電子信息科學(xué)與技術(shù)前沿報(bào)告.doc

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電子信息科學(xué)與技術(shù)前沿報(bào)告 姓名: 學(xué)號(hào) 專業(yè):電子信息科學(xué)與技術(shù) 摘要：光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。光導(dǎo)纖維通信簡(jiǎn)稱光纖通信。 關(guān)鍵字：光纖通信技術(shù) 特點(diǎn) 種類 發(fā)展趨勢(shì) 21世紀(jì)一個(gè)信息爆炸的時(shí)代，也是一個(gè)信息傳輸?shù)臅r(shí)代，而通信網(wǎng)中光纖通信以其獨(dú)特而脫穎而出，或許在未來(lái)的社會(huì)中會(huì)迎來(lái)一個(gè)全新的廣網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。 一 光通信技術(shù)的特點(diǎn) 1 頻帶極寬，通信容量大。光纖的傳輸帶寬比銅線或電纜大得多。對(duì) 單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)，由于終端設(shè)備的限制往往發(fā)揮不出帶寬大的優(yōu)勢(shì)。因此需要技術(shù)來(lái)增加傳輸?shù)娜萘?，密集波分?fù)用技術(shù)就能解決這個(gè)問(wèn)題。 2 損耗低，中繼距離長(zhǎng)。目前，商品石英光纖和其它傳輸介質(zhì)相比的損耗是最低的；如果將來(lái)使用非石英極低損耗傳輸介質(zhì)，理論上傳輸?shù)膿p耗還可以降到更低的水平。這就表明通過(guò)光纖通信系統(tǒng)可以減少系統(tǒng)的施工成本，帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。 3 抗電磁干擾能力強(qiáng)。石英有很強(qiáng)的抗腐蝕性，而且絕緣性好。而且它還有一個(gè)重要的特性就是抗電磁干擾的能力很強(qiáng)，它不受外部環(huán)境的影響，也不受人為架設(shè)的電纜等干擾。這一點(diǎn)對(duì)于在強(qiáng)電領(lǐng)域的通訊應(yīng)用特別有用，而且在軍事上也大有用處。 4 無(wú)串音干擾，保密性好。在電波傳輸?shù)倪^(guò)程中，電磁波的傳播容易泄露，保密性差。而光波在光纖中傳播，不會(huì)發(fā)生串?dāng)_的現(xiàn)象，保密性強(qiáng)。除以上特點(diǎn)之外，還有光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)；光纖的原材料資源豐富，成本低；溫度穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。正是因?yàn)楣饫w的這些優(yōu)點(diǎn)，光纖的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。 二 光纖通信技術(shù)的種類 1 光纖光纜技術(shù) 光纖技術(shù)的進(jìn)步可以從兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明: 一是通信系統(tǒng)所用的光纖; 二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個(gè)，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近幾年相繼開發(fā)出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纖)以及S波段窗口。其中特別重要的是無(wú)水峰的全波窗口。這些窗口開發(fā)成功的巨大意義就在于從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內(nèi)，都能實(shí)現(xiàn)低損耗、低色散傳輸，使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬(wàn)倍的增長(zhǎng)。這一技術(shù)成果將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另一方面是特種光纖的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化，這是一個(gè)相當(dāng)活躍的領(lǐng)域。 光復(fù)用技術(shù) 　　復(fù)用技術(shù)是為了提高通信線路的利用率，而采用的在同一傳輸線路上同時(shí)傳輸多路不同信號(hào)而互不干擾的技術(shù)。光復(fù)用技術(shù)種類很多，其中最為重要的是波分復(fù)用(WDM)技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)。光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一芯光纖中同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。波分復(fù)用當(dāng)前的商業(yè)水平是273個(gè)或更多的波長(zhǎng)，研究水平是1022個(gè)波長(zhǎng)(能傳輸368億路電話)，近期的潛在水平為幾千個(gè)波長(zhǎng)，理論極限約為15000個(gè)波長(zhǎng)(包括光的偏振模色散復(fù)用，OPDM)。而光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)指利用高速光開關(guān)把多路光信號(hào)在時(shí)域里復(fù)用到一路上的技術(shù)。光時(shí)分復(fù)用(OTDM)的原理與電時(shí)分復(fù)用相同，只不過(guò)電時(shí)分復(fù)用是在電域中完成，而光時(shí)分復(fù)用是在光域中進(jìn)行，即將高速的光支路數(shù)據(jù)流(例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s)直接復(fù)用進(jìn)光域，產(chǎn)生極高比特率的合成光數(shù)據(jù)流。 