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光纤通信系统

  光纤通信系统是以光为载波,利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介,通过光电变换,用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展,信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一,必将成为21世纪最重要的战略性产业。光纤通信技术计算机技术是信息化的两大核心支柱,计算机负责把信息数字化,输入网络中去;光纤则是担负着信息传输的重任。当代社会和经济发展中,信息容量日益剧增,为提高信息的传输速度和容量,光纤通信被广泛的应用于信息化的发展,成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。

  (1)光发信机

光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制,成为已调光波,然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。通信设备

  (2)光收信机

  光收信机是实现光/电转换的光端机。 它由光检测器光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号,经光检测器转变为电信号,然后,再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平,送到接收端的电端汲去。中继器

  中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个:一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲近行政性。

  (5)光纤连接器耦合器无源器件

  由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制,且光纤的拉制长度也是有限度的(如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是,光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合,对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。

光纤

光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱,计算机负责把信息数字化,输入网络中去;光纤则是担负着信息传输的重任。当代社会和经济发展中,信息容量日益剧增,为提高信息的传输速度和容量,光纤通信被广泛的应用于信息化的发展,成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源,它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号;光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号,先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤,还有中继放大器EDFA等;而光学接收机则接收光信号,并从中提取信息,然后转变成电信号,最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

  数字光纤通信系统

  光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较,数字通信有很多的优点,灵敏度高、传输质量好。因此,大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。

  在光纤通信系统中,光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码,它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的,称为PCM(pulse code modulation),即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号,由PCM电端机产生。

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。

  其中,监控管理系统可对组成光纤传输系统的各种设备自动进行性能和工作状态的监测,发生故障时会自动告警并予以处理,对保护倒换系统实行自动控制。对于设有多个中继站的长途通信线路及装有通达多方向、多系统的线路维护中心局来说,集中监控是必须采用的维护手段。

光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。

光纤通信是利用光波作载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式,被称之为“有线”光通信。当今,光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小,而远优于电缆、微波通信的传输,已成为世界通信中主要传输方式。

1966年英籍华人高锟(Charles Kao)发表论文提出用石英制作玻璃丝(光纤),其损耗可达20dB/km,可实现大容量的光纤通信。当时,世界上只有少数人相信,如英国的标准电信实验室(STL)、美国的Corning玻璃公司,Bell实验室等领导。

2009年高锟因发明光纤获得诺贝尔奖。

1970年,Corning公司研制出损失低达20dB/km,长约30 m的石英光纤,据说花费了3000千万美元。

1976年Bell实验室在华盛顿亚特兰大建立了一条实验线路,传输速率仅45Mb/s,只能传输数百路电话,而用中同轴电缆可传输1800路电话。因为当时尚无通信用的激光器,而是用发光二极管(LED)做光纤通信的光源,所以速率很低。

1984年左右,通信用的半导体激光器研制成功,光纤通信的速率达到144Mb/s,可传输1920路电话。

1992年一根光纤传输速率达到2.5Gb/s,相当3万余路电话。

1996年,各种波长的激光器研制成功,可实现多波长多通道的光纤通信,即所谓“波分复用”(WDM)技术,也就是在1根光纤内,传输多个不同波长的光信号。于是光纤通信的传输容量倍增。

在2000年,利用WDM技术,一根光纤光纤传输速率达到640Gb/s。

有人对高锟1976年发明了光纤,而2010年才获得诺贝尔奖有很大的疑问。

事实上,从以上光纤发展史可以看出,尽管光纤的容量很大,没有高速度的激光器和微电子仍不能发挥光纤超大容量的作用。电子器件的速率才达到吉比特/秒量级,各种波长的高速激光器的出现使光纤传输达到太比特/秒量级(1Tb/s=1000 Gb/s),人们才认识到“光纤的发明引发了通信技术的一场革命!”

