光纖通信現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

余麗云

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所華東分所,江蘇 蘇州 215009）

0 引言

光纖通信是現(xiàn)代信息傳輸?shù)囊环N重要方式。光纖通信的發(fā)展依賴于光纖通信技術(shù)的進(jìn)步。近年來,光纖通信新技術(shù)不斷地涌現(xiàn),光纖通信能力與應(yīng)用范圍不斷地擴大。光纖光纜是一種通信電纜,由兩個或多個光纖芯組成,光纖芯位于保護覆層內(nèi),沿內(nèi)部光纖進(jìn)行信號傳輸。

1 我國光纖光纜的發(fā)展現(xiàn)狀

光纖通信的誕生與發(fā)展是有線通信史上的一次重要變革。目前我國已完成了八縱八橫的光纜干線敷設(shè),高容量光纜干線已經(jīng)成為了我國的信息通道,一個以光纜為主體的通信骨干網(wǎng)已基本形成[1]。近年來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,加之通信業(yè)務(wù)爆炸式增長所帶來的巨大的通信帶寬需求,光纖通信再一次呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的新局面。

1.1 單模光纖

單模光纖是一種最常用的光纖。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展,單一波長信道容量與光中繼傳輸距離不斷地提升,單模光纖性能仍有優(yōu)化空間,主要表現(xiàn)在1 550 nm區(qū)的低衰減系數(shù)未得到充分的運用[2]。

1.2 核心網(wǎng)、接入網(wǎng)光纜

我國已在國家干線、省內(nèi)干線和區(qū)內(nèi)干線上全面采用光纜通信,核心網(wǎng)光纜均采用單模光纖,包括G.652型和G.655型光纖,并采用分立光纖代替光纖帶。

接入網(wǎng)光纜具有傳輸距離短、分支多和分插頻繁的特點,因此,采用一種增加光纖芯數(shù),同時增加光纖集裝密度的方法可以有效地提高光纜容量。接入網(wǎng)一般采用G.652單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。

1.3 室內(nèi)光纜

室內(nèi)光纜主要用于建筑物內(nèi)的通信布線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接,可同時用于語音、視頻和數(shù)據(jù)信號的傳輸。由于室內(nèi)通信一般距離不長,因而可選用多模光纖,如G.657型光纖,其具備了柔軟度好、傳輸速率快、抗干擾能力強和信號穩(wěn)定清晰等特點。

1.4 電力線路中的通信光纜 [3]

電力系統(tǒng)中最理想的通信線材是全介質(zhì)、無金屬光纜。一般鋪設(shè)在電力線路中的全介質(zhì)光纜結(jié)構(gòu)分為自承式結(jié)構(gòu) （ADSS）和架空線纏繞式結(jié)構(gòu)兩種。ADSS光纜因其具有適用范圍廣、可單獨布網(wǎng)等特點而在我國電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。該類光纜在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、光纜蠕變和耐電弧性等方面,還有完善的空間。

2 光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

在光纖光纜中實現(xiàn)超高速、超大容量和超長距離的傳輸是光纖通信技術(shù)所不懈追求的,而實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)覆蓋是光纖通信的最終目標(biāo)。

2.1 超大容量傳輸技術(shù)

目前,能有效地提高光纖傳輸系統(tǒng)傳輸容量的途徑主要有兩種:波分復(fù)用 （WDM）技術(shù)和光時分復(fù)用 （OTDM）技術(shù)。其中,WDM技術(shù)是通過增加光纖中傳輸信道的數(shù)量來提高傳輸容量的,目前1.6 Tbit/s的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)已經(jīng)商用；而OTDM技術(shù)是通過提高單個信道的傳輸速率來提高傳輸容量的,其單個信道的最高傳輸速率已達(dá)到640 Gbit/s。

進(jìn)一步地提高光纖通信系統(tǒng)傳輸容量的方法之一是:將WDM和OTDM技術(shù)配合使用,即將多個OTDM信號進(jìn)行波分復(fù)用,形成超大容量OTDM/WDM通信系統(tǒng),從而能大幅度地提高光纖傳輸容量。在此基礎(chǔ)上,考慮到歸零 （RZ）編碼方式的信號在超高速通信系統(tǒng)中有占空比較小的特點,并且能有效地降低對色散分布的要求,對光纖非線性等也有較強的適應(yīng)能力,因此,可最終形成基于歸零編碼方式的超大容量OTDM/WDM通信系統(tǒng)。

