光通讯基础培训教材

1、传输系统与用服技术讨论会传输系统与用服技术讨论会陈伟陈伟本部产品事业部本部产品事业部 传输系统部传输系统部白话光通信43000年前的烽火台；417世纪中叶，发明了望远镜；4 1791年，法国人发明了信号灯。光纤通讯史光纤通讯史古代光通信古代光通信41880年贝尔发明光话，他以日光为光源，大气为传输媒介，传输距离是200米；41881年贝尔发表了论文关于利用光线进行声音的复制与产生；4贝尔的光话始终没有实用化： 1、没有可靠的、高强度的光源； 2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。光纤通讯史光纤通讯史现代光通信现代光通信-光话光话41960年，第一台相干振荡光源-红宝石激光器问世；1962年，半导体

2、激光器问世；41970年贝尔实验室制作出可以在常温下连续工作的铝镓砷（AlGaAs）半导体激光器。光纤通讯史光纤通讯史1970年光纤通信元年年光纤通信元年4直到60年代中期，优质光学玻璃的损耗仍高达1000dB/km，2x1081J，1047年太阳光能；4英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士于1966年发表了一篇论文，提出利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信媒介；41970年美国康宁（Corning）公司制成损耗为20dB/km的低损耗石英光纤。光纤通讯史光纤通讯史1970年光纤通信元年年光纤通信元年40=0.85um多模光纤通信系统（1977年）；40=1.3um多模光纤通信系统； 4

3、0=1.3um单模光纤通信系统（1984年）；40=1.55um单模光纤通信系统（80年代中后期）； 光纤通讯史光纤通讯史光纤通信分代光纤通信分代4反射：1=1 4折射：n 1 sin 1 =n 2 sin 24 全反射： sin 1 = n 2 / n 1 平面波的反射和折射平面波的反射和折射n 2n 11124在光纤的数值 孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的传输模式。光纤光纤光纤的传播模式光纤的传播模式 高次模 基模 低次模4多模光纤：突变型光纤 渐变型光纤（G.651）4单模光纤：标准常规光纤（G.652） 色散位移光纤（G

4、.653） 非零色散位移光纤（G.655） 色散补偿光纤光纤光纤光纤的传播模式光纤的传播模式光纤光纤色散色散脉冲展宽脉冲展宽T光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。甚至离散。4吸收损耗 本征吸收 紫外吸收 红外吸收4散射损耗 瑞利散射光纤光纤损耗损耗光纤光纤损耗与色散损耗与色散 EDFA带宽带宽1.21.31.41.51.61.7波长波长 (mm)损耗损耗 (dB/km)0.10.20.40.81.00-20-101020色散色散 (ps/nm-km)损耗损耗 ( (各类光纤各类

5、光纤) )SMFDSFNZDF+NZDF-G.652G.653G.655+G.655-光纤光纤色散受限距离色散受限距离B2 * D * L 105(Gb/s)2ps/nm假设光源无啁啾的情况下: 2.5 Gb/s 10 Gb/sSMF (G.652) 960 km 60 km (D=17ps/km/nm)NZDF(G.655) 4800 km 300 km (D=2ps/km/nm)在光源有啁啾的情况下:啁啾对系统传输距离的影响由色散容限参数值表示。如色啁啾对系统传输距离的影响由色散容限参数值表示。如色散容限值为散容限值为12800ps/nm,SMF12800ps/nm,SMF（G.652G.

6、652）光纤的色散参量值）光纤的色散参量值取取D=20ps/km/nmD=20ps/km/nm，则该光源的色散受限距离为，则该光源的色散受限距离为640 640 公里。公里。4 L = CDT/D km4光源的色散容限CDT ps/nm4光纤的色散参量值 D ps/nm.km 4 G.652 1550nm 1720 ps/nm4 1310nm 3.55 ps/nm4 G.655 1550nm 26 ps/nm光纤光纤色散受限距离简单计算色散受限距离简单计算4光纤4光接头4色散代价4光线路光功率损耗冗余4光端设备光功率冗余光纤光纤光功率损耗光功率损耗4散射影响散射影响4受激拉曼散射受激拉曼散射