2.1 特点

①在单位时间内能传输的信息量大。90年代初光纤通信的实用水平的信息率为2.488Gbit/s,即一对单模光纤可同时开通35000个电话,而且它还在飞速发展;②经济。光纤通信的建设费用随着使用数量的增大而降低;③体积小、重量轻,施工和维护等都比较方便;④使用金属少,抗电磁干扰抗辐射性强,保密性好等。

2.2 基本构成

常规的光纤通信系统的主要组成部分是光纤、光源和光检测器。光纤包括单模和多模光纤,光源包括半导体激光器和发光二极管。中、长距离系统采用单模光纤和半导体激光器,新开发的高速系统用分布反馈(DFB)激光器,短距离系统可以采用多模光纤和发光二极管。

电检测器对收到的光信号进行直接检测(IM/DD)的系统,又称强度调制直接栓波光纤通信系统,它是90年代初实际使用主。其基本结构以2.488Gbit/s系统为例,如图所示。

图2 2.488Gbit/s单模光纤通信系统

图的左方为发送端电的时分复用器,它把输入的155Mbit/s的数字信号复合为2.488Gbit/s的信号。该信号直接强度调制一只分布反馈激光器,再将已调光输出传送给单模光纤。图的右方先由光一电检测器把已调光直接检测,得出2.488Gbit/S的数字信号,再经时分解复器得出一组155Mbit/s的数字信号。

常规的光纤通信系统的中继设备如图3所示。

2.2 应用范围

光纤通信首先在电话局之间得到应用,构成光纤本地网,接着作为长途通信构成全国性的光纤网,它将成为宽带通信网的骨架。又发展海底光缆

光纤到户(FTTH)或光纤到马路边(FTTC)。其它的应用,如各种规模,在各种场合应用的光纤局域网等。

2.3 技术领域

(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽,只需一秒钟左右,即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低,在光波长为1.55μm附近,石英光纤损耗可低于0.2dB/km,这比任何传输媒质的损耗都低。因此,无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。

(2)信号干扰小、保密性能好;

(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题,唯有光纤通信不受各种电磁干扰。

(4)光纤尺寸小、重量轻,便于铺设和运输;

(5)材料来源丰富,环境保护好,有利于节约有色金属铜。

(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。

(7)光缆适应性强,寿命长。

(8)质地脆,机械强度差。

(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。

(10)分路、耦合不灵活。

(11)光纤光缆的弯曲半径不能过小(>20cm)

(12)有供电困难问题。

利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式.由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点,光纤通信中的光波主要是激光,所以又叫做激光-光纤通信.

2.4 原理与应用

光纤通信的原理是:在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息.

随着信息技术传输速度日益更新,光纤技术已得到广泛的重视和应用。在多微机电梯系统中,光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。光纤技术在电梯上的应用,大大提高了整个控制系统的反应速度,使电梯系统的并联群控性能有了明显提高。电梯上所使用的光纤通信装置主要由光源、光电接收器和光纤组成。

2.5 光源

微机控制系统输出的信号为电信号,而光纤系统传输的是光信号,因此,为了把微机系统产生的电信号在光纤中传输,首先要把电信号转换为光信号。光源就是这样一种电光转换器件。

光源首先将电信号转换成光信号,再向光纤发送光信号。在光纤系统中,光源具有非常重要的地位。可作为光纤光源的有白炽灯、激光器和半导体光源等。半导体光源是利用半导体的 PN结将电能转换成光能的,常用的半导体光源有半导体发光二极管(LED)和激光二极管(LD) 。

  半导体光源因其体积小、重量轻、结构简单、使用方便、与光纤易于相容等优点,在光纤传输系统中得到了广泛的应用。

2.6 光电接收器

在光纤中传输的光信号在被微机系统所接收前,首先要还原成相应的电信号。这种转换是通过光接收器来实现的。光接收器的作用就是将由光纤传送过来的光信号转换成电信号,再把该电信号交由控制系统进行处理。 光接收器是根据光电效应的原理,用光照射半导体的 PN结,半导体的 PN结吸收光能后将产生载流子,因此产生 PN结的光电效应,从而将光信号转换成电信号。应用于光纤系统中的半导体接收器主要有半导体光电二极管,光电三极管光电倍增管光电池等。光电三极管不仅能把入射光信号变成电信号,而且能把电信号放大,从而能够与控制系统接口电路很好地匹配,所以光电三极管的应用最为广泛。