2 光放大技術(shù) 　　光放大器的開發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個(gè)非常重要的成果，它大大地促進(jìn)了光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。顧名思義，光放大器就是放大光信號(hào)。在此之前，傳送信號(hào)的放大都是要實(shí)現(xiàn)光電變換及電光變換，即O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。 光放大器主要有3種:光纖放大器、拉曼放大器以及半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為激光活性物質(zhì)。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶; 摻銩光纖放大器的增益帶是S波段;摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會(huì)發(fā)生非線性效應(yīng)。喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過(guò)程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號(hào)光，從而使信號(hào)光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個(gè)分布式的放大過(guò)程，即沿整個(gè)線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說(shuō)是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過(guò)相當(dāng)昂貴。半導(dǎo)體光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實(shí)用了，但產(chǎn)量很小。 3 光交換技術(shù) 光交換技術(shù)是指不經(jīng)過(guò)任何光／電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端。目前已見(jiàn)報(bào)道的光交換技術(shù)的交換方式主要可以分為，空間分光交換方式，時(shí)分光交換方式，波分光交換方式，ATM光交換方式，碼分光交換方式，自由空間光交換方式和復(fù)合型光交換方式等等?？辗止饨粨Q的基本原理是將光交換節(jié)點(diǎn)組成可控的門陣列開關(guān), 通過(guò)控制交換節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開,完成光信號(hào)的交換。時(shí)分光交換方式的原理與現(xiàn)行電子學(xué)的時(shí)分交換原理基本相同, 只不過(guò)它是在光域里實(shí)現(xiàn)時(shí)隙互換而完成交換的。在光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中, 可采用光信號(hào)時(shí)隙互換的方法實(shí)現(xiàn)交換。在光波分復(fù)用系統(tǒng)中, 則可采用光波長(zhǎng)互換(或光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換) 的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)交換。光波長(zhǎng)互換的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)從光波分復(fù)用信號(hào)中檢出所需的光信號(hào)波長(zhǎng), 并將它調(diào)制到另一光波長(zhǎng)上去進(jìn)行傳輸。光A TM 交換是以A TM 信元為交換對(duì)象的技術(shù), 它引入了分組交換的概念, 即每個(gè)交換周期處理的不是單個(gè)比特的信號(hào), 而是一組信息。光ATM 交換技術(shù)已用在時(shí)分交換系統(tǒng)中, 是最有希望成為吞吐量達(dá)到特定級(jí)別量的光交換系統(tǒng)。碼分光交換, 是指對(duì)進(jìn)行了直接光編碼和光解碼的碼分復(fù)用光信號(hào)在光域內(nèi)進(jìn)行交換的方法。自由空間光交換可以看作是一種空分光交換, 它是通過(guò)在空間無(wú)干涉地控制光的路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于各種光交換技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不同的適應(yīng)性, 將幾種光交換技術(shù)合適地復(fù)合起來(lái)進(jìn)行應(yīng)用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì), 以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。已見(jiàn)介紹的復(fù)合型光交換主要有: (1) 空分時(shí)分光交換系統(tǒng); (2) 波分空分光交換系統(tǒng); (3) 頻分時(shí)分光交換系統(tǒng); (4) 時(shí)分波分空分光交換系統(tǒng)等 三 不斷發(fā)展的光纖通信技術(shù) 1光纖通信開始就是為傳送基于電路交換的信息的，信號(hào)一般是TDM的連續(xù)碼流，如PDH、SDH等。伴隨著科技的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳輸數(shù)據(jù)也越來(lái)越大。分組信號(hào)與連續(xù)碼流的特點(diǎn)完全不同，它具有不確定性，因此傳送這種信號(hào)，是光通信技術(shù)需要解決的難題。 2 不斷增加的信道容量 光通信系統(tǒng)能從PDH發(fā)展到SDH，從155Mb/s發(fā)展到10Gb/s，近來(lái)，4OGB/s已實(shí)現(xiàn)商品化。專家們?cè)谘芯扛笕萘康?