光纤通信技术

光纤通信技术中国移动福建公司1光纤通信技术一、概述1、光纤通信的发展历史光是人们熟悉的一种自然现象。光波与通信用的无线电波一样�也是一种电磁波�所不同的只是它的波长比无线电波短得多�或者说它的频率要高得多。图1�画出了光波在电磁波频谱中的位置。根据电磁波频谱图可知�光波是由紫外光、红外光和可见光构成。众所周知�1966年�英国标准电信研究所的美藉华人科学家高锟�K.C.Kao�博士和其他一些学者根据介质波导理论提出光纤通信的概念。1970年�美国康宁公司生产出了每公里衰减20dB的光纤。1976年美国西屋电气公司在亚待兰大成功地进行了世界上第一个传输速率为44.736Mbit/s传输距离为110km的光纤通信系统的实用化以来�从事光纤通信技术工作科技人员始终将实现光纤通信的“高速率、大容量、远距离”作为研究重点。光纤通信的发展历史经历了几个年代�见表1�表1光纤通信的发展历史发展阶段年代波长光纤损耗传输速率中继距离说明第一代1973-1976年0.85μm短波长多模光纤2.5-3dB/km50-100Mb/s8-10km多用作市话局间中继线路第二代1976-1982年1.31μm长波长多模或单模光纤0.55-1dB/km140Mb/s20-50km一般用作中、短距离的长途通信线路�也用作大城市市话局间中继线第三代1982-1988年1.31μm长波长单模光纤0.3-0.5dB/km为准同步数字系列�PDH�的各次群路信号50-100km主要用于长途干线和海底通信�是光纤通信的重点推广应用阶段第四代1988-1996年1.55μm波长窗口的光纤0.2dB/km主要用于建设同步数字系列�SDH�同步传输网络。传输速率2.5Gb/s80-120km开始采用掺铒光纤放大器�EDFA�和波分复用�WDM�等新型器件。色散位移光纤�DSF�G.653�是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就�普通单模光纤的零色散点在1.31μm附近�色散位移光纤将零色散点从1.31μm移到1.55μm�有效地解决了1.55μm光通信系统的色散问题。第五代1996年以后2002年商用DWDM系统容量已达160×10Gb/s(1.6Tb/s)�实验室水平为256×42.7Gb/s�10.932Tb/s�采用密集波分复用�DWDM�技术进行全光网络开发与应用�充分利用光纤低损耗波段潜在容量实现传输系统的急剧扩容。采用DWDM技术不仅仅会带来巨大容量�可以预计�随着DWDM技术的推广应用�将会对现行的光纤网络带来深刻的变革�最终会为全光网络�AON�的基石。第六代第七代随着技术的发展�今后还将出现第六代、第七代光纤通信系统�包括各种更为先进的技术�如超高速光时分复用�OTM�技术、相干光通信技术、全光通信技术、光纤到家庭通信技术、光孤子传输技术等�并从实验室的研究成果逐步走向商用。光纤通信技术中国移动福建公司21M=1000mm�1mm=1000μm�1μm=1000nm�1nm=10A0则�1nm=10-9m。1A0=10-10m1kbit/s=1000bit/s�1Mbit/s=1000kbit/s�1Gbit/s=1000Mbit/s�1Tbit/s=1000Gbit/s。1Gbit/s=109bit/s�2、我国光纤发展情况我国从1991年在“八五”期间建成22条光纤干线总长度达3.3万公里的“八纵八横”大容量光纤干线传输网。大多为20芯�少数30芯采用光纤全部为G.652光纤�传输速率为140Mbit/s,可传1920条话路。从1994年开始建设SDH网络最高速率达2.5Gbit/s�能传3万多条话路。光纤接入网通过先进的光纤传输为用户提供各种业务�通过光纤到家庭、光纤到路边�光纤到大楼等手段�将光纤引入千家万户。保证亿万用户的多媒体信息畅通无阻地进入高速公路。我省第一条长途通信光缆是在南平-永安建成�引进意大利光缆�8芯开通1310nm窗口�140Mbit/s系统。