淺談通信工程中光纖技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

王建

【摘要】 光纖通信技術(shù)的應(yīng)用是一次世界性的改革，他使人類的通信技術(shù)飛速發(fā)展。在將來的科學(xué)進(jìn)步中，光纖通信也會(huì)起著舉足重輕的作用。

【關(guān)鍵詞】 光纖技術(shù) 應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì)

引言

光纖是通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)良傳輸介質(zhì)，光纖通信是以光波作為載波、以光纖作為傳輸介質(zhì)的通信方式。光纖通信的問世使高速率、大容量的通信成為可能，目前它已成為最主要的信息傳輸技術(shù)。

一、通信工程中光纖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.1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，目前，單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到10Gbps。

1.2損耗低，中繼距離長(zhǎng)

目前，商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km，比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低；若將來采用非石英系統(tǒng)，其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無中繼距離；對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)途傳輸線路，由于中繼站數(shù)目的減少，可大大降低系統(tǒng)成本。

1.3抗電磁干擾能力強(qiáng)

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。與之相聯(lián)系的一個(gè)重要特性是光波導(dǎo)對(duì)電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。

1.4無串音干擾，保密性好

光波在光纖中傳輸，因?yàn)楣庑盘?hào)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，即使在轉(zhuǎn)彎處，漏出的光波也十分微弱，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多，相鄰信道也不會(huì)出現(xiàn)串音干擾，同時(shí)在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

二、通信工程中光纖技術(shù)的應(yīng)用

2.1光弧子通信技術(shù)

光孤子通信是利用光孤子作為載體的通信方式。光孤子源產(chǎn)生一系列脈沖寬度很窄的光脈沖（即光孤子流），作為信息載體進(jìn)入光調(diào)制器，使信息對(duì)光孤子進(jìn)行調(diào)制。被調(diào)制的光孤子流經(jīng)摻鉺光纖放大器和光隔離器后，進(jìn)入光纖中傳輸。

為克服光纖損耗帶來的光孤子減弱，在光纖線路上周期性地插入EDFA，向光孤子注入能量，以補(bǔ)償光纖傳輸而引起的能量損耗，確保光孤子穩(wěn)定傳輸。在接收端，通過光檢測(cè)器和解調(diào)裝置，恢復(fù)光孤子所承載的信息。

光孤子通信目前仍處于探索和實(shí)驗(yàn)研究階段，其在超長(zhǎng)距離、高速、大容量的全光通信中，特別是在海底光通信系統(tǒng)中，有著極大的發(fā)展前景。

2.2相干光通信技術(shù)

相干光通信的出現(xiàn)，使得光纖通信實(shí)現(xiàn)大容量、高速率、遠(yuǎn)距離傳輸成為了可能。將在通信中占有重要地位。

相干光通信主要是采用了外差檢測(cè)方式，在接受設(shè)置本振激光器，在接受的時(shí)候?qū)⒔?jīng)光纖傳過來的光信號(hào)與I.D產(chǎn)生的激光加在光電檢測(cè)器上。在光電變換過程中產(chǎn)生差頻電信號(hào)，最后經(jīng)中方和解調(diào)后得到發(fā)送端要傳送的電信號(hào)。無線電通信通過引入外差檢波方式，解決了高頻放大濾波的問題，提高了接受選擇性。通過引入相干調(diào)制技術(shù)，充分利用無線電波的頻率和相位信息，大大加強(qiáng)了無線電通信系統(tǒng)的新能。

2.3光復(fù)用技術(shù)

在SDH傳輸網(wǎng)當(dāng)中多路信號(hào)復(fù)用，即對(duì)電信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。在全光通信網(wǎng)中為了進(jìn)一步提高光通信傳輸效率，需要直接對(duì)光信號(hào)復(fù)用。光信號(hào)的復(fù)用在光域上可進(jìn)行時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用。

光時(shí)分復(fù)用是指在將統(tǒng)一光載波長(zhǎng)上的時(shí)間分割為周期性的幀，而幀再劃分為若干時(shí)隙，根據(jù)相應(yīng)的分配原則，是光網(wǎng)絡(luò)單元只能在限定的時(shí)隙向上行信道發(fā)送信號(hào)，同時(shí)光交換網(wǎng)絡(luò)可以從各個(gè)時(shí)隙里面準(zhǔn)確接受光網(wǎng)絡(luò)單元信號(hào)。

