光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及前景分析

姜晉霄

（海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033）

光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及前景分析

姜晉霄

（海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033）

光纖通信因其具有傳輸頻帶寬、容量大、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，從光通信中脫穎而出，近年來得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，大大提高了通信能力。文章闡述了電信光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)，分析了當(dāng)前光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

光纖通信技術(shù)；特點(diǎn)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

1　概述

1966年，光纖之父華裔諾貝爾獎(jiǎng)獲得者高錕在他的論文“光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)”中提出了“當(dāng)玻璃纖維損耗率下降到20分貝/km時(shí)，光纖通訊就會(huì)成功”的見解，由此引發(fā)了光導(dǎo)纖維的研發(fā)熱潮。1970年美國康寧公司最先發(fā)明并制造出世界第一根可用于光通信的光纖，使光纖通信得以應(yīng)用。我國光纖通信技術(shù)的研究始于 20 世紀(jì) 70 年代，并已取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，已研制出若干具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光通信高技術(shù)產(chǎn)品，取得了一些重要的應(yīng)用成果。我國研制開發(fā)的光纖通信設(shè)備和系統(tǒng)不僅能夠滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要， 還廣泛服務(wù)于國際通信網(wǎng)絡(luò)。近年來光通信以年均15%～20%的速度發(fā)展，光通信已經(jīng)成為與國際應(yīng)用水平差距最小的高科技領(lǐng)域之一。由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展及視頻、音頻、多媒體應(yīng)用的增長(zhǎng)，對(duì)超高速和超長(zhǎng)距離光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。專家預(yù)言21世紀(jì)將是光子世紀(jì)，光子產(chǎn)業(yè)有可能全面取代傳統(tǒng)的電子工業(yè)，成為21世紀(jì)最大的產(chǎn)業(yè)。光纖通信已進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的一個(gè)新時(shí)期，這一發(fā)展將會(huì)涉及信息產(chǎn)業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，技術(shù)更新、范圍更廣、動(dòng)力更強(qiáng)、難度更大。毫無疑問，這將會(huì)對(duì)21世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響。光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已成為現(xiàn)代通信的重要方式。本文闡述了電信光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)，分析了當(dāng)前光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

2　光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)

光纖通信是利用光波在光導(dǎo)纖維中傳輸信息的通信方式。因?yàn)榧す饩哂懈邌紊?、高方向性、高相干性等?yōu)點(diǎn)，光纖通信中利用的光波主要是激光，所以又可稱為激光-光纖通信。光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、光纜、中繼器（光纖連接器）、耦合器5部分組成。與傳統(tǒng)的金屬電纜通信、磁波無線電通信相比，光纖通信具有如下特點(diǎn)：

（1）通信容量大。首先，光載波的中心頻率很高，約為2×1014Hz，最大可用帶寬一般取載波頻率的10%，則容許的最大信號(hào)帶寬為20 000GHz（20THz）；如果微波的載波頻率選擇為20GHz，相應(yīng)的最大可用帶寬為2GHz。兩者相差10 000倍。其次，單模光纖的色散幾乎為零，其帶寬距離（乘）積可達(dá)幾十 GHz×km；采用波分復(fù)用（多載波傳輸）技術(shù)還可使傳輸容量增加幾十倍至上百倍。目前，單波長(zhǎng)的典型傳輸速率是10Gb/s，一個(gè)采用128個(gè)波長(zhǎng)的波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸速率是1.28Tb/s。

（2）中繼距離長(zhǎng)。光纖具有極低的衰耗系數(shù)，如配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送與光接收設(shè)備，能夠使它的中繼距離達(dá)數(shù)百公里以上，傳統(tǒng)的電纜（1.5km）、微波（50km）等無法與之相比。所以光纖通信非常適用于長(zhǎng)途一、二級(jí)干線通信。

