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光纤通信 - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册光纤通信光纤通信(Fiber-optic communication)是指一种利用光与光纤(Optical Fiber)传递信息的一种方式,属于有线通信的一种。光经过调制(Modulation)后便能携带…查看全部内容关注话题管理分享百科讨论精华视频等待回答详细内容概述光纤通信(Fiber-optic communication)是指一种利用光与光纤(Optical Fiber)传递信息的一种方式,属于有线通信的一种。光经过调制(Modulation)后便能携带信息。自1980年代起,光纤通信系统对于电信工业产生了革命性的作用,同时也在数字时代里扮演非常重要的角色。光纤通信具有传输容量大、保密性好等许多优点。光纤通信线在已经成为当今最主要的有线通信方式。将需发送的信息在发送端输入到发送机中,将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上,然后将已调制的载波通过传输媒质发送到远处的接收端,由接收机解调出原来的信息。光在光纤中传播根据信号调制方式的不同,光纤通信可以分为数字光纤通信、模拟光纤通信。光纤通信的产业包括了光纤电缆、光器件、光设备、光通信仪表、光通信集成电路等多个领域。利用光纤做为通信之用通常需经过下列几个步骤:以发射机(Transmitter)产生光信号。以光纤传递信号,同时必须确保光信号在光纤中不会衰减或严重变形。以接收机(Receiver)接收光信号,并且转换成电信号。历史及发展自古以来,人类对于长距离通信的需求就不曾稍减。随着时间的前进,从烽火到电报,再到1940年第一条同轴电缆(coaxial cable)正式服役,这些通信系统的复杂度与精细度也不断的进步。但是这些通信方式各有其极限,使用电气信号传递信息虽然快速,但是传输距离会因为电气信号容易衰减而需要大量的中继器(repeater);微波(microwave)通信虽然可以使用空气做介质,可是也会受到载波频率(carrier frequency)的限制。到了二十世纪中叶,人们才了解使用光来传递信息,能带来很多过去所没有的显著好处。然而,当时并没有相干性高的发光源(coherent light source),也没有适合作为传递光信号的介质,也所以光通信一直只是概念。直到1960年代,激光(laser)的发明才解决第一项难题。1970年代康宁公司(Corning Glass Works)发展出高质量低衰减的光纤则是解决了第二项问题,此时信号在光纤中传递的衰减量第一次低于光纤通信之父高锟所提出的每千米衰减20分贝(20dB/km)关卡,证明光纤作为通信介质的可能性。与此同时使用砷化镓(GaAs)作为材料的半导体激光(semiconductor laser)也被发明出来,并且凭借着体积小的优势而大量运用于光纤通信系统中。1976年,第一条速率为44.7Mbit/s的光纤通信系统在美国亚特兰大的地下管道中诞生。经过五年的研发期,第一个商用的光纤通信系统在1980年问市。这个人类史上第一个光纤通信系统使用波长800纳米(nanometer)的砷化镓激光作为光源,传输的速率(data rate)达到45Mb/s(bits per second),每10千米需要一个中继器增强信号。第二代的商用光纤通信系统也在1980年代初期就发展出来,使用波长1300纳米的磷砷化镓铟(InGaAsP)激光。早期的光纤通信系统虽然受到色散(dispersion)的问题而影响了信号质量,但是1981年单模光纤(single-mode fiber)的发明克服了这个问题。到了1987年时,一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达1.7Gb/s,比第一个光纤通信系统的速率快将近四十倍之多。同时传输的功率与信号衰减的问题也有显著改善,间隔50千米才需要一个中继器增强信号。1980年代末,EDFA的诞生,堪称光通信历史上的一个里程碑似的事件,它使光纤通信可直接进行光中继,使长距离高速传输成为可能,并促使DWDM的诞生。第三代的光纤通信系统改用波长1550纳米的激光做光源,而且信号的衰减已经低至每千米0.2分贝(0.2dB/km)。之前使用磷砷化镓铟激光的光纤通信系统常常遭遇到脉冲延散(pulse spreading)问题,而科学家则设计出色散位移光纤(dispersion-shifted fiber)来解决这些问题,这种光纤在传递1550纳米的光波时,色散几乎为零,因其可将激光光的光谱限制在单一纵模(longitudinal mode)。这些技术上的突破使得第三代光纤通信系统的传输速率达到2.5Gb/s,而且中继器的间隔可达到100千米远。第四代光纤通信系统引进光放大器(optical amplifier),进一步减少中继器的需求。另外,波分复用(wavelength-division multiplexing, WDM)技术则大幅增加传输速率。