2.7 光纤

光纤是光信号的传输通道,是光纤通信的关键材料。

光纤由纤芯、包层、涂敷层及外套组成,是一个多层介质结构的对称圆柱体。纤芯的主体是二氧化硅,里面掺有微量的其它材料,用以提高材料的光折射率。纤芯外面有包层,包层与纤芯有不同的光折射率, 纤芯的光折射率较高, 用以保证光信号主要在纤芯里进行传输。 包层外面是一层涂料,主要用来增加光纤的机械强度,以使光纤不受外来损害。光纤的最外层是外套,也是起保护作用的。

光纤的两个主要特征是损耗和色散。损耗是光信号在单位长度上的衰减或损耗,用db/km表示,该参数关系到光信号的传输距离,损耗越大,传输距离越短。多微机电梯控制系统一般传输距离较短,因此为降低成本,大多选用塑料光纤。光纤的色散主要关系到脉冲展宽。 在三菱电梯控制系统中, 光纤通信主要用于群控与单梯间的数据传送及两台并联的单梯之间的数据传送。三菱电梯所用的光纤装置主要由光源、光接收器和光纤组成,其中光源和光接收器被封装在光纤接插件的定插头内,光纤与动插头相连。

2.8 工作过程

发送:CPU 通过专用 IC芯片将并行数据串行化,并根据通信格式插入相应位码(起始、停止、校验位等) ,由输出端 TXD将信号送入光纤接插件(即定插头) ,再由光纤接插件中的光源进行电光转换,转换后的光信号通过光纤动插头向光纤发送光信号,光信号在光纤中向前传播。

接收:来自光纤的光信号经光纤接插件的动插头,向定插头的接收器发送,接收器将接受到的光信号进行光电还原,从而得到相应的电信号,该电 信号送入到专用的 IC 芯片的RXD输入端,经专用 IC芯片将串行数据改为并行数据后,再向 CPU传送。

2.9 应用领域

光纤通信的应用领域是很广泛的,主要用于市话中继线,光纤通信的优点在这里可以充分发挥,逐步取代电缆,得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信,现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法;用于全球通信网、各国的公共电信网(如中国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线);它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线(CATV)系统,用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。

光纤传输系统主要由:光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。要实现通信,基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。

它适合于光纤模拟通信系统中,而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中,电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理,而电信号反处理则是发端处理的逆过程,即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中,电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化,即脉冲编码调制(PCM )和线路码型编码处理等,而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信,电信号处理主要包括对信号进行放大,和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。

光纤通信是现代通信网的主要传输手段,它的发展历史只有一二十年,已经历三代:短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤.采用光纤通信是通信史上的重大变革,美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路,而致力于发展光纤通信.中国光纤通信已进入实用阶段.

光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后,由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长,对大容量(超高速和超长距离)光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。

光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息,而以光纤作为传输介质实现信息传输,达到通信目的的一种最新通信技术。

通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程,光频作为载频已达通信载波的上限,因为光是一种频率极高的电磁波 ,因此用光作为载波进行通信容量极大,是过去通信方式的千百倍,具有极大的吸引力,光通信是人们早就追求的目标,也是通信发展的必然方向。

光纤通信与以往的电气通信相比,主要区别在于有很多优点:它传输频带宽、通信容量大;传输损耗低、中继距离长;线径细、重量轻,原料为石英,节省金属材料,有利于资源合理使用;绝缘、抗电磁干扰性能强;还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点,可在特殊环境或军事上使用。

