小議光纖通信的關鍵技術與發展趨勢范文

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一、光纖通信的特點

（1）帶寬大，容量高。光纖比傳統的電路通信具有更高的傳輸速率，但是光纖通信會受到光纖的色散和光源的調制等特點的限制[9~10]。光纖通信時采用單一的波長，電子終端儀器都具有通信瓶頸，使得光纖的大寬帶特點不能充分體現。往往使用其它技術來提高通信容量，尤其當前采用的密集波分復用方法使得光纖通信容量增大。現在單波長方式進行的光纖通信速度最高可達10Gbps。

（2）損耗較低，具有較長的通信中繼距離。使用石英光纖進行通信傳輸，其損耗低于大多數其它傳輸媒體。未來使用其它具有更低損耗的光纖，預計還可以大幅度使損耗降低[11]。這也表示，依據光信通信體系，會使無中繼距離大大增加；而對長距離通信線路來說，減少使用中繼站，能大幅度削減系統的成本。

（3）對于電磁波具有很強的干擾能力。光纖是一種絕緣體，它一般用石英制作，所以能抵抗腐蝕，絕緣性能高。另一個相關的主要特點是它的光波對電磁波具有較強的干擾能力，能夠抵御閃電和電離層干擾，也不受太陽黑子影響，更不受人工的電磁波、高壓設備和復雜電路系統如光纜等的影響[12]。

（4）信道間干擾小，保密效果好。在傳輸電磁波時，它的泄漏會使傳輸信道之間相互干擾，竊聽信息變得可能，保密效果差。而使用光纖通信時，由于光信號約束在光波導中，不透光的光纖包層會吸收掉所有泄漏的光波。甚至在拐彎的地方，即使存在大量光纖，泄漏的光波總量也很少，信道之間相互干擾也小，使得從光纖外部竊聽信息變得不太可能[13]。除了這些，光纖的直徑小，質量輕巧，比較柔軟和方便架設也是其主要特點。制作光纖的原料充足，價格便宜，能適應不同的溫度，使用時間長。因為光纖的這些特點，在通信時，它既用在主干線上，也用于電力系統中，可以監督、調控工業，逐漸在各行業使用起來。

二、光纖通信的關鍵技術

1運用光纖和光纜技術

有兩點可以說明光纖技術得到了提高：（1）傳輸信息時采用的光纖；（2）運用于特殊用途的光纖。以前光纖僅有3個通信窗口，第一、第二和第三串口，波長分別為850nm、1310nm和1550nm。這幾年也研發了L波段和全波光纖的第四和第五窗口，還有S波段[14~16]。使用這些窗口的主要意義是它擴寬了光頻，在1280nm~1625nm波段內通信，損耗較低，色散小，成倍地增加了傳輸容量。采用這項技術提高了經濟產出。另外，開發和使用特種光纖，也是一個頗具發展前景的行業。

2有源的光元件

研制和是開發有緣的光元件的行業較為活潑，但是目前已經獲得很大的成功，所以發展前景有所減小。現在使用較多的超晶格和量子阱電子元件已經能批量制造并商業化，像多量子阱這類激光器。

3無源的光元件

無源的光元件對于光纖通信一樣很重要，光纖的接入和運用，促進了無源光元件大量研發。普通的器件已經大規模運用，種類和功能也逐漸得到擴展和完善。而無源的光器件由于其能耗低、品種多、性能全面等優點，廣泛運用于光通信系統中。它主要是被用來使光波導和光路得到連通，操控光波的傳輸方向，調配光波的功率，維護光波導和元件的光耦合，分解和合成光路，維持光信號的交互和連接等[17]。以前開發的光無源器件品種多、數量大，已經能批量生產并商業化，除國內使用外也銷往國外。現在能少量生產光路的分解、信號衰減和隔離元件。光纖通信促進了光無源器件的發展，如色散補償器、光信號連接器、環形器等的出現。雖然這些產品還在初步開發階段，但也能少量進行生產。根據光纖技術的發展形勢可以得出，如大量使用光纖接入網，無源光元件的使用量將大大超過有源器件，這也是接入網發展導致的必然趨勢。在整個通信領域，接入網占份額較大，所以接入網有著巨大的發展前景。

4光的復用技術

光的復用方式多種多樣，主要是WDM和OTDM兩類。光復用技術在通信行業發展極為火熱，大大促進了光通信產業的前進，使傳輸技術得到了巨大提高。波分復用目前使用較多的是273個波長，但是研究能達到1022個，很快就能達到幾千個波長，而在理論上可達15000個波長的極限，包含了OPDM。多倫多在20世紀末有過報道，使65536個光波集中于一條光纖中，使用聲光控制手段，將數字信號顯示在廣告板上，展示出了密集波分復用手段的重大作用。光時分復用指的是在不同時間，采用相同的頻率進行不同信息的傳輸。這項技術的傳遞速率能高達320Gb/s。如果結合波分復用和光時分復用，則通信時的容量會得到大幅度提高。