这两项技术的发展让光纤通信系统的容量以每六个月增加一倍的方式大幅跃进,到了2001年时已经到达10Tb/s的惊人速率,足足是80年代光纤通信系统的200倍之多。近年来,传输速率已经进一步增加到14Tb/s,每隔160千米才需要一个中继器。第五代光纤通信系统发展的重心在于扩展波分复用器的波长操作范围。传统的波长范围,也就是一般俗称的“C band”约是1530纳米至1570纳米之间,新一带的无水光纤(dry fiber)低损耗的波段则延伸到1300纳米至1650纳米间。另外一个发展中的技术是引进光孤子(optical soliton)的概念,利用光纤的非线性效应,让脉冲能够抵抗色散而维持原本的波形。1990年至2000年间,光纤通信产业受到互联网泡沫的影响而大幅成长。此外一些新兴的网络应用,如视频点播(video on demand)使得互联网带宽的成长甚至超过摩尔定律(Moore's Law)所预期集成电路芯片中晶体管增加的速率。而自互联网泡沫破灭至2006年为止,光纤通信产业透过企业整并壮大规模,以及委外生产的方式降低成本来延续生命。 核心技术现代的光纤通信系统多半包括一个发射机,将电信号转换成光信号,再透过光纤将光信号传递。光纤多半埋在地下,连接不同的建筑物。系统中还包括数种光放大器,以及一个光接收机将光信号转换回电信号。在光纤通信系统中传递的多半是数字信号,来源包括电脑、电话系统,或是有线电视系统。 发射机在光纤通信系统中通常作为光源的半导体组件是发光二极管(light-emitting diode, LED)或是激光二极管(laser diode)。LED与激光二极管的主要差异在于前者所发出的光为非相干性(noncoherent),而后者则为相干性(coherent)的光。使用半导体作为光源的好处是体积小、发光效率高、可靠度佳,以及可以将波长最优化,更重要的是半导体光源可以在高频操作下直接调制,非常适合光纤通信系统的需求。LED借着电激发光(electroluminescence)的原理发出非相干性的光,频谱通常分散在300纳米至600纳米间。LED另外一项缺点是发光效率差,通常只有输入功率的40~50%可以转换成光功率,消耗功率约 50~60 mW(milliwatt)左右。但是由于LED的成本较低廉,因此常用于低价的应用中。常用于光通信的LED主要材料是砷化镓或是砷化镓磷(GaAsP),后者的发光波长为1300纳米左右,比砷化镓的810纳米至870纳米更适合用在光纤通信。由于LED的频谱范围较广,导致色散较为严重,也限制了其传输速率与传输距离的乘积。LED通常用在传输速率10Mb/s至100Mb/s的局域网(local area network, LAN),传输距离也在数千米之内。当前也有LED内包含了数个量子井(quantum well)的结构,使得LED可以发出不同波长的光,涵盖较宽的频谱,这种LED被广泛应用在区域性的波分复用网络中。半导体激光的输出功率通常在100毫瓦特(milliwatt)左右,而且为相干性质的光源,方向性相对而言较强,通常和单模光纤的耦合效率可达50%。激光的输出频谱较窄,也有助于增加传输速率以及降低模态色散(modal dispersion)。半导体激光亦可在相当高的操作频率下进行调制,原因是其复合时间(recombination time)非常短。半导体激光通常可由输入的电流有无直接调制其开关状态与输出信号,不过对于某些传输速率非常高或是传输距离很长的应用,激光光源可能会以连续波(continuous wave)的形式控制,例如使用外置的电吸收光调制器(electroabsorption modulator)或是马赫·任德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer)对光信号加以调制。外置的调制组件可以大幅减少激光的“啁啾脉冲”(chirp pulse)。啁啾脉冲会使得激光的谱线宽度变宽,使得光纤内的色散变得严重。 光纤光纤缆线包含一个纤芯(core),纤壳(cladding)以及外层的保护被覆(protective coating)。核心与折射率(refractive index)较高的纤壳通常用高质量的硅石玻璃(silica glass)制成,但是现在也有使用塑胶作为材质的光纤。又因为光纤的外层有经过紫外线固化后的压克力(acrylate)被覆,可以如铜缆一样埋藏于地下,不需要太多维护费用。然而,如果光纤被弯折的太过剧烈,仍然有折断的危险。而且因为光纤两端连接需要十分精密的校准,所以折断的光纤也难以重新接合。光通信中主要使用多模、单模两种光纤。多模光纤纤芯直径更大(≥50微米),对发射机、连接器的要求更低。然而,多模光纤引入了多模色散,这会限制系统的带宽和长度。此外,由于有更高的杂质含量,多模光纤通常会有更高的衰减。单模光纤的纤芯直径较小(<10微米),对发射机、连接器的要求更高,但能够搭建传输距离更长、性能更好的系统。单模和多模光纤都有不同的等级。 光放大器过去光纤通信的距离限制主要根源于信号在光纤内的衰减以及信号变形,而解决的方式是利用光电转换的中继器。这种中继器先将光信号转回电信号放大后再转换成较强的光信号传往下一个中继器,然而这样的系统架构无疑较为复杂,不适用于新一代的。接收机构成光接收机的主要组件是光侦测器(photodetector),利用光电效应将入射的光信号转为电信号。