第四讲王春华光通信与全光网1课件

光纤的通信发展历程光纤传输技术全光网技术2023/10/912023/10/81

1.光通信的发展历程1873年，美国人莫尔斯发明了电报，用电传输了文字信息；1876年，美国人贝尔发明了电话，用电传输了声音；1924年，英国人贝尔德发明了电视机，用电传输了图像；1946年，美国美国宾夕法尼亚大学，电子计算机。电报、电话和电视都是用无线电或有线电传输信息，电通信作为信息传输的有效通道，一直沿用了一个多世纪。

20世纪----电子世纪

21世纪----光子世纪,

光子技术将带来一场超过电子技术的产业革命.

光子技术的应用:

（1）作为光子发生与控制的激光技术和产业。（2）运算速度更快的光子计算机。（3）存储量大的光存储技术。（4）代替现行通信方式光通信。（5）全息光技术。2023/10/921.光通信的发展历程1873年，美国人莫尔斯发明了电报1.2通信传输媒介分类及相应波段划分10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空间波长，m频率，Hz频段划分传输介质有线：

光纤（频率很高1014，载波能力强）铜线（同轴线、屏蔽与非屏蔽双绞铜线）无线：微波、无线电力、电话无线电、电视微波红外可见光卫星/微波光纤同轴电缆双铰线2023/10/931.2通信传输媒介分类及相应波段划分10110710210光纤传输的容量15301675nm

1260

单纤全部可用频段为400nm，单根纤芯可传500个波长

若每波长信道速率40Gb/s,单根纤芯可传20Tb/s0.2dB0.3dB500路x40Gb/s=20Tb/s2023/10/94光纤传输的容量15301675nm1210Gb/s能作什么？

1.

ASCIICharacter

(8bit)109Char./s(1000books)2.

语音信道

(64Kb/s)155,000Channels3.

高清电视

(60Mb/s)160Channels

压缩后(20Mb/s)500Channels4.

GigabitEthernet

(1Gb/s)8Channels2023/10/9510Gb/s能作什么？1.ASCIICharact光纤的优点:近乎无限的带宽（没有光纤就没有当今的信息高速公路)低损耗（<0.2dB/km)，（传输距离远）无电磁干扰，信号传输质量高，保密性好耐化学腐蚀光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；低价（光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属）2023/10/96光纤的优点:近乎无限的带宽（没有光纤就没有当今的信息高速公信息社会的通信需求2023/10/97信息社会的通信需求2023/10/87电信号输入半导体激光器光探测器电信号输出fiber

E E/OO/E E§3.光通信的发展激光的发明主要是半导体激光器（60年代-）光纤技术的发展（70年代--）半导体探测器（60年代--）WDM技术的出现（90年代--）光放大技术（90年代---）几个里程碑：2023/10/98电信号半导体光探测器电信号fiberE 3.1半导体激光器的发展1960年美国休斯公司实验室的西奥多梅曼发明红宝石激光

这就是在光频下发明了连续波的振荡器。1961年出现He—Ne激光器之后，便开始了光通信的研究(自由空间与透镜波导)。半导体双异质结激光器

1969年研究成功GaAlAs在室温下，连续工作的半导体激光器。由于半导体激光器体积小，发光谱线窄以及与光纤的耦合效率高、价格低廉等优点，已成为光通信不可缺少的光源器件。2023/10/993.1半导体激光器的发展1960年美国休斯公司实验室的西奥1870年，英国物理学家廷德尔在实验中观察到，把光照射到盛水的容器内，从出水口向外倒水时，光线也沿着水流传播，出现弯曲现象，这好象不符合光只能直线传播的定律。1955年光纤才得到实际应用。当时在英国伦敦英国学院工作的卡帕尼博士，发明了用极细的玻璃制做的光导纤维。1966年高锟提出光纤波导的概念，当时最好光纤的损耗1000dB/km，但他推测出小于20dB/km的损耗是可以做到的并可进入商用。1974年美国康宁公司的French采用MCVD方法制出损耗小于4dB/km的石英光纤，从此石英光纤正式登上光通信的宝座。3.2光纤的发展2023/10/9101870年，英国物理学家廷德尔在实验中观察到，把光照射到盛水半导体光电探测器的进步1970年代半导体光电探测器的技术已很成熟当时的PIN二极管，入射一个光子可产生一个电子。雪崩光电二极管(APD)入射一个光子则可产生10~100个电子。3.3光电探测器的发展由于光源、光探测器及光纤均已成功。所以在70年代后期光纤通信便正式登上通信的舞台。2023/10/911半导体光电探测器的进步3.3光电探测器的发展由于光源、光探数字通信系统2023/10/912数字通信系统2023/10/812(1)传统的电传输系统---）EMUX电端机再生中继再生中继EDMUX电复用电解复用电端机同轴电缆、微波……O/E/O光缆EMUX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光发送95年光纤放大器的出现---OAMP+DWDM2023/10/913(1)传统的电传输系统---）E电端机再生再生E电复用(3)DWDM光纤传输系统OMUXOAOAOA光发送光发送光发送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝODMUX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXWDM+EDFA革新了光纤传输2023/10/914(3)DWDM光纤传输系统OOAOAOA光发送光发送光发送λ光通信容量的发展历程？74~94：一个数量级/4年95~