3.1 趋势

FTTH可向用户提供极丰富的带宽,所以一直被认为是理想的接入方式,对于实现信息社会有重要作用,还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2~3倍。过去由于FTTH成本高,缺少宽带视频业务和宽带内容等原因,使FTTH还未能提到日程上来,只有少量的试验。由于光电子器件的进步,光收发模块和光纤的价格大大降低;加上宽带内容有所缓解,都加速了FTTH的实用化进程。

发达国家对FTTH的看法不完全相同:美国AT&T认为FTTH市场较小,在0F62003宣称:FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商Verizon和Sprint比较积极,要在1012年内采用FTTH改造网络。日本NTT发展FTTH最早,已经有近200万用户。中国FTTH处于试点阶段。

3.2 FTTH遇到的挑战

现广泛采用的ADSL技术提供宽带业务尚有一定优势

与FTTH相比:①价格便宜②利用原有铜线网使工程建设简单③对于1Mbps500kbps影视节目的传输可满足需求。FTTH大量推广受制约。

对于不久的将来要发展的宽带业务,如:网上教育,网上办公,会议电视,网上游戏,远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视,上下行传输不对称的业务,ADSL就难以满足。尤其是HDTV,经过压缩,其传输速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技术开发,可压缩到5~6Mbps。通常认为对QOS有所保证的ADSL的最高传输速串是2Mbps,仍难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时,非FTTH不可。

3.3 FTTH的解决方案

通常有P2P点对点和PON无源光网络两大类。

F2P方案一一优点:各用户独立传输,互不影响,体制变动灵活;可以采用廉价的低速光电子模块;传输距离长。缺点:为了减少用户直接到局的光纤和管道,需要在用户区安置1个汇总用户的有源节点。

PON方案优点:无源网络维护简单;原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点:需要采用昂贵的高速光电子模块;需要采用区分用户距离不同的电子模块,以避免各用户上行信号互相冲突;传输距离受PON分比而缩短;各用户的下行带宽互相占用,如果用户带宽得不到保证时,不单是要网络扩容,还需要更换PON和更换用户模块来解决。(按照市场价格,PEP比PON经济)

PON有多种,一般有如下几种:(1)APON:即ATM-PON,适合ATM交换网络。(2)BPON:即宽带的PON。(3)OPON:采用通用帧处理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太网技术的PON,GPON是千兆以太网的PON。(5)WDM-PON:采用波分复用来区分用户的PON,由于用户与波长有关,使维护不便,在FTTH中很少采用。

无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,覆盖范围达100米以上,已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输,包括:上下行数据和点播电视VOD的上行数据,对于一般用户其上行不大,IEEE802.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+无线接入”(FTTH+无线接入)的家庭网络。这种家庭网络,如果采用PON,就特别简单,因为此PON无上行信号,就不需要测距的电子模块,成本大大降低,维护简单。如果,所属PON的用户群体,被无线城域网WiMAX(1EEE802.16)覆盖而可利用,那么可不必建设专用的WLAN。接入网采用无线是趋势,但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。FTTH+无线接入是未来的发展趋势。

3.4 光交换的发展

实际上可表示为:通信输+交换。

光纤只是解决传输问题,还需要解决光的交换问题。过去,通信网都是由金属线缆构成的,传输的是电子信号,交换是采用电子交换机。通信网除了用户末端一小段外,都是光纤,传输的是光信号。合理的方法应该采用光交换。但由于光开关器件不成熟,只能采用的是“光-电-光”方式来解决光网的交换,即把光信号变成电信号,用电子交换后,再变还光信号。显然是不合理的办法,是效串不高和不经济的。正在开发大容量的光开关,以实现光交换网络,特别是所谓ASON-自动交换光网络。

通常在光网里传输的信息,一般速度都是xGbps的,电子开关不能胜任。一般要在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速XGbDs的交换。当然,也不是说,一切都要用光交换,特别是低速,颗粒小的信号的交换,应采用成熟的电子交换,没有必要采用不成熟的