光侦测器通常是半导体为基础的光电二极管(photodiode),例如p-n结二极管、p-i-n二极管,或是雪崩型二极管(avalanche diode)。另外“金属-半导体-金属”(Metal-Semiconductor-Metal, MSM)光侦测器也因为与电路集成性佳,而被应用在光再生器(regenerator)或是波分复用器中。光接收机电路通常使用转阻放大器(transimpedence amplifier, TIA)以及限幅放大器(limiting amplifier)处理由光侦测器转换出的光电流,转阻放大器和限幅放大器可以将光电流转换成幅度较小的电压信号,再透过后端的比较器(comparator)电路转换成数字信号。对于高速光纤通信系统而言,信号常常相对地衰减较为严重,为了避免接收机电路输出的数字信号变形超出规格,通常在接收机电路的后级也会加上时脉及数据恢复电路(clock and data recovery, CDR)以及锁相回路(phase-locked loop, PLL)将信号做适度处理再输出。 波分复用波分复用的实际做法就是将光纤的工作波长分割成多个信道(channel),俾使能在同一条光纤内传输更大量的数据。一个完整的波分复用系统分为发射端的波分复用器(wavelength division multiplexer)以及在接收端的波长分波解多任务器(wavelength division demultiplexer),最常用于波分复用系统的组件是数组波导光栅(Arrayed Waveguide Gratings, AWG)。而当前市面上已经有商用的波分复用器/解多任务器,最多可将光纤通信系统划分成80个信道,也使得数据传输的速率一下子就突破Tb/s的等级。 与传统通信系统的比较对于某个通信系统而言,使用传统的铜缆作为传输介质较好,或是使用光纤较佳,有几项考量的重点。光纤通常用于高带宽以及长距离的应用,因为其具有低损耗、高容量,以及不需要太多中继器等优点。光纤另外一项重要的优点是即使跨越长距离的数条光纤并行,光纤与光纤之间也不会产生串扰(cross-talk)的干扰,这和传输电信号的传输线(transmission line)正好相反。不过对于短距离与低带宽的通信应用而言,使用电信号的传输有下列好处:较低的建置费用组装容易可以利用电力系统传递信息因为这些好处,所以在很短的距离传输信息,例如主机之间、电路板之间,甚至是集成电路芯片之间,通常还是使用电信号传输。然而当前也有些还在实验阶段的系统已经改采光来传递信息。在某些低带宽的场合,光纤通信仍然有其独特的优势:能抵抗电磁干扰(EMI),包括核子造成的电磁脉冲。(不过光纤可能会毁于α或β射线)对电信号的阻抗极高,所以能在高电压或是地面电势不同的状况下安全工作。重量较轻,这在飞机中特别重要。不会产生火花,在某些易燃的环境中显得重要。没有电磁辐射、不易被窃听,对于需要高度安全的系统而言十分重要。线径小,当绕线的路径被限制时,变得重要。应用光纤常被电话公司用于传递电话、互联网,或是有线电视的信号,有时候利用一条光纤就可以同时传递上述的所有信号。与传统的铜线相比,光纤的信号衰减(Attenuation)与遭受干扰[来源请求](Interference)的情形都改善很多,特别是长距离以及大量传输的使用场合中,光纤的优势更为明显。然而,在城市之间利用光纤的通信基础建设(Infrastructure)通常施工难度以及材料成本难以控制,完工后的系统维运复杂度与成本也居高不下。因此,早期光纤通信系统多半应用在长途的通信需求中,这样才能让光纤的优势彻底发挥,并且抑制住不断增加的成本。从2000年光通信(Optical Communication)市场崩溃后,光纤通信的成本也不断下探,当前已经和铜缆为骨干的通信系统不相上下。对于光纤通信产业而言,1990年光放大器(Optical Amplifier)正式进入商业市场的应用后,很多超长距离的光纤通信才得以真正实现,例如越洋的海底电缆。到了2002年时,越洋海底电缆的总长已经超过25万千米,每秒能携带的数据量超过2.56Tb,而且根据电信运营商的统计,这些数据从2002年后仍然不断的大幅成长中。参考文献 Ultrafast fibre optics set new speed record. New Scientist. 2011-04-29 [2012-02-26].Laser puts record data rate through fibre. BBC. 2011-05-22.BT Trial 5.6Tbps on a Single Optical Fibre and 2Tbps on a Live Core Link. ISPreview. 2016-05-25 [2018-06-30].Scientists Successfully Push Fibre Optic Transmissions Close to the Shannon Limit. ISPreview. 2016-09-19 [2018-06-30].65Tbps over a single fibre: Nokia sets new submarine cable speed record. ARS Technica. 