【正文】 長沙學(xué)院畢業(yè)論文 光纖通信的發(fā)展趨勢探討畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II前 言 1第1章 概 述 2 光纖通信發(fā)展史 2 光纖通信的基本構(gòu)成 2第2章 光纖通信向大容量、寬帶化、超長距離發(fā)展 3 大容量、寬帶化的發(fā)展 3 DWDM的發(fā)展 5 超長距離光纖通信的發(fā)展 6第3章 多種業(yè)務(wù)接入MSTP 7 MSTP的應(yīng)用 7 MSTP的發(fā)展 9第4章 統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理平臺 10 統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理平臺 10 TMN 11第5章 網(wǎng)絡(luò)保護機制和傳輸體制 12 網(wǎng)絡(luò)保護機制 12 SDH/SONET體制 14 智能化光網(wǎng)絡(luò) 16 全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 18第7章 光纖到家庭FTTH的發(fā)展 19 FTTH 19 FTTH的發(fā)展 20總結(jié) 21致 謝 22參考文獻 23II 長沙學(xué)院畢業(yè)論文 前 言電信世界正逐步形成充滿競爭和挑戰(zhàn)的局面，電信和數(shù)據(jù)通信融合為信息通信的時代已經(jīng)成為現(xiàn)實，新的有競爭力的公司以更低的價格引入新的服務(wù)。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，政府條例的不斷放寬，信息產(chǎn)業(yè)正在迅速的全球化。今天，有效的信息傳輸已成為競爭的關(guān)鍵因素之一。因特網(wǎng)的應(yīng)用和光技術(shù)的快速發(fā)展使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了根本變化，動態(tài)波長和快速波長提供需求是光網(wǎng)絡(luò)的主要趨勢之一。隨著這種轉(zhuǎn)變的繼續(xù)，目前采用波長路由方式承載突發(fā)的因特網(wǎng)業(yè)務(wù)將存在電路交換網(wǎng)絡(luò)同樣的種種缺陷。未來電信級光網(wǎng)絡(luò)仍然是基于電路的假設(shè)驅(qū)動了以前的研究。光網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模在迅速擴展，光傳送網(wǎng)的角色從原來的大容量帶寬傳送轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┒说蕉说姆?wù)連接。本文第一章介紹了光纖通信的發(fā)展史和光纖通信的基本構(gòu)成；第二章介紹了光纖通信向大容量、寬帶寬、超長距離發(fā)展的趨勢，重點介紹了DWDM技術(shù)的應(yīng)用和超長距離傳送的幾個關(guān)鍵技術(shù)；第三章首先介紹了多業(yè)務(wù)接入MSTP在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用情況，然后詳細介紹了MSTP技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)況；第四章簡單介紹了目前光纖通信網(wǎng)管系統(tǒng)的不足和統(tǒng)一網(wǎng)管的要求，最后表明了光纖通信網(wǎng)管系統(tǒng)的發(fā)展方向——TMN，及其在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用情況；第五章對光纖通信中的各種保護機制進行了簡單介紹，并介紹了光纖通信中的傳輸體制SDH/SONET最新的發(fā)展：支持集成通用組幀程序(GFP)、鏈路容量調(diào)節(jié)方案(LCAS)和自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)標準；第六章介紹光通信網(wǎng)絡(luò)向智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，ASON技術(shù)在智能網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用及實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的意義，然后介紹了全光網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)；第七章表明FTTH是光纖接入的最終形式，本章還介紹了實現(xiàn)FTTH的幾種技術(shù)，以及FTTH光纖接入技術(shù)必然在中國取得很大的發(fā)展，F(xiàn)TTH的規(guī)模商用給中國FTTH產(chǎn)業(yè)一個正名機會。第1章 概 述 光纖通信發(fā)展史80年代一項最重要的技術(shù)發(fā)展是光纖通信成為一個主要的國際性產(chǎn)業(yè)。