光纤通信的发展趋势探讨+本科毕业论文 - 图文

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前 言

电信世界正逐步形成充满竞争和挑战的局面，电信和数据通信融合为信息通信的时代已经成为现实，新的有竞争力的公司以更低的价格引入新的服务。随着新技术的不断出现，政府条例的不断放宽，信息产业正在迅速的全球化。今天，有效的信息传输已成为竞争的关键因素之一。因特网的应用和光技术的快速发展使网络发生了根本变化，动态波长和快速波长提供需求是光网络的主要趋势之一。随着这种转变的继续，目前采用波长路由方式承载突发的因特网业务将存在电路交换网络同样的种种缺陷。未来电信级光网络仍然是基于电路的假设驱动了以前的研究。光网络的规模在迅速扩展，光传送网的角色从原来的大容量带宽传送转变为提供端到端的服务连接。

本文第一章介绍了光纤通信的发展史和光纤通信的基本构成；

第二章介绍了光纤通信向大容量、宽带宽、超长距离发展的趋势，重点介绍了DWDM技术的应用和超长距离传送的几个关键技术；

第三章首先介绍了多业务接入MSTP在网络中的应用情况，然后详细介绍了MSTP技术的发展历史和现况；

第四章简单介绍了目前光纤通信网管系统的不足和统一网管的要求，最后表明了光纤通信网管系统的发展方向——TMN，及其在通信网络中的应用情况；

第五章对光纤通信中的各种保护机制进行了简单介绍，并介绍了光纤通信中的传输体制SDH/SONET最新的发展：支持集成通用组帧程序(GFP)、链路容量调节方案(LCAS)和自动交换光网络(ASON)标准；

第六章介绍光通信网络向智能网络发展的趋势，ASON技术在智能网络中的应用及实现全光网络技术的意义，然后介绍了全光网络的组成结构；

第七章表明FTTH是光纤接入的最终形式，本章还介绍了实现FTTH的几种技术，以及FTTH光纤接入技术必然在中国取得很大的发展，FTTH的规模商用给中国FTTH产业一个正名机会。

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第1章 概 述

1.1 光纤通信发展史

80年代一项最重要的技术发展是光纤通信成为一个主要的国际性产业。用光纤敷设的总长度可以表明其发展的程度。据估计，截止2001年底，全世界敷设的光纤总长度就达3.81亿英里。

1955年，英国科学家卡帕尼，发明了玻璃光导纤维。1960年被称为光纤之父的华人高锟等人首先提出了用低吸收的光纤做光通信。1970年，美国的柯林公司做出了每公里20分贝的低损耗光纤，贝尔实验室研制成功室温连续运转的半导体激光器，这奠定了光纤通信的基础。七八年以后，美国在芝加哥市首先开辟了第一条光纤通信线路。再过10年左右，1.55微米波长的光纤损耗率低到0.2个分贝每公里，这样低的损耗就可以传输很远。在同年，英国的南安普敦大学，发明了掺铒光纤放大器。

1989年美国首次进行了波分复用的光通信实验，是四个频道的，四个通道。1998年，美国实现了密集波分复用的长途光通信，它的传输速率达到每秒一个太比特，从此，我们就进入了这样一个高速的时代，太比特的时代。

中国光通信的历史是在20世纪80年代的上海首先铺设了一条1.8公里的数字光通信线路。20世纪80年代投资的武汉邮电研究院，研制光纤的器件和光纤本身，现在也成为光纤器件的一个最大的研究单位。1995年到1998年，上海交大完成了九五项目，四个节点的全光城域网、实验网。20世纪90年代起，全国各地都普遍铺设和使用单路的光纤通信线路，截止到2004年底，全国敷设光纤总长度已超过350万公里。 2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网；2001年完成了863项目，中国高速示范网；2000年，国家自然科学基金资助了一个项目，中国高速互联研究实验网。现在，我们国内有很多的公司可以批量生产光纤通信的系统和器件。

1.2 光纤通信的基本构成 1.2.1光纤

光纤由纤芯、包层与涂层三大部分组成。光纤按模式分为多模光纤和单模光纤，对于公用通信网的骨干网，包括市内骨干网、接入网的光纤线路，需要使用单模光纤；专用的局域网和其它短距离光纤线路使用多模光纤。光纤的工作波长有短波长和长波长，短波长是0.85μm，长波长则是1.31μm