2016-12-10 [2018-06-30].BT Labs delivers ultra-efficient terabit 'superchannel'. BT. 2017-06-19 [2018-08-03].Ultrafast fibre optics set new speed record. New Scientist. 2011-04-29 [2012-02-26].NEC and Corning achieve petabit optical transmission. The Business of Photonics: Latest news, analysis and in-depth reporting. 2013-01-22 [2013-01-23].Big data, now at the speed of light. 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Fibre Systems. 2018-04-16 [2018-06-30].百科摘录2量子通信与传统光通信的区别与联系下的内容摘录通信百科中兴通讯 有线规划专家光纤通信是利用光纤传输光信号的通信方式。区别:从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。因此在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。而光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式,被称之为“有线”光通信。知乎小知 摘录于 2020-04-24常识4来了,你还在吗?下的内容摘录行测风暴羚羊光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。光纤通信通过激光在光导纤维中传输信号,由于激光的频率远高于微波,所以不易受其他无线电波信号的干扰,而且保证了传输的稳定性,所以光纤通信的抗电磁干扰能力强,B表述错误。知乎小知 摘录于 2020-04-24浏览量2659 万讨论量1.2 万 帮助中心知乎隐私保护指引申请开通机构号联系我们 举报中心涉未成年举报网络谣言举报涉企虚假举报更多 关于知乎下载知乎知乎招聘知乎指南知乎协议更多京 ICP 证 110745 号 · 京 ICP 备 13052560 号 - 1 · 京公网安备 11010802020088 号 · 京网文[2022]2674-081 号 · 药品医疗器械网络信息服务备案(京)网药械信息备字(2022)第00334号 · 广播电视节目制作经营许可证:(京)字第06591号 · 服务热线:400-919-0001 · Investor Relations · © 2024 知乎 北京智者天下科技有限公司版权所有 · 违法和不良信息举报:010-82716601 · 举报邮箱:jubao@zhihu.
光纤通信(专业名称)_百度百科
(专业名称)_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心光纤通信是一个多义词,请在下列义项上选择浏览(共13个义项)展开添加义项光纤通信[guāng xiān tōng xìn]播报讨论上传视频专业名称收藏查看我的收藏0有用+10光纤通信技术(optical fiber communications)从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。中文名光纤通信外文名optical fiber communications专业代码590309目录1专业概述▪优点和不足▪原理与应用▪光源▪光电接收器▪光纤▪光波分复用技术▪光孤子通信技术▪光纤接入技术▪工作过程▪应用领域2专业设置▪培养目标▪主要课程▪就业方向3发展4趋势专业概述播报编辑光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信是利用光波作载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式,被称之为“有线”光通信。当今,光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小,而远优于电缆、微波通信的传输,已成为世界通信中主要传输方式。1966年英籍华人高锟(Charles Kao)发表论文提出用石英制作玻璃丝(光纤),其损耗可达20dB/km,可实现大容量的光纤通信。当时,世界上只有少数人相信,如英国的标准电信实验室(STL)、美国的Corning玻璃公司,Bell实验室等领导。2009年高锟因发明光纤获得诺贝尔奖。1970年,Corning公司研制出损失低达20dB/km,长约30 m的石英光纤。1976年Bell实验室在华盛顿亚特兰大建立了一条实验线路,传输速率仅45Mb/s,只能传输数百路电话,而用中同轴电缆可传输1800路电话。因为当时尚无通信用的激光器,而是用发光二极管(LED)做光纤通信的光源,所以速率很低。