用光纖敷設(shè)的總長度可以表明其發(fā)展的程度。據(jù)估計，截止2001年底。1955年，英國科學(xué)家卡帕尼，發(fā)明了玻璃光導(dǎo)纖維。1960年被稱為光纖之父的華人高錕等人首先提出了用低吸收的光纖做光通信。1970年，美國的柯林公司做出了每公里20分貝的低損耗光纖，貝爾實驗室研制成功室溫連續(xù)運轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體激光器，這奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。七八年以后，美國在芝加哥市首先開辟了第一條光纖通信線路。再過10年左右，這樣低的損耗就可以傳輸很遠。在同年，英國的南安普敦大學(xué)，發(fā)明了摻鉺光纖放大器。1989年美國首次進行了波分復(fù)用的光通信實驗，是四個頻道的，四個通道。1998年，美國實現(xiàn)了密集波分復(fù)用的長途光通信，它的傳輸速率達到每秒一個太比特，從此，我們就進入了這樣一個高速的時代，太比特的時代?！? 。20世紀80年代投資的武漢郵電研究院，研制光纖的器件和光纖本身，現(xiàn)在也成為光纖器件的一個最大的研究單位。1995年到1998年，上海交大完成了九五項目，四個節(jié)點的全光城域網(wǎng)、實驗網(wǎng)。20世紀90年代起，全國各地都普遍鋪設(shè)和使用單路的光纖通信線路，截止到2004年底，全國敷設(shè)光纖總長度已超過350萬公里。 2000年底中國網(wǎng)通公司建成了3400公里的波分復(fù)用的光纖通信網(wǎng)；2001年完成了863項目，中國高速示范網(wǎng)；2000年，國家自然科學(xué)基金資助了一個項目，中國高速互聯(lián)研究實驗網(wǎng)。現(xiàn)在，我們國內(nèi)有很多的公司可以批量生產(chǎn)光纖通信的系統(tǒng)和器件。 光纖通信的基本構(gòu)成 光纖由纖芯、包層與涂層三大部分組成。光纖按模式分為多模光纖和單模光纖，對于公用通信網(wǎng)的骨干網(wǎng)，包括市內(nèi)骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)的光纖線路，需要使用單模光纖；專用的局域網(wǎng)和其它短距離光纖線路使用多模光纖。光纖的工作波長有短波長和長波長。，（Chromaticdispersion，簡寫dispersion)，對長距離、高速率脈沖信號傳輸有限制。經(jīng)重新設(shè)計的光纖，這樣的單模光纖就稱為‘色散移位光纖’，簡寫DSF（dispersionshiftedfiber）。為了充分發(fā)展WDM/DWDM系統(tǒng)，（四波混頻）的影響，稱為‘非零色散光纖’，簡寫NZDF（nonzerodispersionfiber）。 光源是光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵光子器件。光纖通信對光源器件的要求工作壽命長（光源器件壽命的終結(jié)是指其發(fā)光功率降低到初始值的一半或者其閾值電流增大到其初始值的二倍以上）、體積小、重量輕。常見的光源器件有激光二極管（LD）和發(fā)光二極管（LED）兩種。，～／lnp隱理式異質(zhì)結(jié)構(gòu)。而WDM系統(tǒng)須利用長波長光源器件，它不僅要求激光管的發(fā)射波長高度穩(wěn)定，保證器件與波導(dǎo)之間實現(xiàn)最佳耦合，插入損耗小，同時要求能把多路激光管和必要的附屬電路集成在同一芯片上，使得多路光載波信號能夠在一根光纖中加以傳輸。近年來研制的多波長光源器件主要是把多路激光管排成陣列，連同一個導(dǎo)形耦合器，利用硅的“平面光路”平臺技術(shù)制成混合集成光組件，其結(jié)構(gòu)趨于采用光纖光柵的外腔激光管結(jié)構(gòu)。 光檢測器件通過光/電轉(zhuǎn)換將信號通信信息從光波中分離檢測出來。光檢測器件的要求靈敏度高、響應(yīng)度高、噪聲低、工作電壓低、體積小重量輕壽命長。常見的光檢測器有PN光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。第2章 光纖通信向大容量、寬帶化、超長距離發(fā)展 大容量、寬帶化的發(fā)展在世界網(wǎng)絡(luò)帶寬保持了50%100%的年增長速率的同時，中國的干線業(yè)務(wù)量和帶寬需求的實際年增長率均超過了200%。根據(jù)美國跨大西洋Internet干線流量統(tǒng)計，中國近幾年國內(nèi)干線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量年增長260%。國際Internet帶寬能力年增長245%，五年累增大約100倍。傳統(tǒng)的光纖通信發(fā)展始終在按照電信號的時分復(fù)用（TDM）方式進行，每當傳輸速率提高4倍，傳輸每個比特的成本大約下降30%~40%，因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟效益大致按指數(shù)規(guī)律增長。