第一篇：光纖通信系統(tǒng)發(fā)展綜述

光纖通信系統(tǒng)發(fā)展綜述

摘要： 光纖通信技術(shù)（optical fiber communications）從光通信中脫穎而出,已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一,在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖通信作為一門新興技術(shù),其近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的,也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。

僅在過去5年中，光纖技術(shù)領(lǐng)域取得了大量突破性進(jìn)展，其中包括10Gbit/s網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和單根光纖上每秒太比特容量的成功演示。不久前，業(yè)內(nèi)成功演示了40Gbit/s和80Gbit/s網(wǎng)絡(luò)。這些演示進(jìn)一步突出了對速度更高、容量更大的網(wǎng)絡(luò)的需求和期望。

一、光纖通信的發(fā)展史

世界光纖通信發(fā)展史

光纖的發(fā)明，引起了通信技術(shù)的一場革命，是構(gòu)成21世紀(jì)即將到來的信息社會的一大要素。

1966年出生在中國上海的英籍華人高錕，發(fā)表論文《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，提出用石英玻璃纖維（光纖）傳送光信號來進(jìn)行通信，可實現(xiàn)長距離、大容量通信。

于1970年損失為20db/km的光纖研制出來了。據(jù)說康寧公司花費3000萬美元，得到30米光纖樣品，認(rèn)為非常值得。這一突破，引起整個通信界的震動，世界發(fā)達(dá)國家開始投入巨大力量研究光纖通信。1976年，美國貝爾實驗室在亞特蘭大到華盛頓間建立了世界第一條實用化的光纖通信線路，速率為45Mb/s，采用的是多模光纖，光源用的是發(fā)光管LED，波長是0.85微米的紅外光。在上世紀(jì)70年代末，大容量的單模光纖和長壽命的半導(dǎo)體激光器研制成功。光纖通信系統(tǒng)開始顯示出長距離、大容量無比的優(yōu)越性。

按理論計算：就光纖通信常用波長1.3微米和1.55微米波長窗口的容量至少有25000GHz。自然會想到采用多波長的波分復(fù)用技術(shù)WDM（WavelengthDivisionMultiplex）。1996年WDM技術(shù)取得突破，貝爾實驗室發(fā)展了WDM技術(shù)，美國MCI公司在1997年開通了商用的WDM線路。光纖通信系統(tǒng)的速率從單波長的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發(fā)展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸。當(dāng)今實驗室光系統(tǒng)速率已達(dá)10Tb/s，幾乎是用之不盡的，所以它的前景輝煌。

中國光纖通信發(fā)展史

1973年，世界光纖通信尚未實用。郵電部武漢郵電科學(xué)研究院（當(dāng)時是武漢郵電學(xué)院）就開始研究光纖通信。由于武漢郵電科學(xué)研究院采用了石英光纖、半導(dǎo)體激光器和編碼制式通信機(jī)正確的技術(shù)路線，使我國在發(fā)展光纖通信技術(shù)上少走了不少彎路，從而使我國光纖通信在高新技術(shù)中與發(fā)達(dá)國家有較小的差距。

我國研究開發(fā)光纖通信正處于十年**時期，處于封閉狀態(tài)。國外技術(shù)基本無法借鑒，純屬自己摸索，一切都要自己搞，包括光纖、光電子器件和光纖通信系統(tǒng)。就研制光纖來說，原料提純、熔煉車床、拉絲機(jī)，還包括光纖的測試儀表和接續(xù)工具也全都要自己開發(fā)，困難極大。武漢郵電科學(xué)研究院，考慮到保證光纖通信最終能為經(jīng)濟(jì)建設(shè)所用，開展了全面研究，-1-

除研制光纖外，還開展光電子器件和光纖通信系統(tǒng)的研制，使我國至今具有了完整的光纖通信產(chǎn)業(yè)。

1978年改革開放后，光纖通信的研發(fā)工作大大加快。上海、北京、武漢和桂林都研制出光纖通信試驗系統(tǒng)。1982年郵電部重點科研工程“八二工程”在武漢開通。該工程被稱為實用化工程，要求一切是商用產(chǎn)品而不是試驗品，要符合國際CCITT標(biāo)準(zhǔn)，要由設(shè)計院設(shè)計、工人施工，而不是科技人員施工。從此中國的光纖通信進(jìn)入實用階段。

在20世紀(jì)80年代中期，數(shù)字光纖通信的速率已達(dá)到144Mb/s，可傳送1980路電話，超過同軸電纜載波。于是，光纖通信作為主流被大量采用，在傳輸干線上全面取電纜。經(jīng)過國家“六五”、“七五”、“八五”和“九五”計劃，中國已建成“八縱八橫”干線網(wǎng)，連通全國各省區(qū)市。現(xiàn)在，中國已敷設(shè)光纜總長約250萬公里。光纖通信已成為中國通信的主要手段。在國家科技部、計委、經(jīng)委的安排下，1999年中國生產(chǎn)的8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)首次在青島至大連開通，隨之沈陽至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統(tǒng)開通。2005年3.2Tbps超大容量的光纖通信系統(tǒng)在上海至杭州開通，是至今世界容量最大的實用線路。

中國已建立了一定規(guī)模的光纖通信產(chǎn)業(yè)。中國生產(chǎn)的光纖光纜、半導(dǎo)體光電子器件和光纖通信系統(tǒng)能供國內(nèi)建設(shè)，并有少量出口。

有人認(rèn)為，我國光纖通信主要干線已經(jīng)建成，光纖通信容量達(dá)到Tbps，幾乎用不完，再則2000年的IT泡沫，使光纖的價格低到每公里100元，幾乎無利可圖。因此不要發(fā)展光纖通信技術(shù)了。

實際上，特別是中國，省內(nèi)農(nóng)村有許多空白需要建設(shè)；3G移動通信網(wǎng)的建設(shè)也需要光纖網(wǎng)來支持；隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)容等，光纖通信仍有巨大的市場?，F(xiàn)在每年光纖通信設(shè)備和光纜的銷售量是上升的。

二、光纖通信的原理及其優(yōu)點

光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息．

光纖即為光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體,以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看,構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類外,在應(yīng)用中,光纖常按用途進(jìn)行分類,可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種,而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖,并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。光纖通信之所以發(fā)展迅猛,主要緣于它具有以下特點:

(1)通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn);一根光纖的潛在帶寬可達(dá)20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質(zhì)的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達(dá)幾

十、甚至上百公里。

(2)信號串?dāng)_小、保密性能好;

(3)抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳,電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。

(4)光纖尺寸小、重量輕,便于敷設(shè)和運輸;

(5)材料來源豐富,環(huán)境保護(hù)好，有利于節(jié)約有色金屬銅。

(6)無輻射,難于竊聽,因為光纖傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。

(7)光纜適應(yīng)性強,壽命長。

(8)質(zhì)地脆，機(jī)械強度差。

(9)光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)。

(10)分路、耦合不靈活。

(11)光纖光纜的彎曲半徑不能過?。?20cm）

(12)有供電困難問題。

利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優(yōu)點，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纖通信．

光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng)歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖．采用光纖通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設(shè)電纜通信線路，而致力于發(fā)展光纖通信．中國光纖通信已進(jìn)入實用階段．

光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并列為20世紀(jì)90年代的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長，對大容量（超高速和超長距離）光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。光纖通信就是利用光波作為載波來傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實現(xiàn)信息傳輸，達(dá)到通信目的的一種最新通信技術(shù)。

通信的發(fā)展過程是以不斷提高載波頻率來擴(kuò)大通信容量的過程，光頻作為載頻已達(dá)通信載波的上限，因為光是一種頻率極高的電磁波，因此用光作為載波進(jìn)行通信容量極大，是過去通信方式的千百倍，具有極大的吸引力，光通信是人們早就追求的目標(biāo)，也是通信發(fā)展的必然方向。

光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長途干線通信過去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并形成了占全球優(yōu)勢的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)（如我國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線）；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線（CATV）系統(tǒng)，用于光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機(jī)內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

三、近幾年技術(shù)大突破

要全面發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的潛力，我們必須不斷提高網(wǎng)絡(luò)可靠性、速度和靈活性。這就要求我們構(gòu)想一種非常可靠、可以靈活地支持新應(yīng)用和業(yè)務(wù)而且成本低廉的網(wǎng)絡(luò)。有一套真正的端到端

解決方案，對于構(gòu)建更可靠、速度更高而且更靈活的互聯(lián)網(wǎng)也至關(guān)重要。

此外，我們還需要智能網(wǎng)絡(luò)，它必須提供動態(tài)的帶寬管理、集成的分組和光纖聯(lián)網(wǎng)以及通過一體化解決方案實現(xiàn)的協(xié)調(diào)一致的故障排除功能。將來的網(wǎng)絡(luò)還必須提供可擴(kuò)展、可實現(xiàn)業(yè)務(wù)的多太比特連接管理解決方案，它應(yīng)該可以集合和整理（groom）波長和子波長（sub wavelength）業(yè)務(wù)并提供靈活的恢復(fù)機(jī)制來滿足業(yè)務(wù)需要。