1984年左右,通信用的半导体激光器研制成功,光纤通信的速率达到144Mb/s,可传输1920路电话。1992年一根光纤传输速率达到2.5Gb/s,相当3万余路电话。1996年,各种波长的激光器研制成功,可实现多波长多通道的光纤通信,即所谓“波分复用”(WDM)技术,也就是在1根光纤内,传输多个不同波长的光信号。于是光纤通信的传输容量倍增。在2000年,利用WDM技术,一根光纤光纤传输速率达到640Gb/s。有人对高锟1976年发明了光纤,而2010年才获得诺贝尔奖有很大的疑问。事实上,从以上光纤发展史可以看出,尽管光纤的容量很大,没有高速度的激光器和微电子仍不能发挥光纤超大容量的作用。电子器件的速率才达到吉比特/秒量级,各种波长的高速激光器的出现使光纤传输达到太比特/秒量级(1Tb/s=1000 Gb/s),人们才认识到“光纤的发明引发了通信技术的一场革命!”优点和不足(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽,只需一秒钟左右,即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低,在光波长为1.55μm附近,石英光纤损耗可低于0.2dB/km,这比任何传输媒质的损耗都低。因此,无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。(2)信号干扰小、保密性能好;(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题,唯有光纤通信不受各种电磁干扰。(4)光纤尺寸小、重量轻,便于铺设和运输;(5)材料来源丰富,环境保护好,有利于节约有色金属铜。(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。 [1](7)光缆适应性强,寿命长。(8)质地脆,机械强度差。(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。(10)分路、耦合不灵活。(11)光纤光缆的弯曲半径不能过小(>20cm)(12)有供电困难问题。利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式.由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点,光纤通信中的光波主要是激光,所以又叫做激光-光纤通信.原理与应用光纤通信的原理是:在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息.随着信息技术传输速度日益更新,光纤技术已得到广泛的重视和应用。在多微机电梯系统中,光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。光纤技术在电梯上的应用,大大提高了整个控制系统的反应速度,使电梯系统的并联群控性能有了明显提高。电梯上所使用的光纤通信装置主要由光源、光电接收器和光纤组成。光源微机控制系统输出的信号为电信号,而光纤系统传输的是光信号,因此,为了把微机系统产生的电信号在光纤中传输,首先要把电信号转换为光信号。光源就是这样一种电光转换器件。光源首先将电信号转换成光信号,再向光纤发送光信号。在光纤系统中,光源具有非常重要的地位。可作为光纤光源的有白炽灯、激光器和半导体光源等。半导体光源是利用半导体的 PN结将电能转换成光能的,常用的半导体光源有半导体发光二极管(LED)和激光二极管(LD) 。半导体光源因其体积小、重量轻、结构简单、使用方便、与光纤易于相容等优点,在光纤传输系统中得到了广泛的应用。光电接收器在光纤中传输的光信号在被微机系统所接收前,首先要还原成相应的电信号。这种转换是通过光接收器来实现的。光接收器的作用就是将由光纤传送过来的光信号转换成电信号,再把该电信号交由控制系统进行处理。 光接收器是根据光电效应的原理,用光照射半导体的 PN结,半导体的 PN结吸收光能后将产生载流子,因此产生 PN结的光电效应,从而将光信号转换成电信号。应用于光纤系统中的半导体接收器主要有半导体光电二极管,光电三极管、光电倍增管和光电池等。光电三极管不仅能把入射光信号变成电信号,而且能把电信号放大,从而能够与控制系统接口电路很好地匹配,所以光电三极管的应用最为广泛。光纤光纤是光信号的传输通道,是光纤通信的关键材料。光纤由纤芯、包层、涂敷层及外套组成,是一个多层介质结构的对称圆柱体。纤芯的主体是二氧化硅,里面掺有微量的其它材料,用以提高材料的光折射率。纤芯外面有包层,包层与纤芯有不同的光折射率, 纤芯的光折射率较高, 用以保证光信号主要在纤芯里进行传输。 包层外面是一层涂料,主要用来增加光纤的机械强度,以使光纤不受外来损害。光纤的最外层是外套,也是起保护作用的。光纤的两个主要特征是衰减和色散。损耗是光信号在单位长度上的衰减或色散,用db/km表示,该参数关系到光信号的传输距离,损耗越大,传输距离越短。多微机电梯控制系统一般传输距离较短,因此为降低成本,大多选用塑料光纤。光纤的色散主要关系到脉冲展宽。 在三菱电梯控制系统中, 光纤通信主要用于群控与单梯间的数据传送及两台并联的单梯之间的数据传送。