7、（SRSSRS）4受激布里渊散射（受激布里渊散射（SBSSBS）4光纤克尔光纤克尔( (折射率引起折射率引起) )效应效应4自相位调制（自相位调制（SPMSPM）4交叉相位调制（交叉相位调制（XPMXPM）4四波混频（四波混频（FWMFWM）光纤光纤光纤非线性效应光纤非线性效应光纤光纤四波混频FWM效应4信道间相互作用产生新的频率信道间相互作用产生新的频率4相关参数有信道数、信道间隔和信道功率等相关参数有信道数、信道间隔和信道功率等w w1w w2w ww w1w w22w w1-w w22w w2-w w1w w光纤光纤4产生信号间干扰产生信号间干扰; ;4当偏振相关损耗产生的二次效应可能产

8、生当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生PMDPMD与色度色与色度色散之间的耦合从而增加色散的统计分量散之间的耦合从而增加色散的统计分量; ;4解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入偏振控制器入偏振控制器。光纤光纤偏振模色散偏振模色散PMD4由光纤的双折射引起由光纤的双折射引起, ,诸如应力、弯曲诸如应力、弯曲、扭绞、温度等随机引入、扭绞、温度等随机引入4直接调制直接调制4EAEA调制调制4LiNbO3LiNbO3调制调制4M-Z(-M-Z(-族族) )调制调制光调制光调制DWDM复用复用/解复用器解复用器 滤波器型滤波器型阵列波导光栅型阵

9、列波导光栅型耦合器型耦合器型3 34 4衍射光栅型衍射光栅型3344 3 34 4 1 2 3 4。 3 3 4 43 34 4 3 3 4 4 3 34 4 EDFA结构结构铒掺杂光纤铒掺杂光纤隔离隔离器器WDM耦合器耦合器PinPoutN21N21隔离隔离器器泵浦激光泵浦激光器器980nm,1480nmEDFA原理原理980 nm1480 nmN1N30N2 1550 nm1550 nm受激辐射受激辐射信号光信号光泵浦光泵浦光WDM光谱特性光谱特性波长波长相对功率相对功率要求：信道间功率均衡良好的光谱特性（顶平要求：信道间功率均衡良好的光谱特性（顶平而沿陡）而沿陡）4散射影响散射影响4受激

10、拉曼散射受激拉曼散射 （SRSSRS）4受激布里渊散射（受激布里渊散射（SBSSBS）4光纤克尔光纤克尔( (折射率引起折射率引起) )效应效应4自相位调制（自相位调制（SPMSPM）4交叉相位调制（交叉相位调制（XPMXPM）4四波混频（四波混频（FWMFWM）光纤光纤光纤非线性效应光纤非线性效应EDFA增益平坦措施增益平坦措施增益增益EDFA增益谱增益谱波长波长均衡器均衡器增益增益波长波长得到的增益谱得到的增益谱增益增益波长波长铝或其它离子铝或其它离子光光纤纤WDM系统结构系统结构OMU(OAD)Digital Warper数字包封数字包封前 向 纠 错前 向 纠 错FEC;FEC;性能监

11、视性能监视; ;信令路由选信令路由选择 和 光 层 保择 和 光 层 保护倒换护倒换SONET/SDHFDDIATMSDLIPGbEPDHOptical Channel (OCH) LayerOptical Multiplex Section(OMS)Optical Transmission Section(OTS)TxRxRxTx OCH PayloadOCH-SOCH-TCOCH-PDigital Warper数字包封数字包封SONET/SDHFDDIATMSDLIPGbEPDHOCH FECOAM DataOCH Payload以以10Gb/s10Gb/s为例为例: :净负荷速率净负荷速率: 9.95328Gb/s: 9.95328Gb/sFEC FEC 数据速率数据速率: 669.13Mb/s: 669.13Mb/sOCH-OAM OCH-OAM 速率速率: 41.82Mb/s: 41.82Mb/s总线路数据速率总线路数据速率: : 10.66423Gb/s10.66423Gb/s帧速率帧速率: 326.7KHz: 326.7KHz帧周期帧周期: 3.06us: 3.06us未来未来IP传送传送IPSDLPPPAAL5GE Vis