超高容量和超遠(yuǎn)距離（4000km）解決方案對于演進(jìn)長途網(wǎng)絡(luò)也很關(guān)鍵，而先進(jìn)的DWDM系統(tǒng)則是城域解決方案的一個重要組成部分?？煽啃圆辉偈且粋€業(yè)務(wù)差分因素，它已成為一項必備要求，而光纖層保護(hù)和恢復(fù)則是它的一部分。光纖和分組層上采用的經(jīng)過實踐驗證的功能恢復(fù)方法可以更可靠、智能地根據(jù)根本原因處理網(wǎng)絡(luò)性能下降情況。

要在一個業(yè)務(wù)要求瞬息萬變的環(huán)境中提供靈活性，模塊化光纖系統(tǒng)是一項必備條件。從收集層到高速核心網(wǎng)之間，我們需要提供多樣化的上高速路（OnRamp）手段，使得我們能處理不同的協(xié)議和不同的傳輸速率。這是收集層波分復(fù)用設(shè)備非常重要的要求。

時分復(fù)用（TDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)的發(fā)展幫助我們順利演進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)以處理業(yè)務(wù)容量問題。這兩種技術(shù)可以提高光纖吞吐量模塊性，而DWDM還可以提供一種解決容量問題的方法，因為它使服務(wù)供應(yīng)商可以在一根光纖上合并和發(fā)送多個光信號。這樣，服務(wù)供應(yīng)商便可以靈活地增加專為增加光纖容量而設(shè)計的下一代TDM技術(shù)，以便通過將時間劃分為更短的時間段和增加每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)量來處理比特率。

然而，尋求實現(xiàn)2.5Gbit/s和10Gbit/s以上線路速率的服務(wù)供應(yīng)商還必須滿足這一要求。服務(wù)供應(yīng)商們正在尋求可以支持更高光纖核心傳輸速率的解決方案，以便實現(xiàn)高性能骨干太比特容量并有效管理帶寬增長，同時降低在光纖上將每比特業(yè)務(wù)傳輸1英里所需的成本。下一代技術(shù)的發(fā)展可以提高光纖層的容量和效率，而且還可以在一根傳輸線路速率為40Gbit/s的光纖上支持高達(dá)64Tbit/s的容量。這種結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展到80Gbit/s甚至更高。與DWDM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備協(xié)同使用時，全新的40G解決方案實現(xiàn)的太比特容量可以實現(xiàn)一種非常優(yōu)化的解決方案來緩解網(wǎng)絡(luò)核心的業(yè)務(wù)擁塞和瓶頸。

40Gbit/s平臺可以提高網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)高效性，擴(kuò)大光纖覆蓋范圍，同時降低對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)單元的需求。它在每英里上傳輸1比特業(yè)務(wù)的成本最低而且設(shè)計小巧，可以減少在中心局中所需的空間。一個完整的40Gbit/s平臺將可以集成一個智能ASON（自動交換式光纖網(wǎng)絡(luò)），以提供在傳輸層管理容量的功能，同時實現(xiàn)將帶寬設(shè)置和多種端到端業(yè)務(wù)迅速重新路由至網(wǎng)絡(luò)任何地方的靈活性。這有助于確保需求可以得到經(jīng)濟(jì)高效的滿足。

光纖組件的其它進(jìn)步和一體化網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)的建立將為服務(wù)供應(yīng)商帶來更高效的解決方案。網(wǎng)狀網(wǎng)的靈活性可以提高網(wǎng)絡(luò)效率，同時降低總投資成本。網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)允許進(jìn)行多種靈活的網(wǎng)絡(luò)配置，每一種配置都可以支持基于智能光纖交換機(jī)的電路設(shè)置和所請求保護(hù)級別上對不同多級別業(yè)務(wù)的路由。

多重路由功能允許經(jīng)濟(jì)高效的業(yè)務(wù)設(shè)置，而且可以通過縮短恢復(fù)時間提高網(wǎng)絡(luò)的整體可靠性。靈活的帶寬管理還使服務(wù)供應(yīng)商可以在必要時租用不同波長。另外，可調(diào)諧的發(fā)射機(jī)將為光纖核心帶來更大的靈活性，并通過在所有波長上使用相同激光器來降低庫存成本。

四、光通信器件的介紹

光通信器件是光通信的關(guān)鍵部分，對光通信的發(fā)展起到了制約的作用，直接影響到整個光纖通信系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)水平和市場競爭力。隨著密集波分復(fù)用系統(tǒng)、光傳送網(wǎng)和光纖接入網(wǎng)的發(fā)展，對器件的質(zhì)量要求越來越高，并且不斷向交換、無線通信、光互連和傳感器等領(lǐng)域擴(kuò)展。

光纖通信器件分為有源器件、無源器件，其中有源器件包括激光器及組件、光纖放大器（以摻鉺光纖放大器為主）、發(fā)送器、接收器等；無源器件可分為波分復(fù)用器、光開關(guān)、連接器、衰減器、準(zhǔn)直器 隔離器等。

隨著目前全光網(wǎng)絡(luò)、太比特速率以及密集波分復(fù)用技術(shù)等光纖通信新技術(shù)的涌現(xiàn)，由光電集成和光子集成組成的光纖通信器件在整個光纖通信系統(tǒng)中所起的作用越來越重要，用量大增，其占據(jù)光纖通信市場份額迅速上升。在2000年，有源器件在整個光通信市場份額占40%，無源器件占9%。同時，光纖通信技術(shù)能否持續(xù)發(fā)展，很大程度取決于器件水平。可以說光纖通信進(jìn)步的基礎(chǔ)在于光器件。

五、光通信材料的介紹

一般而言，新材料的研制開發(fā)大多來源于新興器件技術(shù)的需求，對于光纖（Optical Fiber）材料也有類似情形，玻璃作為傳輸介質(zhì)的研制探索已有近一個世紀(jì)的歷史，目的主要在于改善寬頻帶（Broadband）的長途通信（Teleconmunication），使得借助玻璃纖維傳輸?shù)墓庑盘杻?yōu)于通過金屬電線傳導(dǎo)的電信號．

早期的電話是通過電線傳輸?shù)闹绷餍盘?，它的強度（音量大小）由碳話筒（Car－fon Microphone）產(chǎn)生的電阻變化而調(diào)制．隨著真空管（Vacuum Tube）的出現(xiàn)，聲信號通過交流載波器（Carrier）而調(diào)幅，并建立起間隔為4000Hz的十二個交流載波器組成的頻率體系（Frequency Hierarchy）．越高的載波頻率允許越大的信息承載容量．由于金屬電線的阻抗隨頻率增高而變大，該系統(tǒng)在高于IMHk頻率就不能使用．這種限制在二戰(zhàn)后被克服，采用單邊帶微波無線電（Single Sideband MicrowaveRadio）明顯地增大了單個傳輸通道的帶寬容量，它們早先通過塔桿而后使用衛(wèi)星進(jìn)行傳送．后來，可用的頻帶限制了其增長，人們的汪意力轉(zhuǎn)向波導(dǎo)（Waveguide）以及同軸電纜（Coaxial Cable）的研制開發(fā)。

不久同軸電纜就用在大容量的中繼主干線路（Trunk Line），但因高損耗而在間距

一、兩公里就需放大處理．尋求更有效的系統(tǒng)導(dǎo)致了毫米波導(dǎo)的開發(fā)．相比起同軸系統(tǒng)傳輸600對聲音信號，每個波導(dǎo)可提供多達(dá)238，000對聲音回路．但是，波導(dǎo)系統(tǒng)的復(fù)雜性和調(diào)節(jié)的緊密性使得系統(tǒng)非常昂貴，光通信設(shè)想早已被注意，原因在于 10 12 Hz頻率的光可提供幾乎無限的帶寬．然而，主要的障礙在于獲得透明的傳輸介質(zhì)．最早的實驗利用空氣來傳輸，但因霧。煙、雨等干擾而未能實用化．然后，嘗試用鋁管中的壓縮空氣來傳輸，純凈的空氣透光性好，不過用于補償光束發(fā)散的透鏡會導(dǎo)致高的反射損耗．一種巧妙發(fā)明的氣體透鏡，可對稱地加熱管中的氣體引起密度因而折射率（Refractiv Index）的梯度變化，從而起到聚焦作用，這種通過加熱金屬管的傳輸系統(tǒng)同樣不大經(jīng)濟(jì)．

采用頭發(fā)絲細(xì)的玻璃纖維可以代替氣體作為傳輸質(zhì)．這種圓柱形纖維中高折射率的內(nèi)芯，被低折射率的包覆層圍繞，從而使光線芯子與包覆層的界面發(fā)生全反射，并且無反射損耗地傳輸．由這種光學(xué)特性可以預(yù)計，光纖能在比金屬波導(dǎo)低的生產(chǎn)和安裝成本下達(dá)測望的適應(yīng)性能．若低于lppm的過渡金屬雜質(zhì)，則透明石英光纖能達(dá)到小于20 dB／km的損耗．

