光通信网络整体介绍
全光通信网的特点及其关键技术
全光通信网的特点及其关键技术摘要：全光通信网是一种利用光学技术传输信息的高速数据传输网络。
该网络具有高带宽、低能耗、安全可靠、无电磁干扰等特点，适合用于音视频传输、数据中心、云计算等领域。
本文首先介绍了全光通信网的基本架构及其特点，然后重点阐述了光纤通信技术、光光转换技术、光路交换技术、无源光网络技术和光网络安全性技术等关键技术的实现原理与应用。
关键词：全光通信网，光纤通信技术，光光转换技术，光路交换技术，无源光网络技术，光网络安全性技术。
正文：一、全光通信网的基本架构及其特点全光通信网是指在通信网络中全部使用光学器件来完成光信号的生成、放大、传输和接收等工作，避免了电信号到光信号的转换。
全光通信网具有以下特点：1.高带宽：由于光信号的频率非常高，因此可以实现高速、大容量的数据传输，大大提高了网络的数据通信速度。
2.低能耗：光学器件本身具有低能耗和高可靠性，可以有效地减少网络的能耗和维护成本。
3.安全可靠：光信号无法被窃听和干扰，使网络具有更高的安全性和可靠性。
4.无电磁干扰：由于全光通信网仅仅使用光学信号传输数据，因此避免了电磁干扰现象的产生，可以更好地保障通信质量。
二、光纤通信技术全光通信网中，光纤是一种重要的传输介质。
光纤通信技术采用光纤作为传输媒介，可以实现高速、远距离的数据传输。
光纤通信技术主要包括以下方面：1.波分复用技术（WDM）：利用不同颜色（波长）的光来传输不同的信号，以实现多路复用和高速数据传输。
2.光放大器技术：将信号通过光纤传输时，信号会因为衰减而逐渐变弱，光放大器可以增强光信号，使信号能够在长距离的光纤中传输。
三、光光转换技术光光转换技术是指将光信号转换成另一种波长或者将光能量转换成电能量。
光光转换技术包括以下方面：1.光电转换器件：将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号，以实现光电互换。
2.光调制技术：将不同波长的多个光信号调制为一个复合信号，可以将多个同时传输的光信号合并。
全光通信网概要
用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等) 代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；
光纤通信系统
数字通信系统的优点：
① 抗干扰能力强，传输质量好。 ② 可以用再生中继，传输距离长。 ③ 适用各种业务的传输，灵活性大。 ④ 容易实现高强度的保密通信。 ⑤ 数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现 小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。
μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长 波长），传输速率从几十Mb/s发展到几十
Gb/s。
▪
随着技术的进步和大规模产业的形成，
光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。目 前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光
纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的 支柱。
光纤特点
➢ 频带极宽：拥有极宽的频带范围； ➢ 损耗小，无中继距离长； ➢ 保密性强：不会向外幅射信号，有效地防止了窃听； ➢ 重量轻，体积小； ➢ 抗干扰性强：不会受外界电磁干扰影响； ➢ 光纤通信不带电，可用于易燃易爆场合； ➢ 使用环境温度范围宽； ➢ 抗化学腐蚀，使用寿命长。
▪ 第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容量超长距离 为目标、全面深入开展新技术研究的时期。
光纤的特点
6
5
第一窗口
4
3
2
1
0。4 0。2
C 波段
1525~1565nm 第二窗口
第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
波长——λ（μm）
▪ 1979年分别在北京和上海建成了市话光缆通信试验 系统。
▪ 1982年，中国第一个实用化光纤通信系统工程由武 汉邮科院研制并在武汉电信投入使用 。
什么是光网络，或许这几张图就能很好的诠释了