2.2 光孤子通信

所謂光孤子,是指一種皮秒 （ps）級超短光脈沖[4]。其特殊性在于其位于光纖反常色散區(qū),在經(jīng)歷長距離傳輸后,非線性效應(yīng)與群速度色散相平衡,其速度與波形仍能保持不變。

光孤子通信就是利用光孤子的這一特點來實現(xiàn)超長距離的信號無畸變傳輸?shù)?。與傳統(tǒng)的光纖通信相比,光孤子通信具有容量大、誤碼率低、抗干擾能力強和無需中繼傳輸?shù)忍攸c。搭建一套超高速、超長距離的光孤子通信系統(tǒng)已具備很完備的理論基礎(chǔ)。光孤子通信技術(shù)未來可在超短脈沖的應(yīng)用技術(shù)、時頻域的超短脈沖控制技術(shù)等領(lǐng)域有進(jìn)一步的突破。盡管光孤子通信尚處于實驗探索階段,但相信光未來其在超高速、超大容量和超長距離的光纖通信系統(tǒng)中有著光明的應(yīng)用前景。

2.3 全光網(wǎng)絡(luò)

所謂全光網(wǎng)絡(luò),是指網(wǎng)絡(luò)傳輸與網(wǎng)絡(luò)交換過程全部以光信號完成,只在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時才進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。在傳輸過程中無需對電信號進(jìn)行處理,因此可采用SDH、PDH和ATM等各種傳輸方式,有效地提高網(wǎng)絡(luò)利用率[5]。

全光網(wǎng)絡(luò)將是光纖通信技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)和理想階段,未來的超高速通信網(wǎng)絡(luò)將由全光網(wǎng)絡(luò)覆蓋?，F(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)僅僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的全光通信,而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部分仍為電器件,電器件自身的性能成為了通信系統(tǒng)骨干網(wǎng)總?cè)萘刻岣叩囊淮笃款i。全光網(wǎng)絡(luò)中全部環(huán)節(jié)的電節(jié)點都由光節(jié)點替換,節(jié)點之間的通信也實現(xiàn)了全光化,信息的傳輸與交換始終以光信號形式完成,在對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計算與處理的過程中不再以 “比特”為基本單位,取而代之的是 “波長”。因此,全光網(wǎng)絡(luò)將是今后光纖通信技術(shù)研究中一個非常重要的課題,也是一個具有顛覆性的課題。

目前,全光網(wǎng)絡(luò)還處在發(fā)展初期、理論研究階段,但已顯現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭與明顯的技術(shù)優(yōu)勢。從技術(shù)發(fā)展趨勢來看,形成一個以光交換技術(shù)結(jié)合WDM技術(shù)為核心的光通信網(wǎng)絡(luò)層,通過消除電光裝換瓶頸從而建立全光網(wǎng)絡(luò)已成為光纖通信發(fā)展的必然趨勢,更是未來通信系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)的核心。

3 結(jié)束語

光通信技術(shù)作為信息傳輸與處理的重要技術(shù),經(jīng)歷了30多年的發(fā)展已日漸成熟,并展現(xiàn)出一系列無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢,光孤子通信、全光網(wǎng)絡(luò)時代將在不遠(yuǎn)的將來成為現(xiàn)實。就通信技術(shù)發(fā)展趨勢而言,光通信技術(shù)將在未來的信息社會中逐步地取代現(xiàn)有的通信系統(tǒng)架構(gòu),成為未來通信技術(shù)發(fā)展的主流。

[1]辛化梅,李忠.論光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 [J].山東師范大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版）,2003,47（4）:95-97.

[2]毛謙.我國光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和前景 [J].電信科學(xué),2006 （8）:1-4.

[3]胡必武,余成.光纜及光纖通信在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007,5（1）:29-31.

[4]蔡炬,楊祥林.光孤子通信技術(shù)的現(xiàn)狀與未來 [J].半導(dǎo)體光電,2003 （1）:66-70.

[5]胡文娟,桂厚義,黃本雄.全光網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展前景 [J].光通信研究,2005（2）:23-29.