大容量的光交换。当前,在数据网中,信号以“包”的形式出现,采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小,可采用电子交换。然而,在大量同方向的包汇总后,数量很大时,就应该采用容量大的光交换。

少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等。一般采用机械光开关、热光开关来实现。由于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制,通路数一般在816个。

电子交换一般有“空分”和“时分”方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”。光纤通信很少采用光时分交换。

光空分交换:一般采用光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。采用集成技术,开发出MEM微电机光开关,其体积小到mm。已开发出1296x1296MEM光交换机(Lucent),属于试验性质的。

光波长交换:是对各交换对象赋于1个特定的波长。于是,发送某1特定波长就可对某特定对象通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源,光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。已开发出640x640半导体光开关+AWG的空分与波长的相结合的交叉连接试验系统(corning)。采用光空分和光波分可构成非常灵活的光交换网。日本NTT在Chitose市进行了采用波长路由交换的现场试验,半径5公里,共有43个终端节,(试用5个节点),速率为2.5Gbps。

自动交换的光网,称为ASON,是进一步发展的方向。

集成光电子器件的发展

如同电子器件那样,光电子器件也要走向集成化。虽然不是所有的光电子器件都要集成,但会有相当的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在发展的PLC-平面光波导线路,如同一块印刷电路板,可以把光电子器件组装于其上,也可以直接集成为一个光电子器件。要实现FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、体积小的和廉价的和集成的光电子器件。

3.5 光纤通信的市场

众所周知,2000年IT行业泡沫,使光纤通信产业生产规模爆炸性地发展,产品生产过剩。无论是光传输设备,光电子器件和光纤的价格都狂跌。特别是光纤,每公里泡沫时期价格为¥1200,价格Y100左右1公里,比铜线还便宜。光纤通信的市场何时能恢复?

根据RHK的对北美通信产业投入的统计和预测,如图2.在2002年是最低谷,相当于倒退4年。有所回升,但还不能恢复。按此推测,在2007-2008年才能复元。光纤通信的市场也随IT市场好转。这些好转,在相当大的程度是由FTTH和宽带数字电视所带动的。

FTTH毕竟是信息社会的需求,光纤通信的市场一定有美好的情景。发达国家的FTTH已经开始建设,已经有相当的市场。大体上看,器件和设备随市场的需要,其利润会逐步回升,2007-2008年可能良好。但光纤产业,尽管反倾销成功,价格也仍低迷不起,利润甚微。实际上,在世界范围内,光纤的生产规模过大,而FTTH的发展速度受社会环境、包括市民的经济条件和数字电视的发展的影响,上升缓慢。据了解,有大公司封存几个光纤厂,根据市场情况,可随时启动生产,其结果是始终供大于求。供不应求才能涨价,是通常的市场规律,所以光纤产业要想厚利,可能是2009年后的事情。中国经济不发达地区和小城镇,还需要建设光纤线路,但光纤用量仍然处于供大于求的范围内。

对中国市场,FTTH受ADSL的挑战和数字电视HDTV发展的制约,会有所延后。中国大量建设FTTH的社会环境和条件尚未具备,可能需要等待一段时间。不过,北京奥运会需要HDTV的推动和设备价格的下降,会促进FTTH的发展。预计在2007-2008年在中国FTTH可开始推广。不过也有些大城市的所谓中心商业区CBD,有比较强的经济力量,已经采用光纤到住地PTTP来建设。总的来说,中国的FTTH处于试点阶段。试点的作用,一方面是摸索技术和建设的经验,另一方面,还起竞争抢占用户的作用。所以,电信运行商,地方业主都积极对FTTH试点,以便发展宽带业务。因此,广播运行商受到巨大的挑战,广播商应加快发展数字电视的进程,并且要充实节目内容和采取有竞争力的商业模式。如果广播商要发展VOD点播电视,还需要对电缆电视网双向改造,如果采用光纤网,可更充分地适应未来的技术发展和市场需求。