什么是光网络，或许这几张图就能很好的诠释了定义：光网络是一种通信网络，用于通过光纤电缆在一端到另一端之间交换信息，它是用于数据通信的最快网络之一。
光纤的数据信号以光脉冲的形式传输，因此，使用光网络以进行光信号传输。
现在，问题出现了，当我们有其他通信网络时，还需要什么光网络。
这个问题的答案基本上取决于以光脉冲形式传输信号的难易程度今天的互联网时代是基于光缆的，只有光信号可以通过这些光缆传输因此，出现了对光网络的需求。
光缆的生产成本低，因此通过光缆进行传输是一项更容易的任务，除此之外，与其他电缆相比，光纤电缆允许更大的数据承载能力和更长的传输距离。
光网络的组成部分光网络基本上由以下元素组成：站点：光网络中的站点充当传输和接收信息的来源和目的地，站基本上是网络用户使用的那些设备，例如，计算机或任何其他电信设备。
干线：干线基本上是一条传输线，即光纤电缆，用于传输光信号，一个网络由一个或多个干线组成，用于远距离的信号传输。
节点：节点只不过是网络内多条传输线的集线器，在单条传输线的情况下，光网络不需要节点，因为在这种情况下，两端的站点可以直接连接到光缆。
拓扑：当光网络中使用多条光缆时，这些光缆通过节点连接，但是多个节点连接在一起的方式表示网络的拓扑结构。
路由器：路由器基本上放置在光网络中，为信号传输提供合适的路径。
光网络拓扑拓扑是光网络中多条光纤传输线的排列，我们来了解各种拓扑：拓扑类型总线拓扑：在总线拓扑中，各个节点在光耦合器的帮助下通过单个干线连接，这允许一种方便且具有成本效益的方法来传输信号。
然而，在总线拓扑中，很难确定故障节点，而且从该特定节点恢复传输的信号也需要时间。
总线拓扑环形拓扑：在环形拓扑中，一个节点与其相邻节点相连，从而形成一条闭合路径，以光的形式传输的信息从一个节点发送到另一个节点。
此外，光耦合器安装在网络内，以便将传输的光信号从一个节点耦合到另一个节点。
环形拓扑星型拓扑：在星型连接中，网络的各个节点通过一个中央集线器连接在一起，这个中央集线器可以是主动或被动网络，这个中央集线器然后控制和引导光网络内传输的光信号。
光通信介绍
本文主要对光纤通信进行简单介绍光纤通信，是指将要传送的语音、图像和数据信号等调制在光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式1.本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
2.弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。
3.挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
4.杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
5.不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
6.对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
7.多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。
但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
8.单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。
因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好9.常规型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300μm。
10.色散位移型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm和1550μm。
11.突变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。
其成本低，模间色散高。
适用于短途低速通讯，如：工控。
但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。
12.渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
13.电发射端机主要任务是PCM编码和信号的多路复用。
多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。
PON网络知识介绍