波分復(fù)用是指將波長(zhǎng)多個(gè)間隔為數(shù)十納米光源進(jìn)行調(diào)制，使得在同一條光纖中傳輸，提高十倍以上信息容量。在單向波分復(fù)用系統(tǒng)中，發(fā)送端通過多個(gè)激光器發(fā)出多個(gè)不同波長(zhǎng)光，把它們調(diào)制之后，利用復(fù)用器合起來，合到一根光纖中傳輸。再在接收端利用解復(fù)用器把多個(gè)波長(zhǎng)不同的光載波分開，分別送至相應(yīng)的光檢測(cè)器上得出相應(yīng)的信息。

碼分復(fù)用是指擴(kuò)頻通信的方式，首先針對(duì)用戶所具有的相互正交的碼序列進(jìn)行算法運(yùn)算，在調(diào)制到光信號(hào)上。在接收端上，使用用戶特有正交碼恢復(fù)原來的數(shù)字信號(hào)，由于即使知道用戶的正交碼必須非常接近網(wǎng)絡(luò)才能解碼，所以給竊聽者帶來了很大的困難，所以碼分復(fù)用具有保密性強(qiáng)的特點(diǎn)。特別是用戶可以隨時(shí)異步接入，具有很強(qiáng)的便捷性。

三、通信工程中光纖技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1向超高速系統(tǒng)的發(fā)展

目前10Gbps、40Gbps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、中國(guó)也已開始大量應(yīng)用。它現(xiàn)實(shí)的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。目前波分復(fù)用（WDM）方式已進(jìn)入了大規(guī)模商用階段，而其它方式尚處于試驗(yàn)研究階段。

3.2向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn)

采用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)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(gè)發(fā)送波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開的光源信號(hào)同時(shí)在一級(jí)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)用的基本思路。

基于WDM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(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，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(gè)，而實(shí)用化系統(tǒng)的最大容量已達(dá)320Gbps（2×16×10Gbps），實(shí)驗(yàn)室的最高水平則已達(dá)到2.6Tbps（13×20GtWs）。預(yù)計(jì)不久的將來，實(shí)用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tbps的水平。

3.3實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)

實(shí)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(diǎn)到點(diǎn)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(shí)現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將增加新一層威力。根據(jù)這個(gè)思路，光光聯(lián)網(wǎng)既可以實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、重構(gòu)性、透明性，又允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)、互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào)。

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(gè)最大透明的、高度靈活的和超大容量的國(guó)家骨干光網(wǎng)絡(luò)，不僅可以為未來的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NJJ）奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，而且也對(duì)我國(guó)下一世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛以及國(guó)家的安全有極其重要的意義。

3.4開發(fā)新代的光纖

傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上已滿足不了超高速長(zhǎng)距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，開發(fā)新型光纖已成為重要課題。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)了非零色散光（G.655光纖）和無水吸收峰光纖。其中，全波光纖將是以后開發(fā)的重點(diǎn)，也是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，BPON技術(shù)無可爭(zhēng)議地將是未來寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向。

3.5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，還是傳輸都已更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)將成為全數(shù)字化、軟件主宰和控制、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(jìn)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)。

四、結(jié)束語(yǔ)

目前光纖通信技術(shù)已成為最重要的信息傳輸技術(shù)，在通信領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用，即使在全球通信領(lǐng)域處于低迷狀態(tài)時(shí)，光纖通信技術(shù)仍得到一定的發(fā)展。光纖通信技術(shù)的應(yīng)用必將代替一切其他的信息傳輸方式，成為未來通信領(lǐng)域發(fā)展的主流技術(shù)，帶領(lǐng)人類進(jìn)入全光時(shí)代。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]崔嵩.接入網(wǎng)技術(shù)在鐵路通信工程中的應(yīng)用[J].通信觀察，2011.12

[2]李汪洋.市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)下的通信產(chǎn)業(yè)鏈[J].通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2010.17