光纖通信原理與系統(tǒng)

光纖通信原理與系統(tǒng)NANO科技（北京）有限公司田力光通信的傳說《東周列國志》第二回褒人贖罪獻美女幽王烽火戲諸侯自由空間光通信以大氣作為媒介來傳播光信號。發(fā)明于1960年左右，北約軍事保密通信電話。FreeSpaceOptics－FSO大氣光源光源調制器調制器接收機接收機自由空間光通信優(yōu)點：1，光波波長短(微米)，常規(guī)物體衍射效應弱，方向性好，不容易被竊聽。2，受電磁干擾的影響小。3，沒有無線電頻段劃分限制(LicenseFree)。4，帶寬高，可以傳送更多信息(數(shù)字化戰(zhàn)場，T比特傳輸)。目前可達2.5Gb/s。缺點：兩個端點之間必須光路通暢，因此鳥類等物體阻擋、雨/雪/霧/霾的衰減使自由空間光通信的傳輸距離和可靠性難以保證。自由空間光通信的發(fā)展可見光無線通信（稱為LiFi——LightFidelity）是利用快速的光脈沖無線傳輸信息。根據(jù)不同速率在光中編碼信息完全可行，例如LED開表示1，關表示0，通過快速開關就能傳輸信息。光纖通信系統(tǒng)歷史0，1916年，愛因斯坦的“受激輻射”理論誕生1，1966年，高錕理論預言光纖作為光波導傳輸光信號的可能性2，1970年，Corning研制出低損高純石英玻璃單模光纖(<20dB/km)，經過不斷改進，光纖的損耗已經小于0.2dB/km3，1962年，半導體激光器問世4，1970年，室溫工作的“雙異質結”半導體激光器問世5，1986年，摻鉺光纖放大器(EDFA)問世，使波分復用(WDM)技術得以商用化6，2000年：160*10Gb/s(C+L波段)，主要的干線通信系統(tǒng)，部分城域7，2013年：中國100G商用元年8，2014年：400G系統(tǒng)實驗網試運行四代光纖通信系統(tǒng)11983年，工作波長820nm，多模光纖，速率45Mb/s，紐約－華盛頓2工作波長1310nm(在這個波段光纖損耗低)，多模光纖，速率417/560Mb/s，國內干線網3工作波長1310nm，單模光纖，速率622M－2.5Gb/s，長途干線與越洋通信4工作波長1550nm(在這個波段光纖損耗最低)，單模光纖，速率10－40Gb/s，長途干線與越洋通信，城域與接入網，1986年英國南安普敦大學光電研究中心研制出第一臺摻鉺光纖放大器(EDFA)，使不同波長的光信道同時放大成為可能，極大地推動了波分復用技術的發(fā)展。密集波分復用系統(tǒng)基本結構密集波分復用(WavelengthDivisionMultiplex-DWDM)：不同波長信道的光信號在同一根光纖中傳輸。固定信道間隔，在光放大器的帶寬中。光纖通信系統(tǒng)基本器件光源：半導體分布反饋式激光器(DistributedFeedback-DFB)調制器：鈮酸鋰(LiNbO3)，半導體電吸收型(ElectricalAbsorbing-EA)傳輸介質：普通單模光纖（G.652），色散補償光纖（DCF），非零色散位移光纖（G.655)放大器：摻鉺光纖放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier-EDFA)，Raman拉曼放大器半導體光放大器(SemiconductorOpticalAmplifier-SOA)接收機：半導體血崩型二極管APD型（數(shù)字系統(tǒng)），PIN型（模擬系統(tǒng)）復用/解復用器：介質模濾波器，波導陣列光柵其它有源、無源器件：耦合器，隔離器，環(huán)形器，光衰減器，法蘭盤，跳線等。光通信系統(tǒng)對電中繼系統(tǒng)的優(yōu)勢波分復用技術優(yōu)勢 不同波長的光信號(信道)在同一根光纖中傳輸，用一個光放大器放大所有光波長信道，比電中繼廉價，簡單。認識光纖光纜光纖的損耗第三傳輸窗口第二傳輸口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(nm)光纖損耗譜特性光纖的色散色度色散(Chromaticdispersion)，不同波長的光群速度不同，由材料色散、波導色散構成，單模光纖模式色散為零。光纖的色散對系統(tǒng)的影響脈沖展寬，引起碼間串擾，造成誤碼。傳輸質量：眼圖，誤碼率，光信噪比。0101011001?10110原始信號傳輸后的信號傳輸光纖合分波技術