TDM/WDM复用技术可以显著提高 PON网络的传输容量和灵活性，但同 时也增加了网络的复杂性和成本。
04 PON网络性能指标与评估方法
传输性能指标
带宽
PON网络提供的上下行带宽，决定了网络 传输数据的能力。
传输时延
传输速率
PON网络设备的传输速率，包括线路速率 和设备端口速率。
数据在PON网络中传输所需的时间，影响 网络的实时性。
03 PON网络关键技术
无源光分路器技术
原理
无源光分路器（Passive Optical Splitter）是PON网络中的关键设备，它采用光学原 理将一路光信号分成多路光信号，或将多路光信号合成一路光信号。
类型
常见的无源光分路器有熔融拉锥型、微光学型、光波导型等。
特点
无源光分路器具有无需电源、体积小、重量轻、可靠性高等优点，但同时也存在插入损 耗、分光比限制等缺点。
OLT设备安装
选择合适的位置，固定OLT设备，连接电源和接地线，配置网络 接口。
ONU设备安装
根据网络规划，确定ONU设备的安装位置和数量，连接电源和 网络接口。
光纤连接
使用合适的光纤和连接器，按照规定的光纤连接方式进行连接， 确保光信号的传输质量。
系统调试与测试
设备配置
对OLT和ONU设备进行配置，包括网络参数、业务参数、安全参 数等。
特点
突发光通信技术可以提高PON网络的带宽利用率和传输效 率，但同时也对光器件的性能提出了更高的要求。
TDM/WDM复用技术
01
02
03
原理
实现方式
特点
时分复用（TDM）和波分复用（ WDM）是PON网络中常用的复用技 术，它们分别将多路信号在时域和频 域上进行复用和解复用。
全光网络介绍-论文型
全光⽹络介绍-论⽂型1全光⽹络技术及发展⼀、前⾔21世纪的到来，⼈类社会进⼊了信息化⾼速发展的时代，随着Internet的迅速发展，信息⽹络的应⽤渗透到社会的各个领域。
信息通讯量的急剧增加和全业务服务的需要，使得现有的基础⽹络难以适应。
现有通信⽹络中，各个节点要完成光/电、电/光的转换，⽽其中的电⼦器件在适应⾼速、⼤容量的需求上，存在着带宽限制、时钟偏移、严重串话、⾼功耗等缺点，因此产⽣了通信⽹中的“信息瓶颈”现象。
⽽光纤通信技术凭借其巨⼤潜在带宽容量的特点，成为⽀撑通信业务中最重要的技术之⼀。
为了充分发挥光纤通信的极宽频带、抗电磁⼲扰、保密性强、传输损耗低等优点，⼈们提出了全光⽹的概念。
⼆、全光⽹的概念全光⽹的含义是指⽹络中端到端⽤户节点之间的信号通道保持着光的形式，信号传输与交换全部采⽤光波技术，即数据从源节点到⽬的节点的传输过程都在光域内进⾏，在各⽹络节点的交换则使⽤⾼可靠、⼤容量和⾼度灵活的光交叉连接设备。
由于⽹络中不⽤光电转换器，允许存在各种不同的协议和编码形式，信息传输具有透明性。
为区别于现有光通信⽹络，上述性能的光通信⽹络我们称为全光⽹。
三、全光⽹的主要技术全光⽹的主要技术有光纤技术、SDH、光交换技术、OXC、光复⽤／去复⽤技术、⽆源光⽹技术、光纤放⼤器技术等。
3.1光纤技术光纤作为传输光信息的载体，光纤技术的发展直接决定着光⽹络技术的发展。
当光纤的直径减⼩到⼀个光波波长时，光在其中⽆反射地沿直线传播，这种光纤称为单模光纤。
单模光纤传输具有内部损耗低、带宽⼤、易于升级扩容和成本低的优点。
下⾯介绍⼀下单模光纤传输的特性及对传输速率的影响：1、频带宽，通信容量⼤。
⽬前可⽤的850nm波长区、1310nm波长区和1550nm波长区所对应的固定带宽就有约60THz。
巨⼤的频带带宽是光纤最突出的优点，这对传输各种宽频带信息意义⼗分重要。
2、损耗低，中继距离长。
单模光纤的衰减特性有随波长递增⽽减⼩的总趋势，除了靠近1385nm附近由OH根造成的损耗峰外，在1310nm-1600nm间都趋于平坦。
第二讲光网络结构体系及分类
第二讲光网络结构体系及分类光网络是一种基于光传输技术的通信网络体系，它利用光信号作为信息的传输媒介，具有高带宽、长距离传输、低功耗等优点，被广泛应用在现代通信领域。
光网络结构体系和分类是指在光网络中，根据不同的架构和应用需求进行分类和组织的方式。
下面将从光网络结构体系和分类两个方面进行阐述。
一、光网络结构体系光网络结构体系通常包括三个层次：光核心网、光接入网和光用户网络。
1.光核心网层：光核心网是光网络的中枢部分，承载着大量的数据传输任务。
它利用光传输技术将数据在不同节点之间进行转发和交换，实现大规模网络的连接和通信。
光核心网通常采用光分组交换技术，将光信号分成一组一组的数据包进行传输，这样可以提高网络的带宽利用率和传输效率。
2.光接入网层：光接入网是将光信号传输到用户终端的网络环节。