六、光纖通信的發(fā)展前景

FTTH（光纖到家庭）是光纖通信進(jìn)一步發(fā)展的方向，它被公認(rèn)為理想的寬帶接入網(wǎng)。目前，所謂寬帶業(yè)務(wù)，大多是500kbps的影視節(jié)目。運營商為了充分利用銅線資源，采用ADSL技術(shù)就可提供，這使FTTH成為接入網(wǎng)主流的時間有所推遲。不久的將來，在HDTV普及的情況下，ADSL不能滿足要求，而先進(jìn)的ADSL2+也許可滿足1chHDTV/戶。如果4chHDTV/戶采用FTTH比較合理。在雙向業(yè)務(wù)廣泛應(yīng)用的情況下，上下行不對稱的ADSL難以對應(yīng)。目前，發(fā)達(dá)國家FTTH建設(shè)普遍開展，日本、韓國和美國比較發(fā)達(dá)，采用各種無源光網(wǎng)PON和以太網(wǎng)技術(shù)。中國的運營商和房地產(chǎn)開發(fā)商已對FTTH進(jìn)行了試點。近來出現(xiàn)了所謂的網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV），電信運營商提出IPTV的初衷是考慮到有計算機(jī)的人少而有電視機(jī)的人多。提出的IPTV是采用專用的機(jī)頂盒連接電視機(jī)可直接瀏覽電信網(wǎng)的內(nèi)容，而不要計算機(jī)。IPTV具有常規(guī)電視并兼有點播和時移電視的功能，可能會取代常規(guī)電視。由于IPTV的發(fā)展，影響光纖接入網(wǎng)和FTTH的構(gòu)建。另外，也產(chǎn)生電信運營商和廣播運營商的利益沖突。盡管有限制發(fā)牌照政策以保護(hù)廣播運營商，但大勢所趨，不可阻擋。實際上，許多廣播運營商也開始改造其廣播網(wǎng)為數(shù)字雙向，也具備了發(fā)展IPTV的功能。廣播運營商和電信運營商的界限開始有些模糊。

七、總結(jié)：

光纖通信系統(tǒng)可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。用戶要傳輸?shù)男畔⒍喾N多樣，一般有話音、圖像、數(shù)據(jù)或多媒體信息。光纖通信系統(tǒng)，包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)。在任何一種通信網(wǎng)絡(luò)中，光纖是核心和關(guān)鍵?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，新技術(shù)、新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，它迅速改善和提高了人們的生活水平

參考文獻(xiàn)： 光纖通信 劉增基 周洋溢西安電子科技大學(xué)出版社

光纖光學(xué)劉明德中國科學(xué)出版社

光纖通信系統(tǒng)欣婉儀北京郵電大學(xué)出版社

第二篇：光纖通信系統(tǒng)

第一章

1、實現(xiàn)光纖通信的關(guān)鍵器件與技術(shù)是什么？

答：（1）低損耗、寬帶寬的光纖。

（2）高可靠性、長壽命的光源及高響應(yīng)的光檢測器件。

（3）光測量及光纖連接技術(shù)。

2、光纖通信使用光源的波長范圍是什么？

答：在近紅外區(qū)內(nèi)，即0.8~1.8um。

第二章

5、光纖的損耗機(jī)理及危害是什么？

答：損耗機(jī)理：主要有吸收損耗、散射損耗及輻射損耗。

吸收損耗與光纖材料有關(guān)。散射損耗與光纖材料及光波導(dǎo)中的結(jié)構(gòu)缺陷、非線性效應(yīng)有關(guān)，這兩種損耗是光纖材料固有的。輻射損耗則與光纖幾何形狀的擾動有關(guān)。

危害：由于損耗的存在，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，不管是模擬信號還是數(shù)字脈沖，其幅度都要減小。光纖損耗是光纖傳輸系統(tǒng)中中繼距離的主要限制因素之一。

6、光纖的色散機(jī)理及危害是什么？

答：色散機(jī)理：由于光纖中所傳信號的不用頻率成分或不同模式成分，在傳播的過程中因群速度不同互相散開，并且造成它們到達(dá)光纖終端的時間各不相同，從而引起傳輸信號波形失真、脈沖展寬。光線的色散，主要有材料色散、波導(dǎo)色散和模式色散。

危害：由于信號的各頻率成分和各模式成分的傳輸速度不同，當(dāng)它在光纖中傳輸一定的距離后，將互相散開，致使光脈沖展寬。若脈沖展寬過大將會造成碼間干擾，從而使誤碼率增加，通信質(zhì)量下降。由于脈沖寬度與頻帶寬度成反比，脈沖展寬越大，表示帶寬能力越小。

7、光纜的主要結(jié)構(gòu)是什么？答：光纖芯線、護(hù)套和加強部件。

第三章

3、半導(dǎo)體激光器發(fā)光的基本條件是什么？

答：向半導(dǎo)體P-N結(jié)注入電流，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩輸出激光。

4、能級躍遷有那幾種形式？

答：熱躍遷、光躍遷（自發(fā)發(fā)射、受激輻射、受激吸收）。

5、半導(dǎo)體激光器的工作電壓是正向還是反向？

答：正向。

8、比較半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的異同。

答：不同之處：(1)工作原理不同，半導(dǎo)體激光器是受激輻射，再利用諧振腔的正反饋。而發(fā)光二極管是自發(fā)輻射，不需要光學(xué)諧振腔，沒有閾值。(2)發(fā)光二極管工藝簡單、成本低、可靠性好。適用于短距離、低碼速的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，或者是模擬光纖通信系統(tǒng)。半導(dǎo)體激光器適用于長距離大容量的光纖通信系統(tǒng)。

相同之處：使用的半導(dǎo)體材料相同，結(jié)構(gòu)相似。

11、光電探測器的主要特性是什么？

答：（1）要有高的光電轉(zhuǎn)化效率，或者具有高的增益因子。

（2）對應(yīng)于使用波長的光波，要有高的靈敏度，即響應(yīng)度要高。

（3）要有足夠?qū)挼膸?，即檢測器輸出的電信號能不失真地反映出接受的光信號。

（4）要求穩(wěn)定、可靠、便宜。

12、光電探測器的工作電壓是正向還是反向？

答：反向。

16、試說明APD和PIN在性能上的主要區(qū)別。

答：PIN光電二極管響應(yīng)頻率高，可高達(dá)10GHZ，響應(yīng)速度快，供電電壓低，工作十分穩(wěn)定。

APD雪崩二極管靈敏度高，響應(yīng)快，但需要上百伏的工作電壓，而且性能和入射光功率有關(guān)，當(dāng)入射光功率大時，增益引起的噪聲大，帶來電流失真。

17、無源光器件的種類有哪些？

答：無源光器件大致可分為連接用的部件和功能性部件兩大類。

連接用的部件有各種光連接器，它們不僅可用做光纖和光纖的連接，而且還可以組成功能部件及設(shè)備的一部分，用于部件（設(shè)備）和光纖、或部件（設(shè)備）和部件（設(shè)備）的連接。

功能性部件有分路器、耦合器、光分波合波器、光衰減器、光開關(guān)和光隔離器等，它們主要用于光的分路、耦合、復(fù)用、衰減、開關(guān)、防反射等方面。

第四章

1、數(shù)字信號調(diào)制半導(dǎo)體激光器時，直流偏置應(yīng)如何設(shè)置？

2、數(shù)字信號調(diào)制發(fā)光二極管時，直流偏置應(yīng)如何設(shè)置？

4、在數(shù)字光纖通信中，線路編碼的基本要求是什么？

答：（1）要便于在不中斷通信業(yè)務(wù)的條件下進(jìn)行誤碼檢測，這就要求碼型有一定的規(guī)律性。

（2）碼率增加要少，如碼速提高過多，會使系統(tǒng)信噪比因帶寬增大而減小，這對于高次群系統(tǒng)特別重要。

（3）盡量減少碼流中連0、連1碼的個數(shù)，便于定時信號的提取。

（4）要有利于減少碼流的基線漂移，即要求碼流中的“1”、“0”碼分布均勻，否則不利于接收端的再生判決。

（5）接收端將線路碼還原后，誤碼增值要小。

（6）電路簡單，體積小，耗電少。

6、現(xiàn)有碼流信號為***011110110，采用8B1P編碼方式，請分別給出P為奇校驗碼和偶校驗碼時的碼流信號。

（1）P為奇校驗碼：

8B碼***011110110

8B1P碼 ***101111101101

（2）P為偶校驗碼：

8B1P碼 ***1001111011007、現(xiàn)有碼流信號為***011110110，采用4B1C編碼方式，請給出編碼后的碼流信號。4B碼***011110110

4B1C碼******

10、SDH幀結(jié)構(gòu)可分為哪幾個部分？

答：（1）段開銷。（2）信息載荷。（3）管理單元指針。

17、數(shù)字光接收機(jī)的主要性能指標(biāo)是什么？

答：（1）光接收機(jī)的靈敏度。（2）光接收機(jī)的噪聲。（3）數(shù)字光接收機(jī)的誤碼率。（4）模擬光接收機(jī)的性噪比。（5）動態(tài)范圍。（6）抖動。

18、設(shè)計數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的中繼距離時，應(yīng)該考慮哪些因素？