（3）抗電磁干擾能力強(qiáng)。光導(dǎo)纖維的基本成分是石英，只傳光，不導(dǎo)電，不受普通電磁場(chǎng)的干擾，因此在其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁場(chǎng)的影響（包括閃電、火花、電力線、無線電波的干擾），同時(shí)光纖也不會(huì)對(duì)工作于無線電波波段的通信、雷達(dá)等設(shè)備產(chǎn)生干擾，使得光纖通信系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。

（4）安全性能好。光纖通信主要是利用光波來傳輸信號(hào)，光波在光纖中傳播，不會(huì)發(fā)生串?dāng)_的現(xiàn)象，不易被竊聽、保密性強(qiáng)，安全性能好。

光纖通信除了具有以上特點(diǎn)外，還具有光纖柔軟、重量輕、從而便于鋪設(shè)；光纖的原材料資源非常豐富且成本低等優(yōu)點(diǎn)。光纖的這些優(yōu)點(diǎn)，使得光纖的應(yīng)用非常廣泛。

3　光纖通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）光孤子通信。光孤子通信利用光纖非線性來抵消光纖色散效應(yīng)，是超高速長(zhǎng)距離光纖通信技術(shù)。在信號(hào)的傳輸過程中，光孤子技術(shù)是提高信號(hào)的傳輸速度的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于光孤子有信號(hào)傳遞量大的特點(diǎn)，對(duì)長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸具有重要意義。光孤子通信技術(shù)應(yīng)用在信號(hào)傳輸中，可以提高信號(hào)傳輸?shù)乃俣?，通過運(yùn)用時(shí)域超短脈沖完成傳輸工作，而且頻域的超短脈沖對(duì)提高通信系統(tǒng)的信號(hào)傳遞速度具有重要意義。

（2）波分復(fù)用通信系統(tǒng)。波分復(fù)用技術(shù)大幅增加了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，在未來的跨海光傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用前景很廣闊。近年來波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速，6Tbit/的WDM系統(tǒng)已得到了廣泛應(yīng)用，并且全光傳輸?shù)木嚯x也得以大幅延伸。波分復(fù)用系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)各信道傳輸?shù)男盘?hào)的速率，格式具有透明性，有利于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的兼容；充分利用光纖的低損耗波段增加光纖的傳輸容量，從而降低成本；能夠提供波長(zhǎng)選路，使建立具有高度生存性和靈活性的WDM全光通信網(wǎng)成為可能；能夠節(jié)省光纖和光中繼器，便于對(duì)已建成系統(tǒng)的擴(kuò)容。不足之處是波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)雖然傳輸容量巨大，但基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，在可靠性和靈活性上還不盡如人意。

（3）光纖接入技術(shù)。在信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，光纖接入技術(shù)是新的發(fā)展，它能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高速傳輸。光纖接入技術(shù)有兩個(gè)重要的組成部分：寬帶主干的傳輸網(wǎng)絡(luò)與用戶接入端。光纖接入根據(jù)光纖深入用戶的程度的不同，可分為FTTH（光纖到戶）、FTTO（光纖到辦公室）、FTTB（光纖到樓）、FTTC（光纖到路邊）等。光纖到戶（FTTH）是光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，是寬帶接入的一種理想模式、是寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入。近年來光纖到戶技術(shù)發(fā)展迅猛，目前的技術(shù)能夠?yàn)橛脩籼峁〨E或FE的帶寬，隨著我國“光纖入戶”的逐步推廣和不斷升級(jí)，需要對(duì)原有的寬帶設(shè)施與線路進(jìn)行相應(yīng)的改造升級(jí)，加快光纖網(wǎng)絡(luò)與光纖到戶建設(shè)，能夠大幅提高網(wǎng)速，適應(yīng)“寬帶中國”的發(fā)展戰(zhàn)略。

