光纖通信

光纖通信

電通信是以電作為信息載體實現的通信,而光通信則是以光作為信息載體而實現的通信。所謂光纖通信,就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達到通信之目的。要使光波成為攜帶信息的載體,必須對之進行調製,在接收端再把信息從光波中檢測出來。     光纖通信作為一門技術,其出現,發展的歷史至今不過30~40年,但它已經給世界通信的面貌帶來了巨大的變化,起深刻而長遠的影響恐怕還在後頭。光纖通信是現代通信網的主要傳輸手段,它的發展歷史隻有一二十年,已經歷三代:短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖。

  • 中文名稱
    光纖通信
  • 釋義
    以電作為信息載體實現的通信
  • 信息載體
    光波
  • 主要用于
    市話中繼線

基本介紹

光纖即為光導纖維的簡稱。是以光波作為信息載體,以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。​從原理上看,構成光纖通信的基本物質要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按製造工藝、材料組成以及光學特徵進行分類外,在套用中,光纖常按用途進行分類,可分為通額度光纖和感測用光纖。傳輸介質光纖又分為通用與專用兩種,而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調製以及光振蕩等功能的光纖,並常以某種功能器件的形式出現。

光纖通信

技術領域

(1)通信容量大、傳輸距離遠;一根光纖的潛在頻寬可達20THz。採用這樣的頻寬,隻需一秒鍾左右,即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統已經投入商業使用。光纖的損耗極低,在光波長為1.55μm附近,石英光纖損耗可低于0.2dB/km,這比目前任何傳輸媒質的損耗都低。因此,無中繼傳輸距離可達幾十、甚至上百公裏。

(2)信號幹擾小、保密性能好;

(3)抗電磁幹擾、傳輸質量佳,電通信不能解決各種電磁幹擾問題,唯有光纖通信不受各種電磁幹擾。

(4)光纖尺寸小、重量輕,便于鋪設和運輸;

(5)材料來源豐富,環境保護好,有利于節約有色金屬銅。

(6)無輻射,難于竊聽,因為光纖傳輸的光波不能跑出光纖以外。

(7)光纜適應性強,壽命長。

(8)質地脆,機械強度差。

(9)光纖的切斷和接續需要一定的工具、設備和技術。

(10)分路、耦合不靈活。

(11)光纖光纜的彎曲半徑不能過小(>20cm)

(12)有供電困難問題。

利用光波在光導纖維中傳輸信息的通信方式.由于雷射具有高方向性、高相幹性、高單色性等顯著優點,光纖通信中的光波主要是雷射,所以又叫做雷射-光纖通信.

原理

光纖通信的原理是:在傳送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號,然後調製到雷射器發出的雷射束上,使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化,並通過光纖傳送出去;在接收端,檢測器收到光信號後把它變換成電信號,經解調後恢復原信息.

發展

光纖通信是現代通信網的主要傳輸手段,它的發展歷史隻有一二十年,已經歷三代:短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖.採用光纖通信是通信史上的重大變革,美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設電纜通信線路,而致力于發展光纖通信.中國光纖通信已進入實用階段.

光纖通信的誕生和發展是電信史上的一次重要革命與衛星通信、移動通信並列為20世紀90年代的技術。進入21世紀後,由于因特網業務的迅速發展和音頻、影片、資料、多媒體套用的成長,對大容量(超高速和超長距離)光波傳輸系統和網路有了更為迫切的需求。

光纖通信就是利用光波作為載波來傳送信息,而以光纖作為傳輸介質實現信息傳輸,達到通信目的的一種最新通信技術。

通信的發展過程是以不斷提高載波頻率來擴大通信容量的過程,光頻作為載頻已達通信載波的上限,因為光是一種頻率極高的電磁波 ,因此用光作為載波進行通信容量極大,是過去通信方式的千百倍,具有極大的吸引力,光通信是人們早就追求的目標,也是通信發展的必然方向。

光纖通信與以往的電氣通信相比,主要區別在于有很多優點:它傳輸頻頻寬、通信容量大;傳輸損耗低、中繼距離長;線徑細、重量輕,原料為石英,節省金屬材料,有利于資源合理使用;絕緣、抗電磁幹擾性能強;還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優點,可在特殊環境或軍事上使用。

套用領域

光纖通信的套用領域是很廣泛的,主要用于市話中繼線,光纖通信的優點在這裏可以充分發揮,逐步取代電纜,得到廣泛套用。還用于長途幹線通信過去主要靠電纜、微波、衛星通信,現以逐步使用光纖通信並形成了佔全球優勢的比特傳輸方法;用于全球通信網、各國的公共電信網(如中國的國家一級幹線、各省二級幹線和縣以下的支線);它還用于高質量彩色的電視傳輸、工業生產現場監視和調度、交通監視控製指揮、城鎮有線電視網、共用天線(CATV)系統,用于光纖區域網路和其他如在飛機內、飛船內、艦艇內、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