3.6 宽带中国战略

工业和信息化部在2012年5月发布的《宽带网络基础设施“十二五”规划》中提出,到2015年,全国基本实现“城市光纤到楼入户,农村宽带进乡入村”。城市家庭接入带宽达到20兆比特/秒,农村家庭接入带宽达到4兆比特/秒;实现光纤到户覆盖两亿户,用户超过4000万,城市新建住宅光纤到户率达到60%以上。

宽带速率高的国家基本上是以光纤接入为主。”中国工程院院士赵梓森说,实现光纤入户是宽带战略最重要的一环。

中国科学院院士干福熹表示,光纤通信具有信息容量大、传输距离远、信号干扰小等优点。全世界通信系统中,90%以上的信息量都是经过光纤传输的。未来5~10年,我国规模实施光纤到户每年所需的光纤预计在一亿公里以上,从而为国内光纤通信业发展带来很好的机遇。

国际电信联盟最新统计,全球已推出宽带战略的国家和经济体达112个。宽带战略的实施,必将带来光纤接入大发展,并使光纤宽带产业成为整个信息通信产业中成长最快、发展空间最大的产业之一。

3.7 网站

图5 中国光纤通信网

全球光纤到户热点门户网站中国光纤通信网,是目前国内领先的光纤通信资讯类门户网站。随着中国三网融合和光纤到户的飞速发展,供用户交流的网上平台更少,专业的资讯比较分散。而中国光纤通信门户的开放,为行业内企业,用户,爱好者提供了一个在网络上的互相传递业界资讯,交换产品信息等提供了一个大型专业的平台。

中国光纤通信门户的优势在于以提供行业资讯,新闻,专业知识,无数的产品供求信息,以及开放式的运营模式,多样化的增值服务,人性化的版面设计等。使您能更好更领先的掌握行业中的动态,获取更多的商机。从而为广大光纤通信企业拓展网络业务,进军电子商务提供不易多得的良机与契机。

中国光纤通信门户特色:

信息交流,技术沟通,产品展示,资讯阅览,新闻订阅,供求关系,寻求商机,广告服务,会员提升,企业建站,个性建设,协会资料,展会资源,行业人才,商务代理等。

3.8 展望

光纤通信发展总趋势为:不断提高信息率和增长中继距离。系统的优值用“信息率”与“距离”的乘积表示,该值每年约增加一倍;发展光纤网,特别是光纤用户网-光纤到户;采用新技术,特别是掺稀土金属的光纤放大器,光电集成和光集成。

①90年代初商用光纤通信系统的最高水平为2.488Gbit/s系统。实验室里实验系统信息率为8、10、16Gbit/s,相应的无中继距离为76、80、65km,信息率已高达20Gbit/s。单机的速率过高,大规模集成电路的电时分复用和解复器的速率将提高,要求激光器必须能在极高速率下稳定工作。如采用1.55μm波长,用常规单模光纤,将出现色散过大,码间干扰过大等都是技术上的困难。经济上也不合算。可采用光波分复用(OWDM)来提高信息率,实验室里复用数量用高达100个622Mbit/s的系统作复用,波长间隔为0.lnm,传输距离为50km,用非相干接收。还可采用副载波调制(SCM)来增加系统容量,将在光缆电视系统中应用。

掺稀土金属铒的单模光纤放大器的成功,大大增加了系统的灵敏度和传输距离。近期发表的常规系统的环路试验,在此环路里有4支掺铒光纤放大器,传输速率为2.4Gbit/s和5Gbit/s,计算结果表明传输距离达21000km和9000km。波长为1.55μm,采用色散位移光纤。这个试验系统将在新的横跨太平洋和大西洋的光缆系统里实用。

用光波分复用提高速率,用光放大增长传输距离的系统,为第五代光纤通信系统。

新系系统中,相干光纤通信系统,已达现场实验水平,将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率,实验结果已达32Gbit/s,20世纪末或21世纪初可能达到实用化。在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。

