 - 1.4.2 1.4.2 光纤通信基本组成部分的工作情况光纤通信基本组成部分的工作情况 7 7、备用系统与辅助设备。辅助设备包括监控管理系统、公务通信系、备用系统与辅助设备。辅助设备包括监控管理系统、公务通信系 统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。统、自动倒换系统、

17、告警处理系统、电源供给系统等。 8 8、评价光纤数字通信的重要指标是、评价光纤数字通信的重要指标是误码特性和抖动特性误码特性和抖动特性。 - 21 - n1.1 光纤通信的发展概况 n1.2 光波波谱 n1.3 光纤通信特点和系统分类 n1.4 光纤通信系统的基本构成 n1.5 长途与本地网通信网的结构和特点 n1.6 SDH与DWDM n1.7 光纤通信新技术 目录目录 - 22 - 主要内容： l1.5.1 通信网概述。 l1.5.2 光纤通信网。 - 23 - 1、通信网可分为：公用通信网和专用通信网、通信网可分为：公用通信网和专用通信网 通信网组成：用户终端设备、传输系统、交换系统、业

18、务接点等通信网组成：用户终端设备、传输系统、交换系统、业务接点等 用户A交换机交换机 传输链路 传输链路传输链路 用户B 用户驻地 网络 接入网接入网交换网传输网传输网 接入网接入网 交换网用户驻地 网络 CPN CPN - 24 - 2、通信网结构：分拓扑结构和制式结构、通信网结构：分拓扑结构和制式结构 拓朴结构分星形、总线形、环形、链形、网状等。拓朴结构分星形、总线形、环形、链形、网状等。 体制结构分传统结构（市内通信网、长途通信网、国际通信网、农体制结构分传统结构（市内通信网、长途通信网、国际通信网、农 村通信网）和现行结构（国际通信网、长途通信网、本地通信网）。村通信网）和现行结构（国

19、际通信网、长途通信网、本地通信网）。 国际通信网为不同国家间的用户服务，由三级交换中心和相应的传输线路构成。国际通信网为不同国家间的用户服务，由三级交换中心和相应的传输线路构成。 长途通信网为国内不同城市间的用户服务，由四级交换中心构成。长途通信网为国内不同城市间的用户服务，由四级交换中心构成。 本地通信网是在同一长途编号区的服务区域内，由端局和汇接局两个等级的交本地通信网是在同一长途编号区的服务区域内，由端局和汇接局两个等级的交 换中心构成的网络。分为大、中城市本地网，市内网和农村网三种类型。换中心构成的网络。分为大、中城市本地网，市内网和农村网三种类型。 城域网以多业务光传送网络为基础，实

20、现话音、数据、图像、多媒体、城域网以多业务光传送网络为基础，实现话音、数据、图像、多媒体、IP等接等接 入，在功能上主要是指完成接入网中的企业和个人用户与在骨干网络上的运营商入，在功能上主要是指完成接入网中的企业和个人用户与在骨干网络上的运营商 之间全方位的协议互通之间全方位的协议互通。 - 25 - 1 1、一级干线长途光纤通信网是连接、一级干线长途光纤通信网是连接C1C1之间，之间，C1C1、C2C2之间，之间，C2C2之间的之间的 传输网络，传输高比特率信号，是数字传输网中的骨干网。传输速率传输网络，传输高比特率信号，是数字传输网中的骨干网。传输速率 高，传送距离长，传输质量高。高，传送

21、距离长，传输质量高。拓扑结构在网络中心以网状网为主，拓扑结构在网络中心以网状网为主， 在边缘处以星形或链形网为主。在边缘处以星形或链形网为主。 2 2、省内干线光纤通信网是连接、省内干线光纤通信网是连接C2C2、C3C3、C4C4间的传输网络。传输速率间的传输网络。传输速率 比一级干线低，传输距离比一级干线短。比一级干线低，传输距离比一级干线短。拓朴拓朴结构多为星形和树形的结构多为星形和树形的 复合形。复合形。 3 3、本地光纤通信网组网方式主要、本地光纤通信网组网方式主要采用星型、环状采用星型、环状，部分经济发达的，部分经济发达的 地区已建成了网状的本地网光缆传输网络。地区已建成了网状的本地

