第一篇：光纖通信技術(shù)系統(tǒng)組成、運用與發(fā)展論文

光纖通信技術(shù)系統(tǒng)組成、運用與發(fā)展

光纖通信技術(shù)系統(tǒng)組成、運用與發(fā)展

李偉濤

（單位：江蘇正欣和通信發(fā)展有限公司郵編：210008）

[論文摘要]：光纖通信作為現(xiàn)代通信的主要通信方式，在現(xiàn)代通信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖是用二氧化硅為基本原材料制成，利用光波作為信息載體達到通信的目的，它具有價格低廉，體積小，重量輕，保密性高，傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決了地下通道擁擠的問題，備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，在現(xiàn)代社會發(fā)展非常迅速，正向著更高水平、更高階段發(fā)展，為人們的生活帶來了更大的方便。

[關(guān)鍵字]：光纖通信組成分類發(fā)展

1、光纖通信系統(tǒng)組成：

光纖通信作為現(xiàn)代通信的主要通信方式，在現(xiàn)代通信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。隨著社會的不斷進步，通信向大容量，長距離方向發(fā)展是必然趨勢。光通信是以電通信發(fā)展而來的，是成熟的電通信技術(shù)與先進光子技術(shù)的結(jié)合，是利用光作為信息載體，以二氧化硅為基本原材料來傳輸攜帶信息的光波達到通信的目的。其系統(tǒng)組成（如圖1所示）：光發(fā)射機、光纖與光接受機組成。

在發(fā)射端，電端機把模擬信息（如話音）進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號復(fù)用后再去調(diào)制發(fā)射機中的光源器件，一般是半導(dǎo)體激光器（LD），則光源器件就會發(fā)出攜帶信息的光波。如當(dāng)數(shù)字信號為“1”時，光源器件發(fā)射一個“傳號”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號為“0”時，光源器件發(fā)射一個“空號”（不發(fā)光）。光發(fā)射機的作用就是進行電/光轉(zhuǎn)換把數(shù)字化的電脈沖信號碼流（如PCM話音信號）轉(zhuǎn)換成光脈沖信號碼流并輸入到光纖中進行傳輸。光波經(jīng)光纖傳輸后到達接受端。在接收端，光接收機把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機，而電端機解復(fù)后再進行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的模擬信息。光接收機的作用就是進行光/電轉(zhuǎn)換，把數(shù)字電信號（通信信息）經(jīng)過放大、均衡后在生出波形整齊的電脈沖信號，這樣便完成了一次通信全過程。

2、光纖通信系統(tǒng)的分類與特點：

光纖通信系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)所使用的傳輸信號形式、傳輸光的波長和光纖的類型進行不同的分類。

2.1按傳輸信號分類：

通信工程師論文-1-李偉濤

按傳輸信號的不同，光纖通信系統(tǒng)可以分為：模擬光纖通信系統(tǒng)、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。

2.1.1模擬光纖通信系統(tǒng)：

模擬光纖通信最主要的優(yōu)點是不需要數(shù)字通信系統(tǒng)中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換，故比較經(jīng)濟。而且一個電視信號如采用數(shù)字通信方式，可不用頻帶壓縮，140Mbit/s的系統(tǒng)只能通一路電視。在目前的技術(shù)情況下，為了在用戶網(wǎng)傳送多路寬帶業(yè)務(wù)（如CATV），采用頻率調(diào)制的頻分多路復(fù)用的模擬光纖通信方式。

2.1.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)：

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)是光纖通信的主要通信方式。其優(yōu)點是抗干擾能力強，使用再生技術(shù)時噪聲積累少，易于集成以減少設(shè)備的體積和功耗，轉(zhuǎn)接交換方便，利于與計算機結(jié)合等。數(shù)字通信的缺點是所占的頻率寬，而光纖的帶寬比金屬傳輸線要寬許多，彌補了數(shù)字通信所占頻帶寬的缺點。采用數(shù)字通信，中繼器采用判決再生技術(shù)，噪聲積累少，是最有利的光纖通信技術(shù)。目前各國在公用通信網(wǎng)中的長途干線和市內(nèi)局間中繼線路均紛紛采用數(shù)字光纖通信系統(tǒng)作為主要傳輸方式，以便實現(xiàn)傳輸網(wǎng)的數(shù)字化。