②光纤用户网-光纤到户,采用同步光纤网(SONET)或同步数字体系(SDH)和建立光纤用户网是实现宽带业务的两大步骤。

光纤用户网有不同结构,其中之一如图5所示,中心局与远区局的连接,即本地网,可以用环状网路以提高网路的灵活性和效率。远区局到用户的网可以单星形或双星形网路。

图6 光纤用户网结构举例

③掺铒光纤放大器具有增益高、带宽宽、噪音低、易与传输光纤连接、易于制造等优点,可作前置放大、线路放大和末级放大。可提高系统灵敏度,增长传输距离。把它用在用户网里,可扩大网的范围,也可增加用户数量,对光纤通信的发展将起重大作用。掺铒光纤放大器只工作在1.55μm,还需探索掺另一种稀土金属的光纤,得到在1.3μm工作的放大器。

另外,为提高系统的可靠性和经济性,需要光电集成和光集成,对此已有不少实验成果。

马丽华蒙文

出版社:北京邮电大学出版社

出版时间:2009年09月

ISBN:9787563519477

开本:16开

光纤通信系统》紧密结合光纤通信的最新发展,全面系统地介绍了光纤通信系统的基本原理、基本技术、系统设计方法,主要内容包括:光纤通信的组成、发展概况、特点以及发展趋势;光纤的传输原理和传输特性、光纤的非线性效应;光源器件的结构与发光机理、光发送机的组成与设计;光检测器件的结构和原理、光接收机的相关理论;光纤连接器耦合器光开关光无源器件的作用、原理与类型;光放大器的一般概念、典型光放大器的原理与应用;色散补偿的概念与一般方法;波分复用系统原理、设计与器件;光纤通信系统性能指标与设计;相干光通信光孤子通信光交换技术、全光通信网、量子通信等光纤通信新技术以及应用。