濾波器型(TFF)陣列波導光柵型(AWG)耦合器型(熔融拉錐型)衍射光柵型341234。。。34343434薄膜濾波型

DWDM_OADM光路結構DWDM系統(tǒng)中的合分波OMUODUOMUODU80波40波40波Interleaver梳狀濾波器EDFA的工作原理摻鉺光纖放大器通?？傻玫?5-40db的增益，中繼距離可以在原來的基礎上提高100km以上。EDFAGainBlock模塊結構光纖通信網絡拓撲結構點對點WDM系統(tǒng)環(huán)形WDM系統(tǒng)復雜型WDM系統(tǒng)DWDM160波系統(tǒng)框架--部分單元名稱來自ZTE已有設備光層保護機制OP板內實現(xiàn)雙發(fā)選收ABCD內環(huán)：共享保護通道外環(huán)：工作通道倒換前業(yè)務路由倒換后業(yè)務路由倒換開關主光通道保護機制光波長級保護機制帶外前向糾錯技術FECFEC帶外前向糾錯技術是一種信號數(shù)據(jù)處理技術，以犧牲帶寬的代價實現(xiàn)超強糾錯功能。FEC技術包括發(fā)送端編碼和接收端解碼。發(fā)送端編碼－在發(fā)送端將特定算法產生的冗余碼與數(shù)據(jù)一起發(fā)送。接收端解碼－在接收端根據(jù)相應算法，利用冗余碼檢測并糾正在傳輸過程中可能產生的比特錯誤并還原信號。利用FEC技術，可以增強傳輸?shù)娜蒎e能力，從而降低系統(tǒng)對信噪比的要求，延長傳輸距離。滿足G.975/G.709標準，等效增加的OSNR約5－6dB，誤碼率可以從1E-4改善成1E-12。缺點是FEC會增加傳送速率。如OC-192未使用FEC是速率為9.953Gbps，使用GFEC速率為10.7Gbps，使用EFEC速率為12.4Gbps。信息爆炸語音終端的發(fā)展數(shù)據(jù)終端的發(fā)展機房的變化光纖通信中單光纖速率的增長20世紀80年代到90年代初期，干線光纖最高傳送速率140Mb/s干線光通信系統(tǒng)以PDH系統(tǒng)為主，語音業(yè)務為主流電信業(yè)務20世紀90年代到21世紀初期，干線光纖最高傳送速率為10Gb/s干線光通信系統(tǒng)以SDH系統(tǒng)為主，語音業(yè)務為電信總業(yè)務一半以上，數(shù)據(jù)業(yè)務以X.25網絡和幀中繼網絡為主，主要是科研教學等性質的流量為主21世紀初期十年，干線光纖最高速率1Tb/s以上干線光通信系統(tǒng)以SDH/IPover

WDM為主，語音業(yè)務比例不到電信總業(yè)務一半，數(shù)據(jù)業(yè)務開始大發(fā)展，個人固定終端的娛樂業(yè)務驅動互聯(lián)網業(yè)務為主流數(shù)據(jù)業(yè)務目前，干線光纖通信最高傳送速率可達8Tb/s以上干線光通信系統(tǒng)以OTN/IP/Anyover

WDM為主，語音業(yè)務比例占電信總業(yè)務很小一部分，移動數(shù)據(jù)業(yè)務開始大發(fā)展，個人移動終端的娛樂業(yè)務和固定終端的多媒體業(yè)務（4K高清TV）驅動互聯(lián)網業(yè)務為主流數(shù)據(jù)業(yè)務從業(yè)務的復雜化到網絡復雜化云計算和云存儲存儲網絡業(yè)務（Fiberchannel）的發(fā)展FC1=1.063Gb/s（1997年）FC2=2.125Gb/s（2001年）FC4=4.25Gb/s（2004年）FC8=8.5Gb/s（2005年）FC10=10.53Gb/s（2008年）FC16=14.03Gb/s（2011年）FC32=28.05Gb/s（2016年）FC128=4×28.05Gb/s（2016年）100G網絡的驅動力IP流量的激增（手機3G/4G網絡的開通、互聯(lián)網+新經濟形態(tài)對傳統(tǒng)生活徹底改變、云計算/存儲的需要、4K高清）；降低每比特的成本（同樣的網絡基礎投資，傳送內容增加數(shù)倍）；提供新的收益機會（廠家也需要生產新產品賺錢）；對已有光纖的利用，提高投資回報率（平攤基礎建設費用）；降低網絡的時延（網絡游戲、股票實時交易等）。100G技術逐漸成熟，滿足商用指標。100G關鍵技術簡介

相干（Coherent）是什么？振動方向相同振動頻率相同相差恒定兩束相干的光相遇的區(qū)域會產生干涉現(xiàn)象。水的干涉條紋光的干涉----楊氏雙縫干涉100G調制技術PM，把1個光信號分離成2個偏振方向，再把信號調制到這兩個偏振方向上，相當于對數(shù)據(jù)做了1分2的處理，速率降低一半；QPSK，一個相位就表示兩個數(shù)字bit，業(yè)相當于對數(shù)據(jù)做了1分2的處理，速率降低一半對于100G信號，實際上數(shù)據(jù)的波特率（信息速率）僅為100÷2÷2=25G100G相干接收技術相干OFE（opticalfrontend）AGC/Delay/Phase補償CD補償時鐘恢復PMD補償和PDM解復用頻偏補償相位恢復非線性補償100G其他核心技術100G之后中國移動2014年開始進行400G網絡的測試。2014年華為和西班牙固網運營商Jazztel聯(lián)合宣布，將采用華為NE5000E

400G核心路由器建設IP骨干網，這也將是西歐第一個400G骨干網，開啟了西歐400G商用時代2014年華為和智利Telefonica今年將采用業(yè)界領先的100G和400G技術，合作部署全球最高速的城域波分網