22、网光缆传输网络。 目前，结合传输技术的发展，本地网光纤通信网也采用了大量的目前，结合传输技术的发展，本地网光纤通信网也采用了大量的SDHSDH设设 备，组建具备自愈能力的光纤通信网。备，组建具备自愈能力的光纤通信网。 - 26 - - 27 - n1.1 光纤通信的发展概况 n1.2 光波波谱 n1.3 光纤通信特点和系统分类 n1.4 光纤通信系统的基本构成 n1.5 长途与本地网通信网的结构和特点 n1.6 SDH与DWDM n1.7 光纤通信新技术 目录目录 - 28 - l主要内容：主要内容： l1.6.1 SDH1.6.1 SDH技术概述。技术概述。 l1.6.2 DWDM1.6.2

23、 DWDM技术概述。技术概述。 - 29 - 同步数字系列同步数字系列SDHSDH即即Synchronous digital hierarchySynchronous digital hierarchy是为实现在物是为实现在物 理传输网络中传送经适当配置的信息而标准化的数字传输结构体系。理传输网络中传送经适当配置的信息而标准化的数字传输结构体系。 uSDHSDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。 uSDHSDH设备包括：终端复用器设备包括：终端复用器TMTM、分插复用器、分插复用器 ADMADM、再生器、再生器 REGREG

24、、数字、数字 交叉连接设备交叉连接设备 DXCDXC。 uSDHSDH终端的主要功能是：复接终端的主要功能是：复接/ /分接和提供业务适配。分接和提供业务适配。 SDHSDH终端的复接终端的复接 / /分接功能主要由分接功能主要由TMTM设备完成。设备完成。 - 30 - SDHSDH传输网具有智能化的路由配置能力，上下电路方便，维传输网具有智能化的路由配置能力，上下电路方便，维 护、监控、管理、自愈功能强，光接口标准统一等优点。护、监控、管理、自愈功能强，光接口标准统一等优点。 虚容器（Vc）将各种速率的PDH信号均可以净荷的方式装 入复接到SDH的155 Mbits（STM-1）信号帧内，

25、确保PDH 向SDH的顺利过渡。 SDH传输网中的分插复用器（ADM）和数字交叉连接设 （DXC）是组网的关键设备 。 SDH传输网常使用环状网拓扑结构 ，环网可以提供通道保 护和复用段保护方式，也称为自愈环。 - 31 - 1.DWDM1.DWDM的概念的概念 光波分复用光波分复用(WDM(WDM： Wavelength Division Multiplexing)Wavelength Division Multiplexing)技术是在一技术是在一 根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。 光波分复用（光波分复用（WDMWDM）的基本原理是：在发

26、送端将不同波长的光信号组）的基本原理是：在发送端将不同波长的光信号组 合起来合起来( (复用复用) )，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接 收端又将组合波长的光信号分开收端又将组合波长的光信号分开( (解复用解复用) )，并作进一步处理，恢复出，并作进一步处理，恢复出 原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简 称光波分复用技术。称光波分复用技术。 在同一窗口中信道间隔较小的波分复用称为密集波分复用在同一窗口中信道间隔较小的波分复用称为密集波分复用(DWDM

27、(DWDM： Dense Wavelength Division Multiplexing)Dense Wavelength Division Multiplexing)。 - 32 - n2 2、DWDMDWDM系统的基本形式系统的基本形式 光波分复用器光波分复用器( (也叫合波器也叫合波器) )和解复用器（也叫分波器和解复用器（也叫分波器) )是是WDMWDM技术中的关键技术中的关键 部件，从原理上讲，这种器件是互易的部件，从原理上讲，这种器件是互易的( (双向可逆双向可逆) ) 。 DWDMDWDM系统的基本构成主要有以下两种形式：双纤单向传输和单纤双向传输。系统的基本构成主要有以下两种

