光纖通信技術(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)探討

李鑫庭

摘 要 通信行業(yè)作為第三次科技革命后新興的產(chǎn)業(yè)，在二十一世紀(jì)后計(jì)算機(jī)的興起而飛速發(fā)展，隨著世界全球化腳步的加快，有通信需求用戶數(shù)量伴隨著海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖黾?，“網(wǎng)上沖浪”也越來越成為人們?nèi)粘Ｉ畹膭傂?。隨著科技的進(jìn)步，大帶寬、高傳輸速率、高可靠性的光纖傳輸系統(tǒng)也越來越重要。本文對光纖通信及相關(guān)技術(shù)逐一進(jìn)行闡述，希望通過本文對通信行業(yè)做出一些貢獻(xiàn)，使通信行業(yè)向著更好的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞 光纖通信;傳輸系統(tǒng);通信技術(shù)

1光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 傳輸介質(zhì)

在光纖通信技術(shù)大規(guī)模普及之前，城鎮(zhèn)與城鎮(zhèn)之間、甚至國家與國家之間的超長距離通信普遍采用銅質(zhì)的雙絞線或同軸電纜傳輸電信號。但由于距離過長，且電纜經(jīng)過的地區(qū)環(huán)境產(chǎn)生噪聲的影響，這種電信號傳輸方式的可靠性始終不能滿足人們的需求。在數(shù)字通信技術(shù)被利用和開發(fā)后，人們通過在信源對模擬信號進(jìn)行抽樣、量化、編碼，將其變更為數(shù)字信號，通過傳輸高低電平的方式，來滿足對通信可靠性的需求。但隨著通信需求爆炸式的增長和傳輸數(shù)據(jù)的多元化，以電信號為基礎(chǔ)的電介質(zhì)傳輸系統(tǒng)也越發(fā)無法滿足用戶對通信時(shí)效性的要求。于是乎，以光介質(zhì)為基礎(chǔ)的光纖傳輸系統(tǒng)走上歷史的舞臺。

（1）光傳輸特性。根據(jù)光的波長和功率的特點(diǎn)，制約光纖傳輸系統(tǒng)帶寬的兩個(gè)光的特性指標(biāo)：色散和衰耗。由于復(fù)合光波由于波長不同，在光纖纖芯的玻璃介質(zhì)傳播時(shí)發(fā)生不同角度的折射，使得原本承載了有用信息的光波頻譜被展寬，造成信宿無法識別光信號，造成誤碼甚至傳輸失真。不僅如此，同電信號的電壓特性相同，傳輸系統(tǒng)中的光波同樣帶有能量，而傳播過程中的能量損失也會(huì)導(dǎo)致通信可靠性的損失。因此，選擇傳輸介質(zhì)需要根據(jù)現(xiàn)場情況因地制宜。

（2）光傳輸標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)行的光傳輸標(biāo)準(zhǔn)中，一般選擇850nm、1310nm、1550nm幾種制式，其中1310nm制式狀態(tài)下傳播衰耗最低，1550nm制式下傳播色散為0。根據(jù)對應(yīng)的傳播波長，采用不同標(biāo)準(zhǔn)的光纜，其中G.652對應(yīng)于1310nm波長，適用于各種中短距離傳輸和波分復(fù)用技術(shù)，G.653對應(yīng)于1310nm波長，適用于各種長距離傳輸，但由于其色散特性，不能應(yīng)用于波分復(fù)用技術(shù)。G.655標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于超長距離的海底光纜等。

1.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)承載不同的業(yè)務(wù)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)也以情況而各不相同，一般而言，常見組網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括星型結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。然而不論開局者從經(jīng)濟(jì)角度考慮，還是從安全冗余性角度考慮，光傳輸系統(tǒng)以功能劃分都會(huì)出現(xiàn)骨干層和接入層。

（1）骨干層。顧名思義，用于承載所有業(yè)務(wù)，起到連接大型局站之間的通道，其特點(diǎn)是帶寬大，可達(dá)10Gbit/s以上，對可靠性要求較高，DWDM技術(shù)要求誤碼率不可高于1%。由于對可靠性高度敏感，一般骨干層都采用環(huán)形組網(wǎng)，并以1+1的雙向四纖復(fù)用段保護(hù)的方式進(jìn)行冗余。