光纖傳輸系統主要由:光傳送機、光接收機、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無源光器件構成。要實現通信,基帶信號還必須經過電端機對信號進行處理後送到光纖傳輸系統完成通信過程。

它適合于光纖模擬通信系統中,而且也適用于光纖數位通信系統和資料通信系統。在光纖模擬通信系統中,電信號處理是指對基帶信號進行放大、預調製等處理,而電信號反處理則是發端處理的逆過程,即解調、放大等處理。在光纖數位通信系統中,電信號處理是指對基帶信號進行放大、取樣、量化,即脈沖編碼調製(PCM )和線路碼型編碼處理等,而電信號反處理也是發端的逆過程。對資料光纖通信,電信號處理主要包括對信號進行放大,和數位通信系統不同的是它不需要碼型變換。

發展趨勢

光纖到家庭的發展

FTTH可向使用者提供極豐富的頻寬,所以一直被認為是理想的接入方式,對于實現信息社會有重要作用,還需要大規模推廣和建設。FTTH所需要的光纖可能是現有已敷光纖的2~3倍。過去由于FTTH成本高,缺少寬頻影片業務和寬頻內容等原因,使FTTH還未能提到日程上來,隻有少量的試驗。近來,由于光電子器件的進步,光收發模組和光纖的價格大大降低;加上寬頻內容有所緩解,都加速了FTTH的實用化進程。

發達國家對FTTH的看法不完全相同:美國AT&T認為FTTH市場較小,在0F62003宣稱:FTTH在20-50年後才有市場。美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內採用FTTH改造網路。日本NTT發展FTTH最早,現在已經有近200萬使用者。目前中國FTTH處于試點階段。

FTTH遇到的挑戰

現在廣泛採用的ADSL技術提供寬頻業務尚有一定優勢

與FTTH相比:①價格便宜②利用原有銅線網使工程建設簡單③對于目前1Mbps—500kbps影視節目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受製約。

對于不久的將來要發展的寬頻業務,如:網上教育,網上辦公,會議電視,網上遊戲,遠程診療等雙向業務和HDTV高清數位電視,上下行傳輸不對稱的業務,ADSL就難以滿足。尤其是HDTV,經過壓縮,目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術開發,可壓縮到5~6Mbps。通常認為對QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps,仍難以傳輸HDTV。可以認為HDTV是FTTH的主要推動力。即HDTV業務到來時,非FTTH不可。

FTTH的解決方案

通常有P2P點對點和PON無源光網路兩大類。

F2P方案一一優點:各使用者獨立傳輸,互不影響,體製變動靈活;可以採用廉價的低速光電子模組;傳輸距離長。缺點:為了減少使用者直接到局的光纖和通路,需要在使用者區安置1個匯總使用者的有源節點。

PON方案——優點:無源網路維護簡單;原則上可以節省光電子器件和光纖。缺點:需要採用昂貴的高速光電子模組;需要採用區分使用者距離不同的電子模組,以避免各使用者上行信號互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各使用者的下行頻寬互相佔用,如果使用者頻寬得不到保證時,不單是要網路擴容,還需要更換PON和更換使用者模組來解決。(按照目前市場價格,PEP比PON經濟)

PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網路。(2)BPON:即寬頻的PON。(3)OPON:採用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:採用乙太網技術的PON,0EPON是千兆畢乙太網的PON。(5)WDM-PON:採用波分復用來區分使用者的PON,由于使用者與波長有關,使維護不便,在FTTH中很少採用。

發達國家發展FTTH的計畫和技術方案,根據各國具體情況有所不同。美國主要採用A-PON,因為ATM交換在美國套用廣泛。日本NTT有一個B-FLETts計畫,採用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多種技術。SCM-PON:是採用副載波調製作為多信道復用的PON。

中國ATM使用遠比STM的SDH少,一般不考慮APON。我們可以考慮的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的優缺點前面已經說過,目前比較經濟,使用靈活,傳輸距離遠等;宜採用。而比較GPON和EPON,各有利弊。GPON:採用GFP技術網路效率高;可以有電話,適合SDH網路,與IP結合沒有EPON好,但目前GPON技術不很成熟。EPON:與IP結合好,可使用者電話,如用電話需要借助lAD技術。目前,中國的FTTH試點採用EPON比較多。FTTH技術方案的採用,還需要根據使用者的具體情況不同而不同。