2.2按波長和光纖類型分類：

按波長和光纖類型分類，光纖通信系統(tǒng)分為四類：(1)、短波長（0.85μm左右）多模光纖通信系統(tǒng)；（2）、長波長（1.31μm）多模光纖通信系統(tǒng)；（3）、長波長（1.31μm）單模光纖通信系統(tǒng)；（4）、長波長（1.55μm）單模光纖通信系統(tǒng)。

2.3光纖通信的特點：

光纖通信與其他通信手段相比，其特點在于：

2.3.1頻帶寬，通信容量大：

光纖比銅線（明線）或電纜有大得多的傳輸帶寬，光纖通信系統(tǒng)與光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性有關(guān)。理論上其一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖可同時傳輸100億個話路，雖目前遠(yuǎn)沒有達到如此高的傳輸容量，但一根光纖同時傳輸50萬個話路（40Gbit/s），比同軸電纜、微波等要高出幾千乃至幾十萬倍以上。如果加上波分復(fù)用技術(shù)將一根光纖當(dāng)作幾

十、幾百根光纖使用，其通信容量是非常驚人的。

2.3.2損耗低、中繼距離長：

由于光纖具有極低的衰減系數(shù)現(xiàn)已達到0.25db/km以下，配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)射機、光接收設(shè)備以及光放大器，可使其中繼距離達到數(shù)百、數(shù)千公里，而且降低了通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備的成本與復(fù)雜性，減少了許多的人力與物力，這是傳統(tǒng)電纜無法相比的。

2.3.3無串音干擾，保密性好：

在電波傳輸?shù)倪^程中，電磁波的泄露會造成各傳輸通道的串?dāng)_，而且容易被竊聽，保密性差。光波在光纖中傳輸時只是在其芯區(qū)內(nèi)進行，而任何泄露的射線都被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收，即使在拐彎處，漏出的光波也十分微弱，哪怕光纜內(nèi)的纖芯數(shù)很多，相鄰信道也不會出現(xiàn)串音干擾，在光纜的外面，也無法竊聽到光纖中的傳輸信息。

2.3.4 適應(yīng)能力強、體積小、重量輕、便于施工與維護、原材料來源豐富，價格低廉：光纖通信適應(yīng)能力強，不怕外界強電磁場的干擾、耐腐蝕、可撓性強（彎曲半徑大于250mm時其性能不受任何影響）等；光纜在施工時方式靈活、多樣，可直接埋設(shè)、管道布放，水、海底敷設(shè)、架空；制造光纜的原材料來源豐富，石英光纖的最基本原材料是二氧化硅，在大自然界中幾乎是取之不盡的，因此隨著科技的不斷發(fā)展，光纜價格將十分的低廉，這也是傳統(tǒng)電纜無法相比的。

雖然光纖還存在光放大難，電力傳輸困難，纖芯質(zhì)地脆弱，彎曲半徑不宜太小，機械強度低等一些缺陷，但這些問題都不是嚴(yán)重的，隨著科技的發(fā)展這些問題將一一獲得解決。

由于光纖通信具有其獨特的優(yōu)點，不僅可以在通信住干線路中，還可以應(yīng)用在電力通信控制系統(tǒng)中，進行工業(yè)監(jiān)控、控制。其保密性能優(yōu)越的特點在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的運用。