（2）接入層。接入層介于骨干層與用戶終端之間，現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)中，雙絞線、同軸電纜、光纖并存。因此出現(xiàn)一種混合光纖同軸電纜的技術(shù)（HFC），是一種綜合數(shù)字、模擬和射頻技術(shù)的高分布式網(wǎng)絡(luò)，可以傳輸包括視頻信號、圖像信號、音頻信號的綜合型網(wǎng)絡(luò)，不但兼容FTTC舊有的ADSL網(wǎng)絡(luò)，也能跟進(jìn)一步，完成“最后一公里”的FTTH規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)光纖入戶[1]。

2光纖通信所需的相關(guān)技術(shù)

根據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，對應(yīng)的可靠性、有效性也不同，骨干層網(wǎng)絡(luò)要求可靠性高，傳輸速度也更快，而接入層由于用量龐大，對經(jīng)濟(jì)性更加敏感，且由于能夠分配的帶寬有限，接入層更強(qiáng)調(diào)對帶寬的充分利用，以確保可以為更多的用戶提供服務(wù)。

2.1 骨干層傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)

（1）DWDM技術(shù)。DWDM即密集型波分復(fù)用通過在同一條光纖物理通道上傳輸多個(gè)互相獨(dú)立且互不影響的波長光信號，來實(shí)現(xiàn)帶寬的重復(fù)利用，并增加帶外（或占用帶內(nèi)帶寬）的監(jiān)控信道以保證可靠性的技術(shù)。DWDM通常采用C波段（1510～1565nm），以193.1THz作為基準(zhǔn)，以50Hz為間隔劃分復(fù)用波長。

（2）ASON技術(shù)。ASON又稱自動(dòng)光交換網(wǎng)絡(luò)，是根據(jù)ITU-T G.8080框架要求，通過控制平面自動(dòng)完成交換和交叉連接智能光網(wǎng)絡(luò)，它的特點(diǎn)是在DWDM光傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加信令，引入了控制平面，實(shí)現(xiàn)了在控制平面、管理平面、傳輸平面三個(gè)層次加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)連接管理，使其故障恢復(fù)能力大大增強(qiáng)。

2.2 接入層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

（1）SDH技術(shù)。當(dāng)骨干層的某種業(yè)務(wù)需要下發(fā)到某終端用戶時(shí)，即將DWDM中相應(yīng)波段，通過分叉復(fù)用器以過濾噪聲波長的方式將目標(biāo)波長下發(fā)至傳輸設(shè)備，及通過同步傳輸（SDH）技術(shù)、異步通信技術(shù)（ATM）等將光波長中的有用時(shí)隙分離，在通過終端復(fù)用器根據(jù)時(shí)隙序列碼按順序排列組合為消息發(fā)送給終端用戶。

在SDH網(wǎng)絡(luò)體系中，用于裝載業(yè)務(wù)時(shí)隙的最小單元帶寬為2M（VC12），即64*64kbps，通過3次復(fù)用為TUG-2，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)復(fù)用7次為TUG-3，再次復(fù)用3次變成VC-4，在加上管理單元指針合成STM-1幀作為最小復(fù)用帶寬進(jìn)行傳輸。因此每個(gè)STM-1幀都可以承載3*7*3（63外加1個(gè)管理單元指針）種業(yè)務(wù)。不僅如此，STM-1還可以進(jìn)一步復(fù)用為STM-4、STM-16、STM-64、STM-256等，隨著復(fù)用層級的增加，完全可以滿足更多用戶的接入需求。

（2）無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無源光網(wǎng)絡(luò)分為以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)Gbit無緣光網(wǎng)絡(luò)，俗稱EPON與GPON，EPON采用上下行對稱的1.25Gbps帶寬，通過上下行波分復(fù)用（WDM）方式實(shí)現(xiàn)單線雙向功能，上行采用TDMA技術(shù)工作波長1310nm，下行以1490nm波長進(jìn)行廣播，GPON是一種將信息封裝成GEM格式進(jìn)行傳輸，同EPON相同，上行傳輸采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDMA），下行采用廣播方式傳輸。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚鑫.光纖通信技術(shù)與光纖傳輸系統(tǒng)探討[J].通信世界，2019，（5）：139-140.