近來,無線接入技術發展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g協定,傳輸頻寬可達54Mbps,覆蓋範圍達100米以上,目前已可商用。如果採用無線接入WLAN作使用者的資料傳輸,包括:上下行資料和點播電視VOD的上行資料,對于一般使用者其上行不大,IEEE802.11g是可以滿足的。而採用光纖的FTTH主要是解決HDTV寬頻影片的下行傳輸,當然在需要時也可包含一些下行資料。這就形成“光纖到家庭+無線接入”(FTTH+無線接入)的家庭網路。這種家庭網路,如果採用PON,就特別簡單,因為此PON無上行信號,就不需要測距的電子模組,成本大大降低,維護簡單。如果,所屬PON的使用者群體,被無線城域網WiMAX(1EEE802.16)覆蓋而可利用,那麽可不必建設專用的WLAN。接入網採用無線是趨勢,但無線接入網仍需要密布于使用者臨近的光纖網來支撐,與FTTH相差無幾。FTTH+無線接入是未來的發展趨勢。

光交換的發展

實際上可表示為:通信輸+交換。

光纖隻是解決傳輸問題,還需要解決光的交換問題。過去,通信網都是由金屬線纜構成的,傳輸的是電子信號,交換是採用電子交換機。現在,通信網除了使用者末端一小段外,都是光纖,傳輸的是光信號。合理的方法應該採用光交換。但目前,由于目前光開關器件不成熟,隻能採用的是“光-電-光”方式來解決光網的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換後,再變還光信號。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經濟的。正在開發大容量的光開關,以實現光交換網路,特別是所謂ASON-自動交換光網路。通常在光網裏傳輸的信息,一般速度都是xGbps的,電子開關不能勝任。一般要在低次群中實現電子交換。而光交換可實現高速XGbDs的交換。當然,也不是說,一切都要用光交換,特別是低速,顆粒小的信號的交換,應採用成熟的電子交換,沒有必要採用不成熟的

光纖通信

大容量的光交換。當前,在資料網中,信號以“包”的形式出現,採用所謂“包交換”。包的顆粒比較小,可採用電子交換。然而,在大量同方向的包匯總後,數量很大時,就應該採用容量大的光交換。

目前,少通道大容量的光交換已有實用。如用于保護、下路和小量通路調度等。一般採用機械光開關、熱光開關來實現。目前,由于這些光開關的體積、功耗和集成度的限製,通路數一般在8—16個。

電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少採用光時分交換。

光空分交換:一般採用光開關可以把光信號從某一光纖轉到另一光纖。空分的光開關有機械的、半導體的和熱光開關等。近來,採用集成技術,開發出MEM微電機光開關,其體積小到mm。已開發出1296x1296MEM光交換機(Lucent),屬于試驗性質的。

光波長交換:是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是,傳送某1特定波長就可對某特定對象通信。實現光波長交換的關鍵是需要開發實用化的可變波長的光源,光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關陣列等。已開發出640x640半導體光開關+AWG的空分與波長的相結合的交叉連線試驗系統(corning)。採用光空分和光波分可構成非常靈活的光交換網。日本NTT在Chitose市進行了採用波長路由交換的現場試驗,半徑5公裏,共有43個終端節,(試用5個節點),速率為2.5Gbps。

自動交換的光網,稱為ASON,是進一步發展的方向。

集成光電子器件的發展

如同電子器件那樣,光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成,但會有相當的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發展的PLC-平面光波導線路,如同一塊印刷電路板,可以把光電子器件組裝于其上,也可以直接集成為一個光電子器件。要實現FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價的和集成的光電子器件。

日本NTT採用PLO技術研製出16x16熱光開關;1x128熱光開關陣列;用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監測集成在一起;8波長每波速串為80Gbps的WDM的復用和去復用分別集成在1塊晶片上,尺寸僅15x7mm,如圖1。NTT採用以上集成器件構成32通路的OADM。其中有些已經商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進。

中國的集成光電子器件也有一定進展。集成的小通道光開關和屬于PLO技術的AWG有所突破。但與發達國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會重復如同微電子落後的被動局面。

光纖通信的市場

眾所周知,2000年IT行業泡沫,使光纖通信產業生產規模爆炸性地發展,產品生產過剩。無論是光傳輸設備,光電子器件和光纖的價格都狂跌。特別是光纖,每公裏泡沫時期價格為¥1200,現在價格Y100左右1公裏,比銅線還便宜。光纖通信的市場何時能恢復?

根據RHK的對北美通信產業投入的統計和預測,如圖2.在2002年是最低谷,相當于倒退4年。現在有所回升,但還不能恢復。按此推測,在2007-2008年才能復元。光纖通信的市場也隨IT市場好轉。這些好轉,在相當大的程度是由FTTH和寬頻數位電視所帶動的。

