光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

魏勇

(北京懷柔裝備指揮技術(shù)學(xué)院研究生院研四隊(duì)，北京101416)

1.引言

在目前國(guó)際光纖通信發(fā)展以及結(jié)合我國(guó)國(guó)情的前提下，光纖通信技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用發(fā)展的態(tài)勢(shì)強(qiáng)勁，尤其是在電力系統(tǒng)通信方面。本文就其原理、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)等展開(kāi)論述。

2.光纖通信技術(shù)原理及其現(xiàn)狀

2.1 光纖通信原理

在光纖通信中，光調(diào)制可分為2大類(lèi)：直接調(diào)制和間接調(diào)制。一次光纖通信全過(guò)程的完成，首先要在信源上將欲傳送的聲音、圖像和數(shù)據(jù)等電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再經(jīng)由光纖傳輸?shù)叫潘蓿潘薇仨殞⒔邮盏降墓庑盘?hào)進(jìn)行光／電轉(zhuǎn)換，變成電信號(hào)。由此可見(jiàn)，光纖通信與電纜通信相比，主要有2點(diǎn)不同，其一為傳輸信號(hào)使用光信號(hào)而非電信號(hào)；其二為傳輸介質(zhì)選用光纖而非電纜。

2.2 光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀

光纖通信系統(tǒng)，是指進(jìn)入90年代以后的同步數(shù)字體系光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，語(yǔ)言、圖像、數(shù)據(jù)等信息迅速增長(zhǎng)，尤其是因特網(wǎng)的快速興起，廣大用戶(hù)對(duì)通信網(wǎng)寬帶的要求十分迫切。因此，擴(kuò)大光纖通信的傳輸容量勢(shì)在必行。進(jìn)入實(shí)用階段以后，光纖通信的應(yīng)用發(fā)展極為迅速，應(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)多次更新?lián)Q代。第一代光纖通信系統(tǒng)20世紀(jì)70年代后期投入使用，工作波長(zhǎng)為850nm波長(zhǎng)段的多模光纖系統(tǒng)。光纖的衰減為2.5～4.0dB/km，系統(tǒng)的傳輸比特率在20～100Mbit/s之間，實(shí)用的系統(tǒng)容量為PCM三次群，最高傳輸速率為34Mbit/s，中繼距離為8～10km。接著在20世紀(jì)80年代初，工作波長(zhǎng)為13l0nm的多模光纖系統(tǒng)投入使用，光纖衰減為0.55～1.0dB/km，傳輸速率達(dá)140Mbit/s，中繼距離為20～30km。

3.光纖通信技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì)70年代以來(lái)，光纖通信技術(shù)突飛猛進(jìn)。光纖通信技術(shù)未來(lái)的發(fā)展將向超高速超長(zhǎng)距離、無(wú)中繼傳輸?shù)哪繕?biāo)邁進(jìn)。