它连接光核心网和光用户网络，是光网络和用户之间的桥梁。
光接入网有多种技术架构，包括光纤到户（FTTH）、光纤到楼（FTTB）和光纤到街（FTTC）等。
光接入网可以满足用户对高带宽、高速率传输的需求，实现用户之间的互联互通。
3.光用户网络层：光用户网络是指用户终端设备之间通过光网络进行通信和数据传输的网络层次。
它包括各种终端设备，如个人电脑、手机、智能家居设备等。
光用户网络可以通过光接入网连接到光核心网，实现与其他用户和网络资源的连接和通信。
二、光网络分类根据应用需求和网络规模的不同，光网络可以分为长途光网络和短距离光网络两种分类。
1.长途光网络：长途光网络主要用于实现大范围的传输，通常跨越数百甚至上千公里的距离，用于连接不同城市、国家或洲际之间的通信。
长途光网络通常采用的是光纤传输技术，利用光纤的低损耗和高带宽特性，实现对大量数据的高速传输。
长途光网络通常具有多个节点和交换中心，采用光分组交换技术和多路复用技术，具有高速率、大容量和灵活性的特点。
2.短距离光网络：短距离光网络主要用于局域网（LAN）和数据中心等小范围的通信需求。
什么是光通信？有何作用？
什么是光通信？有何作用？光通信就是使用光，向对方传输信息的技术。
一．光通信的基本结构我们身边的电脑和手机，通过电信号“0和1”发送信息。
光通信是由将电信号转换成光信号的“发送机”、将光信号转换成电信号的“接收机”，以及传输光的回路“光纤”构成。
二．光通信的优点1.传输距离长，经济节能假设1秒钟内要传输10Gb的信息（100亿个信号），如果使用电通信的话，每隔100米就要调整一次信号。
与此相比，使用光通信的话，需要调整间隔可为100千米以上。
调整信号的次数越少，所使用的机器数量也越少，因此具有经济节能的效果。
比如说，现在和国外的朋友通话或上网聊天时，感觉与在国内通话没什么两样。
不像以前那样声音会滞后。
在只有电通信的时代，一次能传输的距离短而且传输的信息量少，国际间的通信主要通过人造卫星作为中继传输。
但是，使用光通信的话，一次性传输的距离长而且传输的信息量多，因此，通过使用铺设在海底的光纤光缆，就能实现与海外自然畅通的通信。
（电波和光的速度相同。
但是，由于经由卫星的话传输路径会变长，信号到达较慢。
海底电缆的距离短很多，所以信号会更快达到。
）2.一次性传输海量信息大量用户可以同时接收需要的信息（电影或新闻等）。
在1秒钟内，电通信最多只能传输10Gb（100亿个0和1信号）的信息，与此相比，光通信最多可以传输1Tb（1万亿个0和1信号）的信息。
3.通信速度快电通信会因电噪声出现错误，导致通信速度下降。
但是，光通信不会受到噪声的影响，因此可快速传输信号。
三．光通信用在什么地方1.光通信存在于身边乃至世界互联网、手机、IP电话等使用网络的设备，将每个人与其所在地区、与整个国家联系起来，甚至连接至全球通信网。
比如说，电脑和手机发出的信号聚集在本地通信运营商的基站和网络供应商，再通过海底光缆中的光纤传输至世界各地。
2.连接网络的各种设备我们平常所使用的各种设备都能联网。
网络的出现，让我们的生活变得更加舒适便捷。
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AUG
同步传输模块 STM-N
SDH分层模型
非 SDH 客户 ( 电路层 )
VC-11 VC-12 VC-2 VC-2-nc VC-3
VC-3
VC-4
VC-4-Xc
复用段 再生段
物理层
低阶 通道层
高阶
段层 传输
媒质层
SDH 网络单元
终端复用器
SDH （同步数字传输系统）
统一的网络接口；
新复用映射方式；
组网自愈能力强；
统一的网管接口；
运行维护功能强；
帧结构
1
3
RSOH
4 AUPTR
5
MSOH
9
9×N
9×270× N字节
STM-N 净负荷 (含POH)
261× N
先行后列
以 字节 为单位 (8bit) 的块状帧 帧 频 8000 帧 /s ， 帧 周期 125us
设备
收
机
用户
用户 终端
卫星通信
微波通信 光纤通信 移动通信
传输系统
光纤通信系统
驱动电路
光源
调制器
光发射机
光纤
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
中继器
光接收机
光器件
目录
?光通信发展概况 ?光纤通信系统 ?光传送网
电信网
应用层
家庭购物 远程教学 会议电视
文件传送 E-mail
.....
PSTN
低阶虚容器： VC-12 支路单元： TU-12
TU-12PTR... TU-12PTR VC-12 ...
