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智能楼宇室内壁挂监控箱从单信道速率(单波长速率)来看,100Gb/s的系统已经开始在国内外大规模商用,400Gb/s的系统也已在实验室完成研发,并有部分的部署案例。单信道容量为11.2Tb/s的系统在实验室已经实现;从单显信道数来看,C波段80波系统、C L波段160波系统已经成熟商用,单纤432波、波长间距25GHz的试验系统已经实现;从整个传输系统的总容量来看,单纤10Tb/s技术已经完全打破,目前单纤容量高已经达到69.1Tb/s正在逼近100Tb/s。这些都表明下一代光传送网络有能力为未来业务提供大容量传输平台X长距离传输能X地降低系统成本并提高系统的可靠性,所以也备受产业界的青睐随着分布式拉曼放大器、X强前向纠错技术、高速信号调制与接收处理技术、色散管理与相干检测技术、PMD补偿技术、光子集成技术和严格的光域均衡技术的使用,全光网传输的距离也在大幅度增加,部分厂家研发的系统已经达到4000km以上光纤通信之所以受到人们的较大重视,是因为和其他通信手段相比,具有不可比拟的X越性。
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在微波通信系统中,利用1~10GHz的电磁波及合适的调制技术传递信号。早的微波通信系统于1948年投入运营,从此以后,微波通信系统得到了较大的发展。微波通信系统依然存在着成本高、中继距离短、载波频率受限制的缺点系统的通信容量用比特率距离积(BL)表示,B为比特率,L为中继间距。20世纪后半叶人们开始认识到,如果用光波作载波,BL积可能增加几个数量X。然而当时发展光通信技术存在两个难以攻克的难题:较好个难题是无法找到适合光通信的低损耗传输介质,X二个难题是无合适的相干光源,使得光通信技术发展停滞不前现代光纤通信的发展历程1966年7月是光纤通信发展历史中的一个里程碑,英籍华人高锟博士在Proc.IEE杂志上发表了一篇十分有名的《用于光频的光纤表面波导》,该文从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性,设计了通信用光纤的波导结构,更重要的是,他科学地预言了制造通信用低损耗光纤,即通过加强原材料提纯、加入适当的掺杂剂,可把光纤的衰减系数降低20dB/km以下。
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20世纪60年代可能制造的光纤损耗X过了1000dB/km,高锟的预言被认为是可望而不可即的。1970年光纤制造技术终于出现了打破,美国康宁公司根据高锟的设想,使用改进型化学气相沉淀法,制造出了世界上较好根X低损耗光纤,其在1m附近波长区光纤损耗降低到约20dB/km。虽然康宁公司制造出的光纤只有几米长,但这证明了高锟预言的正确性,这是光纤制造技术的大打破。20世纪60年代激光技术的发明解决了X二个问题。随后,人们的注意力集中到寻找用激光进行通信的途径。1970年,美国贝尔实验室研制出世界上较好只在室温下连续工作的钾(GaAs)半导体激光器,为光纤通信找到了合适的光源器件。小型光源和低损耗光纤的同时问世,在全世界范围内掀起了发展光纤通信的。
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进展确实很快,在不到20年的时间,比特率-距离积增加了几个数量X,在技术上经历了各具特点的五个发展阶段(或五代光波通信系统)。(1)1978年工作于0.8m的较好代光波通信系统正式投入商业应用,其比特率在20100Mb/s之间,大中继间距约10km,大通信容量(BL)约500Mb/s•km。与同轴电缆通信系统相比,中继间距长,投入资金和维护费用低,是工程和商业运营追求的目标。(2)但是0.8m并非损耗小的佳工作波段,早在1970年时人们就认识到,使光波系统工作于1.3m时,光纤损耗<1.0dB/km,且有低色散,可大大增加中断距离,但是1.3pm的半导体激光器尚未研制成功,直到1977年这种激光器才问世。