28、形式：双纤单向传输和单纤双向传输。 n3 3、DWDMDWDM系统主要由五部分组成：系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光发射机、光中继放大、光接收机、 光监控信道和网络管理系统光监控信道和网络管理系统 - 33 - 4 4、DWDMDWDM技术的主要特点技术的主要特点 可以充分利用光纤的巨大带宽资源。可以充分利用光纤的巨大带宽资源。 大量节省光纤芯数，实现大幅扩容。大量节省光纤芯数，实现大幅扩容。 信号波长彼此独立，方便完成各种电信业务信号的综合和分离信号波长彼此独立，方便完成各种电信业务信号的综合和分离 数据格式透明，利用增加一个波长的方法引入任意的新业务及其容量。数据格

29、式透明，利用增加一个波长的方法引入任意的新业务及其容量。 构成的新型通信网，网络结构层次分明，用波长调度业务，构成的新型通信网，网络结构层次分明，用波长调度业务，DWDMDWDM选路来选路来 实现网络的交换和恢复，可建立具有高度生存性的光网络。实现网络的交换和恢复，可建立具有高度生存性的光网络。 未来的全光网络中，各种电信业务的交叉连接等都是通过对光信号的未来的全光网络中，各种电信业务的交叉连接等都是通过对光信号的 改变和调度来实现的。改变和调度来实现的。 - 34 - n1.1 光纤通信的发展概况 n1.2 光波波谱 n1.3 光纤通信特点和系统分类 n1.4 光纤通信系统的基本构成 n1.

30、5 长途与本地网通信网的结构和特点 n1.6 SDH与DWDM n1.7 光纤通信新技术 目录目录 - 35 - l本节内容：本节内容： l1.7.1 1.7.1 光纤技术与下一代通信网的发展。光纤技术与下一代通信网的发展。 l1.7.2 1.7.2 光纤通信新技术。光纤通信新技术。 l1.7.3 1.7.3 自动交换光网络（自动交换光网络（ASONASON）传输技术的）传输技术的 发展发展 - 36 - 光纤技术与下一代通信网的发展 1 1、向超高速系统的发展。、向超高速系统的发展。 2 2、向超大容量、向超大容量WDMWDM系统的演进系统的演进 一根传输线路速率为一根传输线路速率为40Gb

31、it/s40Gbit/s的光纤上支持高达的光纤上支持高达64Tbit/s64Tbit/s 的容量的容量 。 3 3、实现光联网（、实现光联网（全光网全光网 ）。 4 4、解决全网瓶颈的手段、解决全网瓶颈的手段光接入网光接入网 。 - 37 - 光纤技术与下一代通信网的发展 nNGNNGN是指下一代网络。是以当前网络为基点的下一代网络。它是是指下一代网络。是以当前网络为基点的下一代网络。它是 电信史一块里程碑，标志着新一代电信网络时代的到来。电信史一块里程碑，标志着新一代电信网络时代的到来。 nNGNNGN是可以同时多种业务的综合性的、全开放的宽频网络平台体是可以同时多种业务的综合性的、全开放的

32、宽频网络平台体 系，至少可实现千兆光纤到户。系，至少可实现千兆光纤到户。 n还能把现在用于长途电话的低资费还能把现在用于长途电话的低资费IPIP电话引入本地市话，有望大电话引入本地市话，有望大 大降低本地通话费的成本和价格。大降低本地通话费的成本和价格。 - 38 - 光纤通信新技术 1 1、时分光交换以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。时、时分光交换以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。时 分复用是把时间划分成帧，每帧划分成分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N N个时隙，个时隙， 并分配给并分配给N N路信号，再路信号，再 把把N N路信号复接到一条光纤上。在接收端用分接器恢复各路原始信号。路信号复接到一条光纤上。在接收端用分接器恢复各路原始信号。 2 2、光孤子通信经光纤长距离传输后，其