第四讲王春华光通信与全光网1课件.ppt

1、11.光纤的通信发展历程光纤的通信发展历程2.光纤传输技术光纤传输技术3.全光网技术全光网技术21873年，美国人莫尔斯发明了电报，用电传输了文字信息；1876年，美国人贝尔发明了电话，用电传输了声音；1924年，英国人贝尔德发明了电视机，用电传输了图像；1946年，美国美国宾夕法尼亚大学，电子计算机。电报、电话和电视都是用电报、电话和电视都是用无线电无线电或或有线电有线电传输信息，电通信作为信息传传输信息，电通信作为信息传输的有效通道，一直沿用了一个多世纪。输的有效通道，一直沿用了一个多世纪。20世纪-电子世纪 21世纪-光子世纪,光子技术将带来一场超过电子技术的产业革命.光子技术的应用:（

2、1）作为光子发生与控制的激光技术和产业。（2）运算速度更快的光子计算机。（3）存储量大的光存储技术。（4）代替现行通信方式光通信代替现行通信方式光通信。（5）全息光技术。31.2 1.2 通信传输媒介通信传输媒介分类分类及相应波段划分及相应波段划分10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空间波长，自由空间波长，m频率，频率，Hz频段频段划分划分传传输输介介质质电力电力、电话、电话无线

3、电、电视无线电、电视微波微波红外红外可见光可见光卫星卫星/微波微波光纤光纤同轴电缆同轴电缆双铰线双铰线4光纤传输的容量光纤传输的容量500个波长个波长q 20Tb/s0.2dB0.3dB500路路x40Gb/s=20Tb/s5 6（），7信息社会的通信需求信息社会的通信需求8电信号输入半导体激光器 光探测器电信号输出fiber E E/O O/E E9 1960年美国休斯公司实验室的西奥多梅曼发明红宝石激光这就是在光频下发明了连续波的振荡器。1961年出现 HeNe 激光器之后，便开始了光通信的研究(自由空间与透镜波导)。半导体双异质结激光器1969年研究成功 GaAlAs 在室温下，连续工作

4、的半导体激光器。由于半导体激光器体积小，发光谱线窄以及与光纤的耦合效率高、价格低廉等优点，已成为光通信不可缺少的光源器件。101112数字通信系统13(1)(1)传统的电传输系统传统的电传输系统-）E EM MU UX X电端机电端机再生再生中继中继再生再生中继中继E ED DM MU UX X电复用电复用 电解复用电解复用电端机电端机同轴电缆、微波同轴电缆、微波O/E/OO/E/O光光 缆缆E EM MU UX X再生再生中继中继再生再生中继中继E ED DM MU UX X电复用电复用 电解复用电解复用光接收光接收(2)(2)光电混合型光纤传输系统光电混合型光纤传输系统光发送光发送95年光

5、纤放大器的出现年光纤放大器的出现-OAMP+DWDM14(3)DWDM(3)DWDM光纤传输系统光纤传输系统O OM MU UX XOAOAOAOAOAOA光发送光发送光发送光发送光发送光发送，光接收光接收光接收光接收光接收光接收O OD DM MU UX X1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTX

6、TX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR13

7、10RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXWDM+EDFA WDM+EDFA 革新了光纤传输革新了光纤传输15？7494：一个数量级/4年95 ：指数增长，数量级/6个月 摩尔定律（数量级/18month.)16全光网系统17FLAGFiber Optic Link around the Globe架空光缆架空光缆直埋光缆直埋光缆北京北京上海上海至欧洲至欧洲至日本至日本FLAG至韩国至韩国至朝鲜至朝鲜至俄罗斯至俄罗斯我

8、国光缆骨干网分布图我国光缆骨干网分布图至东南亚至东南亚18National Backbone Providere.g.BBN/GTE US backbone network19光纤究竟敷设到那里？-到家门口，到桌面！FTTH WAN+MAN+LAN InternetLeased LineService NodesFrame/Cell RelayInteractive VideoTelephone ONUFTTHOptical FiberTP,ADSL OLTONUONUNTNTONUPassive Optical SplitterFTTxOps业务节点业务节点FTTBFTTCFTTCabCoa