接着在20世纪80年代初,早期的采用多模光纤的X二代光波通信系统问世,其中继距离X过了20km,但由于多模光纤的模间色散,早期的系统的比特率限制在100Mb/s以下。采用单模光纤能克服这种限制,一个实验室于1981年演示了比特率为2Gb/s,传输距离为44km的单模光波实验通信系统,并很快引入商业X域,至1987年1.3pm单模X二代光波系统开始投入商业运营,其比特率高达1.7Gb/s,中继距离约50km(3)X二代光波系统中继距离受1.3μm附近光纤损耗(典型值为0.5dB/km)限制,理论研究发现,石英光纤低损耗在1.55m附近,实验技术上于1979年就达到了0.2dB/km的低损耗。然而由于1.55m处高的光纤色散,而当时多纵模同时振荡的常规IngaAsP半导体激光器的谱展宽问题尚未解决。
这两个因素,推迟了X三代光波系统的问世。后来的研究发现,色散问题可以通过使用设计在1.5m附近,具有小色散的色散位移光纤(DSF)与采用单纵模激光器来克服。在20世纪80年代这两种技术都得到了发展,1985年的传输试验显示,其比特率达到4Gb/s,中继距离X过100km。至1990年,工作于2.5Gb/s1.55/m的X三代光波系统已能提供通信商业业务。这样的X三代光波系统,通过精心设计激光器和光,其比特率能X过10Gb/s。确实后来10Gb/s的光波系统在一些X得到了要点发展。(4)光波系统以采用光放大器(OA)增加中继距离和采用频分复用(FDM)与波分复用(WDM)增加比特率为特征。这种系统有时采用零差或外差方案,称为相干光波通信系统。
更多的时候是采用波分复用技术,目前已经在商用上实现64波的波分复用,实验室技术则远远高于这个水平。20世纪90年代初期光纤放大器的问世已引起了光纤通信X域的重大变革。(5)光波通信系统的研究与发展也经历了二十多年历程,已取得打破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散展宽的新概念产生的光孤子,实现光脉冲信号保形传输,虽然这种基本思想1973年就已提出,但直到1988年才由贝尔实验室采用受激喇曼散射增益补偿光纤损耗,将数据传输了4000km,次年又将传输距离延长到6000km。EDEA用于光孤子放大开始于1989年,在工程实际中有更大的X点。自那以后,全部上一些有名实验室纷纷开始验证光孤子通信作为高速长距离通信的巨大潜力。
1990-1992年在美国与英国的实验室,采用循环回路曾将2.5Gb/s与5Gb/s的数据传输10000km以上。日本的实验室则将10Gb/s的数据传输距离为10km。1995年,法国的实验室则将20Gb/s的数据传输10km,中继距离达140km。195年线形试验也将20Gb/s的数据传输8100km40Gb/s传输500km。线形光孤子系统的现场试验也在日本东京周围的城域网中进行,分别将10Gb/s与20Gb/s的数据传输2500km与1000km。1994年和1995年80Gb/s和160Gb/s的高速数据也分别传输500km和200km。光波通信技术得到巨大发展,现在信业务的90%需经光纤传输,光纤通信的业务量以每年40%的速度上升。
随着光波通信系统技术的发展,光波系统在通信网中的应用得到了相应的发展。现在世界上许多X都将光波系统引入了公用电信网、中继网和接入网中,光纤通信的应用范围越来越广。进入21世纪,光纤通信更是突飞猛进地向前发展。实现非常高速的传输速率,不断提升系统容量是光纤通信永恒的追求。在单通道10Gb/s和40Gb/s通信系统得到大规模应用之后,单通道100Gb/s的光纤通信系统已从2011年开始在国内外得到开通和运营。传输系统的关键技术,如调制码型、相干检测等在100Gb/s时代得到了广泛的统一,并且随着硬和软FEC的大量应用,100Gb/s系统传输能力和传输质量相比10Gb/s和40Gb/s系统有了质的飞跃,有望开创光通信的下一个黄金时代。
1)通信容量大从理论上讲,一根仅有头发丝粗细的光纤可以传输100亿话路。虽然目前远未达到如此高的传输容量,但用一根光纤同时传输50万话路(40Gb/s)的试验已经取得成功,它比传统的同轴电缆、微波等要高出几千乃至几十万以上。2)中继距离远、由于光纤具有较低的衰减系数(目前达0.25db/km以下),若配以适当的光发射、光机收设备以及光放大器,可使中继距离达100km以上,比同轴电缆大几十倍。3)抗电磁干扰能力强,无串话光纤是非金属的光导纤维,即使工作在强电磁场附近或处于核后强大的电磁干扰的环境中,光纤也不会产生感应电压和感应电流。这有利于传送动态图像(如可视电话和电视节目),靠近高压输电线和与电气化***并行敷设,通信也不受干扰,适于在工厂内部的自动控制和系统应用,也有利于在多雷地区、飞机上以及保密性要求强的军政单位使用由于光信号被限制在光纤内传输,不会逸出光纤,所以光缆内光纤之间不会“串话”,即没有纤间串扰,不易被。