：指数增长，数量级/6个月>摩尔定律（数量级/18month.)2023/10/915光通信容量的发展历程？74~94：一个数量级/4年2023/全光网系统2023/10/916全光网系统2023/10/816FLAG－FiberOpticLink aroundtheGlobe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我国光缆骨干网分布图至东南亚2023/10/917FLAG－FiberOpticLink架空光缆直埋光缆NationalBackboneProvidere.g.BBN/GTEUSbackbonenetwork2023/10/918NationalBackboneProvidere.g.光纤究竟敷设到那里？------到家门口，到桌面！FTTHWAN+MAN+LANInternetLeased

LineService

NodesFrame/Cell

RelayInteractive

VideoTelephone

ONUFTTHOptical

FiberTP,ADSL

OLTONUONUNTNTONUPassiveOpticalSplitterFTTxOps业务节点FTTBFTTCFTTCabCoax,HFC2023/10/919光纤究竟敷设到那里？------到家门口，到桌面！FTSONETDataCenterSONETSONETSONETDWDMDWDMAccessLongHaulAccessMetroMetro全光网地域分布2023/10/920SONETDataSONETSONETSONETDWDMDWPoint-to-PointFibreTransmissionDenseWavelengthDivisionMultiplexingDWDM+OpticalADMsDWDM+OADMs+OXCs

AllOpticalNetworks全光网的演进2023/10/921Point-to-PointFibreTransmiss光网的演进方向1stGeneration:物理层上光纤传输取代电传输SONET(synchronousoptical)inTDMGbitEthernet，FTTH，etc.2ndGeneration:光交换和光波长复用WDMWDM环波长路由网络（节点以波长为单位交换路由）

3thGeneration:光包交换（全光处理+光包交换）2023/10/922光网的演进方向1stGeneration:物理层上光纤现在大多数光纤网络中,只是在点---点传输;节点交换与包头处理---电处理;正向全光传输,全光节点交换与处理方向发展.Links----光纤Nodes----O/E/O光?Source:Master7_7光组网技术2023/10/923现在大多数光纤网络中,只是在点---点传输;Links--每个节点需要(OEO)转换速度远低于传输速度SDHOpticalOutSDHT/XSDHR/XElectricallevelsSDHOpticalinSDHT/XSDHR/XElectricallevelsSDHOpticalinSDHOpticalOutSDHProc.&SwitchingSDHNodeO/E/O节点处理的缺点2023/10/924每个节点需要(OEO)转换SDHOpticalOut光传输+光节点交换交换不再是OEO,而是

OOO转换但是控制依然电控光处理可能，但应用在大交换粒度的情况下:即

frame>>bitinterval信号在边远节点转换回电信号Source:Master7_7OpticalNetworkOXC:OpticalCrossConnectOADM:OpticalAdd-dropmultiplexer现有的光组网2023/10/925光传输+光节点交换Source:Master7_7OpAll-OpticalSwitching光波长交叉互联(OXC)波长交换路由(WRS)DWDMFibers

inDWDMDemuxDWDMDemuxDWDMFibers

outDWDMMuxDWDMMuxAll-optical

OXC波长交换与波长变换2023/10/926All-OpticalSwitching光波长交叉互联(光空间交换1-DMEMSMicro-mirrorArrayDigitalMirror

ControlElectronics1011Wavelength

DispersiveElementInputFiber

OutputFiber1

OutputFiber2Input&OutputfiberarrayOutputAddDropInput2023/10/927光空间交换1-DMEMSDigitalMirror

Co允许波长粒度的上下路复用

Wavelengths123412341234Wavelengths1234OADMDroppedWavelength(s)AddedWavelength(s)WDM波长上下路分插复用2023/10/928允许波长粒度的上下路复用Wavelengths123132132DemuxMuxDropWavelengthsAddWavelengthsInputCirculator(IC)OutputCirculator(OC)InputFibreGratings(IFG)OutputFibreGratings(OFG)DWDMoutDWDMinOADM—光上下路分插复用器2023/10/929132132DemuxMuxDropWavelengths光波长