《光纤通信系统》内容系统全面,材料充实丰富,可供通信工程专业本科生及相关专业的高年级学生使用,也可作为通信技术人员的参考书。

光通信的历程

1.4.2 我国光纤通信现状

1.5 光纤通信的特点与应用

1.5.1 光纤通信的特点

1.5.2 光纤通信的应用

1.6 光纤通信发展趋势

1.6.1 光纤.光缆发展趋势

1.6.2 光纤通信系统高速化发展趋势

1.6.3光纤通信网络发展趋势

小结

思考与练习

第2章 光纤与光缆

2.1 光纤的结构与分类

2.1.1 光纤的结构

2.1.2 光纤的分类

2.1.3 光纤的制造工艺

2.2 光纤的传输原理

2.2.1射线理论分析光纤的传输原理

2.2.2 波动理论分析光纤的传输原理

2.3 光纤的传输特性

2.3.1 光纤的损耗特性

2.3.2 光纤的色散特性

2.3.3 光纤的非线性效应

2.4 单模光纤的种类及性能参数

2.4.1 光纤的主要性能参数

2.4.2 单模光纤种类

2.5光纤接续

2.6 光缆

2.6.1 光缆的基本结构

2.6.2 光缆的分类

小结

思考与练习

第3章 光源和光发送机

3.1 光纤通信用光源

3.1.1 半导体光源的发光机理

3.1.2半导体发光二极管

3.1.3 半导体激光二极管

3.2 光发送机

3.2.1 光发送机的基本组成

3.2.2 光发送机的主要技术要求

3.2.3 光发送机设计

3.3 光源与光纤的耦合

3.3.1光源与光纤耦合效率的计算

3.3.2 影向光源与光纤耦合效率的主要因素及提高耦合效率的方法

小结

思考与练习

第4章 光检测器与光接收机

4.1 光检测器

4.1.1 光电探测原理

4.1.2 PD和PIN光电二极管

4.1.3雪崩光电二极管

4.1.4 响应带宽

4.1.5 新型APD结构

4.1.6 MSM光电探测器

4.2 光接收机

4.2.1 光接收机的组成

4.2.2 光接收机的性能指标

4.2.3 光接收机的噪声和信噪比

4.2.4 光接收机误码率和灵敏度

4.2.5 光接收机性能

4.3 光中继器

小.结

思考与练习

第5章 光无源器件

5.1 光纤连接器

5.1.1 光纤连接器的性能

5.1.2 光纤连接器的一般结构

5.1.3 影响单模光纤连接损耗的因素

5.1.4 光纤连接器分类

5.1.5 光纤固定连接方式

5.2 光耦合器

5.2.1 光耦合器的性能参数

5.2.2 各种光耦合器

5.3 光开关

5.3.1 光开关的作用

5.3.2 光开关的种类

5.4 光调制器

5.5 光隔离器

5.6 光衰减器

5.6.1 光衰减器的分类及性能指标

5.6.2 光衰减器的工作原理

小结

思考与练习

第6章 光放大及色散补偿技术

6.1 光放大器的作用与一般特性

6.1.1 光放大器的作用

6.1.2 光放大器的工作性能

6.2 光放大器的分类

6.2.1半导体光放大器

6.2.2非线性光纤放大器

6.2.3掺铒光纤放大器

6.3 掺铒光纤放大器

6.3.1 EDFA的结构与工作原理

6.3.2 EDFA的主要特性参数

6.3.3 EDFA的主要优缺点

6.3.4 EDFA在光纤通信系统中的应用

6.4拉曼光纤放大器

6.4.1 拉曼光纤放大器的工作机理

6.4.2 拉曼光纤放大器的优缺点

6.4.3 拉曼光纤放大器的种类

6.5 色散补偿技术

6.5.1 色散补偿原理

6.5.2 无源色散补偿

6.5.3 前补偿技术

6.5.4 偏振模色散及其补偿技术

6.5.5 SPM及其补偿技术

小结

思考与练习

第7章 光波分复用技术

7.1 波分复用原理

7.1.1光波分复用技术定义

7.1.2 光波分复用系统的基本形式

7.1.3 光波分复用技术特点

7.1.4 光波长区的分配

7.2 光波分复用器

7.2.1 光波分复用器的主要性能参数

7.2.2 光波分复用器的要求

7.2.3 光波分复用器的类型

小结

思考与练习

第8章 光纤通信系统性能与设计

8.1 两种数字传输体系

8.1.1 准同步数字体系

8.1.2 同步数字体系

8.2 系统的性能指标

8.2.1 误码性能

8.2.2 抖动性能

8.3 系统结构

8,3.1 点到点连接

8.3.2 广播和分配网

8.3.3 局域网

8.4光纤损耗和色散对系统性能的影响

8.4.1 损耗限制系统

8.4.2 色散限制系统

8.5 光纤通信系统的设计

8.5.1 功率预算

8.5.2上升时间预算

8.5.3 色散预算

8.5.4 系统功率代价

小结

思考与练习

第9章 光纤通信新技术

9.1 相干光通信技术

9.1.1 相干光通信的基本工作原理

9.1.2 相干光通信系统的组成

9.1.3 相干光通信的优点

9.1.4 相干光通信的关键技术

9.2 光孤子通信技术

9.2.1光孤立子产生的机理

9.2.2 光孤子通信

9.2.3 光孤子通信优点及关键技术

9.2.4 光孤子通信应用前景

9.3光交换技术

9.3.1光交换技术的特点

9.3.2 空分光交换

9.3.3 时分光交换

9.3.4 波分光交换

9.4全光通信网

9.4.1全光通信网的概念

9.4.2全光通信网的结构与特点

9.4.3全光通信网的相关技术

9.4.4 OADM在中国高速信息示范网中的应用

9.5 量子通信

9.5.1 量子纠缠量子隐形传态

9.5.2 量子密码术

9.5.3 量子密钥分配协议

9.5.4 量子通信的优点及应用前景

9.5.5 国内外量子通信研究现状及发展方向

小结

思考与练习

参考文献


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