答：（1）發(fā)射光功率。（2）光接收機(jī)靈敏度。（3）光纖的每公里損耗。（4）光纖的色散。

第五章

1、什么叫做基帶—光強調(diào)制？

答：模擬信號沒有經(jīng)過任何電的調(diào)制就是基帶信號如電視信號?；鶐盘栔苯訉庠催M(jìn)行強度調(diào)制就稱為基帶—光強調(diào)制。

2、什么叫做副載波調(diào)幅—光強調(diào)制？

答：原始的電信號先對某一電載波進(jìn)行調(diào)幅，然后再對光源進(jìn)行調(diào)制。

3、什么叫做副載波調(diào)頻—光強調(diào)制？

答：原始的電信號先對某一電載波調(diào)頻，然后再對光源調(diào)制。

4、什么叫做脈沖調(diào)制—光強調(diào)制？

答：首先用原始的模擬信號對脈沖副載波進(jìn)行預(yù)調(diào)制，然后再對光源進(jìn)行強度調(diào)制。

8、什么叫做調(diào)幅頻分多路技術(shù)？

答：首先將各頻道的視頻基帶信號對各自的副載波進(jìn)行殘留邊帶調(diào)幅，組成頻分多路信號，然后對光源進(jìn)行強度調(diào)制。

9、什么叫做調(diào)頻頻分多路技術(shù)？

答：首先是將各頻道的視頻基帶信號對各自的副載波進(jìn)行調(diào)頻，組成頻分多路信號，再對光源進(jìn)行強度調(diào)制。

10、什么叫做副載波復(fù)用（SCM）技術(shù)？

答：將數(shù)字視頻基帶信號對各自的副載波進(jìn)行調(diào)制（如FSK、PSK、QAM等），組成頻分多路信號，再對光源進(jìn)行強度調(diào)制。

第六章

1、EDFA的工作原理是什么？有哪些應(yīng)用方式？

答：工作原理：在摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子(Er3+)有三個能級： 能級1代表基態(tài)，能量最低，能級2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級，能級3代表激發(fā)態(tài)，能量最高，當(dāng)泵浦(Pump, 抽運)光的光子能量等于能級3和能級1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)(1→3)。但是激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，Er3+很快返回到能級2。如果輸入的信號光的光子能量等于能級2和能級1的能量差，則處于能級2的Er3+將躍遷到基態(tài)(2→1)，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號光得到放大。由此可見，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號光的結(jié)果。為提高放大器增益，應(yīng)提高對泵浦光的吸收，使基態(tài)鉺離子盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。

應(yīng)用方式：線路放大、接收端前路放大、發(fā)射端放大。

3、EDFA的基本種類有哪些？

答：線路放大器、前置放大器、功率放大器。

4、半導(dǎo)體激光放大器的種類有幾種？主要原理分別是什么？

答：FP型（FPA）和行波型（TWA）

FPA：兩端的發(fā)射系數(shù)較高，在兩端面間產(chǎn)生正反饋諧振放大，因此要求輸入信號與FP腔間有嚴(yán)格的頻率匹配。在略低于閾值電流偏置時，設(shè)單次通過的增益為Gs，放大器的內(nèi)增益可達(dá)20~30dB。只有靠近閾值時才能獲得高增益。由于FPA的高度諧振性，它必然是一個窄帶放大器。

TWA：雖然也是與FPA一樣的LD芯片構(gòu)成，但其端面反射系數(shù)要低得多。只有當(dāng)端面的反射系數(shù)為零時才能被稱作行波放大器。而實際情況下，只能說只能說工作在接近行波狀態(tài)。

第七章

1、什么是波分復(fù)用系統(tǒng)？

答：為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率不同，可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器），將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來，送入一根光纖進(jìn)行傳輸，在接收端再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看做互相獨立，從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。

2、WDM技術(shù)的主要特點是什么？

答：（1）可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。

（2）使N個波長復(fù)用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以大量節(jié)約光纖。另外，對于早期安裝的芯數(shù)不多的電纜，芯數(shù)較少，利用波分復(fù)用不必對原有系統(tǒng)作較大的改動即可比較方便的進(jìn)行擴(kuò)容。

（3）由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務(wù)信號的綜合和分離，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離。

（4）波分復(fù)用通道對數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)。一個WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”信號，ATM、IP或者將來有可能出現(xiàn)的信號。WDM系統(tǒng)完成的是透明傳輸，對于“業(yè)務(wù)”層信號來說，WDM的每個波長就像“虛擬”的光纖一樣。

（5）在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中，是理想的擴(kuò)容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段，增加一個附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量。

（6）利用WDM技術(shù)選路來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。

（7）在國家骨干網(wǎng)的傳輸中，EDFA的應(yīng)用可以大大減少長途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目，從而減少成本。距離越長，節(jié)省成本就越多。

5、光頻分復(fù)用系統(tǒng)和光波分復(fù)用系統(tǒng)的區(qū)別是什么？

答：在波分復(fù)用系統(tǒng)中，合波器與分波器實質(zhì)上是一個光波的濾波器，它們是在光波波段上將各信道的光波分隔出來。但是，這種光波的濾波器實際上做出來的通帶較寬，因而兩個光源間的波長間隔不能靠的太近，所以光波的頻帶利用率較差。

光頻分復(fù)用系統(tǒng)在方案上恰恰避開了上述弱點，不在光波波段上將各信道分開，而在較低的波段上用電的濾波器將各信道分開。顯然，這個頻段上電的濾波器的選擇性能要較光波器件好得多。因而，在這種復(fù)用系統(tǒng)中相鄰信道的間隔就可取得小。所以，同樣帶寬的光纖就可容納更多的信道。

第八章

1、簡述什么是光交換？

答：光交換機(jī)中交換的信息是光信息，速率高，能抗電干擾，提供大的帶寬，能夠?qū)崿F(xiàn)透明技術(shù)，便于擴(kuò)展業(yè)務(wù)。很適合于高速、寬帶系統(tǒng)。

2、光交換系統(tǒng)分類有幾種？分別是哪些？

答：3種?？辗止饨粨Q、時分光交換和波分光交換。

3、在全光網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點中，為什么要進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換？

答：為了適應(yīng)相應(yīng)波長的信息傳輸模式，需要把攜帶有信息的一定波長信號通過處理，轉(zhuǎn)載到另外一個波長上去。

4、波長轉(zhuǎn)換技術(shù)主要有哪幾種？

答：光/電/光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)、全光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)。

5、什么是光孤子通信？

答：光孤子通信是一種全光非線性通信方案，其基本原理是光纖折射率的非線性效應(yīng)導(dǎo)致對光脈沖的壓縮，可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。它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(dāng)今最好的通信系統(tǒng)高出1~2個數(shù)量級，中繼距離可達(dá)幾百公里，它被認(rèn)為是下一代最有發(fā)展前途的傳輸方式之一。

6、什么是相干光通信技術(shù)？

答：在發(fā)送端，采用外光調(diào)制方式將信號以調(diào)幅、調(diào)相或調(diào)頻的方式調(diào)制到光載波上，再經(jīng)光匹配器送入光纖中傳輸。當(dāng)信號光傳輸?shù)竭_(dá)接收端時，首先與一本振光信號進(jìn)行相干混合，然后由探測器進(jìn)行探測。

第三篇：光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀

光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀

通信科學(xué)的發(fā)展歷史悠久。近代通信技術(shù)分為電通信和光通信兩類。電通信又分為有線通信和無線通信，是兩種相當(dāng)成熟的技術(shù)。通信技術(shù)發(fā)展過程中，圍繞著增加信息傳輸?shù)乃俾屎途嚯x，提高通信系統(tǒng)的有效性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行了許多工作，取得了卓越的成就。光通信技術(shù)則是當(dāng)代通信技術(shù)發(fā)展的最新成就，已成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基石。

從廣義的概念上說，凡是用光作為通信手段的都可稱為光通信，則光通信的歷史可追溯到遠(yuǎn)古時代，那時大部分文明社會已經(jīng)用煙火信號傳遞單個信息，至18世紀(jì)末通過信號燈、旗幟和其他信號裝置進(jìn)行通信的類似方法已基本走到盡頭。1792年，根據(jù)克勞特查普的建議，采用中繼器使機(jī)械代碼信號傳送很長距離（約100km）。這種光通信系統(tǒng)速度很慢，其有效速率B<1b/s。

19世紀(jì)30年代電報的出現(xiàn)用電取代了光，開始了電信時代，利用新的代碼技術(shù)，速率增加到3～10 b/s，采用中繼站后允許進(jìn)行長距離（約1000km）通信，1866年，第一條越洋電報電纜系統(tǒng)投入運營。電報也基本上使用數(shù)字法。1876年電話的發(fā)明引起了本質(zhì)的變化，電信號通過連續(xù)變化電流的模擬形式傳送，這種模擬電通信技術(shù)支配了通信系統(tǒng)達(dá)100年左右。

