光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

摘要：介紹我國光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀，總結(jié)光纖通信技術(shù)的幾種關(guān)鍵技術(shù)，并對光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：光纖通信；光接入網(wǎng)；全光網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)23-1054-02

Current Status and Development Trends of Optical Fiber Communication Technology

GUO Ren-dong

(95949 PLA troops， Cangzhou 061001， China)

Abstract: This article introduced our country fiber optic communications technology's present situation， summed up the optical fiber communication technology of several key technologies and the development of optical communication technology trends are discussed.

Key words: optical fiber communication; optical acess network; all-optical network

1 引言

光纖通信技術(shù)從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖通信作為一門新興技術(shù)，其近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的，也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。

光纖即為光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類外，在應(yīng)用中，光纖常按用途進(jìn)行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種，而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。

光纖通信之所以發(fā)展迅猛，主要緣于它具有以下特點：1）通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)；2）信號串?dāng)_小、保密性能好；3）抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳；4）光纖尺寸小、重量輕，便于敷設(shè)和運輸；5）材料來源豐富，環(huán)境保護(hù)好；6）無輻射，難于竊聽；7）光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長。

2 光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

光纖通信的發(fā)展依賴于光纖通信技術(shù)的進(jìn)步。目前，光纖通信技術(shù)已有了長足的發(fā)展，新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，進(jìn)而大幅度提高了通信能力，并不斷擴(kuò)大了光纖通信的應(yīng)用范圍。

2.1 波分復(fù)用技術(shù)

波分復(fù)用WDM（Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源。根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器），將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。自從上個世紀(jì)末，波分復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)以來，由于它能極大地提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，迅速得到了廣泛的應(yīng)用。

1995年以來，為了解決超大容量、超高速率和超長中繼距離傳輸問題，密集波分復(fù)用DWDM（Dens Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)成為國際上的主要研究對象。DWDM光纖通信系統(tǒng)極大地增加了每對光纖的傳輸容量，經(jīng)濟(jì)有效地解決了通信網(wǎng)的瓶頸問題。據(jù)統(tǒng)計，截止到2002年，商用的DWDM系統(tǒng)傳輸容量已達(dá)400Gbit/s。以10Gbit/s為基礎(chǔ)的DWDM系統(tǒng)已逐漸成為核心網(wǎng)的主流。DWDM系統(tǒng)除了波長數(shù)和傳輸容量不斷增加外，光傳輸距離也從600km左右大幅度擴(kuò)展到2000km以上。

與此同時，隨著波分復(fù)用技術(shù)從長途網(wǎng)向城域網(wǎng)擴(kuò)展，粗波分復(fù)用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)應(yīng)運而生。CWDM的信道間隔一般為20nm，通過降低對波長的窗口要求而實現(xiàn)全波長范圍內(nèi)（1260nm～1620nm）的波分復(fù)用，并大大降低光器件的成本，可實現(xiàn)在0km～80km內(nèi)較高的性能價格比，因而受到運營商的歡迎。

2.2 光纖接入技術(shù)

光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里”。實現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩瑵M足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息流進(jìn)千家萬戶的關(guān)鍵技術(shù)。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達(dá)位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應(yīng)用，統(tǒng)稱FTTx。

FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需求。我國從2003年起，在“863”項目的推動下，開始了FTTH的應(yīng)用和推廣工作。迄今已經(jīng)在30多個城市建立了試驗網(wǎng)和試商用網(wǎng)，包括居民用戶、企業(yè)用戶、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類型，也包括運營商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運營商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房地產(chǎn)開發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢頭良好。不少城市制訂了FTTH的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，有的城市還制訂了相應(yīng)的優(yōu)惠政策，這些都為FTTH在我國的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

在FTTH應(yīng)用中，主要采用兩種技術(shù)，即點到點的P2P技術(shù)和點到多點的xPON技術(shù)，亦可稱為光纖有源接入技術(shù)和光纖無源接入技術(shù)。P2P技術(shù)主要采用通常所說的MC（媒介轉(zhuǎn)換器）實現(xiàn)用戶和局端的直接連接，它可以為用戶提供高帶寬的接入。目前，國內(nèi)的技術(shù)可以為用戶提供FE或GE的帶寬，對大中型企業(yè)用戶來說，是比較理想的接入方式。