5光信號的放大技術

光纖通信中，一個好的技術成果就是光放大器的研發和使用，它使得光復用、AON和光孤子通信技術較快發展。光放大器，簡單地說，就是只用來放大光信號的。以前，信號的放大要依靠O/E/O的轉換，現在依靠光放大器后很方便地就能放大信號[18]。從通信行業發展形勢分析，光纖通信會成為將來通信行業發展的熱門。和其它領域相比，光纖通信的意義非凡，會在將來的信息時代中發揮巨大功效。光纖通信技術是將會朝著大容量、長距離的方向發展，使得光交換和全光網絡的運用變得廣泛。

三、光纖通信的發展趨勢

1光的接收和發送模塊

當前網絡傳送的重要方式是光纖通信，光收發模塊用作接入網的主要元件，促進了干線光傳統體系成本的降低，光網絡的配置也越來越完善。通信裝置的體積逐漸變小，接口密度逐漸提高，使得生成的光器件必須降低成本和功耗低。光收發模塊的發展也應該提高頻率和傳送速度，增大容量和傳輸距離。

2實現光纖的用戶到家

我國的FTTx計劃還在試運行時期，不夠成熟，但是三網的合并和光電子元件的發展，光收發模塊和光纖成本的減小，還有較寬容量，使得光纖到戶計劃加快進行。FTTx未來會在光通信市場有重大應用，在加快信息通信的需求下，要使光纖達到小區每個辦公室、每戶住宅，解決光纖到戶問題。老城區和農村要實現FTTC和FTTN。在無線通信中，都將使用接入網，但這需要光纖接入到每一用戶來提供支持，相當于光纖到戶。將來最具發展前景的就是光纖到戶和無線接入的結合。

3新型的光纖光纜

新一代網絡需要鋪設大的傳輸容量的光纖設備，而干線網和城域網對通信提出的要求不同，因此開發了兩種新型光纖來滿足需要。一種叫做非零色散光纖，另一種是無水吸收峰光纖。XPON的應用在將來寬帶接入技術方面會大有前景。但是考慮到現在的技術發展和實際成本等，電信接入網絡大量運用這一技術還需要很長一段時間，所以新型光纖的研發將是必然的發展趨勢。

4光通信網絡產品

使網絡的鏈路層結合，通過高性能的路由器，用其來實現WDM（中文稱為光波復用）這種特有波長而直接連接的互聯網絡，成為光互聯網絡。它可以提供用戶很大的寬帶，滿足網絡發展所需的大容量要求，所以這就必須借助于一些光通信互聯網絡產品。這些產品包括：光轉發儀、OADM、光開關、光放大儀、OXC等等[19]。光互聯產品的廣泛運用可以使得拓撲結構變得更加得自由靈活，也使光交換和全光路由技術逐漸蓬勃發展，最終有可能實現全光網技術的應用。

5AON技術

在通信領域，將來會依靠AON（全光網）來提高傳輸速率。AON是光纖通信將來能達到的最高水平。以前的光網絡采用的只是結點之間的全光化，而節點處還是使用電器件，使得干線總容量的增加受到制約，所以實現真正的全光化是一個關鍵項目。AON用光結點替換電結點，實現結點間的全光化，一直通過光波的方法傳輸與交互信息，用戶使用交換機分析數據不用以Bit實現，可以用波長來決定。現在全光網絡發展還不夠成熟，但是它的發展潛力具體。從長遠來看，要建立一個實用的、結合WDM和光交換方法的網絡體系，實現全光化，解決電光瓶頸，在將來會是廣泛使用光通信的必然要求，也是將來網絡的重點，還是通信技術提升的最理想水平。

四、結語

在光纖通信中，損耗和色散在普通的線性系統中制約了傳送容量和距離。隨著光纖制作技術的逐漸加強，光纖損耗已達極限，所以色散問題是大容量、長距離傳輸信息的限制因素，必須解決。人們為此進行了不止一個世紀的討論，知道了光纖有非線性行為，它能產生光孤子，可以解決色散問題。所以采用光孤子通信將是新世紀通信行業中，最具發展潛力的一種新的光纖通信方式。光纖通信從出現到現在，使通信行業發生了大的變化，促進了通信朝著大容量、高效率的方向發展。現在光纖通信是重要的信息傳遞手段，目前暫時沒有其它的技術可以代替。全世界通信領域在蕭條狀態時，光纖通信前進的腳步也沒終止過。對于中國，2001年光光通信市場處于低迷狀態，但是2002年還是發展較快，有著增長的趨勢。就現在的發展情況而言，將來光纖通信會超著兩個主要特點進行發展，即高速率地傳送信息和提高傳輸容量，使主干傳送轉變為OTN光傳送，最后使全光網技術得到實現；逐漸削減接入網成本，以光纖到家為終極目標來進行。就目前通信業的發展形式而言，光纖通信必然會成為將來通信行業的領導者。在不久的將來，人們就可以真正實現光纖到戶和實現全光網絡。（本文作者：李光、趙亮單位：北京市海軍司令部信息化部、91917部隊）