光纖通信新技術(shù)及其發(fā)展趨勢(已修改)
2025-06-19 12:38 本頁面
【正文】 畢業(yè)設計論文設計題目：光纖通信現(xiàn)狀及應用前景 設計作者： 專業(yè)班級/學號：合作者： 專業(yè)班級/學號：指導教師： 設計時間： 目錄引言 2一、光纖通信中應用的新技術(shù) 3 3 4 4 6 7 8二、新技術(shù)的比較 9 9 10 11 12 13 14三、結(jié)語 15參考文獻 15引言 光纖通信技術(shù)作為在實際運用中相當有前途的一種通信技術(shù)，已成為現(xiàn)代化通信非常重要的支柱。作為全球新一代信息技術(shù)革命的重要性之一，光纖通訊技術(shù)已經(jīng)成為當今信息社會中各種多樣且復雜的信息的主要傳輸媒介，并深刻、廣泛地改變了信息網(wǎng)架構(gòu)的整體面貌。以現(xiàn)代信息社會最堅定的通信基礎的身份，向世人展現(xiàn)了其無限美好的發(fā)展前景。光纖是通信網(wǎng)絡的優(yōu)良傳輸介質(zhì)，光纖通信是以很高頻率(1014Hz數(shù)量級)的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質(zhì)的通信，光纖通信的問世使高速率、大容量的通信成為可能，目前它已成為最主要的信息傳輸技術(shù)。調(diào)研當前光纖通信的各種新技術(shù)，對這些新技術(shù)進行詳細的比較，然后分析優(yōu)缺點；總結(jié)這些新技術(shù)在光纖通信領(lǐng)域應用中存在的問題和技術(shù)難點。根據(jù)自己的調(diào)研分析今后在這些新技術(shù)在光纖通信領(lǐng)域應用種的發(fā)展前景。一、光纖通信中應用的新技術(shù)1844年，蘇格蘭海軍工程師約翰斯科特亞瑟對船在河道中運動而形成水的波峰進行觀察，發(fā)現(xiàn)當船突然停止時，原來在船前被推起的水波依然維護原來的形狀、幅度和速度向前運動，經(jīng)過相當長的時間才消失。這就是著名的孤立波現(xiàn)象。孤立波是一種特殊形態(tài)的波，它僅有一個波峰，波長為無限，在很長的傳輸距離內(nèi)可保持波形不變。人們從孤立波現(xiàn)象得到啟發(fā)，引出了孤子的概念，而以光纖為傳輸媒介，將信息調(diào)制到孤子上進行通信的系統(tǒng)則稱作光孤子傳輸系統(tǒng)。光脈沖在光纖中傳播，當光強密度足夠大時會引起光脈沖變窄，脈沖寬度不到1個Ps，這是非線性光學中的一種現(xiàn)象，稱為光孤子現(xiàn)象。若使用光孤子進行通信可使光纖的帶寬增加10～100倍，使通信距離與速度大幅度地提高。于常規(guī)的線性光纖通信系統(tǒng)而言，限制其傳輸容量和距離的主要因素是光纖的損耗和色散。隨著光纖制作工藝的提高，光纖的損耗已接近理論極限，因此光纖色散便成為實現(xiàn)超大容量光纖通信亟待解決的問題。光纖的色散，使得光脈沖中不同波長的光傳播速度不一致，結(jié)果導致光脈沖展寬，限制了傳輸容量和傳輸距離。由光纖的非線性所產(chǎn)生的光孤子可抵消光纖色散的作用。因此，利用光孤子進行通信可以很好地解決這個問題。光纖的群速度色散和光纖的非線性，二者共同作用使得孤子在光纖中能夠穩(wěn)定存在。當工作波長大于1．3168。m時，光纖呈現(xiàn)負的群速度色散，即脈沖中的高頻分量傳播速度快，低頻分量傳播速度慢。在強輸入光場的作用下，光纖中會產(chǎn)生較強的非線性克爾效應，即光纖的折射率與光場強度成正比，進而使得脈沖相位正比于光場強度，即自相位調(diào)制，這造成脈沖前沿頻率低，后沿頻率高，因此脈沖后沿比脈沖前沿運動得快，引起脈沖壓縮效應。當這種壓縮效應與色散單獨作用引起的脈沖展寬效應平衡時即產(chǎn)生了束縛光脈沖——光孤子，它可以傳播得很遠而不改變形狀與速度。光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)生皮秒數(shù)量級的光孤子和工作在微波頻率的檢測器。目前用多模光纖激光器和DFB激光器已能產(chǎn)生幾十皮秒的光孤子。