光纤通信系统与网络的背景知识
光通信基础
光通信基础
光通信基础是指利用光作为传输介质进行通信的技术。
光通信作为一种高速、高带宽、低延迟的通信方式，已经成为现代通信领域的重要组成部分。
本文将从光通信基础的原理、应用和未来发展等方面进行探讨。
光通信的基础原理是利用光纤作为介质传输信息。
光纤是一种细长的玻璃纤维，能够将光信号沿着其传输，具有低损耗、高带宽、抗干扰等优点。
光通信系统一般包括光源、调制器、光纤、接收器等部分。
光源可以是激光器或LED 灯等，通过调制器将电信号转换成光信号，经过光纤传输到接收器，再将光信号转换为电信号进行解码。
这样就实现了信息的传输。
光通信在各个领域都有广泛的应用。
在通信领域，光通信可以实现高速、高带宽的数据传输，适用于互联网、移动通信等场景。
在医疗领域，光纤传感技术可以实现对人体内部的观测和检测，用于医学诊断和治疗。
在军事领域，光通信可以实现安全、抗干扰的通信，保障国家安全。
在工业领域，光通信可以实现工业自动化和智能制造，提高生产效率和质量。
未来，随着5G、物联网、人工智能等技术的发展，光通信将迎来更广阔的发展空间。
未来的光通信系统将更加智能化、高效化，能够适应复杂多变的通信环境。
同时，光通信的成本也将进一步降低，普及范围将更广。
总的来说，光通信基础是现代通信领域不可或缺的一部分。
其高速、高带宽、低延迟等优点使其在各个领域都有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和发展，光通信将为人类社会带来更多的便利和发展机遇。
希望在未来的发展中，光通信技术能够更好地服务于人类社会的发展和进步。
光纤通信刘增基第5章课稿
采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造 成的载荷相对位置漂移的问题。
最简单的例子是，由PDH的4次群信号到SDH的STM-1 的复 接过程。把139.264 Mb/s的信号装入容器C-4，经速率适配处 理后，输出信号速率为149.760 Mb/s; 在虚容器VC-4 内加上 通道开销POH(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)后，输出信号 速率为150.336 Mb/s；在管理单元AU-4 内，加上管理单元指 针AU -PTR(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)，输出信号速率 为150.912 Mb/s; 由 1个AUG加上段开销SOH(每帧72 Byte,相 应于4.608 Mb/s), 输出信号速率为155.520 Mb/s, 即为 STM-1。
由于误码率随时间变化，用长时间内的平均误码率来衡量系统性
能的优劣，显然不够准确。在实际监测和评定中， 规定一个较长的
监测时间 “不可用
时TL，间例”如。几天或一个月，并把这个时间分为“可
用时间”和
在连续10 s时间内，BER劣于1×10-3，为“不可用时间”，或称系统 处于故障状态；
在连续10 s时间内，BER优于1×10-3，为“可用时间”。
对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路数按4倍递增。 对于以1.544 Mb/s为基础速率的制式，在3次群以上，日本和北美各国 又不相同，看起来很杂乱。
光纤通信系统培训课件
抖动的单位是UI(Unit Interval)
1UI的时间相差非常大，一般用抖动占UI的 相对值来表示。
由于抖动难以完全消除，为保证整个系统正 常工作，根据ITU-T建议和我国国标，抖动 的性能参数主要有：
①输入抖动容限；
②输出抖动；
③抖动转移特性。
7.4光纤损耗和色散对系统的限制
1 光纤通信系统受到光纤损耗的限制，因此 ，我们要在满足系统的性能指标前提下， 最大限度地延长中继距离。 中继距离的估算一般采用ITU-T G.956所建 议的极限值设计法。
( 3 ) STM-64 系 统 在 选 用 SLM 激 光 器 ， 且 选 用 1550nm工作波长区，不加光放大器也不加色散 补偿的情况下，最大无再生距离至多为37km。 超过37km必须加色散补偿措施。
(4) STM-256系统无补偿措施不能用于局间通信， 而且简单的补偿办法也是行不通的，因为仅频率 啁啾引起的波形展宽就可能使脉冲展宽一倍，表 7-4-1估算结果的误差可能大到已经失去了参考 价值。STM-256系统需要光源的外调制、光放大 和色散补偿多重技术同时采用。可见STM-256系 统目前的传输成本不支持其实用化。
(2) 监控信号的传输
在光纤通信监控系统中，监控信号是怎样在主控 站和被控站之间传输呢?目前有两类方式：