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和1.55μm两种。光纤的损耗在1.31μm为0.35dB/km，在1.55μm为0.20dB/km。波长1.31μm光纤的色散为零，而波长1.55μm光纤有最低损耗却有不小的色散（Chromaticdispersion，简写dispersion)，对长距离、高速率脉冲信号传输有限制。经重新设计的光纤，使零色散波长从1.31μm移位至1.55μm，这样的单模光纤就称为‘色散移位光纤’，简写DSF（dispersionshiftedfiber）。为了充分发展WDM/DWDM系统，应用波长1.55μm存在小量的色散恰恰足够抵消FWM（四波混频）的影响，称为‘非零色散光纤’，简写NZDF（non-zerodispersionfiber）。

1.2.2光源

光源是光纤通信系统中的关键光子器件。光纤通信对光源器件的要求工作寿命长（光源

器件寿命的终结是指其发光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上）、体积小、重量轻。常见的光源器件有激光二极管（LD）和发光二极管（LED）两种。O.5μm

短波长光源常采用GaAlA/ GaAs双异质结构，而长波长1.3～1.55μm则采用InGaAsP／lnp隐理式异质结构。而WDM系统须利用长波长光源器件，它不仅要求激光管的发射波长高度稳定，保证器件与波导之间实现最佳耦合，插入损耗小，同时要求能把多路激光管和必要的附属电路集成在同一芯片上，使得多路光载波信号能够在一根光纤中加以传输。近年来研制的多波长光源器件主要是把多路激光管排成阵列，连同一个导形耦合器，利用硅的“平面光路”平台技术制成混合集成光组件，其结构趋于采用光纤光栅的外腔激光管结构。

1.2.3光检测器

光检测器件通过光/电转换将信号通信信息从光波中分离检测出来。光检测器件的要求灵敏度高、响应度高、噪声低、工作电压低、体积小重量轻寿命长。常见的光检测器有PN光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。

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第2章 光纤通信向大容量、宽带化、超长距离发展

2.1 大容量、宽带化的发展

在世界网络带宽保持了50%-100%的年增长速率的同时，中国的干线业务量和带宽需求的实际年增长率均超过了200%。根据美国跨大西洋Internet干线流量统计，中国近几年国内干线数据业务量年增长260%。国际Internet带宽能力年增长245%，五年累增大约100倍。传统的光纤通信发展始终在按照电信号的时分复用（TDM）方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每个比特的成本大约下降30%~40%，因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。

单路波长的传输速率受限于集成电路材料的电子和空穴的迁移率；还受限于传输媒质的色散和极化模色散；最后受限于系统的性能价格比。Lucent朗讯科技公司宣布实现了单信道160Gbit/s的传输速率，而目前商用系统从45Mb／s增加到10Gb／s，可以携带12万条话路，其速率在20年时间里提高了2000倍，比同期的微电子技术的集成度增长速度还要快得多。高速系统的出现增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体业务提供了实现的可能。目前，10Gbit/s系统已大批量装备网络，40Gbit/s系统已经商品化进入实用阶段。从网络应用看，带10Gbit/s接口的路由器已经大量应用，带40Gbit/s接口的路由器也已经进入大量应用阶段，为了提高核心网的效率和功能，核心网的单波长速率向40Gbit/s发展是合乎逻辑的。总的看，采用40Gbit/s传输的主要优势有：

(1)更有效地使用传输频带，频谱效率较高；

(2)如果40Gbit/s的成本降到10Gbit/s实际成本的2.5倍以下时，就达到了合理应用点，就有条件实现规模商用，降低传输成本；

(3)由于只用一个网元代替了四个网元，减少了OAM的成本、复杂性以及备件的数量；

(4)提高了核心网的效率和功能。

从实际应用看，对于40Gbit/s传输系统，必须用外调制器；能具备足够输出电压驱动外调制器的驱动集成电路还不够成熟；沿用多年的NRZ调制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s还没有把握，必须转向性能更好的普通归零（RZ）码乃至调制效率更高的其他调制方式，例如载频抑制的RZ（CS-RZ）码，差分相移键控RZ（DPSK-RZ）码，啁啾的RZ（CRZ）码，超级CRZ（SuperCRZ）码，双二进制码（D-RZ），伪线性RZ码，光孤子（Soliton）调制方式等。从历史经验看，只有成本降到2.5倍以内才有可能

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