三菱电梯所用的光纤装置主要由光源、光接收器和光纤组成,其中光源和光接收器被封装在光纤接插件的定插头内,光纤与动插头相连。光波分复用技术 [2]WDM(Wavelength Division Multiplexing)技术是指使用多束激光在同一条光纤上同时传输多个不同波长的光波技术。它能够极大地提高光纤传输系统的传输容量。1.6 Tbit/s的WDM系统已经大规模商用化。为了进一步提高光纤传输的容量,1995年后DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)基础成为了国际上主要的研究对象,朗讯贝尔实验室认为商用的DWDM系统容量最高能够达到100 Tbit/s。以10 Gbit/s为基础的DWDM已在我国多个运营商中逐渐成为核心网主流。DWDM系统除了波长数和传输容量不断增加外,光传输距离也从600 km增加到了2000 km以上。除此之外,粗波分复用CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing)也在城域光传送网扩展中应运而生,具有超大容量、短距离传输和低成本等优势。研究人员还发现,将多个光时分复用OTDM信号进行波分复用能够大大提高传输容量。只要适当结合就能够实现Tbit/s以上的传输,因此,它也成为未来光纤通信的发展方向。实验室中大多数超过3 Tbit/s的传输实验都是采取这种方式实现的。光孤子通信技术 [3]光是一种特殊的ps数量级上的超短光脉冲,它经过光纤长距离传输后,波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信的,在零误码的情况下信息传递可达到万里。众多试验表明,它可以用于海底光缆通信等,而且适合与WDM系统结合构成超高速大容量的光通信,当单信道速率达到40 Gbit/s以上时,光孤子通信的优势得以充分体现。光纤接入技术光纤接入运用PON技术可以与多种技术相结合,比如ATM\SDH和以太网等,分别产生APON、GPON、EPON。相比之下,EPON继承了以太网的优势而且成本相对较低,在和光纤技术相结合后,EPON不在只局限于局域网,还扩展到城域网,甚至广域网。光纤到户也采用EPON 技术;GPON对电路交换业务支持最有优势,又能充分利用现有的SDH技术,但是技术较复杂,成本偏高;APON将用于实现FTTH方案。工作过程发送:CPU 通过专用 IC芯片将并行数据串行化,并根据通信格式插入相应位码(起始、停止、校验位等) ,由输出端 TXD将信号送入光纤接插件(即定插头) ,再由光纤接插件中的光源进行电—光转换,转换后的光信号通过光纤动插头向光纤发送光信号,光信号在光纤中向前传播。接收:来自光纤的光信号经光纤接插件的动插头,向定插头的接收器发送,接收器将接受到的光信号进行光—电还原,从而得到相应的电信号,该电 信号送入到专用的 IC 芯片的RXD输入端,经专用 IC芯片将串行数据改为并行数据后,再向 CPU传送。应用领域光纤通信的应用领域是很广泛的,主要用于市话中继线,光纤通信的优点在这里可以充分发挥,逐步取代电缆,得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信,现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法;用于全球通信网、各国的公共电信网(如中国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线);它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线(CATV)系统,用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。光纤传输系统主要由:光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。要实现通信,基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。它适合于光纤模拟通信系统中,而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中,电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理,而电信号反处理则是发端处理的逆过程,即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中,电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化,即脉冲编码调制(PCM )和线路码型编码处理等,而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信,电信号处理主要包括对信号进行放大,和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。专业设置播报编辑培养目标本专业培养能从事光纤网络工程的规划建设、SDH系统的调测维护、电信核心网络和接入网络的工程维护等工作的应用型人才。