第1章 光通信概论

1、第1章 光通信概论 提纲 n1.1光通信的基本概念 n1.1.1通信的基本概念 n1.1.2光通信的概念 n1.1.3光纤通信系统的构成 n1.2光纤通信的发展历史 1.1光通信的基本概念 n1.1.1通信的基本概念 n通信是信息的互通人们通过听觉、视觉等 感官或者仪器、仪表等感知到的关于现实世界 的各类信息的传递 古代战争中的烽火狼烟、击鼓鸣金 日常生活中的手语、各国海军通用的旗语等 n信息量比较少、传递的范围也比较小 n现代科技技术的发展，借助电、光等信号来更 大范围的传递更多的信息 n现代意义的通信系统结构如图所示 n包括： 信源、信宿 发射机、接收机 传输介质 发送机 （调制 器） 信

2、道 接收机 （解调 器） 信息输 入 信息输 出 n信源、信宿 信源：产生各种信息（如语音、图像、文本、 数据等）的信息源，可以是人或机器。 信宿：信息的接收者，可以是人或机器 n信源、与信源组合，可以构建 人人通信 人机通信 机人通信 机机通信 n发射机、接收机 n发射机：将信源发出的信号通过调制变换成适 合在信道中传输的信号。 n调制： 一个信号的某种特征（如振幅、频率或相位） 会随着另一个信号的某种特征（可以是一样的 特征，也可以是不一样的特征）所作相应的变 化，就可以把一个信号上反映的信息用另一个 信号表现出来的过程。 一个信号影响另一个信号、使得两个信号之间 建立起一种联系的过程。

3、n接收机：作用与发射机相反，将从信道上接收 的信号变换成信宿可以接收的信息。 n解调：与调制相对应，解调完成信号的反变换 ，还原原信号。 n传输介质 信道即承载信息的信号的传输介质。 n通信系统的分类 按信道中传输信号（载波）分类 l电通信： l光通信： l载波频率越高，传输信息容量越大 按调制方式分类 l幅度调制：利用载波的幅度携带信息 l相位调制：利用载波的相位携带信息 l频率调制：利用载波的频率携带信息等 l 按传输介质分类 l有线通信：传输介质为架空明线、电缆和光缆 l无线通信：在自由空间传输电磁波或光波 n光通信的概念 n以光波作为载波进行通信的技术 n有线方式：即光纤通信，以光纤为

4、传输介质 n无线方式：包括自由空间光通信（FSO）、紫 外光通信、可见光通信、水下光通信等。 n光波（包括紫外线、可见光、红外线）的频率 远远大于无线电波的频率，所以以光波作为载 波将比以电磁波作为载波有更大的信息容量。 波长 频率 n光纤通信系统的构成 n包括电发射机、光发射机、光接收机、电接收 机、中继器、光纤等部分。 光 发 送 机 光 接 收 机 电 发 送 机 电 接 收 机 中 继 器 光纤 光纤 光源 调制 光检测器 解调 n电发射机对来自信源的信号进行处理，如模/ 数变换、多路复用等。 n光发射机中驱动光源发光，完成对光载波的调 制并将光信号送入光纤进行传输。 n光接收机利用光

5、检测器将经光纤传输的光信号 还原成电信号，完成光信号的解调，并对信号 进行再生，输入到电接收机，恢复原始信息。 n中继器对长距离光纤传输衰减和畸变的光信号 进行再生，继续向前传送。 n光纤通信系统的简化 n“电光转换光纤传输光电转换” 在发射端实现电光转换，完成光载波的调制； 携带信息的光信号然后在光纤线路中传输； 在接收端完成光载波的解调，恢复原始信息。 电 光 转 换 光 电 转 换 电 信 号 光纤 电 信 号 光信号 1.2光纤通信的发展历史 n电通信在通信领域占据重要地位 1837年，莫尔斯发明了电报人类进入了 电通信时代 贝尔发明了电话 马可尼、波波夫发明了无线电通信 n通信容量几

6、乎和载波频率成正比 n频率更高的频段光波进行通信受到关注 n现代意义的光通信从1880年贝尔发明光电话 开始 n贝尔光电话的结构 n贝尔的光电话的不足 当时的能够获得的都是频谱极宽的光源，无法 实现高速调制载波的局限 光信号在大气中进行传输，受空气的质量和气 候的影响十分严重传输媒介的局限 n未能有效解决通信的载波源和传输介质两大关 键问题所以光通信的发展一直处于停滞状态。 反射 镜 话筒 听筒 太阳 抛物面 反射镜 电池 硒管 n1960年梅曼发明了世界上的第一台红宝石激 光器，解决了单频光载波的产生的问题 n1970年室温下连续运行的半导体激光器 n1966年高锟证明了低损耗光纤的可能 n

7、1970年制造出衰减为20dB/km的光纤 n1976年，美国建立了世界上第一条、速率 45Mb/s的实验线路，开始向用发展起来 n1980年代开始作为通信网的主干 n光纤通信的容量和传输距离成倍增长，光纤通 信技术被广泛应用于信息传输的领域，成为现 代信息网络的骨干和基础。 l进入二十一世纪，随着多种先进调制技术、色 散补偿技术、各类器件技术等的发展，出现了 以单波长40Gb/s和100Gb/s为基础的总容量可 达10Tb/s的波分复用系统的商业应用。 l预计在2017年左右单波长400Gb/s的系统也会 开始逐步商用，有效地解决运营商面临的网络 业务流量及带宽持续增长的压力。 n国内的发展 中国相关研究和产业发展几乎和国际上同步 1973年武汉邮电科学研究院开始研究光纤通 信 1978年，实用化的光纤光缆开发成功。 1982年，国内第一条商用光纤线路在武汉建 成，跨越武昌、汉阳、汉口，全长13.3km， 传输速率8.448Mb/s 时间时间主要技术特点主要技术特点地点地点 1982年年8.448Mb/s，波长850nm， 多模光纤 武汉武汉 1983年年34Mb/s，波长1300nm，多 模光纤 武汉武汉 1986年年34Mb/s，单模光纤汉口汉口荆州荆州 1992年年140Mb/s合肥合肥芜湖芜湖 1993年年565 Mb/s上海上海无锡无锡 1998年年SDH