FTTH畢竟是信息社會的需求,光纖通信的市場一定有美好的情景。發達國家的FTTH已經開始建設,已經有相當的市場。大體上看,器件和設備隨市場的需要,其利潤會逐步回升,2007-2008年可能良好。但光纖產業,盡管反傾銷成功,目前價格也仍低迷不起,利潤甚微。實際上,在世界範圍內,光纖的生產規模過大,而FTTH的發展速度受社會環境、包括市民的經濟條件和數位電視的發展的影響,上升緩慢。據了解,有大公司目前封存幾個光纖廠,根據市場情況,可隨時啓動生產,其結果是始終供大于求。供不應求才能漲價,是通常的市場規律,所以光纖產業要想厚利,可能是2009年後的事情。中國經濟不發達地區和小城鎮,還需要建設光纖線路,但光纖用量仍然處于供大于求的範圍內。

對中國市場,FTTH受ADSL的挑戰和數位電視HDTV發展的製約,會有所延後。目前,中國大量建設FTTH的社會環境和條件尚未具備,可能需要等待一段時間。不過,北京奧運會需要HDTV的推動和設備價格的下降,會促進FTTH的發展。預計在2007-2008年在中國FTTH可開始推廣。不過也有些大城市的所謂中心商業區CBD,有比較強的經濟力量,現在已經採用光纖到住地PTTP來建設。總的來說,目前中國的FTTH處于試點階段。試點的作用,一方面是摸索技術和建設的經驗,另一方面,還起競爭搶佔使用者的作用。所以,現在電信運行商,地方業主都積極對FTTH試點,以便發展寬頻業務。因此,廣播運行商受到巨大的挑戰,廣播商應加快發展數位電視的進程,並且要充實節目內容和採取有競爭力的商業模式。如果廣播商要發展VOD點播電視,還需要對電纜電視網雙向改造,如果採用光纖網,可更充分地適應未來的技術發展和市場需求。

專業設定

基本信息

專業名稱:光纖通信

專業代碼:590309

培養目標

本專業培養能從事光纖網路工程的規劃建設、SDH系統的調測維護、電信核心網路和接入網路的工程維護等工作的套用型人才。具有較強的電纜、光纜設計與施工、線路規劃概預算的能力以及在光纖通信設備安裝、調試與維護及其相關領域從業的綜合職業能力。

主要課程

工程製圖、電路與信號、電子技術、單片機與嵌入系統、光纖通信原理、光纖通信設備、綜合業務接入網、線路工程與概預算、CATV系統、通信光纜線路、接入網技術、通信電源、電腦套用基礎、電腦網路基礎、數位通信原理、通信終端設備等。

就業方向

從事光纖通信線路工程和接入網的設計、施工、概預算編製和工程監理;光纖通信設備的安裝、調試和操作維護;通信網路規劃設計、施工、監理等工作。

入口網站

全球光纖到戶熱點入口網站——中國光纖通信網,是目前國內領先的光纖通信資訊類入口網站。隨著中國目前三網融合和光纖到戶的飛速發展,供使用者交流的網上平台更少,專業的資訊比較分散。而中國光纖通信門戶的開放,為行業內企業,使用者,愛好者提供了一個在網路上的互相傳遞業界資訊,交換產品信息等提供了一個大型專業的平台。

光纖通信

中國光纖通信門戶的優勢在于以提供行業資訊,新聞,專業知識,無數的產品供求信息,以及開放式的運營模式,多樣化的增值服務,人性化的版面設計等。使您能更好更領先的掌握行業中的動態,獲取更多的商機。從而為廣大光纖通信企業拓展網路業務,進軍電子商務提供不易多得的良機與契機。

中國光纖通信門戶特色:

信息交流,技術溝通,產品展示,資訊閱覽,新聞訂閱,供求關系,尋求商機,廣告服務,會員提升,企業建站,個性建設,協會資料,展會資源,行業人才,商務代理等。

同名圖書

書 名:光纖通信 作 者:聶兵

光纖通信

出版社:北京理工大學出版社

出版時間:2010-1-1

ISBN: 9787564025731

開本:16開

定價:28.00元

內容簡介

本書全面講述了光纖通信的基本理論和套用,主要內容包括:光纖通信系統的組成;光纖(光纜)結構、類型與傳輸特徵,光纖的連線;光無源器件原理與套用;光源、光源調製與光傳送機原理和性能指標;光檢測器原理,光接收機的組成、原理和性能;光放大及其套用;SDH體系和數位光纖傳輸系統設計與性能指標;波分復用的原理與技術;SDH傳送網,光傳送網(OTN),自動交換光網路(ASON),光城域網技術,光接入網結構與套用等。

本書力求在光纖通信系統的原理、套用、設計等方面提供必要的信息,可以作為通信工程、電子信息工程和光電信息工程等相近專業的大學部教學用書和光纖通信的技術培訓教材,也可作為一般工程技術人員的參考用書。

圖書目錄

第1章 概述

第2章 光纖光纜

第3章 光無源器件

第4章 光源與光傳送機

第5章 光檢測器與光接收機

第6章 光放大器

第7章 SDH與數位光纖傳輸系統

第8章 光波以分復用

第9章 光網路

參考文獻

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