1、2018年10月16日4时46分,1,高速光通信与全光网,2012-2013 (冬) 通信学院 王春华,2018年10月16日4时46分,2,光纤的通信发展历程 光纤传输技术 全光网技术,2018年10月16日4时46分,3,1. 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
2、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。,2018年10月16日4时46分,4,1.2 通信传输媒介分类及相应波段划分,101,107,102,106,103,105,104,104,105,103,106,102,107,101,108,100,109,10-1,1010,10-2,1011,10-3,1012,10-4,1013,10-5,1014,10-6,1015,ELF,VF,VLF,LF,MF,HF,VHF,U
3、HF,SHF,EHF,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,光纤,同轴电缆,双铰线,2018年10月16日4时46分,5,光纤传输的容量,1530 1675 nm,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/s,0.2dB,0.3dB,500路x40Gb/s=20Tb/s,2018年10月16日4时46分,6,10 Gb/s 能作什么？,1. ASCII Character (8 bit) 109
4、 Char./s(1000 books) 2. 语音信道 (64Kb/s) 155,000 Channels 3. 高清电视 (60Mb/s) 160 Channels压缩后 (20Mb/s) 500 Channels 4. Gigabit Ethernet (1Gb/s) 8 Channels,2018年10月16日4时46分,7,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
5、属）,2018年10月16日4时46分,8,信息社会的通信需求,2018年10月16日4时46分,9,电信号 输入,半导体 激光器,光探测器,电信号 输出,fiber,E E / O O / 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：,2018年10月16日4时46分,10,3.1 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 HeNe 激光器之后，便开始了
6、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。,2018年10月16日4时46分,11,1870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1000
7、dB/km ，但他推测出小于 20 dB/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4 dB/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,2018年10月16日4时46分,12,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 10100 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。,2018年10月
8、16日4时46分,13,数字通信系统,2018年10月16日4时46分,14,95年光纤放大器的出现-OAMP + DWDM,2018年10月16日4时46分,15,(3)DWDM光纤传输系统,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,WDM+EDFA 革新了光纤传输,2018年10月16日4时46分,16,光通信容量的发展历程,7494：一个数量级/4年 95 ： 指数增长，数量级/6个月 摩尔定律（数量级/18month.),2018年10月16日4时46分,17,全光网系统,2018年10月16日4时46分,18,2018年10月16日4时
9、46分,19,National Backbone Provider,e.g. BBN/GTE US backbone network,2018年10月16日4时46分,20,光纤究竟敷设到那里？ -到家门口，到桌面！FTTH WAN+ MAN+ LAN,I,n,t,e,r,n,e,t,L,e,a,s,e,d,L,i,n,e,S,e,r,v,i,c,e,N,o,d,e,s,F,r,a,m,e,/,C,e,l,l,R,e,l,a,y,I,n,t,e,r,a,c,t,i,v,e,V,i,d,e,o,T,e,l,e,p,h,o,n,e,O,N,U,FTTH,O,p,t,i,c,a,l,F,i,b,e,
10、r,TP,ADSL,O,L,T,O,N,U,O,N,U,N,T,N,T,O,N,U,Passive Optical Splitter,FTTx,Ops,业务节点,FTTB,FTTC,FTTCab,Coax, HFC,2018年10月16日4时46分,21,全光网地域分布,2018年10月16日4时46分,22,Point-to-Point Fibre Transmission,Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM + Optical ADMs,DWDM + OADMs + OXCs,All Optical Networks,全光网的演进,201
11、8年10月16日4时46分,23,光网的演进方向,1 st Generation: 物理层上光纤传输取代电传输 SONET (synchronous optical) in TDM Gbit Ethernet，FTTH，etc.2 nd Generation: 光交换 和光波长复用 WDM WDM 环 波长路由网络（节点以波长为单位交换路由）3 th Generation: 光包交换（全光处理+光包交换）,2018年10月16日4时46分,24,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/
12、E/O光?,Source: Master 7_7,光组网技术,2018年10月16日4时46分,25,每个节点需要 (OEO)转换 速度远低于传输速度,SDH Optical Out,SDHT/X,SDH R/X,Electrical levels,SDH Optical in,SDH T/X,SDHR/X,Electrical levels,SDH Optical in,SDH Optical Out,SDH Proc. & Switching,SDH Node,O/E/O 节点处理的缺点,2018年10月16日4时46分,26,光传输+光节点交换 交换不再是 OEO , 而是 OOO 转换
13、 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 bit interval 信号在边远节点转换回电信号,Source: Master 7_7,Optical Network,OXC: Optical Cross Connect OADM: Optical Add-drop multiplexer,现有的光组网,2018年10月16日4时46分,27,All-Optical Switching,光波长交叉互联 (OXC) 波长交换路由 (WRS),2018年10月16日4时46分,28,光空间交换,2018年10月16日4时46分,29,允许波长粒度的上下路复用,WD
14、M 波长上下路分插复用,2018年10月16日4时46分,30,1,3,2,1,3,2,Demux,Mux,Drop Wavelengths,Add Wavelengths,Input Circulator (IC),Output Circulator (OC),Input Fibre Gratings (IFG),Output Fibre Gratings (OFG),DWDM out,DWDM in,OADM光上下路分插复用器,2018年10月16日4时46分,31,光波长变换 (WC),No WC,With WC,2018年10月16日4时46分,32,Source: Master 7_
15、7,OADM,OADM,OADM,OADM,Wavelengths 1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,1 2 3 4,N o d eA,N o d eD,N o d eB,N o d eC,Note wavelength reuse of “blue“ wavelength (no. 3), links Node A and B as well as Node C and A,OADM: Optical Add-Drop Multiplexer,Simple Optical Network Example,2018年10月16日4时46分,33,Point-to-Point Fibre Transmission,Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM + Optical ADMs,DWDM + OADMs + OXCs,All Optical Networks,全光网的演进,All Optical 大粒度包交换,All Optical IP 包交换,2018年10月16日4时46分,34,Thank you !,