，?60Gb/s(單波道)系統(tǒng)已經(jīng)試驗(yàn)成功，目前還在為其制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。此外，科學(xué)家還在研究系統(tǒng)容量更大的通訊技術(shù)。 3 光纖傳輸距離 從宏觀上說(shuō)，光纖的傳輸距離是越遠(yuǎn)越好，在光纖放大器投入使用后，不斷有對(duì)光纖傳輸距離的突破，為增大無(wú)再生中繼距離創(chuàng)造了條件。 4 向城域網(wǎng)發(fā)展 光傳輸目前正從骨干網(wǎng)向城域網(wǎng)發(fā)展，光傳輸逐漸靠近業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。而人們通常認(rèn)為光傳輸作為一種傳輸信息的手段還不適應(yīng)城域網(wǎng)。作為業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，既接近用戶，又能保證信息的安全傳輸，而用戶還希望光傳輸能帶來(lái)更多的便利服務(wù)。 5 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求與下一代全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)發(fā)展迅速，IP業(yè)務(wù)也隨之火爆。隨著軟件控制的進(jìn)一步開發(fā)和發(fā)展，現(xiàn)代的光通信正逐步向智能化發(fā)展，它能靈活的讓營(yíng)運(yùn)者自由的管理光傳輸。而且還會(huì)有更多的相關(guān)應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，為人們的使用帶來(lái)更多的方便。 總而言之，以高速光傳輸技術(shù)、寬帶光接入技術(shù)、節(jié)點(diǎn)光交換技術(shù)、智能光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，并面向IP互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的光波技術(shù)是目前光纖傳輸?shù)难芯繜狳c(diǎn)，而在以后，科學(xué)家還會(huì)繼續(xù)對(duì)這一領(lǐng)域的研究和開發(fā)。從未來(lái)的應(yīng)用來(lái)看，光網(wǎng)絡(luò)將向著服務(wù)多元化和資源配置的方向發(fā)展，為了滿足客戶的需求，光纖通信的發(fā)展不僅要突破距離的限制，更要向智能化邁進(jìn)。 四 光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 　1向超高速系統(tǒng)的發(fā)展。從過(guò)去20多年的電信發(fā)展史看，網(wǎng)絡(luò)容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對(duì)主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時(shí)分復(fù)用(TDM)方式進(jìn)行，每當(dāng)傳輸速率提高4倍，傳輸每比特的成本大約下降30％～40％：因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益大致按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過(guò)去20多年來(lái)一直在持續(xù)增加的根本原因。目前商用系統(tǒng)已從45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年時(shí)間里增加了2000倍，比同期微電子技術(shù)的集成度增加速度還快得多。 2 向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn)。采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％，99％的資源尚待發(fā)掘。 3 實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)。上述實(shí)用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。 4 新一代的光纖。近幾年來(lái)隨著IP業(yè)務(wù)量的爆炸式增長(zhǎng)，電信網(wǎng)正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構(gòu)筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎(chǔ)設(shè)施是下一代網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)。 5 光接入網(wǎng)。過(guò)去幾年間，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無(wú)論是交換，還是傳輸都已更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò). 結(jié)束語(yǔ) 光通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺(tái)，在未來(lái)信息社會(huì)中將起到重要作用。在國(guó)內(nèi)各研發(fā)機(jī)構(gòu)、科研院所、大學(xué)的科研人員的共同努力下，我國(guó)已研制開發(fā)了一些具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光通信高技術(shù)產(chǎn)品，取得了一批重要的研究與應(yīng)用成果。這些研究工作和突出成果為光時(shí)代的計(jì)劃的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為我國(guó)的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出貢獻(xiàn). 參考文獻(xiàn)：《光纖通信》 《光纖光學(xué)》