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轻松讲座:了解光通信

2016-02-23 15:21:04      点击:

       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


什么是光通信


什么是光通信?

光通信就是使用光,向对方传输信息的技术。


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。


光通信的优点

1.传输距离长,经济节能

2.一次性传输海量信息

3.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


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。


光通信用在什么地方


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。


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。


为什么需要光通信技术


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。


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。

表示传输量的单位

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。


光通信中所使用的装置(光传输装置)


光传输装置是做什么的呢

    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。

1.信号转换(发送信号):将电信号转换成光信号。

2.信号复用:将多个窄的信号汇聚成一个宽的信号。

3.信号中继:远距离传输,中途中继信号。

4.信号转向:转换信号的传输方向。

5.信号解复用:将复用的信号分解成原来的单独信号。

6.信号转换(接收信号):将光信号转换成电信号。


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。


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。


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。


将来的通信速度:每波长传输100Gbps

   100Gbps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。


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。


小故事(为什么天空是蓝色的,夕阳是红色的呢)


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。


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。


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。


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。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。


预备知识(什么是波长)


什么是波长

从字面上看,“波长”就是“波的长度”。“波”包括声波、电波和光波等。波长是指一个波到下一个波之间的“一波”之长。


波长的差异随处可见。比如说,颜色的差异和声音高低的差异都取决于波长的“长短”。


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。