光纤通信课程结课论文

1、光纤通信课程结课论文论文题目：光纤通信的传输理论及发展姓 名:王志雄学 号:201320130109班 级1321301 光纤通信的传输理论及发展 摘要光纤通信是以光波作为载波，以光导纤维作为传输介质进行信息传输的一种通信方式，是现代通信网的主要传输手段。光纤技术发展以来，在电网通信调度系统等领域中得到了迅速的应用和发展，光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，进行工业监测、控制，现在在军事上也被广泛应用，基于各领域对信息量的需求不断增长，光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外，还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。本

2、文阐述光纤通信技术原理及其特征，并对光纤通信技术现状进行分析描述，探讨了光纤通信技术的未来发展趋势。关键词 光纤通信、光纤通信系统、波分复用、光纤接入技术、光纤光缆、光放大、光交换、光联网、光接入网。引言我国于20世纪70年代初就开始了光纤通信的基础研究，随着技术的进步，市场需求的增长，现代社会对通信的依赖越来越大，网络的生存性显得至关重要，通信发展和运行环境的变化对光纤通信提出了更高的要求。新技术不断涌现，大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。一、光纤的概述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

3、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。     光纤通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。光纤通信具有以下特点： (

4、1)通信容量大、传输距离远。 (2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳。 (4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (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, (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。   就光纤通信技术本身来说，应

5、该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、光放大技术、光交换技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。图1 光纤通信系统（1）光纤光缆技术 光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上

6、万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域。 光复用技术   复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。光复用技术种类很多，其中最为重要的是波分复用(WDM)技术和光时分复用(OTDM)技术。光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。波分复用当前

7、的商业水平是273个或更多的波长，研究水平是1022个波长(能传输368亿路电话)，近期的潜在水平为几千个波长，理论极限约为15000个波长(包括光的偏振模色散复用，OPDM)。而光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。光时分复用(OTDM)的原理与电时分复用相同，只不过电时分复用是在电域中完成，而光时分复用是在光域中进行，即将高速的光支路数据流(例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s)直接复用进光域，产生极高比特率的合成光数据流。（2）光放大技术 光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术

8、、光孤子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。 光放大器主要有3种:光纤放大器、拉曼放大器以及半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的。掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖S、C、L频带; 掺铥光纤放大器的增益带是S波段;掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应。喇曼散射。在不断发

9、生散射的过程中，把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。(3)光交换技术 光交换技术是指不经过任何光电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。目前已见报道的光交换技术的交换方式主要可以分为，空间分光交换方式，时分光交换方式，波分光交换方式，ATM光交换方式，码

10、分光交换方式，自由空间光交换方式和复合型光交换方式等等。空分光交换的基本原理是将光交换节点组成可控的门阵列开关, 通过控制交换节点的状态可实现使输入端的任一信道与输出端的任一信道连接或断开,完成光信号的交换。时分光交换方式的原理与现行电子学的时分交换原理基本相同, 只不过它是在光域里实现时隙互换而完成交换的。在光时分复用系统中, 可采用光信号时隙互换的方法实现交换。在光波分复用系统中, 则可采用光波长互换(或光波长转换) 的方法来实现交换。光波长互换的实现是通过从光波分复用信号中检出所需的光信号波长, 并将它调制到另一光波长上去进行传

11、输。光A TM 交换是以A TM 信元为交换对象的技术, 它引入了分组交换的概念, 即每个交换周期处理的不是单个比特的信号, 而是一组信息。光ATM 交换技术已用在时分交换系统中, 是最有希望成为吞吐量达Tbös 量级的光交换系统。码分光交换, 是指对进行了直接光编码和光解码的码分复用光信号在光域内进行交换的方法。自由空间光交换可以看作是一种空分光交换, 它是通过在空间无干涉地控制光的路径来实现的。由于各种光交换技术都有其独特的优点和不同的适应性, 将几种

12、光交换技术合适地复合起来进行应用能够更好地发挥各自的优势, 以满足实际应用的需要。已见介绍的复合型光交换主要有: (1) 空分ö时分光交换系统; (2) 波分ö空分光交换系统; (3) 频分ö时分光交换系统; (4) 时分ö波分ö空分光交换系统等二、光纤通信技术发展的现状光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。目前,光纤通信技术已有了长足的发展,新技术也不断涌现,进而大幅度提高了通信能力,并不断扩大了光纤通信的应用范围。1.1波分复用技术【波分复用WDM(

13、Wavelength Division Multiplexing)技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率(或波长)不同,将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道,把光波作为信号的载波,在发送端采用波分复用器(合波器),将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端,再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时),从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。自从上个世纪末,波分复用技术出现以来,由于它能极大地提高光纤传输系统的传输容量,迅速得到了广泛的应用。1995年

14、以来,为了解决超大容量、超高速率和超长中继距离传输问题,密集波分复用DWDM(Dens Wavelength Division Multi-plexing)技术成为国际上的主要研究对象。DWDM光纤通信系统极大地增加了每对光纤的传输容量,经济有效地解决了通信网的瓶颈问题。据统计,截止到2002年,商用的DWDM系统传输容量已达400Gbit/s。以10Gbit/s为基础的DWDM系统已逐渐成为核心网的主流。DWDM系统除了波长数和传输容量不断增加外,光传输距离也从600km左右大幅度扩展到2000km以上。与此同时,随着波分复用技术从长途网向城域网扩展,粗波分复用CWDM(Coarse Wav