3、光纖通信的應(yīng)用與發(fā)展趨勢：

人類社會已經(jīng)發(fā)展到了信息社會，聲音、圖象和數(shù)據(jù)等信息的交流量非常大。以往的通信手段已不能滿足人們的需要，而光纖通信以其通信容量大、保密性能高、體積小、重量輕、原材料資源豐富、造價低廉、施工手段多樣、靈活、方便、無再生中繼距離長等一系列優(yōu)點。其應(yīng)用領(lǐng)域普及通信、交通、工業(yè)、醫(yī)療、教育、航天航空和計算機等各個行業(yè)，并向著更廣更深的層次發(fā)展。

3.1 光纖在公用電信網(wǎng)間作為傳輸線：由于光纖損耗低、通信容量大、直徑小、重量輕和敷設(shè)容易，所以特別適用于市內(nèi)電話中繼線路及長途干線線路。

3.2 局域網(wǎng)中的應(yīng)用：這是一種把計算機和智能終端通過光纖連接起來，實現(xiàn)工廠、辦公室、家庭自動化的局部地區(qū)數(shù)字信息網(wǎng)。

3.3 滿足不同網(wǎng)絡(luò)層面的應(yīng)用：為適應(yīng)光傳送網(wǎng)向更高速率、更大容量、更長距離方向發(fā)展，光纖通信不同層次網(wǎng)絡(luò)對光纖要求也不盡相同。在核心網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)層面都得到了廣泛的應(yīng)用。

3.4 應(yīng)用于專網(wǎng)：光纖通信主要應(yīng)用于電力、公路、鐵路、礦山等通信專網(wǎng)，例如電力系統(tǒng)是我國專網(wǎng)中規(guī)模較大、發(fā)展較為完善的專網(wǎng)。隨著通信網(wǎng)絡(luò)光纖化趨勢進程的加速，我國電力專用通信網(wǎng)在很多地區(qū)已經(jīng)基本完成了住干線到接入網(wǎng)向光纖過渡的過程。目前，電力系統(tǒng)光纖通信承載的業(yè)務(wù)主要有語音、數(shù)據(jù)、寬帶業(yè)務(wù)和IP等常規(guī)電信業(yè)務(wù)；電力生產(chǎn)專業(yè)業(yè)務(wù)有保護、安全自動裝置和電力市場化所需的寬帶數(shù)據(jù)等?？梢哉f，光纖通信已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行以及電力系統(tǒng)生產(chǎn)生活中不可缺少的一個重要組成部分。

3.5 作為危險環(huán)境下的通信線：諸如發(fā)電廠、化工廠、石油庫等場所，對于防強電、防腐蝕、防危險化工產(chǎn)品流散、防火災(zāi)、防爆炸是非常重要的。因為光纖的不導(dǎo)電、不短路等優(yōu)點在這些領(lǐng)域得到廣泛的運用。

3.6發(fā)展的趨勢：

3.6.1光纖到戶：現(xiàn)在移動通信發(fā)展速度驚人，因其帶寬有限，終端體積不可能太大，顯示屏幕有限等因素，人們依然追求相對固定終端，希望實現(xiàn)光纖到戶。其魅力在于它有極大的帶寬，是解決從互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸現(xiàn)象的最佳方案。隨著技術(shù)的更新?lián)Q代，光纖到戶的成本將大大降低，不久可降到與DSL和HFC網(wǎng)相當(dāng)，這使FTTH的實用化成為可能，其趨勢將會得到很大的發(fā)展。

3.6.2全光網(wǎng)絡(luò)：傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了節(jié)點的全光化，但在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處仍用電器件，限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康奶岣?。而全光網(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行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不在按比特進行，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、兼容性等，并能提供巨大的帶寬、超大的容量、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)靈活，可隨時增加新節(jié)點而不必安裝信號的交換和處理設(shè)備。雖然全光網(wǎng)絡(luò)具有許多的優(yōu)點，但并不能獨立于眾多通信技術(shù)，還要與因特網(wǎng)、ATM網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等融合。目前，它的發(fā)展雖還處于初級階段，但具有良好的發(fā)展空間。

