第四讲光通信与全光网课件

1.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2024/6/132024/6/1312023/8/81 1.光通信的发展历程1873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:（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。2024/6/132024/6/132 1.光通信的发展历程1873年，美国人莫尔斯发明了电报1.2 1.2 通信传输媒介分类及相应波段划分通信传输媒介分类及相应波段划分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有线：有线：有线：有线：光纤光纤光纤光纤 （频率很高（频率很高（频率很高（频率很高 10101414，载波能力强），载波能力强），载波能力强），载波能力强）铜线铜线铜线铜线 （同轴线、屏蔽与非屏蔽双绞铜线）（同轴线、屏蔽与非屏蔽双绞铜线）（同轴线、屏蔽与非屏蔽双绞铜线）（同轴线、屏蔽与非屏蔽双绞铜线）无线：无线：无线：无线：微波、无线微波、无线微波、无线微波、无线 电力电力、电话、电话无线电、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2024/6/132024/6/1331.2 通信传输媒介分类及相应波段划分10110710210光纤传输的容量光纤传输的容量1530 1675 nm1530 1675 nm1530 1675 nm1530 1675 nm 1260126012601260 q q 单纤全部可用频段为单纤全部可用频段为单纤全部可用频段为单纤全部可用频段为400nm400nm，单根纤芯可传，单根纤芯可传，单根纤芯可传，单根纤芯可传 500个波个波长长q 若每波长若每波长若每波长若每波长 信道速率信道速率信道速率信道速率 40Gb/s,40Gb/s,单根纤芯可传单根纤芯可传单根纤芯可传单根纤芯可传 20Tb/s0.2dB0.3dB500路路x40Gb/s=20Tb/s2024/6/132024/6/134光纤传输的容量1530 1675 nm 1210 Gb/s 10 Gb/s 10 Gb/s 能作什么能作什么能作什么？1.1.ASCII CharacterASCII Character (8 bit)10(8 bit)109 9 Char./sChar./s (1000 books)(1000 books)2.2.语音信道语音信道语音信道语音信道 (64Kb/s)155,000 Channels(64Kb/s)155,000 Channels3.3.高清电视高清电视高清电视高清电视 (60Mb/s)160 Channels(60Mb/s)160 Channels 压缩后压缩后压缩后压缩后 (20Mb/s)500 Channels(20Mb/s)500 Channels4.4.Gigabit EthernetGigabit Ethernet (1Gb/s)8 Channels(1Gb/s)8 Channels2024/6/132024/6/13510 Gb/s 能作什么？1.ASCII Charact光纤的优点:近乎无限的带宽（近乎无限的带宽（近乎无限的带宽（近乎无限的带宽（没有光纤就没有当今的信息高速公路没有光纤就没有当今的信息高速公路没有光纤就没有当今的信息高速公路没有光纤就没有当今的信息高速公路)低损耗（低损耗（低损耗（低损耗（0.2dB/km)摩尔定律（数量级/18month.)2024/6/132024/6/1315光通信容量的发展历程？7494：一个数量级/4年2023/全光网系统2024/6/132024/6/1316全光网系统2023/8/816FLAGFiber 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2024/6/132024/6/1317FLAGFiber Optic Link 架空光缆直埋光缆National Backbone Providere.g.BBN/GTE US backbone network2024/6/132024/6/1318National Backbone Providere.g.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FTTBFTTCFTTCabCoax,HFC2024/6/132024/6/1319光纤究竟敷设到那里？-到家门口，到桌面！FTSONETDataCenterSONETSONETSONETDWDMDWDMAccessLong HaulAccessMetroMetro全光网地域分布2024/6/132024/6/1320SONETDataSONETSONETSONETDWDMDWPoint-to-Point Fibre TransmissionDense Wavelength Division MultiplexingDWDM+Optical ADMsDWDM+OADMs+OXCs All Optical Networks全光网的演进全光网的演进2024/6/132024/6/1321Point-to-Point Fibre Transmiss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 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）2024/6/132024/6/1322光网的演进方向1 st Generation:物理层上光纤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2024/6/132024/6/1323现在大多数光纤网络中,只是在点-点传输;Links-每个节点需要(OEO)转换 速度远低于传输速度SDH Optical OutSDH 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2024/6/132024/6/1324每个节点需要(OEO)转换 SDH Optical Out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2024/6/132024/6/1325光传输+光节点交换Source:Master 7_7OpAll-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2024/6/132024/6/1326All-Optical Switching光波长交叉互联(光空间交换光空间交换1-D MEMSMicro-mirror ArrayDigital MirrorControl Electronics1011Wavelength Dispersive ElementInput FiberOutput Fiber 1Output Fiber 2Input&Output fiber arrayOutputAddDropInput2024/6/132024/6/1327光空间交换1-D MEMSDigital MirrorCo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2024/6/132024/6/1328允许波长粒度的上下路复用Wavelengths 1 2 3 132132DemuxMuxDrop 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2024/6/132024/6/1329132132DemuxMuxDrop Wavelengths光波长变换光波长变换(WC)No WC123New request 1 3With WC 123New request 1 3WC2024/6/132024/6/1330光波长变换(WC)No WC123New requestWSource:Master 7_7OADMOADMOADMOADMWavelengths 1 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 4NodeANodeDNodeBNodeCNote 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 Example2024/6/132024/6/1331Source:Master 7_7OADMOADMOADPoint-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2024/6/132024/6/1332Point-to-Point Fibre TransmissThank you !2024/6/132024/6/1333Thank you !2023/8/833