南沿海光缆�中国电信�第一条24芯+第二条96芯��中国联通�第一条24芯+第二条48芯��第二条光缆均为G.655光纤。3、全国各电信运营商光缆实力比较�目前全国电信运营商有——各运营商标志如图中国网通�原中国电信的北京、河北、天津、山西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、河南、山东10个省�原中国网通、吉通组成新的中国网通�中国电信�余下省的原中国电信组成新的中国电信�中国移动�中国联通�中国卫星和中国铁通。全国通信业运营商光网络实力比较��信息产业部网上查询�����年�通信业光缆线路长度达���万公里�比上年底新增��万公里�增长���。其中�长途光缆线路长度达��万公里�新增��万多公里�本地中继光缆线路长度达���万公里�接入网光缆线路长度达��万公里�共新增��万公里�数字微波线路长度达��万公里。中国电信光缆线路长度新增���万公里�达到��多万公里�其中�长途光缆线路长度达��万公里�本地中继光缆线路长度达��万公里�接入网光缆线路长度达��万公里。中国网通光缆线路长度新增�万公里�达到��万多公里�其中�长途光缆线路长度达���万公里�本地中继光缆线路长度达��万公里�接入网光缆线路长度达��万公里。中国移动光缆线路长度新增��万公里�达��万公里。中国联通光缆线路长度新增��万公里�达��万公里。其中长途光缆线路长度达����万公里。�联通福建省光缆长度达1.5万公里�铁通公司光缆线路长度约�万公里。光纤通信技术中国移动福建公司3表2全国通信业光缆线路长度汇总表以上资料来自信息产业部综合规划司“2002年通信发展统计公报”4、国际海底光缆的建设和运营据不完全统计�从1987年至2001年间�全世界总共建设了大大小小的海底光缆系统170多个�总投资280亿美元�全球铺设的海底光缆总长近37万公里。到2003年全球海底光缆的投资累计将达到650多亿美元。到目前为止�在中国大陆登陆的国际海底光缆有7条�⑴中日光缆�C—J�连接中国上海的南汇和日本的宫崎�全长1260公里�传输速率565Mbps�共有两对光纤�于1993年12月开通。⑵中韩光缆�C—K�连接中国山东青岛和韩国�全长549公里�传输速率564Mpbs�两对光纤�于1996年开通。⑶环球光缆�FLAG�连接亚洲、中东和欧洲�全长3.9万公里�共有12个登陆站�为分支形网络结构�中国登陆站在上海南汇�传输速率5Gbps�共有两对光纤�于1997年9月开通。⑷亚欧光缆�SEA—ME—WE3�联接亚洲、中东和欧洲�全长3.9万公里�联接33个国家和地区�共有36个登陆站�为分支网络结构�是迄今为止世界上最长的海底光缆系统。中国登陆站在上海崇明和广东汕头�传输容量2.5Gbps×8个波长�可扩容至于16个波长��两对光纤�于1999年12月开通。⑸中美光缆�CHINA—US—CN�连接亚洲和北美洲�全长约3万公里�共有9个登陆站�中国登陆站在上海崇明和广东汕头�其他登陆方还有日本、韩国、美国和中国台湾�系统传输速率2.5Gbps×8个波长�四对光纤�采用具有自愈功能的环形网络结构。北线于1999年开通�南线于2001年开通。⑹亚太光缆2号�APCN2�连接亚洲国家和地区�全长约1.9万公里�共有10个登陆站�中国登陆站在上海崇明和广东汕头�其他登陆站还有日本、韩国、香港、马来西亚、新加波、菲律宾和中国台湾�系统传输速率2.5Gbps×8个波长�共有四对光纤�采用具有自愈功能的环型网络结构�于2001年第四季度开通了初期80Gbps容量�今后�可能继续扩容至2.56Tps的终期容量。中国的三大国际电路运营商中国电信、中国网通和中国联通均参加了此条海缆的建设。⑺C2C国际海缆这是新加波电信为主要控股公司的C2C公司发起的一条连接亚太主要国家的大容量海缆系统。设计容量为10Gbps×96×8EP共计7.68T��连接日本、韩国、中国大陆台湾以及东项目总计电信网通联通移动铁通光缆线路总长度225905348268其中�长途线路51179.210.8本地中继光缆光缆线路长度1284729接入网光缆线路长度462615光纤通信技术中国移动福建公司4南亚。