單路波長的傳輸速率受限于集成電路材料的電子和空穴的遷移率；還受限于傳輸媒質(zhì)的色散和極化模色散；最后受限于系統(tǒng)的性能價格比。Lucent朗訊科技公司宣布實現(xiàn)了單信道160Gbit/s的傳輸速率，而目前商用系統(tǒng)從45Mb／s增加到10Gb／s，可以攜帶12萬條話路，其速率在20年時間里提高了2000倍，比同期的微電子技術(shù)的集成度增長速度還要快得多。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)增加了業(yè)務(wù)傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務(wù)，特別是寬帶業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)提供了實現(xiàn)的可能。目前，10Gbit/s系統(tǒng)已大批量裝備網(wǎng)絡(luò)，40Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)商品化進入實用階段。從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用看，帶10Gbit/s接口的路由器已經(jīng)大量應(yīng)用，帶40Gbit/s接口的路由器也已經(jīng)進入大量應(yīng)用階段，為了提高核心網(wǎng)的效率和功能，核心網(wǎng)的單波長速率向40Gbit/s發(fā)展是合乎邏輯的?？偟目?，采用40Gbit/s傳輸?shù)闹饕獌?yōu)勢有：(1)更有效地使用傳輸頻帶，頻譜效率較高； (2)如果40Gbit/s的成本降到10Gbit/，就達到了合理應(yīng)用點，就有條件實現(xiàn)規(guī)模商用，降低傳輸成本； (3)由于只用一個網(wǎng)元代替了四個網(wǎng)元，減少了OAM的成本、復(fù)雜性以及備件的數(shù)量；(4)提高了核心網(wǎng)的效率和功能?！　膶嶋H應(yīng)用看，對于40Gbit/s傳輸系統(tǒng)，必須用外調(diào)制器；能具備足夠輸出電壓驅(qū)動外調(diào)制器的驅(qū)動集成電路還不夠成熟；沿用多年的NRZ調(diào)制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s還沒有把握，必須轉(zhuǎn)向性能更好的普通歸零（RZ）碼乃至調(diào)制效率更高的其他調(diào)制方式，例如載頻抑制的RZ（CSRZ）碼，差分相移鍵控RZ（DPSKRZ）碼，啁啾的RZ（CRZ）碼，超級CRZ（SuperCRZ）碼，雙二進制碼（DRZ），偽線性RZ碼，光孤子（Soliton）調(diào)制方式等。從歷史經(jīng)驗看。近年來，能夠普遍應(yīng)用的基于單波道的最高傳輸容量一直停留在SDH 10Gb/s。40Gb/s的應(yīng)用需求仍然存在，但它在節(jié)點技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和系統(tǒng)的性能價格比等方面存在的問題仍然沒有很好地得到解決。另外，由于存在具有部分可替代性的解決方案（如DWDM），這也在一定程度上進一步影響了40Gb/sSDH系統(tǒng)大范圍走向商用的步伐。對于短距離傳輸，無須色散補償、光放大器和外調(diào)制器，40Gbit/s系統(tǒng)具有最低的單位比特成本，上述問題不是障礙。40Gbit/s的應(yīng)用已經(jīng)由短距離互聯(lián)應(yīng)用開始，包括端局內(nèi)路由器、交換機和傳輸設(shè)備間的互聯(lián)，乃至擴展至城域網(wǎng)范圍和短距離長途應(yīng)用。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，特別是IP業(yè)務(wù)的迅猛崛起，導(dǎo)致全球信息量呈級數(shù)增長，通信業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)單一的電話業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向高速IP數(shù)據(jù)和多媒體為代表的寬帶業(yè)務(wù)，對通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬和容量提出了越來越高的要求。光纖存在巨大的頻帶資源和優(yōu)異的傳輸性能，是實現(xiàn)高速、大容量傳輸?shù)淖罾硐氲膫鬏斆劫|(zhì)，進一步擴容傳輸系統(tǒng)、降低每比特傳輸成本的唯一出路就是轉(zhuǎn)向使用光的復(fù)用技術(shù)。 DWDM的發(fā)展光通信系統(tǒng)可以按照不同的方式進行分類如果按照信號的復(fù)用方式來進行分類可分為頻分復(fù)用系統(tǒng)FDMFrequency Division Multiplexing、時分復(fù)用系統(tǒng)TDMTime Division Multiplexing、波分復(fù)用系統(tǒng)WDM Wavelength Division Multiplexing和空分復(fù)用系統(tǒng)SDMSpace Division Multiplexing。