20世紀(jì)全球電話網(wǎng)的發(fā)展導(dǎo)致了電通信系統(tǒng)許多改進(jìn)，使用同軸電纜代替雙絞線大大提高了系統(tǒng)容量。第一代同軸電纜系統(tǒng)在1940年投入使用，是一個3MHz的系統(tǒng)，能夠傳輸300路音頻信號或1路視頻信號，這種系統(tǒng)的帶寬受到與頻率相關(guān)的電纜損耗的影響，頻率超過100MHz時，損耗迅速增加，這種限制導(dǎo)致了微波通信系統(tǒng)的發(fā)展。在微波系統(tǒng)中，利用1～10GHz的電磁波及合適的調(diào)制技術(shù)傳遞信號。最早的微波系統(tǒng)中，利用1～10GHz的電磁波及合適的調(diào)制技術(shù)傳遞信號。最早的微波系統(tǒng)工作于4GHz，1948年投入運營，從此以后，同軸和微波系統(tǒng)都得到了很大的發(fā)展，并都能工作于約100Mb/s。最先進(jìn)的同軸系統(tǒng)于1975年投入運營，其速率達(dá)274Mb/s，但中繼距離短（約1km），系統(tǒng)成本高。微波通通信系統(tǒng)速率亦受到載波頻率的限制。

緊隨研究與發(fā)展的步伐，經(jīng)過許多現(xiàn)場試驗后，于1978年工作于0.8μm的第一代光波系統(tǒng)正式投入商業(yè)應(yīng)用，其比特率在20～100 Mb/s之間，最大中繼距離約10km，最大通信容量（BL）約500（Mb/s）·km。與同軸電纜相比，中繼間距長，投資和維護(hù)費用低，是工程和商業(yè)運營的追求目標(biāo)。

在1970年時人們就認(rèn)識到，使光波系統(tǒng)工作于1.3μm時，損耗<1.0dB/km，且有最低色散，可大大增加中繼距離，這推動了全世界努力發(fā)展1.3μm的InGaAs半導(dǎo)體激光器和檢測器。1977年研制成功這種激光器。接著在80年代初，早期的采用多模光纖的第二代光波通信系統(tǒng)問世，其中繼距離超過了20km，但由于多模光纖的模間色散，早期的系統(tǒng)的比特率限制在100Mb/s以下。采用單模光纖能克服這種限制，一個實驗室于1981年演示了比特率為2Gb/s，傳輸距離為44km的單模光波實驗系統(tǒng)，并很快引入商業(yè)系統(tǒng)，至1987年1.3μm單模第二代光波系統(tǒng)開始投入商業(yè)運營，其比特率高達(dá)1.7Gb/s，中繼距離約50km。第二代光波系統(tǒng)中繼距離受到1.3μm附近光纖損耗（典型值為0.5dB/km）限制。理論研究發(fā)現(xiàn)，石英光纖最低損耗在1.55μm附近，實驗技術(shù)上于1979年就達(dá)到了0.2dB/km的低損耗。然而由于1.55μm處高的光纖色散，而當(dāng)時多縱模同時振蕩的常規(guī)InGnAsP半導(dǎo)體激光器的譜展寬問題尚未解決，這兩個因素，推遲了第三代光波系統(tǒng)的問世。后來的研究發(fā)現(xiàn)，色散問題可以通過使用設(shè)計在1.55μm附近，具有最小色散的色散位移光纖（DSF）與采用單縱模激光器來克服。在80年代這兩種技術(shù)都得到了發(fā)展，1985年的傳輸試驗顯示，其比

特率達(dá)到4Gb/s，中繼距離超過100km。至1990年，工作于2.4 Gb/s，1.55μm的第三代光波系統(tǒng)已能提供通信商業(yè)業(yè)務(wù)。這樣的第三代光波系統(tǒng)，通過精心設(shè)計激光器和光接收機(jī)，其比特率能超過10Gb/s。后來，10Gb/s的光波系統(tǒng)在一些國家得到了重點發(fā)展。

第四代光波系統(tǒng)以采用光放大器（OA）增加中繼距離和采用頻分與波分復(fù)用（FDM與WDM）增加比特率為特征，這種系統(tǒng)有時采用零差或外差方案，稱為相干廣播通信系統(tǒng)，在80年代在全世界得到了發(fā)展。在一次試驗中利用星型耦合器實現(xiàn)100路622Mb/s數(shù)據(jù)復(fù)用，傳輸距離50km，其信道間串?dāng)_可以忽略。在另一次試驗中，單信道速率2.5Gb/s，不用再生器，光纖損耗用光纖放大器（EDFA）補償，放大器間距為80km，傳輸距離達(dá)2232km。光波系統(tǒng)采用相干檢測技術(shù)并不是使用EDFA的先決條件。有的實驗室曾使用常規(guī)非相干技術(shù)，實現(xiàn)了2.5Gb/s，4500km和10Gb/s，1500km的數(shù)據(jù)傳輸。另一實驗曾使用循環(huán)回路實現(xiàn)了

2.4Gb/s，2100km和5Gb/s，14000km數(shù)據(jù)傳輸。90年代初期光纖放大器的問世引起了光纖通信領(lǐng)域的重大變革。

第五代光波通信系統(tǒng)的研究與發(fā)展經(jīng)歷了近20年歷程，已取得突破性進(jìn)展。它基于光纖非線性壓縮抵消光纖色散展寬的新概念產(chǎn)生光孤子，實現(xiàn)光脈沖信號保形傳輸，雖然這種基本思想1973年就已提出，但直到1988年才由貝爾實驗室采用受激喇曼散射增益補充光纖損耗，將數(shù)據(jù)傳輸了4000km，次年又將傳輸距離延長到6000km。EDFA用于光孤子放大開始于1989年，它在工程實際中有更大的優(yōu)點，自那以后，國際上一些著名實驗室紛紛開始驗證通信作為高速長距離通信的巨大潛力。1990——1992年在美國與英國的實驗室，采用循環(huán)回路曾將2.5與5Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸 km。1995年，法國的實驗室則將20Gb/s的數(shù)據(jù) km，中繼距離達(dá)140km。1995年線形試驗也將20Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸8100km，40Gb/s傳輸5000km。線形光孤子系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗也在日本東京周圍的城域網(wǎng)中進(jìn)行，分別將10Gb/s與20Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸了2500km與1000km。1994年和1995年80Gb/s和160Gb/s的高速數(shù)據(jù)也分別傳輸500km和200km。

光波通信技術(shù)得到巨大發(fā)展，現(xiàn)在世界通信業(yè)務(wù)的60%需經(jīng)光纖傳輸，至本世紀(jì)末將達(dá)85%。隨著光波通信系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，光波通信系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的應(yīng)用得到了相應(yīng)的發(fā)展?，F(xiàn)在世界上許多國家都將光波系統(tǒng)引入了公用電信網(wǎng)、中繼網(wǎng)和接入網(wǎng)中。但是目前這種奇特媒質(zhì)的真正應(yīng)用還僅僅是在現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)的骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)用光纖代替銅線，是通信網(wǎng)的性能得到了某種改善，降低了成本，而網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔羌芙Y(jié)構(gòu)基本上還是光波通信出現(xiàn)之前的模式，光波通信的潛力尚未完全發(fā)揮。在目前的通信網(wǎng)中光纖通信技術(shù)應(yīng)用尚屬于一種經(jīng)典應(yīng)用，在通信網(wǎng)的發(fā)展中屬于第二代通信網(wǎng)（第一代為純電信網(wǎng)）。進(jìn)入90年代后，隨著光纖與光波電子技術(shù)的發(fā)展，光放大器，波分復(fù)用器，光子開關(guān)，光邏輯門，路由器等許多新穎光纖與半導(dǎo)體功能光器件相繼問世，在全世界范圍內(nèi)掀起了發(fā)展第三代通信網(wǎng)——全光通信網(wǎng)的潮流。這種通信網(wǎng)中，不僅用光波系統(tǒng)傳輸信號，交換、復(fù)用、控制與路由選擇等亦全部在光域完成，由此構(gòu)建真正的光波通信網(wǎng)。

光波通信發(fā)展至今不到30年，但其進(jìn)展之快，對通信技術(shù)影響之大，始所未料，目前大量新的理論與技術(shù)研究和發(fā)展工作正在繼續(xù)進(jìn)行。

光纖通信的特點與應(yīng)用

收

光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

http://.cn/20080308/ca464325.htm

(2008-05-12 15:54:56)

摘要 簡要介紹了光纖通信的現(xiàn)狀，總結(jié)了目前正在使用的波分復(fù)用技術(shù)和光纖接入技術(shù)的基本原理和發(fā)展?fàn)顩r，從超大容量、超長距離傳輸技術(shù)和光弧子通信技術(shù)，以及全光網(wǎng)絡(luò)3個方面論述了光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。

光纖通信自從問世以來，給整個通信領(lǐng)域帶來了一場革命，它使高速率、大容量的通信成為可能。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點而備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，發(fā)展非常迅速。光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量從1980年到2000年這20年間增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。目前，我國長途傳輸網(wǎng)的光纖化比例已超過80%，預(yù)計到2010午，全國光纜建設(shè)長度將再增加約105km，并且將有11個大城市鋪設(shè)10G以上的大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)[1]。

一、光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀

光纖通信的發(fā)展依賴于光纖通信技術(shù)的進(jìn)步。目前，光纖通信技術(shù)已有了長足的發(fā)展，新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，進(jìn)而大幅度提高了通信能力，并不斷擴(kuò)大了光纖通信的應(yīng)用范圍。

1.波分復(fù)用技術(shù)