具有较强的电缆、光缆设计与施工、线路规划概预算的能力以及在光纤通信设备安装、调试与维护及其相关领域从业的综合职业能力。主要课程工程制图、电路与信号、电子技术、单片机与嵌入系统、光纤通信原理、光纤通信设备、综合业务接入网、线路工程与概预算、CATV系统、通信光缆线路、接入网技术、通信电源、计算机应用基础、计算机网络基础、数字通信原理、通信终端设备等。就业方向从事光纤通信线路工程和接入网的设计、施工、概预算编制和工程监理;光纤通信设备的安装、调试和操作维护;通信网络规划设计、施工、监理等工作。发展播报编辑光纤通信是现代通信网的主要传输手段,已经历三代:短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤.采用光纤通信是通信史上的重大变革,美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路,而致力于发展光纤通信.中国光纤通信已进入实用阶段.光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后,由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长,对大容量(超高速和超长距离)光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息,而以光纤作为传输介质实现信息传输,达到通信目的的一种最新通信技术。通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程,光频作为载频已达通信载波的上限,因为光是一种频率极高的电磁波 ,因此用光作为载波进行通信容量极大,是过去通信方式的千百倍,具有极大的吸引力,光通信是人们早就追求的目标,也是通信发展的必然方向。光纤通信与以往的电气通信相比,主要区别在于有很多优点:它传输频带宽、通信容量大;传输损耗低、中继距离长;线径细、重量轻,原料为石英,节省金属材料,有利于资源合理使用;绝缘、抗电磁干扰性能强;还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点,可在特殊环境或军事上使用。趋势播报编辑5G网络对光纤光缆需求激增5G网络的全面建设为光纤市场发展迎来新机遇:5G网络需要大量基站,因为其使用的高频信号无法覆盖很远的距离;同时,光纤是提供必要的高数据传输速率的唯一材料。因此,5G网络对光纤的需求将激增。 [4]新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000什么是光通信技术?这篇通俗科普让你明明白白 - 知乎
什么是光通信技术?这篇通俗科普让你明明白白 - 知乎首发于通信技术切换模式写文章登录/注册什么是光通信技术?这篇通俗科普让你明明白白工业通信发烧友通信连接世界使用光网络将每个人发送的信息,传播到世界各地。接下来介绍可以一次性快速传输海量信息的技术。一、什么是光通信?简而言之,光通信就是使用光,向对方传输信息的技术。1、光通信的基本结构我们身边的电脑和手机,通过电信号“0和1”发送信息。光通信是由将电信号转换成光信号的“发送机”、将光信号转换成电信号的“接收机”,以及传输光的回路“光纤”构成。2、光通信的优点传输距离长,经济节能一次性传输海量信息通信速度快1)传输距离长,经济节能假设1秒钟内要传输10Gb的信息(100亿个信号),如果使用电通信的话,每隔100米就要调整一次信号。与此相比,使用光通信的话,需要调整间隔可为100千米以上。调整信号的次数越少,所使用的机器数量也越少,因此具有经济节能的效果。比如说,现在和国外的朋友通话或上网聊天时,感觉与在国内通话没什么两样。不像以前那样声音会滞后。在只有电通信的时代,一次能传输的距离短而且传输的信息量少,国际间的通信主要通过人造卫星作为中继传输。但是,使用光通信的话,一次性传输的距离长而且传输的信息量多,因此,通过使用铺设在海底的光纤光缆,就能实现与海外自然畅通的通信。电波和光的速度相同。但是,由于经由卫星的话传输路径会变长,信号到达较慢。海底电缆的距离短很多,所以信号会更快达到。2)一次性传输海量信息大量用户可以同时接收需要的信息(电影或新闻等)。在1秒钟内,电通信最多只能传输10Gb(100亿个0和1信号)的信息,与此相比,光通信最多可以传输1Tb(1万亿个0和1信号)的信息。3)通信速度快电通信会因电噪声出现错误,导致通信速度下降。但是,光通信不会受到噪声的影响,因此可快速传输信号。二、光通信用在什么地方?1、光通信存在于身边乃至世界互联网、手机、IP电话等使用网络的设备,将每个人与其所在地区、与整个国家联系起来,甚至连接至全球通信网。比如说,电脑和手机发出的信号聚集在本地通信运营商的基站和网络供应商,再通过海底光缆中的光纤传输至世界各地。2、连接网络的各种设备我们平常所使用的各种设备都能联网。网络的出现,让我们的生活变得更加舒适便捷。三、为什么需要光通信技术?1、通信量我们的通信量每年都在增加。我们平时使用手机、短信、接收图像、网络(虚拟)商店时进行信息交流。设备性能逐年改善,使用方法也随之改变。我们可以想象,今后的通信量还会不断增大。光通信技术就运用于信息交流中。