15、elength Division Multiplexing)技术应运而生。CWDM的信道间隔一般为20nm,通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内(1260nm1620nm)的波分复用,并大大降低光器件的成本,可实现在0km80km内较高的性能价格比,因而受到运营商的欢迎。图2 波分复用原理图1.2光纤接入技术【光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化,满足大众的需求,不仅要有宽带的主干传输网络,用户接入部分更是关键,光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中,由于光纤到达位置的不同,有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用,统称FT

16、Tx。FTTH(光纤到户)是光纤宽带接入的最终方式,它提供全光的接入,因此,可以充分利用光纤的宽带特性,为用户提供所需要的不受限制的带宽,充分满足宽带接入的需求。我国从2003年起,在“863”项目的推动下,开始了FTTH的应用和推广工作。迄今已经在30多个城市建立了试验网和试商用网,包括居民用户、企业用户、网吧等多种应用类型,也包括运营商主导、驻地网运营商主导、企业主导、房地产开发商主导和政府主导等多种模式,发展势头良好。不少城市制订了FTTH的技术标准和建设标准,有的城市还制订了相应的优惠政策,这些都为FTTH在我国的发展创造了良好的条件。在FTTH应用中,主要采用两种技术,即点到点的P2

17、P技术和点到多点的xPON技术,亦可称为光纤有源接入技术和光纤无源接入技术。P2P技术主要采用通常所说的MC(媒介转换器)实现用户和局端的直接连接,它可以为用户提供高带宽的接入。目前,国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽,对大中型企业用户来说,是比较理想的接入方式。】三、 光纤通信的应用光纤通信首先应用于市内电话局之间的光纤中继线路，继而广泛的用于长途干线上，成为宽带通信的基础。光纤通信尤其适用于国家之间大容量、远距离的通信，包括国内沿海通信和国际间长距离海底光纤通信系统。 目前，各国还在进一步研究、开发用于广大用户接入网的光纤通信系统。光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号，在通信网、

18、广播电视网与计算机网，以及在其他数据传输系统中，都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究开发应用的主要目标。 光纤通信的各种应用可以概括如下：1) 通信网，包括全球通信网、各国的公共电信网、特殊通信手段(如石油、化工、煤矿等 部门易燃易爆环境下使用的光缆，以及飞机、军舰、潜艇、导弹和宇宙飞船内部的光缆系统)。 2) 构成因特网的计算机局域网和广域网，如光纤以太网，路由器之间的光纤传输链路。 3）有线电视网的干线和分配网，工业电系统，如工厂、银行、商场、交通和公安部门的监 控，自动控制系统的数据传输。 4) 综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网。四、光纤通信技术

19、的发展趋势近几年来,随着技术的进步,电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放,光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面,以下在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。2.1向超高速系统的发展【从过去20多年的电信发展史看,网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行,每当传输速率提高4倍,传输每比特的成本大约下降30%40%;因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长,这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps,其速率在20年时间里增加了20

20、O0倍,比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量,而且也为各种各样的新业务,特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。目前10Gbps系统已开始大批量装备网络,全世界安装的终端和中继器已超过5000个,主要在北美,在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。2.2向超大容量WDM系统的演进【采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽,然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1%,99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送,则可大大增加光纤的信息传输容量,这就是波分复用(WDM)的基本思路】。采用波分复用系统的主要好处是:1)可以

21、充分利用光纤的巨大带宽资源,使容量可以迅速扩大几倍至上百倍;2)在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器,从而大大降低了传输成本;3)与信号速率及电调制方式无关,是引入宽带新业务的方便手段;4)利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。鉴于上述应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动,波分复用系统发展十分迅速。预计不久实用化系统的容量即可达到1Tbps的水平。2.3实现光联网上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量,但基本上是以点到点通信为基础的系统,其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接

22、功能的话,无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路,光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功,前者已投入商用。实现光联网的基本目的是:1)实现超大容量光网络;2)实现网络扩展性,允许网络的节点数和业务量的不断增长;3)实现网络可重构性,达到灵活重组网络的目的;4)实现网络的透明性,允许互连任何系统和不同制式的信号;5)实现快速网络恢复,恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势,发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。2.5光接入网【Broadband access

23、0;is market development trends, fiber in-home will be broadbandaccess inevitable. XDSL, dual bus integrated access as the transition complete fibre optic access technology, will pl

24、ay in the next few years broadband market protagonist】.过去几年间,网络的核心部分发生了翻天覆地的变化,无论是交换,还是传输都已更新了好几代。不久,网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面,现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90%以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是:减少维护管理费用和故障率;开发新设备,增加新收入;配合本地网络结构的调整,减少节点,扩大覆盖;充分利用光纤化所带来的一系列好处;建设透明光网络,迎接多媒体时代。2.4新