傳統(tǒng)的光纖傳輸一般在一個波長信道上進行，如果忽略激光器的線寬和啁啾效應(yīng)，則對應(yīng)1550nm處的高斯脈沖，即使采用光時分復(fù)用（OTDM）技術(shù)使信號速率達100Gbit/s，其所用帶寬也僅為光纖帶寬的一小部分，考慮到EDFA技術(shù)可以在1550nm的光纖低損耗窗口約35nm寬度的窗口提供增益，為了利用這些資源，采用光學(xué)分光元件分離波長，利用了一根光纖同時傳輸多個不同波長的光載波的特點，把光纖可能應(yīng)用的波長范圍劃分成若干個波段，每個波段作一個獨立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號，光波分復(fù)用的實質(zhì)是在光纖上進行光頻分復(fù)用OFDM，從而使光纖的傳輸容量大幅度增加。為了區(qū)分以前在1310nm和1550nms所進行波長復(fù)用傳輸，將這項技術(shù)稱為密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)。近來波分復(fù)用技術(shù)的大量應(yīng)用，使光傳輸速率已在向每秒太比特的數(shù)量級進軍。密集波分復(fù)用DWDMDense Wavelength Division Multiplexing技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性采用多個波長作為載波，允許各載波信道在光纖內(nèi)同時傳輸與通用的單信道系統(tǒng)相比密集，ITUT 。不同波長的頻率間隔應(yīng)為100GHz的整數(shù)倍。DWDM不僅極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴容簡單和性能可靠等諸多優(yōu)點，特別是它可以直接接入多種業(yè)務(wù)更使得它的應(yīng)用前景十分光明。1999年Nortel北電公司在Tele39。但這兩個記錄剛剛宣布不久，在11月份的新發(fā)明展示會上，Lucent宣布實現(xiàn)了DWDM16Tbit/s的傳輸實驗記錄。而近幾年來波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展十分迅猛，(27340Gbit/s)(25640Gbit/s)的傳輸容量記錄，北電又宣布將在2001年提供能在一根光纖上傳輸64Tb／S的DWDM商用系統(tǒng)。此系統(tǒng)最初將可以從40到80Gb／S向上進行擴展，最高達到64Tb／S。此系統(tǒng)使得北電在Tee 99上獨占光通信的鰲頭。這幾年，光傳輸系統(tǒng)容量基本上在幾十Tbit/s量級徘徊，新記錄主要表現(xiàn)在采用各種不同傳輸新技術(shù)和獲得更長無電中繼距離方面。 超長距離光纖通信的發(fā)展光纖通信自從問世以來，一直向著兩個目標不斷發(fā)展。一是延長中繼距離，二是提高傳輸速率（容量）。光纖的色散、色散斜率、偏振模色散、非線性效應(yīng)（四波混頻交叉相位調(diào)制等）等性能對超長距離光纖通信提出了新的嚴格要求。由于光纖的吸收和散射會導(dǎo)致光信號的衰減，光纖的色散將使光脈沖發(fā)生畸變，導(dǎo)致誤碼率增高，信號傳輸質(zhì)量降低，限制了通信距離。為了滿足長距離傳輸?shù)男枰仨氃诠饫w線路上加入中繼器，以補償光信號的衰減和對畸變信號進行整形。光纖放大器的出現(xiàn)，尤其在拉曼光纖放大器實用之后，為增大無再生中繼距離創(chuàng)造了條件。同時，采用有利于長距離傳送的線路編碼，如RZ或CSRZ碼；采用FEC、EFEC或SFEC等技術(shù)提高接收靈敏度；用色散補償和PMD補償技術(shù)解決光通道代價和選用合適的光纖及光器件等措施，已經(jīng)可以實現(xiàn)超過STM64或基于10Gbit/s的DWDM系統(tǒng)，4000km無電再生中繼器的超長距離傳輸。利用光孤子在一定條件（光纖的反常色散區(qū)及脈沖光功率密度足夠大）下，能夠長距離不變形地在光纖中傳輸?shù)奶匦?，完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制，其傳輸容量比當今最好的通信系統(tǒng)高出1~2個數(shù)量級，中繼距離可達幾百km。它被認為是下一代最有發(fā)展前途的傳輸方式之一。 超長距離傳輸（Ultra long haul，ULH） OFC2003報導(dǎo)的最長傳輸距離也是11000km。另外，／s系統(tǒng)的傳輸距離長達3200km。2004年初武漢郵電科學(xué)研究院承擔的“863”ULH項目順利通過了863專家組的驗收。，其中某些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于國內(nèi)一級干線工程。 拉曼光纖放大器（distributed Raman amplification）受激拉曼散射（SRS）將一小部分入射光功率轉(zhuǎn)移到頻率比其低的斯托克斯波上；如果一個弱信號與一強泵浦光波同時在