2、传输量随着整个社会通信量的增加,不断出现了只需1根光纤就能传输更多信息的技术。3、传输量的单位传输单位是bps,即bit per second的简称,表示1秒钟内可以传输的比特数。比如说,1bps表示的则是1秒钟内可以传输1比特的数据。四、光通信中所使用的装置(光传输装置)1、光传输装置是做什么的?光通信网的关键部位装有光传输装置。这个装置发挥着许多作用。信号转换(发送信号):将电信号转换成光信号。信号复用:将多个窄的信号汇聚成一个宽的信号。信号中继:远距离传输,中途中继信号。信号转向:转换信号的传输方向。信号解复用:将复用的信号分解成原来的单独信号。信号转换(接收信号):将光信号转换成电信号。2、光传输装置装置中安装了各种部件。1)转换(发送信号),将接收的电信号转换成光信号。2)复用,复用多个信号同时发送。3)中继,传输过程中,信号的波形和强度发生劣化,因此需要将波形复原到原信号那样整齐的波形,加大光强。如果波形劣化严重,就需要暂时将光信号转换成电信号,波形错误修正后,重新转换成光信号进行传输。4)转向,根据信号的去向,光开关切换光信号的传输方向。5)解复用,将复用的信号分解成原来的单独信号。6)转换(接收信号)。将接收的光信号转换成电信号。五、通信方式(现在与将来)下面通过汽车和车道来说明通信方式。假设汽车代表占有车道的时间(1区间)、货物代表每次搬运的信息量(比特数)、车道代表光的一个波长。1、现在的通信速度:每波长传输10Gbps、40Gbps。・时分复用法(TDM: Time Division Multiplexing)因为每次可以传输的信息有限,所以需要分时段传输。比如说,多个用户同时发送信息时,搬运信息的车道只有一条,因此装载不同信息包裹的货车需要排成一列进行搬运。车道出现堵塞时,传输速度就会变慢。・波分复用法(WDM: Wavelength Division Multiplexing)一次能传输的信息量较多,通过改变波长,可同时传输多位用户的信息。比如说,即使多位用户同时发送信息,只要分布着多条车道就不易造成堵塞,能够流畅地运送货物(比特数),而且传输速度比较平稳。・多级调制法 (MM:Multi-level Modulation)在1波长的1个区间传输多个信号的方法。通过改变光的波形,在同一波长上传输多位用户的信息。具有代表性的技术是四相差分相移键控调制法(DQPSK:Differential Quadrature Phase-Shift-Keying)。通常情况下,每辆货车装载的货物是1比特,但是,使用“DQPSK”时,每辆货车可装载2比特货物。2、将来的通信速度:每波长传输100Gbps100Gbps相当于约0.4秒传输一张DVD的速度。(假设换算成容量为4.7GB的DVD)・偏振复用法(Polarization multiplexing)光在振动的同时向前进。振动的方向叫做“偏波”,分成垂直振动前进的光(垂直偏波)和水平振动前进的光(水平偏波)两种。偏波中包含的信息不会互相干扰,可传输大量信息。比如说,1条车道上同时行驶着2辆货车,这2辆货车在传输信息时不会发生碰撞。六、神通广大的光网络(实例介绍)光纤遍布全世界,我们在各种场合都能获得高质量的服务。接下来介绍相关实例。番外:1、为什么天空是蓝色的,夕阳是红色的呢?你有没有想过,为什么天空看起来是蓝色的呢? 天空呈现蓝色是有原因的。光的波长不同,呈现的颜色也不尽相同。太阳光进入地球的空气层(大气层)后会与空气中的灰尘(分子)发生碰撞,因此会改变光的朝向。也就是说,因为波长较短的光(比起红光蓝光波长更短)更容易与灰尘发生碰撞,所以光线容易到处扩散。天空之所以看起来是蓝色,是因为波长较短的蓝光扩散至整片天空。2、太阳光的波长太阳光看上去泛白,实际上因为混杂着从红光到蓝光的各色光。也就是说,太阳光中的光的波长各不相同。3、天空呈现蓝色的原因(太阳光与灰尘发生碰撞)1)太阳光进入空气层。空气层中漂浮着许多灰尘。2)波长较短的蓝光容易与灰尘发生碰撞,光就向四周扩散。另外,波长较长的红光在灰尘间自由穿梭。3)蓝光扩散至整片天空,从远处看,天空呈现蓝色。4、夕阳呈现红色的原因为什么蓝色的天空在傍晚时分会呈现红色呢?这与太阳光穿过空气层的距离有关。太阳下山时,太阳的位置从我们的正上方向水平方向移动。于是,太阳光穿过空气层的距离,比起在正上方时,水平方向时变得更长,之前从灰尘缝隙中穿过的波长较长的红光开始与灰尘发生碰撞。而且,由于蓝光的波长较短,无法到达远处,只有被红光覆盖的天空映入我们的眼帘,因此,夕阳看上去是红色。如上图所示,夕阳呈现红色的原因是,波长较长的光即使穿过厚厚的大气层后也不容易发生散射,具有能够到达远处的特性。光通信正是利用了这一原理,为了减少光纤中的散射,实现远距离传输,使用的是波长稍长的光。5、波的伙伴波长不同,种类各异。光通信中所使用的频率是1.3微米或1.55微米,属于红外线的一种。来源:富士通研发中心发布于 2020-03-17 15:43网络传输数据传输光通信赞同 1497 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录通信技术通信协议、运-1.4
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