3 光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢

近幾年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，電信管理體制的改革以及電信市場的逐步全面開放，光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的新局面，以下在對光纖通信領(lǐng)域的主要發(fā)展熱點作一簡述與展望。

3.1 向超高速系統(tǒng)的發(fā)展

從過去2O多年的電信發(fā)展史看，網(wǎng)絡(luò)容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時分復(fù)用（TDM）方式進(jìn)行，每當(dāng)傳輸速率提高4倍，傳輸每比特的成本大約下降30%～40%；因而高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益大致按指數(shù)規(guī)律增長，這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去20多年來一直在持續(xù)增加的根本原因。目前商用系統(tǒng)已從45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年時間里增加了20O0倍，比同期微電子技術(shù)的集成度增加速度還快得多。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅增加了業(yè)務(wù)傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務(wù)，特別是寬帶業(yè)務(wù)和多媒體提供了實現(xiàn)的可能。目前10Gbps系統(tǒng)已開始大批量裝備網(wǎng)絡(luò)，全世界安裝的終端和中繼器已超過5000個，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應(yīng)用。

3.2 向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn)

采用電的時分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡，然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1%，99%的資源尚待發(fā)掘。如果將多個發(fā)送波長適當(dāng)錯開的光源信號同時在一極光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復(fù)用（WDM）的基本思路。采用波分復(fù)用系統(tǒng)的主要好處是：1）可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使容量可以迅速擴(kuò)大幾倍至上百倍；2）在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器，從而大大降低了傳輸成本；3）與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)，是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段；4）利用WDM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)可望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。

鑒于上述應(yīng)用的巨大好處及近幾年來技術(shù)上的重大突破和市場的驅(qū)動，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。預(yù)計不久實用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tbps的水平。

3.3 實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)

上述實用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點到點通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路，光的分插復(fù)用器（OADM）和光的交叉連接設(shè)備（OXC）均已在實驗室研制成功，前者已投入商用。

實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是：1）實現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)；2）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長；3）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)性，達(dá)到靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的；4）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性，允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號；5）實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，恢復(fù)時間可達(dá)100ms。鑒于光聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢，發(fā)達(dá)國家投入了大量的人力、物力和財力進(jìn)行預(yù)研。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。

3.4 新一代的光纖

近幾年來隨著IP業(yè)務(wù)量的爆炸式增長，電信網(wǎng)正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構(gòu)筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎(chǔ)設(shè)施是下一代網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢，開發(fā)新型光纖已成為開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前，為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要，已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖，即非零色散光纖（G.655光纖）和無水吸收峰光纖（全波光纖）。

3.5 光接入網(wǎng)

過去幾年間，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無論是交換，還是傳輸都已更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò)。而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線銅線主宰的（90％以上）、原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技術(shù)上的巨大反差說明接入網(wǎng)已確實成為制約全網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。唯一能夠根本上徹底解決這一瓶頸問題的長遠(yuǎn)技術(shù)手段是光接入網(wǎng)。接入網(wǎng)中采用光接入網(wǎng)的主要目的是：減少維護(hù)管理費用和故障率；開發(fā)新設(shè)備，增加新收入；配合本地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少節(jié)點，擴(kuò)大覆蓋；充分利用光纖化所帶來的一系列好處；建設(shè)透明光網(wǎng)絡(luò)，迎接多媒體時代。

4 結(jié)束語

21世紀(jì)以來，光通信技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，在上文中我們主要討論了光通信技術(shù)及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，但這些進(jìn)步的取得，是包括光傳輸媒質(zhì)、光電器件、光通信系統(tǒng)，以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等多方面技術(shù)共同進(jìn)步的結(jié)果。隨著光通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，必將對21世紀(jì)通信行業(yè)的進(jìn)步，乃至整個社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。

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