波分復(fù)用WDM（Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源。根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器），將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。自從上個世紀(jì)末，波分復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)以來，由于它能極大地提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，迅速得到了廣泛的應(yīng)用。

1995年以來，為了解決超大容量、超高速率和超長中繼距離傳輸問題，密集波分復(fù)用DWDM（Dens Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)成為國際上的主要研究對象。DWDM光纖通信系統(tǒng)極大地增加了每對光纖的傳輸容量，經(jīng)濟(jì)有效地解決了通信網(wǎng)的瓶頸問題。據(jù)統(tǒng)計，截止到2002年，商用的DWDM系統(tǒng)傳輸容量已達(dá)400Gbit/s。以10Gbit/s為基礎(chǔ)的DWDM系統(tǒng)已逐漸成為核心網(wǎng)的主流。DWDM系統(tǒng)除了波長數(shù)和傳輸容量不斷增加外，光傳輸距離也從600km左右大幅度擴(kuò)展到2000km以上[2]。

與此同時，隨著波分復(fù)用技術(shù)從長途網(wǎng)向城域網(wǎng)擴(kuò)展，粗波分復(fù)用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)應(yīng)運而生。CWDM的信道間隔一般為20nm，通過降低對波長的窗口要求而實現(xiàn)全波長范圍內(nèi)（1260nm～1620nm）的波分復(fù)用，并大大降低光器件的成本，可實現(xiàn)在0km～80km內(nèi)較高的性能價格比，因而受到運營商的歡迎。

2.光纖接入技術(shù)

光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里”。實現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩?，滿足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息流進(jìn)千家萬戶的關(guān)鍵技術(shù)。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達(dá)位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應(yīng)用，統(tǒng)稱FTTx。

FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需求。我國從2003年起，在“863”項目的推動下，開始了FTTH的應(yīng)用和推廣工作。迄今已經(jīng)在30多個城市建立了試驗網(wǎng)和試商用網(wǎng)，包括居民用戶、企業(yè)用戶、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類型，也包括運營商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運營商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房地產(chǎn)開發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢頭良好。不少城市制訂了FTTH的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，有的城市還制訂了相應(yīng)的優(yōu)惠政策，這些都為FTTH在我國的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

在FTTH應(yīng)用中，主要采用兩種技術(shù)，即點到點的P2P技術(shù)和點到多點的xPON技術(shù)，亦可稱為光纖有源接入技術(shù)和光纖無源接入技術(shù)。P2P技術(shù)主要采用通常所說的MC（媒介轉(zhuǎn)換器）實現(xiàn)用戶和局端的直接連接，它可以為用戶提供高帶寬的接入。目前，國內(nèi)的技術(shù)可以為用戶提供FE或GE的帶寬，對大中型企業(yè)用戶來說，是比較理想的接入方式。

xPON意味著包括多種PON的技術(shù)，例如APON（也稱為BPON）、EPON（具有GE能力的稱為GEPON）以及GPON。APON出現(xiàn)最早，我國的“863”項目也成功研發(fā)出了APON，但由于諸多原因，APON在我國基本上沒有應(yīng)用。目前用得比較多的是EPON中的GEPON，我國的GEPON依然屬于“863”計劃的成果，而且得到廣泛的應(yīng)用，還出口到日本、獨聯(lián)體、歐洲、東南亞等海外一些國家和地區(qū)。GPON由于芯片開發(fā)出來比較晚，相對不是很成熟。成本還偏高，所以，起步較晚，但在我國已經(jīng)開始有所應(yīng)用。由于其效率高、提供TDM業(yè)務(wù)比較方便，有較好的QoS保證，所以，很有發(fā)展前景。EPON和GPON各有優(yōu)缺點，EPON更適合于居民用戶的需求，而GPON更適合于企業(yè)用戶的接入[3]。

二、光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標(biāo)，而全光網(wǎng)絡(luò)也是人們不懈追求的夢想。

1.超大容量、超長距離傳輸技術(shù)

波分復(fù)用技術(shù)極大地提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用前景，這幾年波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展也確實十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系統(tǒng)已經(jīng)大量商用，同時，全光傳輸距離也在大幅度擴(kuò)展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復(fù)用（OTDM）技術(shù)，與WDM通過增加單根光纖中傳輸?shù)男诺罃?shù)來提高其傳輸容量不同，OTDM技術(shù)是通過提高單信道速率提高傳輸容量，其實現(xiàn)的單信道最高速率達(dá)640Gbit/s。

僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統(tǒng)的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進(jìn)行波分

復(fù)用，從而大大提高傳輸容量。偏振復(fù)用（PDM）技術(shù)可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統(tǒng)中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應(yīng)能力較強，因此，現(xiàn)在的超大容量WDM/OTDM通信系統(tǒng)基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)基本上都包括在OTDM和WDM通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)中。歐共體的RACE計劃和美國正在執(zhí)行的ARPA計劃在發(fā)展寬帶全光網(wǎng)中都部署了WDM和OTDM混合傳輸方式，以提高通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬和容量。WDM/OTDM系統(tǒng)已成為未來高速、大容量光纖通信系統(tǒng)的一種發(fā)展趨勢，兩者的適當(dāng)結(jié)合應(yīng)該是實現(xiàn)Tbit/s以上傳輸?shù)淖罴逊绞?。實際上，最近大多數(shù)超過3Tbit/s的實驗都采用了時分復(fù)用（TDM、OTDM、ETDM）和WDM相結(jié)合的傳輸方式[4]。

2.光弧子通信

光弧子是一種特殊的ps數(shù)量級上的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡，因而，經(jīng)過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光弧子通信就是利用光弧子作為載體實現(xiàn)長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達(dá)萬里之遙。

在光弧子通信領(lǐng)域內(nèi)，由于其具有高容量、長距離、誤碼率低、抗噪聲能力強等優(yōu)點，光弧子通信備受國內(nèi)外的關(guān)注，并大力開展研究工作。美國和日本處于世界領(lǐng)先水平。美國貝爾實驗室已經(jīng)成功實現(xiàn)了將激光脈沖信號傳輸5 920km，還利用光纖環(huán)實現(xiàn)了5Gbit/s、傳輸15 000km的單信道孤子通信系統(tǒng)和10Gbit/s、傳輸11 000km的雙信道波分復(fù)用孤子通信系統(tǒng)；日本利用普通光纜線路成功地進(jìn)行了超高20Tbit/s、遠(yuǎn)距離1 000km的孤立波通信，日本電報電話公司推出了速率為10 Gbit/s、傳輸12 000km的直通光弧子通信實驗系統(tǒng)。在我國，光弧子通信技術(shù)的研究也有一定的成果，國家“863”研究項目成功地進(jìn)行了OTDM光弧子通信關(guān)鍵技術(shù)的研究，實現(xiàn)了20Gbit/s、105km的傳輸。近年來，時域上的亮孤子、正色散區(qū)的暗孤子、空域上展開的三維光弧子等，由于它們完全由非線性效應(yīng)決定，不需要任何靜態(tài)介質(zhì)波導(dǎo)而備受國內(nèi)外研究人員的重視[5]。

光孤子技術(shù)未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使?a href=“http://.cn/cnii_zte/index.htm” class=“yt” >中興俾?0～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術(shù)和減少ASE，光學(xué)濾波使傳輸距離提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當(dāng)然，實際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)難題，但目前已取得的突破性進(jìn)展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。

3.全光網(wǎng)絡(luò)

未來的高速通信網(wǎng)將是全光網(wǎng)。全光網(wǎng)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，也是理想階段。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了節(jié)點間的全光化，但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點處仍采用電器件，限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康倪M(jìn)一步提高，因此，真正的全光網(wǎng)成為一個非常重要的課題。

全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點代替電節(jié)點，節(jié)點之間也是全光化，信息始終以光的形式進(jìn)行傳輸與交換，交換機(jī)對用戶信息的處理不再按比特進(jìn)行，而是根據(jù)其波長來決定路由。

全光網(wǎng)絡(luò)具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性、可擴(kuò)展性，并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)非常靈活，可以隨時增加新節(jié)點而不必安裝信號的交換和處理設(shè)備。當(dāng)然，全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展并不可能獨立于眾多通信技術(shù)之中，它必須要與因特網(wǎng)、ATM網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等相融合[6]。

目前全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。從發(fā)展趨勢上看，形成一個真正的、以WDM技術(shù)與光交換技術(shù)為主的光網(wǎng)絡(luò)層，建立純粹的全光網(wǎng)絡(luò)，消除電光瓶頸已成未來光通信發(fā)展的必然趨勢，更是未來信息網(wǎng)絡(luò)的核心，也是通信技術(shù)發(fā)展的最高級別，更是理想級別。

三、結(jié)束語

目前，光纖通信已成為一種最主要的信息傳輸技術(shù)，迄今尚未發(fā)現(xiàn)可以取代它的更好的技術(shù)。即使是在全球通信行業(yè)處于低迷時期，光纖通信的發(fā)展也從未停滯過，就我國而言，2002年的光通信市場相比2001年仍處增長狀態(tài)。從現(xiàn)代通信的發(fā)展趨勢來看，光纖通信也將成為未來通信發(fā)展的主流。人們期望的真正的全光網(wǎng)絡(luò)的時代也會在不遠(yuǎn)的將來如愿到來。

