光纤通信讲座-原荣2

结论总之，由于通信用光纤都用石英玻璃和塑料制成，是极好的电绝缘体，而且光信号在光缆中传输时不产生泄漏，所以不存在电气危害、电磁干扰、接地、屏蔽和保密性差等问题。再加上传输特性好的优点，使光纤成为迄今为止最好的信息传输媒质。因此，在短短的三十几年中，获得了迅速的发展，不管是在干线网上，还是在接入网上。光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输。光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。1.1.3光纤通信系统

单信道光纤通信系统构成光纤通信系统构成

----光发射机作用光纤通信系统通常由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。复用器的作用是把多路信息信号复用为时分复用（TDM）信号或频分复用（FDM）信号。调制器的作用是用复用信号直接调制（IM）激光器（LD）的光强，或通过外调制器调制LD的相位。光源是把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。光接收机和中继器光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。如需对业务进行分出和插入，可使用光-电-光中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使用光放大器。光纤通信系统随着多模光纤发展到单模光纤，多模激光器发展到单模激光器，从短波长系统发展到长波长系统，已经历了三代。图1.1.3系统速率与无中继距离关系三代光纤通信系统的特点上世纪七十年代，第一代光纤通信系统是使用渐变多模光纤的短波长（0.85m）系统，光源采用发光二极管(LED)，速率为34Mb/s或45Mb/s，无中距传输距离仅为（10~20）km。上世纪八十年代，第二代光纤通信系统使用单模光纤的1.3m系统，工作波长已由短波长发展到长波长（1.31m和1.55m），光源使用多模激光器（LD），传输速率已提高到140Mb/s和565Mb/s，无中距传输距离已增加到（100~150）km。上世纪九十年代以来，第三代光纤通信系统使用1.55m的单模光纤，光源采用单频DFB激光器和外调制技术，单信道传输速率可达到2.5Gb/s和10Gb/s以上，采用色散补偿技术无中继传输距离已达到几百千米。光纤通信系统用来连接一些节点，这些节点通常可能是交换机、终端、计算机、工作站等。光纤通信系统可分为三类：点对点系统、一点对多点系统以及网络。在点对点系统中，可能是单向的，也可能是双向的。在一点对多点(设有N个工作站)的系统中，其中站1可发送信息到所有其他N1个站，也可以接收其它各站发送来的信息，但其他各站之间不能相互通信。该系统的一个特殊情况是广播网络，即一个站可发送信息到所有其他N1个站。点对点系统和一点对多点系统仅仅是网络的特例。在网络中，每个站可以与其他任一个站进行通信，而绝不仅仅是一个站只能与另外N1个站通信。有时候我们要指出它们之间的区别，有时候我们通称以上三种情形均为系统或者网络。光纤通信系统结构分类

网络分类传统上，以服务范围把网络分为三类:(1)局域网，服务范围2km，如以太网，信令环和信令总线;(2)城域网，服务范围100km，如电话本地交换网或者有线电视)分配系统;(3)广域网络，服务范围可达数千公里，如开放系统互连国际网络等。