4、結(jié)語：

光及光纖的應(yīng)用正給人類的生活帶來深刻的影響與變革,光纖通信是當(dāng)今世界上發(fā)展最快的領(lǐng)域之一,它的發(fā)展將成為未來通信發(fā)展的主流。光纖通信系統(tǒng)中存在的一些不足與缺陷，將會隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展被一一克服。實現(xiàn)光纖到戶、全光網(wǎng)絡(luò)的時代將不會遙遠(yuǎn)了。

參考文獻：

1、喬桂紅主編光纖通信人民郵電出版社2005年5月（4-11）

2、王雷光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀和未來中國科技信息2006年4月（58-60）

3、吳重慶光通信導(dǎo)論清華大學(xué)出版社2008年

作者簡介：姓名：李偉濤；性別：男；出生年月：1980年6月；畢業(yè)日期與學(xué)校：2007年1月畢業(yè)江蘇省廣播電視大學(xué)大專（行政管理專業(yè)）；工作單位：江蘇正欣和通信發(fā)展有限公司；職務(wù)職稱：通信助理工程師；通信地址：南京市中山北路26號新晨國際大廈17層；郵編：210008；聯(lián)系電話：***。

第二篇：光纖通信技術(shù)論文

光纖通信技術(shù)論文

一光纖通信

光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或?qū)Рü艿膿p耗低得多，所以說光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍。光纖是用玻璃材料構(gòu)造的，它是電氣絕緣體，因而不需要擔(dān)心接地回路，光纖之間的串繞非常小；光波在光纖中傳輸，不會因為光信號泄漏而擔(dān)心傳輸?shù)男畔⒈蝗烁`聽；光纖的芯很細(xì)，由多芯組成光纜的直徑也很小，所以用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決了地下管道擁擠的新問題。

二光纖通信技術(shù)的特點

(1)頻帶極寬，通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。

(2)損耗低，中繼距離長。目前，商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低；

(3)抗電磁干擾能力強。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。

(4)無串音干擾，保密性好。光波在光纖中傳輸，因為光信號被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，而任何泄漏的射線都被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收，無法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

除以上特點之外，還有光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)；光纖的原材料資源豐富，成本低；溫度穩(wěn)定性好、壽命長。由于光纖通信具有以上的獨特優(yōu)點，其不僅可以應(yīng)用在通信的主干線路中，還可以應(yīng)用在電力通信控制系統(tǒng)中，進行工業(yè)監(jiān)測、控制，而且在軍事領(lǐng)域的用途也越來越為廣泛。

三光纖通信技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。光纖從提出理論到技術(shù)實現(xiàn)和今天的高速光纖通信也不過幾十年的時間。

20世紀(jì)90年代以來，我國光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展極其迅速，非凡是廣播電視網(wǎng)、電力通信網(wǎng)、電信干線傳輸網(wǎng)等的急速擴展，促使光纖光纜用量劇增。廣電綜合信息網(wǎng)規(guī)模的擴大和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，全網(wǎng)的管理和維護，設(shè)備的故障判定和排除就變得越來越困難?？梢圆捎?SDH ＋光纖或ATM＋光纖組成寬帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)。該傳輸網(wǎng)可以采用帶有保護功能的環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，鏈路傳輸系統(tǒng)或者組成各種形式的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)，可以滿足各種綜合信息傳輸。

對光纖通信而言，超高速度、超大容量、超長距離一直都是人們追求的目標(biāo)，光纖到戶和全光網(wǎng)絡(luò)也是人們追求的夢想。現(xiàn)在光通信網(wǎng)絡(luò)的容量雖然已經(jīng)很大，但還有許多應(yīng)用能力在閑置，今后隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，作為經(jīng)濟發(fā)展先導(dǎo)的信息需求也必然不斷增長，一定會超過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能力，推動通信網(wǎng)絡(luò)的繼續(xù)發(fā)展。因此，光纖通信技術(shù)在應(yīng)用需求的推動下，一定不斷會有新的發(fā)展。