(1)傳輸體制從準(zhǔn)同步體系向同步數(shù)字體系過(guò)渡，以適應(yīng)建立全球統(tǒng)一的光纖網(wǎng)的要求。

(2)單波長(zhǎng)通道向多波長(zhǎng)通道過(guò)渡

采用復(fù)接技術(shù)可以進(jìn)一步擴(kuò)大光波通信系統(tǒng)容量，從而實(shí)現(xiàn)空分、時(shí)分、頻分、碼分多址復(fù)用。空分復(fù)用采用多根光纖來(lái)傳送信號(hào)，而單根光纖則采用頻分、時(shí)分、碼分復(fù)用。頻分復(fù)用在光域被習(xí)慣性稱(chēng)為密集波分復(fù)用(即DWDM)，為目前最常用的光波復(fù)用方式。目前，DWDM系統(tǒng)已被相當(dāng)多的投入商業(yè)使用。(1)對(duì)于已敷設(shè)的傳統(tǒng)的單模光纖(即G.652光纖)可采用各種新的色散調(diào)節(jié)技術(shù)來(lái)使網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和傳輸距離進(jìn)一步擴(kuò)展。(2)新敷光纖采用色散移位光纖(G.653光纖)。這種光纖使零色散點(diǎn)移到1550 nm窗口，從而與光纖的最小衰減窗口獲得匹配，使超高速、超長(zhǎng)距離的傳輸成為可能。然而，隨著光纖放大器和波分復(fù)用技術(shù)的引入，這種光纖暴露出嚴(yán)重的四波混合(FWM)影響，即光纖的非線(xiàn)性會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生許多新的波長(zhǎng)，產(chǎn)生串音干擾或很大的信號(hào)衰減，限制了波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用。(3)針對(duì)上述G.652光纖的弱點(diǎn)，近2年出現(xiàn)了一種新型的非零色散光纖，稱(chēng)之為G.655光纖。這是一種為下一代超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新型光纖，基本的設(shè)計(jì)思路是使零色散點(diǎn)波長(zhǎng)不會(huì)落在1550 nm附近，而是向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向或者向短波長(zhǎng)方向偏移，有意地使1 550 nm附近呈現(xiàn)一定大小的色散。這樣，一方面可能大大減輕四波混合的影響，保證8～16個(gè)波長(zhǎng)的波分復(fù)用傳輸，另一方面又適度控制1550nm附近的色散使之不會(huì)限制10Gbit/s信號(hào)的傳輸距離，保證10 Gbit/s信號(hào)至少能傳輸300 km以上。目前北美新敷設(shè)干線(xiàn)光纜已放棄G.652光纖和G.653光纖，全部轉(zhuǎn)向G.655光纖。而且第2代的G.655光纖———大有效芯徑的光纖也已問(wèn)世。

(3)用戶(hù)網(wǎng)的光纖化

近年來(lái)光纖通信領(lǐng)域中，光纖用戶(hù)網(wǎng)是研究的熱點(diǎn)。隨著光纖、光器件成本的降低，用戶(hù)對(duì)多種寬帶業(yè)務(wù)需求數(shù)量的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)光纖用戶(hù)網(wǎng)將取得突破性進(jìn)展，由此可見(jiàn)，電信網(wǎng)的全光纖時(shí)代已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

(4)電交換節(jié)點(diǎn)將為光交換節(jié)點(diǎn)取代

光交換即指對(duì)光纖傳送的光信號(hào)進(jìn)行直接的交換。在光域中，光交換完成光交換功能，輸入輸出都是光信號(hào)，而且無(wú)需將光信號(hào)轉(zhuǎn)換至電信號(hào)，因而有效地減少了延時(shí)，增加了系統(tǒng)的吞吐量。

(5)相干光通信將普及

在接收機(jī)中，相干光通信增加了光混頻器和本真光源，具有混頻增益的特性，使得系統(tǒng)的接收靈敏度極高，并且波長(zhǎng)選擇能力極為出色。因此，相干光通信可以在波分復(fù)用系統(tǒng)，特別是光頻分復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)揮巨大的作用。可以想象，人們將像現(xiàn)在調(diào)諧無(wú)線(xiàn)電的接收機(jī)那樣，通過(guò)調(diào)節(jié)接收機(jī)本振光源波長(zhǎng)，即可極為方便地從眾多的信息通道中接收所需要的任何信息。

(6)孤子通信與全光系統(tǒng)

光脈沖要足夠窄，脈沖能量在一定范圍之內(nèi)是產(chǎn)生光孤子的條件。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)光脈沖寬度小于幾十個(gè)皮秒，入纖功率達(dá)到幾十毫瓦時(shí)，光纖中將會(huì)產(chǎn)生孤立子。利用光孤子通信，在理論上，幾乎沒(méi)有容量限制，其傳輸速率可高達(dá)1000Gbit/s，從而實(shí)現(xiàn)超高速、超長(zhǎng)距離的全光通信。光孤子的產(chǎn)生同光孤子的編碼調(diào)制技術(shù)，以及光放大技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)全光通信的關(guān)鍵，光孤子通信的前景誘人，這必然吸引世界各國(guó)研究者致力于將光孤子投入到實(shí)用化過(guò)程中去，達(dá)到光纖通信的頂峰。

[1] 倪鵬云.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1999.

[2] 朱稼興.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念、原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1999.