第一种是光纤技术逐渐从骨干网向广域网和城域络发展，最后也将渗透到本地环,最后FTTH；第二种是以太网技术逐渐从局域网向MAN和广域网络发展，最后在骨干网上也将可能传送的是国际互连网协议(IP)数据包。这两种技术的结合，将有可能导致最终广泛采用综合了最好的光纤技术和以太网技术的光IP以太网（如IPoverWDM）。它将是在一个平台上提供数据视频和语音业务的主要工具。两种发展趋向由于通信技术的飞速发展，出现了两种发展趋向:光纤技术逐渐将渗透到局域网；以太网技术逐渐从LAN向骨干网发展。这两种技术的结合，将有可能导致最终广泛采用综合了最好的光纤技术和以太网技术的光IP以太网（如IPoverWDM）。它将是在一个平台上提供数据﹑视频和语音业务的主要工具。IPoverWDM全电网络络，第一一代网络络，节点点用电缆缆互连在在一起，，电缆是是一种窄窄带线路路，它的的容量有有限；电光网络络，第二二代网络络，用一一段段光光纤取代代电缆后后构成的的网络，，现在正正被广泛泛使用，，因节点点内仍是是对电信信号进行行交换，，所以称称为电光光网络全光网络络，第三三代网络络，所有有节点被被不间断断的光缆缆连接起起来，节节点内只只对光信信号进行行交换，，这就是是未来的的第三代代网络。。1.1.4光光纤纤通信信网网络-----三代代网络技技术比较较网络举举例例第一代网网络是电电缆传输输的低速速以太网网、信令令环和信信令总线线；第二代网网络是光光纤传输输的SDH网网；第三代网网络就是是未来的的全光网网络。WDM技技术加加全光节节点技术术才是全全光网络络。全光网网络络全光网络络是光在在传输、、放大、、中继、、上下话话路、交交换、光光存储、、复用和和解复用用过程中中完全是是在光频频范围内内进行处处理的网网络。WDM技技术加加全光节节点技术术才是全全光网络络。表1.1.4三三代代网络比比较全光网网络络全光网络络最重要要的优点点是它的的开放性性。全光光网络本本质上是是完全透透明的，，即对不不同速率率、协议议、调制制频率和和制式的的信号同同时兼容容，并允允许几代代设备（（PDH/SDH/ATM）共存存，并共共同使用用同一个个光纤基基础设施施。全光网络络结构上上非常灵灵活，因因此可以以随时增增加一些些新节点点，包括括增加一一些无源源分路/合路器器和短光光纤，而而不必安安装另外外的切换换节点或或者长光光缆。全光网络络与电光光网络的的显著不不同之处处在于它它具有最最少量的的电/光光和光/电转换换。最重重要的是是没有一一个节点点为其他他节点传传输和处处理信息息服务。。光传送送网网由于技术术上的原原因，也也不可能能完全是是全光节节点，在在多级全全光中继继放大后后，也需需要电中中继放大大级；即使在全全光节点点内，也也一时离离不开电电子电路路控制，，数字包包封是在在电域内内完成。。所以ITU-T称下一一代网络络为光传传送网(OTN)。IPoverOptical或或IP/ATMoverWDM称称为光光传送网网。光传送网网的优点点提供了以以高速传传输数据据为中心心的传输输解决方方案；带宽大，，利用率率高，可可靠性高高，功能能强，如如虚拟专专用网和和MPLS(多协协议标记记交换)大大降低低了时分分复用(TDM)传传输的的成本，，需要操操作和管管理的设设备少，，运营成成本低，，易于维维护，且且维护成成本低；；提高了带宽的的使用效率。。构成通信网络络的基础设施施可用分层模模型来描述。。这种分层网网络支持传统统的电复用信信号传输，也也提供全光端端对端透明连连接。在光层层中完成光分分插复用（OADM）、、光交叉连接接（OXC））、信号存储储以及业务调调度等网络功功能。1.1.5通通信网络络分层结构将来网络的核核心网为全光光网，传统的的起接入作用用的路由器将将被光接入路路由器所取代代，一个路由由器的一端连连接的是ATM、STM、IP等宽带设设备，另一端端则通过WDM技术术直接与光传传送网连接。。该图表示具有有自愈功能和和抗毁能力的的光传送网的的结构。1.1.7光光传送网网结构几种可能的MSC信号号传送技术术信息网模模型信息网由核心心骨干网、接接入网和用户户驻地网组成成。接入网处处于核心骨干干网和用户驻驻地网之间，，它是大量的的用户驻地网网进入核心骨骨干网的桥梁梁。目前，数据业业务激烈增长长，通信信道道越来越拥挤挤，光通信是是唯一的出路路。今后5年内电信信投资的50%将将用于接入网网建设。所以以网络接入技技术已成为电电信研究部门门和各大电信信公司和运营营部门关注的的焦点。光缆/同轴电电缆混合（HFC）CATV网络CATV系统统是一种电视视接收系统，，它是一个城城市或地区所所有电视接收收机共用一套套天线的系统统。有了CATV系统，，电视图象就就不会因高山山或高层建筑筑物的遮挡或或反射，出现现重影或雪花花干扰。传统的CATV采用同轴轴电缆传输。。电缆对信号号的衰减基本本上与信号频频率的平方根根成正比。干干线越长，信信号的衰减越越大。随着环环境温度的变变化，电缆的的衰减量也要要变化。所以以，电缆干线线每传输几百百米就需要放放置一个放大大器。多级放放大器的级联联除增加噪声声积累外，还还使交扰调制制和相互调制制失真增加。。所以，目前前干线长度超超过10千米米（有时甚至至仅数千米））就采用光缆缆。这种信源前端端到小区使用用光缆，小区区到用户使用用电缆传输的的网络叫光纤纤/同轴电缆缆混合网（HFC，HybridFiber/Coax）。但大多多数HFC网网络目前还不不能提供双向向业务。典型的HFC频谱安安排图因特网的网络络结构三网融合示意意图为了使有限而而宝贵的网络络资源最大程程度地实现共共享，避免大大量低水平的的重复建设，，打破行业垄垄断和部门分分割，三网融融合是信息网网发展的必然然趋势电接口：N2Mb/s,光接口：基于于SDH的的155Mb/s光接口：N155Mb/s,基基于SDH的2.5Gb/s占用WDM的一个或或几个波长信信道光纤用于移动动局到移动局局

或市话局局的传输1.2光光波基础础光具有两种特特性：波动性粒子性下面分别加以以介绍。1.光的的波动动性2.光的粒子子性图1.2.1光通信信频率所处的的位置当光通过强电电磁场时，由由于相互作用用，它的运动动轨迹要改变变方向，电磁磁场越强，改改变越大。当光通过比真真空密度大的的介质时，其其传播速度要要减慢。光波特性性当光通过比真真空密度大的的介质时，其其传播速度要要减慢1.2.2相相速度和和折射率当电磁波在介介质中传播时时，振荡的电电场以其波动动频率极化介介质的分子，，产生分子偶偶极子。分子偶极子在在介质中的传传播就是电磁磁波的传播。。电场和它引入入的分子偶极极子共轭存在在，其影响是是极化基理使使电磁波在介介质中传输要要比在真空中中传输延迟了了一段时间。。相速度和介质质折射率光在介质中的的波长要比在在真空中的短短一些，但是是频率仍相同同电磁波种类、、波前、波矢矢量平面波的波源源无限大，球球面波的波源源又是点光源源。球面波是是一种从电磁磁波的波源发发出的传播波波。平面波可可能是巨大球球面的一个极极小部分，波波前将接近平平面。平面波和球面面波表示两种种波传输的极极端，它们完完全平行于扩扩散波矢量，，波矢量k是波前表表面P点点的法线，它它代表波从P点传播播的方向。实际上没有纯纯单色光，我我们