(一)光纖到戶

現(xiàn)在移動通信發(fā)展速度驚人，因其帶寬有限，終端體積不可能太大，顯示屏幕受限等因素，人們依然追求陸能相對占優(yōu)的固定終端，希望實現(xiàn)光纖到戶。光纖到戶的魅力在于它有極大的帶寬，它是解決從互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸現(xiàn)象的最佳方案。隨著技術(shù)的更新?lián)Q代，光纖到戶的成本大大降低，不久可降到與DSL和HFC網(wǎng)相當(dāng)，這使FITH的實用化成為可能。在我國，光纖到戶也是勢在必行，光纖到戶的實驗網(wǎng)已在武漢、成都等市開展，預(yù)計2012年前后，我國從沿海到內(nèi)地將興起光纖到戶建設(shè)高潮?？梢哉f光纖到戶是光纖通信的一個亮點，伴隨著相應(yīng)技術(shù)的成熟與實用化，成本降低到能承受的水平時，F(xiàn)TTH的大趨勢是不可阻擋的。

(二)全光網(wǎng)絡(luò)

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)點處仍用電器件，限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康奶岣?，因此真正的全光網(wǎng)絡(luò)成為非常重要的課題。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行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，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)，它必須要與因特網(wǎng)、ATM網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等相融合。目前全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展仍處于初期階段，但已顯示出良好的發(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。

四光纖通信技術(shù)的趨勢及展望

目前在光通信領(lǐng)域有幾個發(fā)展熱點即超高速傳輸系統(tǒng)、超大容量WDM系統(tǒng)、光傳送聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網(wǎng)技術(shù)。

（一）向超高速系統(tǒng)的發(fā)展

目前10Gbps系統(tǒng)已開始大批量裝備網(wǎng)絡(luò)，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應(yīng)用。但是，10Gbps系統(tǒng)對于光纜極化模色散比較敏感，而已經(jīng)鋪設(shè)的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統(tǒng)的要求，需要實際測試，驗證合格后才能安裝開通。它的比較現(xiàn)實的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。光復(fù)用方式有很多種，但目前只有波分復(fù)用(WDM)方式進入了大規(guī)模商用階段，而其它方式尚處于試驗研究階段。

（二）向超大容量WDM系統(tǒng)的演進

采用電的時分復(fù)用系統(tǒng)的擴容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用率低于1％，還有99％的資源尚待發(fā)掘。如果將多個發(fā)送波長適當(dāng)錯開的光源信號同時在一級光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復(fù)用(WDM)的基本思路?；赪DM應(yīng)用的巨大好處及近幾年來技術(shù)上的重大突破和市場的驅(qū)動，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。目前全球?qū)嶋H鋪設(shè)的WDM系統(tǒng)已超過3000個，而實用化系統(tǒng)的最大容量已達

320Gbps(2×16×10Gbps)，美國朗訊公司已宣布將推出80個波長的WDM系統(tǒng)，其總?cè)萘靠蛇_200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實驗室的最高水平則已達到2.6Tbps(13×20Gbps)。預(yù)計不久的將來，實用化系統(tǒng)的容量即可

達到1Tbps的水平。[來源:論文天下論文網(wǎng) lunwentianxia

（三）實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)

上述實用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路，光光聯(lián)網(wǎng)既可以實現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)擴展性、重構(gòu)性、透明性，又允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長、互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號。

由于光聯(lián)網(wǎng)具有潛在的巨大優(yōu)勢，美歐日等發(fā)達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預(yù)研，特別是美國國防部預(yù)研局(DARPA)資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項目。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。建設(shè)一個最大透明的、高度靈活的和超大容量的國家骨干光網(wǎng)絡(luò)，不僅可以為未來的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NJJ)奠定一個堅實的物理基礎(chǔ)，而且也對我國下一世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)和國民經(jīng)濟的騰飛以及國家的安全有極其重要的戰(zhàn)略意義。