VC-12 支路单元组： TUG-2
TUG-2
TUG-2
支路单元组： TUG-3
VC-4 POH TUG-3
AU-4PTR AU-4PTR
SOH
AUG
TUG-3 VC-4 VC-4
高阶虚容器： VC-4 管理单元： AU-4 管理单元组： AUG
目标和大力推广应用的大发展时期。
? 第三阶段(1986~ )，这是以超大容量、超长距离为目标、全面深入开
展新技术研究的时期。
目录
?光通信发展概况 ?光纤通信系统 ?光传送网
通信
通信方式简介
用户
用户 终端
用户 环路
交换 设备
电复接 设备
发 送
机
用户
用户 终端
用户
用户 终端
用户
交换
电复接
接
环路
设备
市场需求的发展凸显了各项技术的优势，同时也发现了各项技术的瓶颈。
传送技术应对全IP 网络发展路线
骨干传送层面
汇聚接入层面 用户接入层面
PDH （准同步数字传输系统 ）
基于语音通信 点对点传输 准同步系统
PDH（准同步数字传输系统 ）
缺点
接口：电接口只有 地区性标准；无光 接口规范； 复用：异步复用； 运行维护功能弱， 安全性差； 无统一网管接口， 无法统一管理；
光传送网络的发展
实用化 产品出现
SDH标准完善PDH 仍为主力
DWDM 开始建设
MSTP/ASON
1976 1966
90年代初 80年代
98年
02年
容量增加/业务多样化
94年
99年
高锟提出 光传输理论
PDH产品开始 规模使用
SDH逐步成为 传输主力设备
DWDM规模建 设，全光网试验
PDH ：准同步数字传输系统； SDH ：同步数字传输系统； MSTP ：多业务传送平台 DWDM ：密集波分复用系统； ASON ：自动交换光网络（智能光网络）
欧洲系列
565Mb/s ×4
139Mb/s
×4 34Mb/s
×4 8Mb/s
×4 2Mb/s
日本系列
北美系列
1.6Gb/s ×4
400Mb/s ×4
100Mb/s ×3
32Mb/s ×5
6.3Mb/s
274Mb/s
×6 45Mb/s
×7 6.3Mb/s
×4
×4
1.5Mb/s
PDH体制不适应大容量传输网的组建，SDH体制应运而生。
光通信网络 整体介绍
目录
?光通信发展概况 ?光纤通信系统 ?光传送网
光纤
光源
光纤通信
？？？
光纤通信 是以光作为信息载体，以光纤作为传输 介质的光信息传输技术。
光纤通信的探索
光纤通信技术的发展
光纤通信的发展 可以粗略地分为三个阶段： ? 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。 ? 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究
我国SDH 复用映射结构
×N
STM-N
AUG
AU-4
VC-4
C-4 139264kbit/s
指针处理
映射 定位 复用
TUG-3
TU-3
VC-3
C-3
34268kbit/s
TUG-2
TU-12
VC-12
C-12 2048kbit/s
典型示例
TU-12PTR
C-12 容器： C-12
VC-12 POH C-12 VC-12
PDH--分插支路信号
光信号
140/t/s
34/140Mbit/s
光解
数
复 电 光信号
/
复 34/8Mbit/s
字 8/34Mbit/s 配
/
电用解
线
架
复用 光
复
用解
复用
8/2Mbit/s 复 用
2/8Mbit/s 用
2Mbit/s
SDH（同步数字传输系统）
? SDH 是一套数字传送结构； ? 通过物理传输网络传送经适配的业务信息（净负荷）； ? 被设计成多用途，允许传送各种类型的信号（包括G.702 规定的 PDH 信号在内）。 ?一种具有标准光接口的高速光纤系统 。 ? 一种同步复用设备 。 ?一种由基本网元组成,可进行同步信息传输,复用,分插和交叉连接的 传送网 。 ? SDH传输网非常容易地扩展，并且非常适于新的电信业务的开发。 ? SDH 标准使不同厂家生产的设备之间进行互通成为可能，这正是 网络建设者长期以来一直期望的。 ?对于用户和通信运营商来说，SDH 标准可以保证未来的信息技术的 发展将会是有条不紊的，完全不必要担心出现不兼容性或网络的过时问 题。
PSDN
业务网
ISDN
B-ISDN
传送网
. CATV .
.
计算机网
通道层 物理层
传送网
省际干线网 省内干线网 本地中继网 末端接入网
传送网发展
※模拟（FDM ）→数字（TDM ） ※电通信 →光通信 ※有线/无线结合 →有线(光纤)为主 ※PDH→SDH→DWDM→OTN -PTN- PON→AON PDH ：Plesiochronous Digital Hierarchy SDH ：Synchronous Digital Hierarchy DWDM:D ense Wavelength Division Multiplexing OTN ：Optical Transport Network PTN ：Packet Transport Network PON ：Passive Optical Network