一类是在光缆中加金属导线对来传输监控信号， 已经逐渐被淘汰；
另一类是由光纤来传输监控信号。
光纤来传输监控信号又可分为如下两种方式
a 频分复用传输方式。
采用频分方式可有不同的方法，其中一种方法是脉 冲调顶方法。
4
插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后 在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出， 根 据 插 入 码 的 类 型 分 为 ： mB1P码 ， mB1C码 ， mB1H码。
光电信息科学与工程专业课程
光电信息科学与工程专业课程
从光电信息科学与工程专业课程的角度来看，该专业涵盖了光学、电子学、通信工程等多学科知识，旨在培养学生在光电信息领域的综合能力和技术应用能力。
以下是一些可能的课程：
1. 光电子学：介绍光电子学的基本原理、器件和应用。
包括光的传播、光学波导、半导体光电子器件等。
2. 光纤通信：介绍光纤通信系统的原理、构成和工作原理。
包括光纤传输、光源、调制解调等。
3. 光学与光谱学：介绍光学基本概念、光学器件和光谱仪的原理与应用。
包括干涉、衍射、光谱分析等。
4. 光电子学实验：包括光电传感器的实验、光路调整与校正实验、光电子器件性能测试等。
5. 显示技术：介绍液晶显示器、有机发光二极管（OLED）等显示技术的原理和应用。
6. 光电信息处理：介绍数字图像处理、光学图像处理、光学信息存储等。
7. 光通信与网络：介绍光纤通信系统的网络组成、光网络技术和光通信协议。
8. 量子光学：介绍光的量子性质、光与原子相互作用、量子光
学技术等。
9. 光电子器件与应用：介绍光电子器件的设计、制造、应用等。
如光电开关、光电探测器等。
10. 光子集成电路：介绍光子集成电路器件的设计、制造、调
试与测试。
以上只是一些常见的课程，具体的课程设置可能因学校和教学计划而异。
学生在学习这些课程的同时，还可能需要参加实验、项目设计和实习等实践性活动，以提高实际操作和问题解决能力。
第二节《光的反射》教案拓展知识背景(北师大版初二上)光纤通信
第二节《光的反射》教案拓展知识背景（北师大版初二上）光纤通信1870 年，英国物理学家廷德尔在实验中观看到，把光照耀到盛水的容器内，从出水口 向外倒水时， 光线也沿着水流传播， 显现弯曲现象， 这看起来不符合光只能直线传播的定律。
实际上， 这时刻仍是沿直线传播， 只只是在水流中显现了光反射现象， 因而光是以折线方式 前进的。
简单地讲， 光纤通信也确实是运用光反射原理， 把光的全反射限制在光纤内部， 用光的 信号取代传统通信方式中的电信号。
廷德尔观看到的现象，直至 1955 年才得到实际应用。
当时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作光导纤维。
每根细如丝的光导纤维是用两种对光的折射 率不同的玻璃制成， 一种形成中央中心束线， 另一种包在心束线不处形成包层。
由于两种玻 璃在光学性质上的差不，光线经一定角度从光导纤维的一端射入后，可不能从纤维壁逸出， 而是沿两层玻璃的界面连续反射前进， 从另一端射出。
最初， 这种光导纤维只是应用在医学 上，用来改进内窥镜。
当时使因而应用范畴受到限制。
1960 年，在英国标准通信公司实验室工作的英籍华裔科学家高昆博士和霍克姆博士提 出：只要去除玻璃中的杂质， 使其对光的吸引减到最小， 就能够利用光导纤维进行远距离光 信息传输。
并提出做光通信的光导纤维的衰减率须小于每公里 20 分贝。
1970 年，美国柯林玻璃公司研制出第一根光损耗为每公里开了光导纤维应用于光通信的序幕。
柯林公司经多年努力，纯、专门平均的玻璃纤维，使进入光纤的光信号，在强度减半前可行进 10 多公里。
光导纤维的制造技术在迅速进展， 光纤的光衰减率逐年降低。
到 1979年，1.5 微米波长 的最低光损耗率可达每公里 0.2 分贝。
有了如此高质量的光导体，就能够减少对价格昂贵的 增幅器的需求。
光纤通信与目前通用的电气通信相比有许多优越之处。
光纤通信的通信容量 比电气通信 100 倍，一根比头发丝还细的光纤可传输几万路电话或几千路电视。
通信工程课程内容
通信工程课程内容一、课程简介通信工程是电子信息工程的一个分支，主要涉及无线通信、光纤通信、卫星通信、移动通信等领域。
通信工程课程主要介绍通信系统的基本原理、技术和应用，包括数字通信系统、模拟通信系统以及无线通信系统的设计与实现。
二、课程内容1. 传输系统传输系统是指将信息从发送端传输到接收端的过程，包括调制解调器、编解码器、多路复用器等。
在这个模块中，学生将了解不同类型的传输系统，并学习如何设计和实现这些系统。