（四）開發(fā)新代的光纖

傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢，開發(fā)新型光纖已成為開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前，為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要，已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖，即非零色散光(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。其中，全波光纖將是以后開發(fā)的重點，也是現(xiàn)在研究的熱點。從長遠(yuǎn)來看，BPON技術(shù)無可爭議地將是未來寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向，但從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展、成本及應(yīng)用需求的實際狀況看，它距離實現(xiàn)廣泛應(yīng)用于電信接入網(wǎng)絡(luò)這一最終目標(biāo)還會有一個較長的發(fā)展過程。

（五）IPoverSDH與IpoverOptical

以lP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是當(dāng)前世界信息業(yè)發(fā)展的主要推動力，因而能否有效地支持JP業(yè)務(wù)已成為新技術(shù)能否有長遠(yuǎn)技術(shù)壽命的標(biāo)志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分別稱為IPoverATM和IPoverSDH兩者各有千秋。但從長遠(yuǎn)看，當(dāng)IP業(yè)務(wù)量逐漸增加，需要高于2．4吉位每秒的鏈路容量時，則有可能最終會省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡單統(tǒng)一的IP網(wǎng)結(jié)

構(gòu)(IPoverOptical)。三種IP傳送技術(shù)都將在電信網(wǎng)發(fā)展的不同時期和網(wǎng)絡(luò)的不同部分發(fā)揮自己應(yīng)有的歷史作用。但從面向未來的視角看。IPoverOptical將是最具長遠(yuǎn)生命力的技術(shù)。特別是隨著IP業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)后，這種對JP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會成為未來網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。

（六）解決全網(wǎng)瓶頸的手段一光接入網(wǎng)

近幾年，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無論是交換，還是傳輸都己更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò)，而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線銅線主宰的(90％以上)、原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技術(shù)上存在巨大的反差，制約全網(wǎng)的進一步發(fā)展。為了能從根本上徹底解決這一問題，必須大力發(fā)展光接入網(wǎng)技術(shù)。因為光接入網(wǎng)有以下幾個優(yōu)點：（1）減少維護管理費用和故障率；（2）配合本地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少節(jié)點，擴大覆蓋；（3）充分利用光纖化所帶來的一系列好處；（4）建設(shè)透明光網(wǎng)絡(luò)，迎接多媒體時代。

四結(jié) 語

光通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到重要作用。在國內(nèi)各研發(fā)機構(gòu)、科研院所、大學(xué)的科研人員的共同努力下，我國已研制開發(fā)了一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的光通信高技術(shù)產(chǎn)品，取得了一批重要的研究與應(yīng)用成果。這些研究工作和突出成果為O-TIME(光時代)計劃的實施奠定了堅實的基礎(chǔ)，為我國的信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出貢獻。

第三篇：光纖通信技術(shù)論文

光纖通信技術(shù)

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)特性進行分類外,在應(yīng)用中,光纖常按用途進行分類,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)。

光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號，以實現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。光導(dǎo)纖維通信簡稱光纖通信?？梢园压饫w通信看成是以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。實際上光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。光纖通信具有以下特點：(1)通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)。

(2)信號串?dāng)_小、保密性能好;(3)抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳。(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)境保護好，有利于節(jié)約有色金屬銅。(6)無輻射,難于竊聽,(7)光纜適應(yīng)性強,壽命長。(8)質(zhì)地脆，機械強度差。(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。

就光纖通信技術(shù)本身來說，應(yīng)該包括以下幾個主要部分:光纖光纜技術(shù)、光交換技術(shù)傳輸技術(shù)、光有源器件、光無源器件以及光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

光纖光纜技術(shù)

