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光纖技術發(fā)展到現(xiàn)在,已經十分的成熟,應用也先當廣泛,但是還是有很大的發(fā)展空間的。本文從它比較有前景的光交換技術以及FTTH兩個大的方面來分別論述一下他們的現(xiàn)狀已經優(yōu)缺點,最后再介紹一下光纖的種類和選擇光纖的方法。FTTH(FiberToTheHome),顧名思義就是一根光纖直接到家庭。光纖大類上可分為多模光纖和單模光纖。但它芯徑大,對于接頭和連接器的要求都不高,使用起來比單模光纖要方便,目前多用于局域網(wǎng)。
關鍵詞:光纖,光交換,F(xiàn)TTH,多模光纖,單模光纖
0.引言
光纖技術發(fā)展到現(xiàn)在,已經十分的成熟,應用也先當廣泛,但是還是有很大的發(fā)展空間的。本文從它比較有前景的光交換技術以及FTTH兩個大的方面來分別論述一下他們的現(xiàn)狀已經優(yōu)缺點,最后再介紹一下光纖的種類和選擇光纖的方法。
1.光交換是未來發(fā)展的趨勢
光交換是指不經過任何光/電轉換,將輸入端光信號直接交換到任意的光輸出端。光交換是全光網(wǎng)絡的關鍵技術之一。在現(xiàn)代通信網(wǎng)中,全光網(wǎng)是未來寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展方向。全光網(wǎng)可以克服電子交換在容量上的瓶頸限制;可以大量節(jié)省建網(wǎng)成本;可以大大提高網(wǎng)絡的靈活性和可靠性。光交換技術也可以分為光路交換和分組交換。由于技術上的原因,目前還主要是開發(fā)光路交換,但今后發(fā)展方向將是分組光交換。
光纖只是解決傳輸問題,還需要解決光的交換問題。過去,通信網(wǎng)都是由金屬線纜構成的,傳輸?shù)氖请娮有盘?交換是采用電子交換機。現(xiàn)在,通信網(wǎng)除了用戶末端一小段外,都是光纖,傳輸?shù)氖枪庑盘枴:侠淼姆椒☉摬捎霉饨粨Q。但目前,由于目前光開關器件不成熟,只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網(wǎng)的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換后,再變還光信號。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經濟的。正在開發(fā)大容量的光開關,以實現(xiàn)光交換網(wǎng)絡,特別是所謂ASON-自動交換光網(wǎng)絡。
目前市場上看到的光交換,多數(shù)是基于光電和光機械的。而基于熱學、液晶、聲學、微光機電技術等光交換機將逐步被研發(fā)出來。其中微光機電技術(MEMS)是目前最有前途的一項技術。光交換為IP骨干網(wǎng)的光子化提供了一個非常有競爭力的方案。一方面,通過光交換可以使現(xiàn)有的IP骨干網(wǎng)的協(xié)議層次扁平化,更加充分的利用DWDM技術的帶寬潛力;另外一方面,由于光交換網(wǎng)對突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的,不經過任何的光電轉化,從而使光突發(fā)交換機能夠真正的實現(xiàn)所謂的T比特級光路由器,徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導致的帶寬擴展困難。此外,光交換的QoS支持特征也符合下一代Internet的要求。因此,光交換網(wǎng)絡很有希望取代當前基于ATM/SDH架構和電子路由器的IP骨干網(wǎng),成為下一代光子化的Internet骨干網(wǎng)。
2.光纖到家庭(FTTH)的發(fā)展
FTTH(FiberToTheHome),顧名思義就是一根光纖直接到家庭。具體說,F(xiàn)TTH是指將光網(wǎng)絡單元(ONU)安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處,是光接入系列中除FTTD(光纖到桌面)外最靠近用戶的光接入網(wǎng)應用類型。FTTH的顯著技術特點是不但提供更大的帶寬,而且增強了網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)格式、速率、波長和協(xié)議的透明性,放寬了對環(huán)境條件和供電等要求,簡化了維護和安裝。
FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬,所以一直被認為是理想的接入方式,對于實現(xiàn)信息社會有重要作用,還需要大規(guī)模推廣和建設。FTTH所需要的光纖是現(xiàn)有已敷光纖的2~3倍。過去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業(yè)務和寬帶內容等原因,使FTTH還未能大力發(fā)展,只有少量的試驗。近年來,由于光電子元器件的進步,光收發(fā)模塊和光纖的價格大大降低;另外寬帶內容日趨豐富,都加速了FTTH的實用化進程。
FTTH的優(yōu)勢主要是有5點:第一,它是無源網(wǎng)絡,從局端到用戶,中間基本上可以做到無源;第二,它的帶寬是比較寬的,長距離正好符合運營商的大規(guī)模運用方式;第三,因為它是在光纖上承載的業(yè)務,所以并沒有什么問題;第四,由于它的帶寬比較寬,支持的協(xié)議比較靈活;第五,隨著技術的發(fā)展,包括點對點、1.25G和FTTH的方式都制定了比較完善的功能。
發(fā)達國家對FTTH的看法不完全相同:美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內采用FTTH改造網(wǎng)絡。日本NTT發(fā)展FTTH最早,早在1997年日本NTT公司就開始發(fā)展FTTH,2000年后由于成本降低而使用戶數(shù)量大增;美國在2002年前后的12月中FTTH的安裝數(shù)量增加了200%以上。
FTTH[遇到的挑戰(zhàn):現(xiàn)在廣泛采用的ADSL技術尚有一定優(yōu)勢。與FTTH相比:①價格低廉②利用原有銅線網(wǎng)使工程建設簡單③對于目前影視節(jié)目及文件的傳輸ADSL既可滿足需求。這些原因使得FTTH目前大量推廣受制約。
設備成本過高造成投資效益低是阻礙FTTH發(fā)展關鍵因素。目前FTTH的設備價格還非常高昂,往往一線售價近1000美元,但在日本和美國等發(fā)達國家仍然得到了較好的發(fā)展,其原因之一就是其電信運營商可以向用戶收取較高的服務費。據(jù)了解,在日本電信運營商向FTTH用戶每月收取5000—6000日元服務費,折合人民幣約400—500元,在美國FTTH用戶每戶每月服務費也約為80—100美元,電信運營商的FTTH網(wǎng)絡一般2—3年可以收回投資,這種投資效益顯然是不錯的。但在中國情況則完全不同。在國內不少城市,由于激烈的市場競爭,ADSL和基于5類線的LAN寬帶接入月使用費已降到50元人民幣以下,個別使用費較高的地區(qū),如深圳,月使用費也只有100元人民幣。基于這種寬帶接入服務的資費水平根本無法支撐FTTH網(wǎng)絡建設和運營,投資回收周期長達10年,這樣的投資效益顯然不可能喚起電信運營商的投資興趣。可見,寬帶接入市場需要的是低成本的FTTH,惟有低成本的FTTH才會有應用和發(fā)展的機會,而且也一定會有發(fā)展的機會。
光纖本身也有缺點,如質地較脆,機械強度低就是它的致命弱點。稍不注意,就會折斷于光纜外皮當中。而且光纖的接續(xù)比較困難,施工人員要有比較好的切斷、連接、分路和耦合技術。
FTTH的解決方案:目前,F(xiàn)TTH接入技術主要有兩大類:基于無源光網(wǎng)絡(PassiveOpticalNetwork—PON)接入技術的EPON和GPON,基于小區(qū)有源交換接入(ActiveOpticalNetwork——AON)的FiberP2P技術。
P2P方案一一優(yōu)點:各用戶獨立傳輸互不影響,體制變動靈活;可以采用廉價的低速光電子模塊;傳輸距離長。缺點:需要在用戶區(qū)安置1個匯總用戶的有源節(jié)點,用以減少用戶直接到局的光纖和管道數(shù)量。
PON方案——優(yōu)點:無源網(wǎng)絡維護簡單,原則上可以節(jié)省光電子器件和光纖。缺點:需要采用價格昂貴的高速光電子模塊;需要采用區(qū)分用戶距離不同的電子模塊,避免各用戶上行信號互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各用戶的下行帶寬互相占用,如果用戶帶寬得不到保證時,不僅要網(wǎng)絡擴容,還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。
PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網(wǎng)絡。(2)BPON:即寬帶的PON。(3)OPON:采用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太網(wǎng)技術的PON,0EPON是千兆畢以太網(wǎng)的PON。(5)WDM-PON:采用波分復用來區(qū)分用戶的PON,由于用戶與波長有關,使維護不便,在FTTH中很少采用。
近來,由于無線接入技術的迅速發(fā)展,可用作WLAN的IEEE802.11g協(xié)議,傳輸帶寬可達54Mbps,覆蓋范圍達100米以上,目前已可商用。如果采用無線接入WLAN作用戶的數(shù)據(jù)傳輸,對于一般用戶其上行數(shù)據(jù)量不大,IEEES02.11g是可以滿足的。而FTTH主要解決HDTV寬帶視頻的大數(shù)據(jù)下行傳輸,在需要時也可包含一些下行數(shù)據(jù)。這就形成“光纖到家庭+無線接入”(FTTH+無線接入)的家庭網(wǎng)絡。這種家庭網(wǎng)絡,如果采用PON方式就特別簡單,因為此PON無上行數(shù)據(jù),不需要測距的電子模塊,使得成本大大降低,維護也十分簡單。如果所屬PON的用戶群體被無線城域網(wǎng)WiMAX(1EEE802.16)覆蓋,那么就不需要再建設專用的WLAN。接入網(wǎng)采用無線是趨勢,但無線接入網(wǎng)仍需要密布于用戶附近的光纖網(wǎng)來支撐,與FTTH基本相當。FTTH+無線接入是未來網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。
3.光纖的正確選擇和使用
下面談談光纖的正確選擇和使用方法。光纖大類上可分為多模光纖和單模光纖。
多模光纖是指可以傳輸多個光傳導模的光纖。在光纖通信初期,就是使用的就是多模光纖(G.651光纖),其工作波長在850nm或1300nm,衰減常數(shù)分別為<4dB/km和<3dB/km,色散系數(shù)分別為<120ps/(nm.km)和<6ps/(nm.km)。由于它的衰耗和色散大,故只能用于短距離通信。但它芯徑大,對于接頭和連接器的要求都不高,使用起來比單模光纖要方便,目前多用于局域網(wǎng)。
單模光纖是指只傳輸一個光傳導模(基模)的光纖。其主要優(yōu)點是衰減較小,傳輸距離長,傳輸容量大,在長途骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)等場合均有廣泛應用。單模光纖由于只能傳輸基模,它不存在模間時延差,具有比多模光纖大得多的帶寬,單模光纖的帶寬可達幾十GHz以上。所以單模光纖特別適合用于長距離、大容量的通信系統(tǒng)。隨著光纖制造技術和通信技術的不斷發(fā)展,單模光纖的種類也在發(fā)展。常用的單模光纖有以下幾種:G.652光纖,G.653光纖,G.655光纖。
選擇光纖時應該注意以下三個參數(shù):①最大無中繼傳輸距離②波長的最大比特率③光纖的波長數(shù)。以上參數(shù)都必須考慮到光纖布設終期的要求。如果最大無中繼傳輸距離在50~100km,建議選擇G.652常規(guī)光纖,它價格低廉,適合短距離傳輸。如果距離更長,但只需要單波長在10Gbit/s以上,則可選用G.653色散位移光纖。如果不但距離長,而且需要多波長承載10Gbit/s或更高速率,那么最佳選擇則是G.655光纖。
由此可以總結出以下光纖選擇原則:1.距離短應選擇G.652常規(guī)光纖,采用較多纖芯所增加的投資不大。2.長距離光纜因為傳輸距離長,必須采用高速率和多波長的波分復用技術,G.655色散位移光纖是最為理想的選擇。
4.結束語
光纖通信技術現(xiàn)已作為一種重要的現(xiàn)代信息傳輸技術之一,在現(xiàn)在的信息社會背景下得到了普遍意義上的應用,在全球通信領域及相關行業(yè)在全球處于非常低迷的狀態(tài)時,光纖通信技術仍得到了一些發(fā)展。依照我國現(xiàn)行的通信技術領域的發(fā)展模式,光纖通信技術的應用必會代替一切其他的信息傳送方式,而成為未來通信領域發(fā)展的主流技術,帶領人類進入全光時代!