9、x,HFC20SONETDataCenterSONETSONETSONETDWDMDWDMAccessLong HaulAccessMetroMetro全光网地域分布21Point-to-Point Fibre TransmissionDense Wavelength Division MultiplexingDWDM+Optical ADMsDWDM+OADMs+OXCs All Optical Networks22光网的演进方向光网的演进方向1 st Generation:物理层上光纤传输取代电传输物理层上光纤传输取代电传输SONET(synchronous optical)in TDM

10、Gbit Ethernet，FTTH，etc.2 nd Generation:光交换光交换 和光波长复用和光波长复用 WDMWDM 环环波长路由网络（节点以波长为单位交换路由）波长路由网络（节点以波长为单位交换路由）3 th Generation:光包交换（全光处理光包交换（全光处理+光包交换）光包交换）23 现在大多数光纤网络中,只是在点-点传输;节点交换与包头处理-电处理;正向全光传输,全光节点交换与处理方向发展.Links-光纤Nodes-O/E/O光?Source:Master 7_7光组网技术光组网技术24 每个节点需要(OEO)转换 速度远低于传输速度SDH Optical Out

11、SDH T/XSDH R/XElectricallevelsSDH Optical inSDHT/XSDH R/XElectricallevelsSDH Optical inSDH Optical OutSDHProc.&SwitchingSDH NodeO/E/O O/E/O 节点处理的缺点节点处理的缺点25 光传输光传输+光节点交换光节点交换 交换不再是交换不再是 OEO,而是而是 OOO 转换转换 但是控制依然电控但是控制依然电控 光处理可能，但应用在大交光处理可能，但应用在大交换粒度的情况下换粒度的情况下:即即 frame bit interval 信号在边远节点转换回电信号信号在边远

12、节点转换回电信号Source:Master 7_7Optical NetworkOXC:Optical Cross ConnectOADM:Optical Add-drop multiplexer现有的光组网现有的光组网26All-Optical Switching 光波长交叉互联光波长交叉互联(OXC)波长交换路由波长交换路由(WRS)DWDMFibersinDWDMDemuxDWDMDemuxDWDMFibersoutDWDMMuxDWDMMuxAll-opticalOXC波长交换波长交换与波长变换与波长变换27光空间交换光空间交换1-D MEMSMicro-mirror ArrayDig

13、ital MirrorControl Electronics1011Wavelength Dispersive ElementInput FiberOutput Fiber 1Output Fiber 2Input&Output fiber arrayOutputAddDropInput28 允许波长粒度的上下路复用允许波长粒度的上下路复用 Wavelengths 1 2 3 41 2 3 41 2 3 4Wavelengths 1 2 3 4OADMDropped Wavelength(s)Added Wavelength(s)WDM 波长上下路分插复用波长上下路分插复用29132132De

14、muxMuxDrop WavelengthsAdd WavelengthsInput Circulator(IC)Output Circulator(OC)Input Fibre Gratings(IFG)Output Fibre Gratings(OFG)DWDM outDWDM inOADM光上下路分插复用器30光波长变换光波长变换(WC)No WC123New request 1 3With WC 123New request 1 3WC31Source:Master 7_7OADMOADMOADMOADMWavelengths 1 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 4N

15、odeANodeDNodeBNodeCNote wavelength reuse of blue wavelength(no.3),links Node A and B as well as Node C and A OADM:Optical Add-Drop MultiplexerSimple Optical Network Example32Point-to-Point Fibre TransmissionDense Wavelength Division MultiplexingDWDM+Optical ADMsDWDM+OADMs+OXCs All Optical Networks 全光网的演进 All Optical 大粒度包交换大粒度包交换 All Optical IP 包交换包交换光交换光交换电处理电处理电交换电交换电处理电处理光交换光交换光处理光处理33