光纖技術(shù)的進步可以從兩個方面來說明: 一是通信系統(tǒng)所用的光纖;二是特種光纖。早期光纖的傳輸窗口只有3個，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近幾年相繼開發(fā)出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纖)以及S波段窗口。其中特別重要的是無水峰的全波窗口。這些窗口開發(fā)成功的巨大意義就在于從1280nm到1625nm的廣闊的光頻范圍內(nèi)，都能實現(xiàn)低損耗、低色散傳輸，使傳輸容量幾百倍、幾千倍甚至上萬倍的增長。這一技術(shù)成果將帶來巨大的經(jīng)濟效益。另一方面是特種光纖的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化，這是一個相當(dāng)活躍的領(lǐng)域。

光復(fù)用技術(shù)

復(fù)用技術(shù)是為了提高通信線路的利用率，而采用的在同一傳輸線路上同時傳輸多路不同信號而互不干擾的技術(shù)。光復(fù)用技術(shù)種類很多，其中最為重要的是波分復(fù)用(WDM)技術(shù)和光時分復(fù)用(OTDM)技術(shù)。光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一芯光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號分開，并作進一步處理，恢復(fù)出原信號后送入不同的終端。波分復(fù)用當(dāng)前的商業(yè)水平是273個或更多的波長，研究水平是1022個波長(能傳輸368億路電話)，近期的潛在水平為幾千個波長，理論極限約為15000個波長(包括光的偏振模色散復(fù)用，OPDM)。而光時分復(fù)用(OTDM)技術(shù)指利用高速光開關(guān)把多路光信號在時域里復(fù)用到一路上的技術(shù)。光時分復(fù)用(OTDM)的原理與電時分復(fù)用相同，只不過電時分復(fù)用是在電域中完成，而光時分復(fù)用是在光域中進行，即將高速的光支路數(shù)據(jù)流(例如10Gbit/s，甚至40Gbit/s)直接復(fù)用進光域，產(chǎn)生極高比特率的合成光數(shù)據(jù)流。

光放大技術(shù)

光放大器的開發(fā)成功及其產(chǎn)業(yè)化是光纖通信技術(shù)中的一個非常重要的成果，它大大地促進了光復(fù)用技術(shù)、光孤子通信以及全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。顧名思義，光放大器就是放大光信號。在此之前，傳送信號的放大都是要實現(xiàn)光電變換及電光變換，即O/E/O變換。有了光放大器后就可直接實現(xiàn)光信號放大。光放大器主要有3種:光纖放大器、拉曼放大器以及半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器就是在光纖中摻雜稀土離子(如鉺、鐠、銩等)作為激光活性物質(zhì)。每一種摻雜劑的增益帶寬是不同的。摻鉺光纖放大器的增益帶較寬，覆蓋S、C、L頻帶;摻銩光纖放大器的增益帶是S波段;摻鐠光纖放大器的增益帶在1310nm附近。而喇曼光放大器則是利用喇曼散射效應(yīng)制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纖后，會發(fā)生非線性效應(yīng)。喇曼散射。在不斷發(fā)生散射的過程中，把能量轉(zhuǎn)交給信號光，從而使信號光得到放大。由此不難理解，喇曼放大是一個分布式的放大過程，即沿整個線路逐漸放大的。其工作帶寬可以說是很寬的，幾乎不受限制。這種光放大器已開始商品化了，不過相當(dāng)昂貴。半導(dǎo)體光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理與半導(dǎo)體激光器相類似。其工作帶寬是很寬的。但增益幅度稍小一些，制造難度較大。這種光放大器雖然已實用了，但產(chǎn)量很小。

光交換技術(shù)