第四篇：光纖通信的發(fā)展（精選）

光纖通信的發(fā)展

光纖通信一直是推動整個通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本動力之一，是現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命，光纖通信技術(shù)發(fā)展所涉及的范圍，無論從影響力度還是影響廣度來說都已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其本身，并對整個電信網(wǎng)和信息業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。它的演變和發(fā)展結(jié)果將在很大程度上決定電信網(wǎng)和信息業(yè)的未來大格局，也將對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。

納米技術(shù)與光纖通信

納米是長度單位，為10-9米，納米技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。建立在微米/納米技術(shù)基礎(chǔ)上的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)目前正在得到普遍重視。在無線終端領(lǐng)域，對微型化、高性能和低成本的追求使大家普遍期待能將各種功能單元集成在一個單一芯片上，即實現(xiàn)

SOC(System On a Chip)，而通信工程中大量射頻技術(shù)的采用使諸如諧振器，濾波器、耦合器等片外分離單元大量存在，MEMS技術(shù)不僅可以克服這些障礙，而且表現(xiàn)出比傳統(tǒng)的通信元件具有更優(yōu)越的內(nèi)在性能。德國科學(xué)家首次在納米尺度上實現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換，這為設(shè)計微器件找到了一種潛在的能源，對實現(xiàn)光交換具有重要意義。

可調(diào)光學(xué)元件的一個主要技術(shù)趨勢是應(yīng)用MEMS技術(shù)。MEMS技術(shù)可使開發(fā)就地配置的光器件成為可能，用于光網(wǎng)絡(luò)的MEMS動態(tài)元件包括可調(diào)的激光器和濾波器、動態(tài)增益均衡器、可變光衰減器以及光交叉連接器等。此外，MEMS技術(shù)已經(jīng)在光交換應(yīng)用中進(jìn)入現(xiàn)場試驗階段，基于MEMS的光交換機(jī)已經(jīng)能夠傳遞實際的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，全光MEMS光交換機(jī)也正在步入商用階段，繼朗訊科技公司的“Lamda-Router”光MEMS交換機(jī)之后，美國Calient Networks公司的光交叉連接裝置也采用了光MEMS交換機(jī)。

2.光交換是實現(xiàn)高速全光網(wǎng)的關(guān)鍵

光交換是指光纖傳送的光信號直接進(jìn)行交換。長期以來，實現(xiàn)高速全光網(wǎng)一直受交換問題的困擾。因為傳統(tǒng)的交換技術(shù)需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號才能進(jìn)行交換，然后再轉(zhuǎn)換成光信號進(jìn)行傳輸，這些光電轉(zhuǎn)換設(shè)備體積過于龐大，并且價格昂貴。而光交換完全克服了這些問題。因此，光交換技術(shù)必然是未來通信網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展方向。

未來通信網(wǎng)絡(luò)將是全光網(wǎng)絡(luò)平臺，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護(hù)和自愈功能在未來光通信領(lǐng)域越來越重要。光交換技術(shù)能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并能提供靈活的信號路由平臺，光交換技術(shù)還可以克服純電子交換形成的容量瓶頸，省去光電轉(zhuǎn)換的笨重龐大的設(shè)備，進(jìn)而大大節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級的成本。若采用全光網(wǎng)技術(shù)，將使網(wǎng)絡(luò)的運行費用節(jié)省70%，設(shè)備費用節(jié)省90%。所以說光交換技術(shù)代表著人們對光通信技術(shù)發(fā)展的一種希望。

目前，全世界各國都正在積極研究開發(fā)全光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，其中關(guān)鍵產(chǎn)品便是光變換技術(shù)的產(chǎn)品。目前市場上的光交換機(jī)大多數(shù)是光電和光機(jī)械的，隨著光交換技術(shù)的發(fā)展和成熟，基于熱學(xué)、液晶、聲學(xué)、微機(jī)電技術(shù)的光交換機(jī)將會研究和開發(fā)出來，其中以將納米技術(shù)為基礎(chǔ)的微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS應(yīng)用于光交換產(chǎn)品的開發(fā)更會加速光交換技術(shù)的發(fā)展。

第五篇：光纖通信發(fā)展現(xiàn)狀

摘要：波分復(fù)用（WDM，WTBX Wavelength Division Multiplexing）、光纖接入網(wǎng)和全光網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展較快的幾項光纖通信技術(shù)，其中波分復(fù)用技術(shù)是在一根光纖上同時利用多個波長進(jìn)行傳輸，發(fā)展前景很好。光纖用戶接入網(wǎng)的發(fā)展將加速光纖到戶的實現(xiàn)。全光網(wǎng)目前存在一些需要解決的技術(shù)問題，美國、日本和歐洲一些國家已建立全光網(wǎng)試驗網(wǎng)。目前使用最多的G652單模光纖的缺陷限制了其進(jìn)一步發(fā)展，G653色散位移光纖由于四波混頻效應(yīng)不適于在波分復(fù)用系統(tǒng)上的應(yīng)用。G655非零色散位移單模光纖有較好的發(fā)展前景。用戶光纜具有芯數(shù)多，采用帶狀結(jié)構(gòu)和塑料光纖等特點。

關(guān)鍵詞：光纖通信 波分復(fù)用 光纖接入網(wǎng) 全光網(wǎng)

一、發(fā)展較快的幾項光纖通信技術(shù)

1.波分復(fù)用技術(shù)

光纖通信的多路復(fù)用技術(shù)，一開始是采用原來銅纜沿用的PCM脈沖編碼調(diào)制方式，把模擬信號變換為數(shù)字信號，再應(yīng)用時分多路（TDM，WTBX Time Division Multiplexing）技術(shù)組成一次群即基群2Mbit/s）、二次群（8Mbit/s）、三次群（34Mbit/s）和四次群（140Mbit/s)等，這種系列被稱為準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH，WTBX Plesiochronous Digital Hierarchy）。各國現(xiàn)有的PDH有三種系列，互不兼容，而且沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范，各個廠家生產(chǎn)的設(shè)備不能互通，另外還存在上下電路困難等問題。后來改用新的同步數(shù)字系列（SDH，WTBX Sychronous Digital Hierarchy）,即STM--1（155Mbit/s），STM--4（622Mbit/s）和STM--16（2.5Gbit/s）等。SDH所采用的復(fù)用技術(shù)，仍然屬于TDM技術(shù)。

目前，SDH系列在國內(nèi)外已大量使用，我國干線上主要使用STM--16，相當(dāng)于可復(fù)用3萬多個話路。高于2.5Gbit/s以至更高速率的研究工作已在我國和其他許多國家展開，其間碰到的最大問題是光纖色散的限制，而要克服這些限制在技術(shù)上、成本上都十分困難。因此，當(dāng)前實際應(yīng)用的大都只限于2.5Gbit/s，不超過10Gbit/s的傳輸速率。

近年來，WDM技術(shù)的進(jìn)展，為光纖通信的發(fā)展開辟了另一個十分廣闊的前景。WDM是在一根光纖上同時利用多個波長進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。比如，目前我國開發(fā)的在一根光纖上同時傳送8個波長系統(tǒng)，每個波長的速率可達(dá)2.5Gbit/s，即所謂8×2.5Gbit/s系統(tǒng)。這樣，一根光纖的總速率可達(dá)20Gbit/s。若每個波長的速率為10Gbit/s，則一根光纖的總速率就可達(dá)80Gbit/s。這將大量節(jié)省光纖的數(shù)量。最近我國正在全國長途骨干光纜網(wǎng)上進(jìn)行升級改造，也就是利用WDM 8×2.5Gbit/s光傳輸系統(tǒng)使一對光纖可同時傳送24萬路電話或2400套電視節(jié)目。據(jù)報道，國外已出現(xiàn)206個波長的WDM系統(tǒng)試驗樣機(jī)。可見WDM技術(shù)的發(fā)展前景很好。

WDM技術(shù)的發(fā)展，不但大量節(jié)省光纖數(shù)目和以后擴(kuò)容的工程費用，而且在長途干線上還可以大量節(jié)省摻鉺光纖放大器(EDFA，Er--Doped Fiber Amplifier）的數(shù)目。因為目前摻鉺光纖放大的帶寬達(dá)30nm，足以使多個波長一起得到放大增益，不必每個波長配置單獨的摻鉺光纖放大器。當(dāng)波長更多時，摻鉺光纖放大器必須有更寬的平坦帶寬增益。有資料介紹，把摻鉺光纖放大器的平坦增益特性的波長寬度從原來的30nm加大到80nm的研究，其意義將更大。

2.光纖接入網(wǎng)（OAN，WTHX Optical Access Network）技術(shù)