但真正要投入使用還有許多問題需要解決。 相干光通信 迄今為止的光纖通信系統(tǒng)，幾乎都是采用強度調(diào)制一直接檢波的方式。這種方式的優(yōu)點是調(diào)制和解調(diào)容易，系統(tǒng)的成本較低，但性能還需進一步提高。人們把光通信和無線電通信相比較，發(fā)現(xiàn)這種方式與早期無線電通信的直接檢波類似。在直接檢波以后，無線電通信通過引入外差檢波方式，避免了高頻放大濾波的困難，得到了混頻增益，提高了接收選擇性。通過引入相干調(diào)制技術(shù)，充分利用了無線電波的頻率和相位信息，大大地改善了無線電通信系統(tǒng)的性能。類似地，在光通信中利用相干調(diào)制和外差檢測技術(shù)，也可改善光通信的性能，這就是相干光通信。在相干光通信中主要利用了相干調(diào)制和外差檢測技術(shù)，所謂相干調(diào)制，就是利用要傳輸?shù)男盘杹砀淖児廨d波的頻率、相位和振幅(而不像強度檢測那樣只是改變光的強度)，這就需要光信號有確定的頻率和相位(而不像自然光那樣沒有確定的頻率和相位)，即應是相干光。激光就是一種相干光。所謂外差檢測，就是利用一束本機振蕩產(chǎn)生的激光與輸入的信號光在光混頻器中進行混頻，得到與信號光的頻率、相位和振幅按相同規(guī)律變化的中頻信號。由于相干光通信具有靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點，可以用來做成大容量、長距離的干線網(wǎng)。在光纖有線電視系統(tǒng)中，如果采用相干光通信技術(shù)，可以建成光纖到戶的系統(tǒng)。由于選擇性的提高，可以傳輸多得多的頻道；由于接收機靈敏度的提高，使帶動的用戶數(shù)大大增加；采用可調(diào)諧本振接收機，用戶可以方便地隨時選擇信道。相干光通信技術(shù)，目前還只是試驗階段，隨著光通信技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，在不遠的將來，相干光通信技術(shù)將在實際通信中發(fā)揮巨大的作用。 在SDH傳輸網(wǎng)中，多路信號的復用是對電信號進行時分復用。在全光通信網(wǎng)中則需要直接對光信號復用，以光信號的復用，可以用和碼分復用。光時波長上，把時間分割成若干個時隙，然后個光網(wǎng)絡單元在每幀內(nèi)只能在指定的時隙向上行信道發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，光交換網(wǎng)絡可以從各個時隙中分別接收到各光網(wǎng)絡單元的信號而不混淆。在光時分復用系統(tǒng)中，與信號有關(guān)的所有電子設備均工作在基帶比特速率下，因而不存在電子瓶頸問題。在發(fā)送側(cè)，各光網(wǎng)絡單元從光交換網(wǎng)絡到光網(wǎng)絡單元的下行信號中提取發(fā)送定時，由模式鎖定激光器產(chǎn)生一定寬度的連續(xù)光脈沖，并提供時分復用所必需的低占空比的脈沖流，通過鈮酸鋰光調(diào)制器對輸人數(shù)據(jù)進行取樣編碼，形成n路載有信息的光脈沖，各路光脈沖分別經(jīng)可變光延時線調(diào)整至合適的位置，即調(diào)整到規(guī)定的時隙，之后在3dB光纖方向耦合器中復用成一路光脈沖信號，經(jīng)放大送人光纖中傳輸。在接收端，首先實現(xiàn)全光解復用，即利用光纖分路器取出部分光功率，送入定時提取鎖相環(huán)提取時鐘同步信號，并用此信號激勵可調(diào)諧模式鎖定激光器產(chǎn)生光控脈沖，去控制全光解復用器，實現(xiàn)光時分解復用，從而獲得n路光脈沖信號，然后送入時分光交換網(wǎng)絡中進行交換。采用光時分復用技術(shù)提高了傳輸速率，大大提高了系統(tǒng)容量，同時還可和其它復用方式結(jié)合，如和WDM相結(jié)合，利用多個光載波來實現(xiàn)時分多路光脈沖信號的傳送，還可成倍地提高系統(tǒng)容
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