光交換技術(shù)是指不經(jīng)過任何光／電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。目前已見報道的光交換技術(shù)的交換方式主要可以分為，空間分光交換方式，時分光交換方式，波分光交換方式，ATM光交換方式，碼分光交換方式，自由空間光交換方式和復(fù)合型光交換方式等等?？辗止饨粨Q的基本原理是將光交換節(jié)點組成可控的門陣列開關(guān), 通過控制交換節(jié)點的狀態(tài)可實現(xiàn)使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開,完成光信號的交換。時分光交換方式的原理與現(xiàn)行電子學(xué)的時分交換原理基本相同, 只不過它是在光域里實現(xiàn)時隙互換而完成交換的。在光時分復(fù)用系統(tǒng)中, 可采用光信號時隙互換的方法實現(xiàn)交換。在光波分復(fù)用系統(tǒng)中, 則可采用光波長互換(或光波長轉(zhuǎn)換)的方法來實現(xiàn)交換。光波長互換的實現(xiàn)是通過從光波分復(fù)用信號中檢出所需的光信號波長, 并將它調(diào)制到另一光波長上去進行傳輸。光A TM 交換是以A TM 信元為交換對象的技術(shù), 它引入了分組交換的概念, 即每個交換周期處理的不是單個比特的信號, 而是一組信息。光ATM 交換技術(shù)已用在時分交換系統(tǒng)中, 是最有希望成為吞吐量達Tb?s 量級的光交換系統(tǒng)。碼分光交換, 是指對進行了直接光編碼和光解碼的碼分復(fù)用光信號在光域內(nèi)進行交換的方法。自由空間光交換可以看作是一種空分光交換, 它是通過在空間無干涉地控制光的路徑來實現(xiàn)的。由于各種光交換技術(shù)都有其獨特的優(yōu)點和不同的適應(yīng)性, 將幾種光交換技術(shù)合適地復(fù)合起來進行應(yīng)用能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢, 以滿足實際應(yīng)用的需要。已見介紹的復(fù)合型光交換主要有:(1)空分?時分光交換系統(tǒng);(2)波分?空分光交換系統(tǒng);(3)頻分?時分光交換系統(tǒng);(4)時分?波分?空分光交換系統(tǒng)等 光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

(一)向超高速系統(tǒng)的發(fā)展。從過去20多年的電信發(fā)展史看，網(wǎng)絡(luò)容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時分復(fù)用(TDM)方式進行，每當(dāng)傳輸速率提高4倍，傳輸每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，這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去20多年來一直在持續(xù)增加的根本原因。目前商用系統(tǒng)已從45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年時間里增加了2000倍，比同期微電子技術(shù)的集成度增加速度還快得多。

(二)向超大容量WDM系統(tǒng)的演進。采用電的時分復(fù)用系統(tǒng)的擴容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％，99％的資源尚待發(fā)掘。

(三)實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)。上述實用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。

(四)新一代的光纖。近幾年來隨著IP業(yè)務(wù)量的爆炸式增長，電信網(wǎng)正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構(gòu)筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎(chǔ)設(shè)施是下一代網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)。

(五)光接入網(wǎng)。過去幾年間，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無論是交換，還是傳輸都已更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò)。

第四篇：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，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?，F(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)特性進行分類外,在應(yīng)用中,光纖常按用途進行分類,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大通信容量的過程，光頻作為載頻已達通信載波的上限，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?？煽?、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）解決方案對于演進長途網(wǎng)絡(luò)也很關(guān)鍵，而先進的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64Tbit/s的容量。這種結(jié)構(gòu)可以擴展到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)濟高效性，擴大光纖覆蓋范圍，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)濟高效的滿足。

光纖組件的其它進步和一體化網(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的電路設(shè)置和所請求保護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．

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)達國家FTTH建設(shè)普遍開展，日本、韓國和美國比較發(fā)達，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的人少而有電視機的人多。提出的IPTV是采用專用的機頂盒連接電視機可直接瀏覽電信網(wǎng)的內(nèi)容，而不要計算機。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： 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

第五篇：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)濟性方面進行了許多工作，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，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。最先進的同軸系統(tǒng)于1975年投入運營，其速率達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，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。現(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)，進而大幅度提高了通信能力，并不斷擴大了光纖通信的應(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行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，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。