電子信息科學與技術(shù)前沿報告.doc

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電子信息科學與技術(shù)前沿報告 姓名: 學號 專業(yè):電子信息科學與技術(shù) 摘要：光纖通信就是利用光導纖維傳輸信號，以實現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。光導纖維通信簡稱光纖通信。 關(guān)鍵字：光纖通信技術(shù) 特點 種類 發(fā)展趨勢 21世紀一個信息爆炸的時代，也是一個信息傳輸?shù)臅r代，而通信網(wǎng)中光纖通信以其獨特而脫穎而出，或許在未來的社會中會迎來一個全新的廣網(wǎng)絡(luò)時代。 一 光通信技術(shù)的特點 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 單波長光纖通信系統(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。因此需要技術(shù)來增加傳輸?shù)娜萘?，密集波分復用技術(shù)就能解決這個問題。 2 損耗低，中繼距離長。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。這就表明通過光纖通信系統(tǒng)可以減少系統(tǒng)的施工成本，帶來更好的經(jīng)濟效益。 3 抗電磁干擾能力強。石英有很強的抗腐蝕性，而且絕緣性好。而且它還有一個重要的特性就是抗電磁干擾的能力很強，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。這一點對于在強電領(lǐng)域的通訊應(yīng)用特別有用，而且在軍事上也大有用處。 4 無串音干擾，保密性好。在電波傳輸?shù)倪^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，不會發(fā)生串擾的現(xiàn)象，保密性強。除以上特點之外，還有光纖徑細、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。正是因為光纖的這些優(yōu)點，光纖的應(yīng)用范圍越來越廣。 二 光纖通信技術(shù)的種類 1 光纖光纜技術(shù) 光纖技術(shù)的進步可以從兩個方面來說明: 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，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、幾千倍甚至上萬倍的增長。這一技術(shù)成果將帶來巨大的經(jīng)濟效益。另一方面是特種光纖的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化，這是一個相當活躍的領(lǐng)域。 光復用技術(shù) 　　復用技術(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傳輸多路不同信號而互不干擾的技術(shù)。光復用技術(shù)種類很多，其中最為重要的是波分復用(WDM)技術(shù)和光時分復用(OTDM)技術(shù)。光波分復用(WDM)技術(shù)是在一芯光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號分開，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。波分復用當前的商業(yè)水平是273個或更多的波長，研究水平是1022個波長(能傳輸368億路電話)，近期的潛在水平為幾千個波長，理論極限約為15000個波長(包括光的偏振模色散復用，OPDM)。而光時分復用(OTDM)技術(shù)指利用高速光開關(guān)把多路光信號在時域里復用到一路上的技術(shù)。光時分復用(OTDM)的原理與電時分復用相同，只不過電時分復用是在電域中完成，而光時分復用是在光域中進行，即將高速的光支路數(shù)據(jù)流(例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s)直接復用進光域，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)中的一個非常重要的成果，它大大地促進了光復用技術(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。在此之前，傳送信號的放大都是要實現(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現(xiàn)光信號放大。 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，會發(fā)生非線性效應(yīng)。喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個分布式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當昂貴。半導體光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導體激光器相類似。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)過任何光／電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。目前已見報道的光交換技術(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合型光交換方式等等。空分光交換的基本原理是將光交換節(jié)點組成可控的門陣列開關(guān), 通過控制交換節(jié)點的狀態(tài)可實現(xiàn)使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開,完成光信號的交換。時分光交換方式的原理與現(xiàn)行電子學的時分交換原理基本相同, 只不過它是在光域里實現(xiàn)時隙互換而完成交換的。在光時分復用系統(tǒng)中, 可采用光信號時隙互換的方法實現(xiàn)交換。在光波分復用系統(tǒng)中, 則可采用光波長互換(或光波長轉(zhuǎn)換) 的方法來實現(xiàn)交換。光波長互換的實現(xiàn)是通過從光波分復用信號中檢出所需的光信號波長, 并將它調(diào)制到另一光波長上去進行傳輸。光A TM 交換是以A TM 信元為交換對象的技術(shù), 它引入了分組交換的概念, 即每個交換周期處理的不是單個比特的信號, 而是一組信息。光ATM 交換技術(shù)已用在時分交換系統(tǒng)中, 是最有希望成為吞吐量達到特定級別量的光交換系統(tǒng)。碼分光交換, 是指對進行了直接光編碼和光解碼的碼分復用光信號在光域內(nèi)進行交換的方法。自由空間光交換可以看作是一種空分光交換, 它是通過在空間無干涉地控制光的路徑來實現(xiàn)的。由于各種光交換技術(shù)都有其獨特的優(yōu)點和不同的適應(yīng)性, 將幾種光交換技術(shù)合適地復合起來進行應(yīng)用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢, 以滿足實際應(yīng)用的需要。已見介紹的復合型光交換主要有: (1) 空分時分光交換系統(tǒng); (2) 波分空分光交換系統(tǒng); (3) 頻分時分光交換系統(tǒng); (4) 時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，信號一般是TDM的連續(xù)碼流，如PDH、SDH等。伴隨著科技的進步，特別是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳輸數(shù)據(jù)也越來越大。分組信號與連續(xù)碼流的特點完全不同，它具有不確定性，因此傳送這種信號，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，4OGB/s已實現(xiàn)商品化。專家們在研究更大容量的，如160Gb/s(單波道)系統(tǒng)已經(jīng)試驗成功，目前還在為其制定相應(yīng)的標準。此外，科學家還在研究系統(tǒng)容量更大的通訊技術(shù)。 3 光纖傳輸距離 從宏觀上說，光纖的傳輸距離是越遠越好，在光纖放大器投入使用后，不斷有對光纖傳輸距離的突破，為增大無再生中繼距離創(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。而人們通常認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，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 近年來，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，它能靈活的讓營運者自由的管理光傳輸。而且還會有更多的相關(guān)應(yīng)用應(yīng)運而生，為人們的使用帶來更多的方便。 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，而在以后，科學家還會繼續(xù)對這一領(lǐng)域的研究和開發(fā)。從未來的應(yīng)用來看，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。 四 光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢 　1向超高速系統(tǒng)的發(fā)展。從過去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主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時分復用(TDM)方式進行，每當傳輸速率提高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)濟效益大致按指數(shù)規(guī)律增長，這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去20多年來一直在持續(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。采用電的時分復用系統(tǒng)的擴容潛力已盡，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 實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)。上述實用化的波分復用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎(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。近幾年來隨著IP業(yè)務(wù)量的爆炸式增長，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 光通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到重要作用。在國內(nèi)各研發(fā)機構(gòu)、科研院所、大學的科研人員的共同努力下，我國已研制開發(fā)了一些具有自主知識產(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代的計劃的實施奠定了堅實的基礎(chǔ)，為我國的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出貢獻. 參考文獻：《光纖通信》 《光纖光學》