4　光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景分析

（1）信號(hào)傳輸距離更廣。光纖通信技術(shù)在傳輸過程中，傳輸距離越遠(yuǎn)則傳輸效果越好。因此，在對(duì)上述傳輸進(jìn)行提升的過程中，相關(guān)人員要對(duì)光纖通信技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，對(duì)各項(xiàng)跨距進(jìn)行提升。需要最大限度地對(duì)拉曼光纖放大器進(jìn)行使用，并提高光纖放大器的應(yīng)用質(zhì)量，以便從根本上提升光纖通信的傳輸質(zhì)量。相關(guān)人員還要對(duì)有利于長(zhǎng)距離傳送的線路編碼進(jìn)行合理應(yīng)用，采用EFEC，F(xiàn)EC，或SFEC等技術(shù)不斷增強(qiáng)接收的靈敏度，使用補(bǔ)償技術(shù)提升光纖及光器件使用的效益。

（2）采用新一代光纖接入網(wǎng)技術(shù)。傳統(tǒng)的單模光纖存在一些不足之處，在高速及長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中存在的問題尤為突出。因此，光纖通信技術(shù)在未來的發(fā)展需要研究新一代的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，這一新的技術(shù)若得以應(yīng)用，將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展具有極其重要的意義，其發(fā)展必將帶動(dòng)通信技術(shù)的新發(fā)展。

（3）進(jìn)一步提高光纖性能。近幾年我國光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展迅速，使得光纖的市場(chǎng)需求非常旺盛，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，導(dǎo)致光纖的價(jià)格逐步降低。在此情形下，光纖生產(chǎn)的拉絲速度隨著工藝改進(jìn)及設(shè)備進(jìn)步不斷得到提高。當(dāng)前我國光纖生產(chǎn)廠家的拉絲速度已從之前的1 000m/min 以下普遍提高到了1 000～1 200m/min 左右。但與國外水平相比還有較大的差距。在當(dāng)前的光纖通信中主要是采用石英來制作光纖，然而石英光纖的發(fā)展已非常接近理論數(shù)值，所以現(xiàn)在相關(guān)人員正在研究能否用氟化物、重金屬氧化物及鹵化物玻璃纖維作為原材料制作光纖。如果這一新的技術(shù)得到應(yīng)用，那么將會(huì)對(duì)網(wǎng)際通信具有非常重要的意義。

（4）向全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。目前的全光網(wǎng)絡(luò)主要是用光信號(hào)在網(wǎng)格中傳輸和交換，控制部分仍然采用電路方法，由此造成通信網(wǎng)干線總?cè)萘康臄U(kuò)大受到限制。全光網(wǎng)絡(luò)是用光節(jié)點(diǎn)替代電節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間均全光化，信息自始至終以光的形式來進(jìn)行傳輸和交換，交換機(jī)對(duì)用戶信息的處理是根據(jù)其波長(zhǎng)來決定路由，不再按比特進(jìn)行。目前全光網(wǎng)絡(luò)在中間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)化，但當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展尚不能滿足光纖通信技術(shù)的需求，其存在的不足需要進(jìn)一步研究解決。

目前全光網(wǎng)在我國的發(fā)展尚處于起步階段，隨著相關(guān)人員對(duì)它的不斷研究，未來全光網(wǎng)將會(huì)在電子信息技術(shù)中發(fā)揮更大的作用。不斷完善的光纖通信技術(shù)已經(jīng)和正在為信息的擴(kuò)容和IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用，而21世紀(jì)的光纖通信技術(shù)將向大容量、高速率、高性價(jià)比的全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

［1］柳春鋒.光纖通信技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

［2］張惠鐸.光纖通信技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展［J］. 光通信研究，2003（5）：53-55.

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Analysis of the present situation and prospect of optical fber communication technology

Jiang Jinxiao
（Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China）

Because of its broad bandwidth， large capacity， the advantages of anti electromagnetic interference， optical fber communication talent shows itself from the optical communication， and has developed rapidly in recent years， greatly improves the communication ability. This paper expounded the characteristics of telecom optical fber communication technology， analyzed the present situation of optical fber communication technology and its development prospects for the future.

optical fber communication technology； characteristics； current situation； development trend

姜晉霄（1995— ），男，山東壽光；研究方向：通信技術(shù)。