2. 数字调制与解调数字调制与解调是数字通信中最基本的技术之一，它将数字信息转换成模拟信号进行传输。
在这个模块中，学生将学习不同类型的数字调制方式，并了解它们的特点和应用。
3. 模拟调制与解调模拟调制与解调是模拟通信中最基本的技术之一，它将模拟信息转换成模拟信号进行传输。
在这个模块中，学生将学习不同类型的模拟调制方式，并了解它们的特点和应用。
4. 无线通信与网络无线通信与网络是指通过无线方式进行信息传输的技术，包括蜂窝网络、卫星通信、局域网等。
在这个模块中，学生将了解不同类型的无线通信技术，并学习如何设计和实现无线通信系统。
5. 光纤通信光纤通信是一种高速、高带宽的数据传输方式，它利用光纤作为传输介质进行信息传输。
在这个模块中，学生将了解不同类型的光纤通信技术，并学习如何设计和实现光纤通信系统。
6. 通信协议通信协议是指在数据传输过程中所遵循的规则和标准，它保证了数据的正确性和稳定性。
在这个模块中，学生将学习不同类型的通信协议，并了解它们的应用场景和特点。
7. 无线电频谱管理无线电频谱管理是指对无线电频谱进行规划、分配、监测和管理的工作。
在这个模块中，学生将了解不同国家对无线电频谱管理的法规和标准，并掌握如何进行有效地频率规划和分配。
三、课程要求1. 掌握基本理论知识通信工程课程是一门理论与实践相结合的学科，学生需要掌握基本的理论知识，包括数字信号处理、模拟信号处理、无线通信等方面的知识。
2024年通信工程师考试大纲更新
2024年通信工程师考试大纲更新随着科技的快速发展，通信工程师的角色变得愈发重要。
为了适应行业的需求和技术的迅猛进步，2024年通信工程师考试大纲进行了全面的更新。
本文将介绍这次更新的详细内容。
一、考试目的和要求2024年通信工程师考试的目的在于评估考生在通信与网络领域的专业知识、技能和应用能力。
考试要求考生具备扎实的理论基础和广泛的工程实践经验，能够独立完成通信工程项目的设计、实施和维护等任务。
二、考试科目新大纲对考试科目进行了微调，主要包括以下几个方面：1. 通信原理与系统：该科目主要测试考生对通信原理的理解和掌握程度，包括数字通信、模拟通信、移动通信等内容。
2. 信号与系统：该科目考察考生对信号理论和系统分析的掌握能力，如信号变换、信号传输、系统的稳定性和滤波器等。
3. 通信网络与协议：此科目涉及到网络结构、协议原理、网络安全等内容，着重考察考生对通信网络的设计、实施和维护能力。
4. 无线通信与移动网络：这一科目主要关注无线通信系统、移动通信网络以及相关技术，如蜂窝网络、无线传感器网络、移动互联网等。
5. 光纤通信与光网络：包括光纤通信系统、光纤传输技术、光网络设计等领域，对考生的光通信基础知识和技术能力进行考核。
6. 通信工程管理与实践：重点考察考生在通信工程项目管理、成本控制、项目风险分析等方面的综合能力。
三、考试形式为了更好地评估考生的实际操作能力，2024年的通信工程师考试将采用多种形式，包括理论考试、实际操作和综合应用等。
具体考试形式将在考前进行详细通知。
四、备考建议1. 充分了解新大纲：考生应仔细研读新的考试大纲，了解每个科目的重点和考试要求。
2. 多做题：通过解答历年真题和模拟试题，可以熟悉考试题型和考点，提高解题效率。
3. 注重实践技能：通信工程师需要具备实践操作能力，因此考生应参与实验室实践、工程项目和实地考察等实践活动，提升自己的实际应用能力。
4. 学习交流：与同行业人员交流学习，参加行业研讨会和技术培训，扩展知识面和技术广度。
清华大学-光纤通信技术
无损光纤中的光孤子传输
图8
图9
无损光纤中的光孤子传输
图 10
图 11
光孤子：利用非线性平衡色散效应 光孤子：
缺点：维持色散与非线性间 缺点： 的平衡条件过于精细， 的平衡条件过于精细，利用 非线性带来其它副作用
多种非线性效应共同作用
光纤的其它限制及解决方案
PMD补偿技术 PMD补偿技术 WDM/ETDM L+，S，S+ L+， +OTDM L波段WDM 波段WDM
WDM 色散补偿
PMD限制 PMD限制
改善PMD 改善PMD特 PMD特 性的光纤
新型光纤
OTDM
孤子
非线性限制 非零色散位移光纤 色散位移光纤
色散限制 普通单模光纤
提升容量方法：单信道比特率提高 提升容量方法：
OTDM 原理
时钟提取
MOD MOD
超短脉 冲光源
MOD
时分 解复 用器
EDFA
时钟源
2.5Gb/s 1:16 2.5 G Clock DeMultiplexer Optical Rx
2.5Gb/s Optical Output LOS/LOF +5v -5.2v
+3.3V DC TO DC Conventer
+3.3
五、WDM系统的发展趋势 WDM系统的发展趋势