中国网通作为C2C公司的中国大陆登陆提供方�建设了上海芦潮港登陆站�从而成为继中国电信后内地第二家拥有国际海缆登陆站的电信运营商。二、光纤类型�1、光纤通信的主要特点⑴通信容量大�传输距离长。由于光纤通信使用的光波具有很高的频率�约为1014Hz��因此光纤通信具有很大的通信容量。一根光纤理论上可以同时传输近100亿路电话和1000万路电视节目。目前�实用水平为每对光纤传输480000多路电话信号�40Gb/s��现在已经达到10.932Tb/s�256×42.7Gb/s�。国内公司�例如深圳华为公司和中兴公司�可以提供1.6Tb/s�160×10Gb/s�的传输能力�相当于每对光纤传输1920多万路电话信号。由于光纤的衰减很低�所以能够实现很长的中继距离。目前�实用的光纤通信系统采用石英光纤。在1.55μm波长区�石英光纤的衰减系统可低于0.2dB/km�这比目前其他通信线路的衰减都要低。由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200km以上�而其他通信线路组成的通信系统中继距离�或增音距离�一般说来小得多。如果将来采用非石英系的极低衰减光纤�其理论衰减系数可下降到10-5—10-3dB/km�则光纤通信系统的中继距离可达数千、甚至数万千米。这样�在任何情况下光纤通信系统都可以不设中继系统�它对降低海底通信的成本、提高可靠性及稳定性具有特别重要的意义。⑵抗电磁干扰�传输质量佳。任何信息传输系统应具有一定的抗干扰能力�否则就无实用意义。通信的干扰源很多�有天然干扰源�如雷电干扰、电离层的变化及太阳的黑子活动等�有工业干扰源�如电动马达和高压电力线�还有无线电通信的相互干扰等。这些干扰的影响都是现代通信必须认真对待的问题。一般说来�现有的电通信尽管采取了各种措施�但都不能满意地解决以上各种干扰影响。由于光纤通信使用的光载波频率很高�因此不受以上干扰的影响�这从根本上解决了电通信系统多年来困扰人们的干扰问题。⑶信号串扰小�保密性能好。对通信系统的另一个重要要求是保密性好。然而�随着科学技术的发展�传统的通信方式很容易被人窃听�只要在明线或电缆线路附近�甚至几千米之外�设置一个特别的接收装置�就可以获得明线或电缆中传输信息。因此�现有的通信系统都面临着怎样保密的问题。光纤通信与电通信不同�光波在光纤中传输是不会跑出光纤之外的。即使在转弯处弯曲半径很小时�漏出光纤的光波也十分微弱。如果在光纤或光缆表面涂上一层消光剂�光纤中的光就完全不会泄漏出来�无辐射�难于窃听。此外�由于光纤中的光波不会泄漏出来�我们在通信中常见的线路之间串话现象就可以完全避免。同时�它也不会干扰其他通信设备或测试设备。⑷原材料来源丰富�节省了有色金属�环境保护好。现有的电话线或电缆是由铜、铝、铅等金属材料制成的�但从目前地质调查情况来看�世界上铜的储存量极其有限�美国能源部预测�按现有的开采速度世界上的铜最多还能开采50年左右。光纤光纤通信技术中国移动福建公司5的主要原材料是石英�二氧化硅SiO2��来源丰富。日本专家预测�将日本本土挖掘10cm�石英可供日本使用15亿年。此外�如果从上海至北京修一条中同轴电缆线路�早期使用的电缆��则需要铜800t、铅300t。如果用光纤代替铜、铅等有色金属�在保持同样的传输容量条件下仅需要10kg石英。因此�光纤通信技术的推广应用将节省大量的有色金属材料�具有合理使用地球资源的战略意义。⑸光纤尺寸小、质量轻�便于敷设和运输。通信设备体积的大小和质量的轻重对许多领域具有特别重要的意义�特别是在军事、航空及宇宙飞船等方面的应用。光纤的芯径很细�它只有单管同轴电缆芯径的百分之一左右。光缆的直径也很小�8芯光缆横截面直径为10mm�而标准同轴电缆为47mm。目前�利用光纤通信的这个特点�在市话中继线路中成功地解决了地下管道的拥挤问题�节省了地下管道的建设投资。光缆的质量比电缆轻