十多年來，由于各種通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，對通信容量的需求急劇增加，光纖干線的建設(shè)應(yīng)運而起，各國先后建成全國的光纜骨干網(wǎng)。隨后出現(xiàn)的問題是用戶接入網(wǎng)仍保留著舊的銅纜網(wǎng)，不能適應(yīng)發(fā)展需要，必須加以改造。改造的方案很多，首先考慮到的是開發(fā)利用銅纜的潛力，進(jìn)一步提高其帶寬來滿足一定時期的需要，然后再過渡到光纜。比如，當(dāng)前不少國家都在采用的線對增容系統(tǒng)、高比特率數(shù)字用戶環(huán)路（HDSL，High—Bit--Rate Digital Subscriber Loop）、不對稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Loop）、混合光纖與同軸電纜系統(tǒng)（HFC，WTBX Hybrid Fiber and coaxial Cable）等等都屬于一些過渡性措施，應(yīng)用廣泛。

近年來，Internet的崛起大大超出人們原來的估計，目前它的年增長率已達(dá)300％，形成爆炸性的增長，并促使電信、計算機(jī)、有線電視等技術(shù)的融合，走向三網(wǎng)合一。三網(wǎng)合一意味著數(shù)據(jù)、話音、視像等各種業(yè)務(wù)都綜合起來進(jìn)行傳送。這種綜合必將大大促進(jìn)在接入網(wǎng)中大量使用光纖，促進(jìn)光纖用戶接入網(wǎng)的發(fā)展，加速光纖到戶(FTTH，F(xiàn)iber to the Home）的實現(xiàn)。

在實現(xiàn)光纖到戶前，首先采用交換式數(shù)字圖像(SDV，WTBX Switched Digital Video）系統(tǒng)是一種較好的方案。數(shù)字圖像系統(tǒng)由一個以光源光網(wǎng)絡(luò)(PON，WTBX Passive Optical Network）為基礎(chǔ)的數(shù)字光纖到路邊(FTTC，WTBX Fiber to the Curb）系統(tǒng)與一個單向的混合光纖與同軸電纜有線電視系統(tǒng)疊加而成。數(shù)字圖像系統(tǒng)主干傳輸部分采用共纜分纖的空分復(fù)用(SDM，WTBX Space Division Multiplexing)方式分別傳送雙向數(shù)字信號和單向模擬視像信號。上述兩種信號由設(shè)置于路邊的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU，WTBX Optical Network Unit）分別恢復(fù)成各自的基帶信號，其中語音信號經(jīng)雙絞線送往用戶，數(shù)字和模擬視像信號經(jīng)同軸電纜送往用戶。光網(wǎng)絡(luò)單元由同軸電纜負(fù)責(zé)供電。數(shù)字圖像技術(shù)的優(yōu)點是數(shù)字視像和模擬視像可以兼容，較好地解決光纖到路邊的供電問題，能較可靠地傳送電信業(yè)務(wù)，對已有的混合光纖與同軸電纜網(wǎng)不必加以改造。因此，采用數(shù)字圖像技術(shù)作為實現(xiàn)光纖到戶前的過渡方案是可行的。

3.全光網(wǎng)技術(shù)

光纖通信技術(shù)是以光纖代替電纜，以光波代替原來頻率較低的電磁波發(fā)展起來的。因此，至今在光纖通信系統(tǒng)上仍需用大量的電信設(shè)備，甚至本來的光信號源也要變換成電信號源，然后進(jìn)入光纖通信系統(tǒng)。在傳輸過程中的放大、交換及接入設(shè)備終端等基本上全是電設(shè)備。這是由于電系統(tǒng)比較成熟、應(yīng)用比較方便所造成的。但這些電設(shè)備會帶來許多限制和干擾因素，而這些因素在光的系統(tǒng)中原本是可以避免的。

建立全光網(wǎng)的設(shè)想很早就提出來了，但困難很多，最關(guān)鍵的技術(shù)問題是解決光信號在傳輸過程中的損耗和光的交換問題。80年代出現(xiàn)了光纖放大器以后，研究工作的進(jìn)展就比較快了。目前，光的交換技術(shù)研究也有了很大的進(jìn)展，其中進(jìn)展較快、較實際的是基于WDM技術(shù)的全光網(wǎng)。

迄今比較成熟的光放大器是摻鉺光纖放大器，它的帶寬通常在1 530～1 560nm之間，在單模光纖上開通4，8，16個波長是比較方便的。

光路交換可以有：針對光纖在不同空間位置的空分交換方式；控制不同時延進(jìn)行的時分交換方式；轉(zhuǎn)換不同波長/頻率的波分/頻分交換方式；或綜合其中兩種及兩種以上的綜合交換方式。

近年來，美國、歐洲、日本等一些國家已先后建立全光網(wǎng)的現(xiàn)場試驗。比如美國組成的多波長全光通信試驗網(wǎng)（MONET），泛歐光纖傳輸?shù)泳W(wǎng)（PHOTON）等，其中還用到一些光器件，如光的交叉連接器(OXC，Optical Cross Connector）；波長路由器（Wavelength Router）、波長轉(zhuǎn)換器（Wavelength Convertor）、插分復(fù)接/分接復(fù)用器(ADM，Add--Drop Multiplexer--Demultiplexer）等。當(dāng)波分復(fù)用系統(tǒng)的光纖進(jìn)入本局的插分復(fù)接/分接復(fù)用器后，可以讓部分波長從中分出，其它波長則直通；分出的部分波長負(fù)載上的信號進(jìn)入本局，而由本局引出的信號荷載于同樣波長進(jìn)入插分復(fù)接/分接復(fù)用器。其工作原理與電的ADM原理相仿。隨著各種光器件和光交換技術(shù)的不斷完善，全光網(wǎng)技術(shù)也將日趨成熟。

二、光纖光纜發(fā)展的一些動向

1.光纖的類型

目前，使用最多的光纖是G.652單模光纖。這種光纖的零色散波長在1 310nm附近，但這個波長的衰減大，而在1 550nm處波長的衰減最小，但是其色散系數(shù)又很大（可達(dá)20ps/(km·nm)），因此限制了這種光纖的進(jìn)一步發(fā)展。

G653色散位移光纖把零色散波長移到1 550 nm附近，但由于其色散過小時，又會因非線性現(xiàn)象產(chǎn)生的新波長引起四波混頻（Four--Wave Mixing Efficiency）效應(yīng)使傳輸信號減弱，同時產(chǎn)生串音，這就限制了這種光纖在波分復(fù)用系統(tǒng)上的應(yīng)用。

G655非零色散位移單模光纖的衰減小，在1 530～1 565nm間的色散系數(shù)為0.1～6.0ps/(km·nm)，可以避免出現(xiàn)四波混頻效應(yīng)，而色散系數(shù)值也不大，較適合波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展需要，估計這種光纖有較好的發(fā)展前景。為了盡可能減少非線性效應(yīng)的影響，G.655光纖正趨向于開發(fā)大面積光纖，或稱為大有效面積非零色散位移單模光纖（LEAF）。

2.接入網(wǎng)用光纜的特點

與長途干線光纜相比，用戶接入網(wǎng)的用戶平均距離比較短，傳送信號的速率較低，用戶分散，用戶系統(tǒng)的成本要低，施工和維護(hù)工作要方便。因此，用戶光纜的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一些特殊性。

(1)芯數(shù)多

每根光纜所需的芯數(shù)要根據(jù)用戶分布情況、用戶密度大小、用戶的性質(zhì)、城市的發(fā)展規(guī)劃和光纜所處的位置而異。目前，日本首先提出要在2010年實現(xiàn)光纖到戶，考慮的光纜芯數(shù)多達(dá)1 000～4 000芯的；其它一些發(fā)達(dá)國家，多考慮首先發(fā)展光纖到路邊，所提出的用戶光纜容量超過千芯的結(jié)構(gòu)不多，大都在幾百芯以內(nèi)。

(2)帶狀結(jié)構(gòu)

當(dāng)接入網(wǎng)用光纜當(dāng)芯數(shù)較少或用于室內(nèi)配線時，多采用松套束管式或光纖帶疊層嵌入松套管式；當(dāng)芯數(shù)較多或用于饋線的時，則一般采用帶狀結(jié)構(gòu)。這是由于帶狀光纖光纜作為大芯數(shù)光纜時，光纖的結(jié)構(gòu)緊湊、集合度高且直徑小，便于多芯連接。為了減少光纜的截面面積，目前光纖帶的厚度都在300μm以下。

當(dāng)采用骨架或U形帶狀結(jié)構(gòu)成纜時，可采用S－Z絞，以便于在施工、維護(hù)中取出光纖帶。

不少國家主張接入網(wǎng)用光纜采用干式光纜，即不填充油膏，而采用防潮紙作為阻水帶進(jìn)行包扎，以便于施工、維護(hù)工作。

(3)塑料光纖

過去由于塑料光纖的衰減太大、帶寬太窄而沒有考慮用于通信。近年來，通過日本、美國和歐洲一些國家的研究開發(fā)，降低了塑料光纖的的衰減、增大了帶寬，使它用于短距離的接入網(wǎng)成為可能。

塑料光纖最主要的優(yōu)點是成本低、易于加工、重量輕、可撓性好、芯徑和數(shù)值孔徑都比較大，耦合效率較高，對施工和維護(hù)都比較方便。

目前，塑料光纖大都用在短波長，GI結(jié)構(gòu)。據(jù)報道，日本和美國研制出的塑料光纖在100m上可以達(dá)到吉比特級。目前其市場正逐步上升，年增長率約為20％，這很值得注意。