单路超高速 单路超高速40Gb/s,160Gb/s,640Gb/s 超密信道间距 超密信道间距10GHz 信道数攀升 1022 Channel 展宽波长范围 Band,L-Band,S展宽波长范围C-Band,L-Band,S-Band 超长无中继 450km with remote Amp 超长传输距离 网络化
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next-generation optical network
A Road map of an all-optical Network
Technologies Innovations example:
Evolution of High Capacity DWDM system
OXC
Selected Paper ended
5. Gigabit Ethernet (1Gb/s) 8 Channels
SuperNet Applications
100 miles
DARPA
100 miles
DOD Information Superiority Requires Terabit Battlefield Communications
DEMUX
λ1 光接收机 λ2 光接收机 λ3 光接收机
功放
线放
预放
λN
光接收机
第三代光纤传输系统(3rd G)
光发射机 λ1 光发射机 λ2 光发射机 λ3 光发射机 λN
MUX
EDFA+Raman
DEMUX
λ1 光接收机 λ2 光接收机 λ3 光接收机
功放
线放
预放
λN
光接收机
拉曼泵浦系统放大
Beginning
Current optical networks
Key techniques Networks evolution
How Much is 10 Gb/s
1. ASCII Character (8 bit) 109 Char./s (1000 books) 2. Voice Channel (64Kb/s) 155,000 Channels 3. HDTV (600Mb/s) Compressed (20Mb/s) 4. HIPPI (800Mb/s) 16 Channels 500 Channels 12 Channels
1 ft x 10 bits
2.8 Terabit
Communication Rate T3 - 45 Mbps OC48 - 2.5 Gbps Tbps
Time for 2.8 Terabit 25 hours 15 minutes 2.8 seconds
Other Traffic Sources Radar/SAR MultiMulti-spectral sensors - Infrared - ?wave - RF (Tbps)
光纤通信的产生--激光与光纤的发明
•雏形：古代烽火、手旗、灯光 雏形：古代烽火、手旗、 雏形 1880年 贝尔的光电话 年 激光器
1960 Maiman发明红宝石激光器 发明红宝石激光器
光纤
1951 医用玻璃纤维（损耗 医用玻璃纤维（损耗1000dB/km） ）
1962 半导体激光器诞生（GaAs 870nm) 1965 ler 透镜光波导 半导体激光器诞生（ 70 年代室温工作 年代室温工作LD(GaAsAI 850nm) 1300、1550nm 多模 、 多模LD 静态单模LD 静态单模 动态单模LD 动态单模 1966 高锟 理论预言 1970 康宁制出低损耗光纤 康宁制出低损耗光纤(20dB/km) 1300、1550nm低损耗窗口光纤开发 、 低损耗窗口光纤开发 单模光纤
光纤通信系统与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ络 纤通信系统与网络
Optical Communication Systems & Networks 张 春 蕾
Chunlei Zhang Email:zhang_chl@
兰州交通大学电子与信息学院
School of Electronic and Information Engineering, , Lanzhou Jiaotong University
• Photonics
21 世纪的传输：Tbit 到干线网 世纪的传输： 到办公室/ Gbit 到办公室/家庭 Mbit 到个人 Service drivers for Originating Bandwidth
Broadband Networks
U.S. Interstate Communication Traffic
1960 Maiman世界上第一个红宝石激光器问世 世界上第一个红宝石激光器问世
Dr. T H Maiman with the first ruby laser
1966 高锟 理论预言
1998 International Lecture by IEE, Prof Charles Kao inventor of fibre optics,
From a paper
IEEE Communication Magazine,.
September 2003 Vol.41 No.9
After the Optical Bubble: The Reality Check Sudhir S. Dixit and Jacek Chrostowski
Next-Generation Optical Networks as a Value Creation Platform Botaro Hirosaki, Katsumi Emura, Shinichiro Hayano, and Hiroyuki Tsutsumi, NEC Corporation
Contents
Background of fiber optics Current optical networks Future of optical networks
Background of fiber optics
Optical fiber Laser Optical fiber Communication system
Optical Networking ( Core Long Haul ) Probable View - Hybrid Rings & Meshes
MULTIPLEXING TECHNIQUES
TDM: Each ONU gets a timeslot + Simple for low speeds – Synchronization & power equalization necessary – Upgrades difficult WDM: WDM: Each ONU gets a wavelength band + Transparent fiber pipe from each ONU + Highest bandwidth – Precise control λ of laser, combiner & receiver SCM: Each ONU gets an RF frequency band + Simple radio techniques + No timing or wavelength control + Uses 70 years of know-how on sharing either know– Optical Beat interference
1958 发表红宝石激光器论文
1958 scientific paper, Infrared and Optical Masers, by Arthur L. Schawlow, and Charles H. Townes, Physical Review, Schawlow and Townes Invent the Laser Masers and Maser Communications System Laser Patent Number(s) 2,929,922
1970 康宁制出低损耗光纤 康宁制出低损耗光纤(20dB/km)
2000， President Clinton announced the winner of National Medal of Technology of 2000 to Corning inc. Of inventors of low loss optical fiber For the 1970 team of corning scientists honored for breakthrough that transformed telecommunications, paved way for the internet. Donald B. Keck. Robert D. Maurer Peter C Schultz
网络业务量变化的战略趋势
根据初步分析,今后5 10年中国网上的数据 根据初步分析,今后5到10年中国网上的数据 业务量将可能会超过话音业务量。 业务量将可能会超过话音业务量。 (7- 年最有可能,干线网可能仅3 (7-8年最有可能,干线网可能仅3年) IP业务将最终成为主导的联网协议。 IP业务将最终成为主导的联网协议。 业务将最终成为主导的联网协议 业务总量将有大幅度增加(几十倍) 业务总量将有大幅度增加(几十倍)。 传统电话网将不可避免要过渡到分组交换为 基础的融合的下一代网，下一代网将最终支 基础的融合的下一代网， 持包括话音在内的所有业务。 持包括话音在内的所有业务。