全光通信的發展和應用研究

張廣強

（兗礦集團信息化中心，山東 鄒城 273516）

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全光通信的發展和應用研究

張廣強

（兗礦集團信息化中心，山東 鄒城 273516）

［摘 要］當前社會，信息技術迅猛發展，巨量的信息交換需要高速、高效的通信手段，全光通信具有大容量、高速、低成本的特點，因此，全光網絡日益被人們廣泛應用。

［關鍵詞］全光通信；信息；網絡；光纖

在日常生活中，人們常常需要將信息從一個地方傳遞到另一個地方，這種信息傳遞的過程就是通信。從古代的烽火臺到1880年貝爾發明的電話，都是通信的手段，實現信息傳遞功能的技術稱為通信技術。隨著光纖的發明和普及，通信從電傳輸發展到了光傳輸，而近幾年“全光網絡”的提出和應用使通信方式有了質的飛躍。

1　光纖的發展

光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具。傳輸原理是光的全反射。1960年，美國科學家Meiman發明了紅寶石激光器，光通信從此有了起點；1966年，高錕博士發表了《光頻率的介質纖維表面波導》一文，提出只要降低玻璃纖維的雜質，就能使玻璃纖維的損耗降低到20 dB/km，就有了用于通信的可能；1970年美國貝爾實驗室、日本電氣公司和前蘇聯先后研制成功鎵鋁砷雙異質結半導體激光器，為半導體激光器的發展奠定了基礎；1970年，美國康寧公司研制成功損耗20 dBkm的石英光纖；1986年光纖的損耗降低到了0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。光纖按傳輸模式分為單模光纖和多模光纖，工作波長從0.85 μm發展到1.31 μm和1.55 μm，傳輸速率從MB/S發展到GB/S。

光纖的特點:頻帶極寬；損耗小；保密性強；抗干擾性強；光纖通信不帶電，可用于易燃易爆場合；使用環境溫度范圍寬；抗化學腐蝕，使用壽命長。

2　光纖通信的發展

所謂光纖通信，就是利用光導纖維來傳輸攜帶信息的光波以達到通信目的。電通信是以電流作為信息的載體實現信息傳輸，而光通信是以光波作為信息載體而實現信息傳輸。要使光波成為信息的載體，必須對光進行調制。光纖通信原理是在發送端首先把信息變成電信號，然后調制到發光器發出的光束上，使光的強度隨電流信號的頻率變化發生變化，然后通過光纖傳送出去；在信息的接收端，檢測器把收到的光信號轉換成電信號，經解調后變成原來的信息。

光纖通信系統可分為三部分:電端機（電發射機、電接收機）；光端機（光發射機、光接收機）；傳輸光纖。光纖通信是現代信息傳輸的主要手段，光纖通信的發展歷史雖然只有一二十年，但已經已經歷了三代:短波長多模光纖時期、長波長多模光纖時期和長波長單模光纖時期。光纖通信是通信史上的重大進步，歐美日等許多國家都已不再建設電纜線路，而大力建設發展光纖通信網。中國的光纖通信這幾年進步較快，大多數運營商都已實現了信息的光纖傳輸。

3　全光通信

全光通信指的是用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術，即數據從源節點到目的節點的傳輸過程都在光域內進行，而且其在各網絡節點的交換使用可靠性高、大容量和高度靈活的光交叉連接設備（OXC）。在全光網絡中，由于無需電信號的處理，所以允許存在不同的協議和編碼，使信息傳輸具有透明性。它同SDH傳送網一樣，滿足傳送網通信模型，遵循一般傳送網的組織原理、功能結構的建模和信息定義，采用了相似的描述方式。因此，很多SDH傳送網的功能和體系構想都可以用于全光通信網。

光通信的復用方式分為以下幾種。

（1）空分復用:利用在空間分割構成不同的信道來實現光復用的技術。

（2）時分復用:各路信號在同一信道上占有不同的時間間隙進行通信。

（3）波分復用（WDM）:在一根光線中同時傳送不同波長的多個光載波信號的技術。

波分復用又分粗波分復用（CWDM）、密集波分復用（DWDM）和頻分復用（FDM）。

WDM系統的特點:①充分利用光纖的巨大帶寬資源，光纖通信的優勢之一是其近30 THz的巨大潛在帶寬容量；②可同時傳輸多種不同類型的信號；③超大傳輸容量；④節省光纖資源，節省成本；⑤各通路透明傳輸，平滑升級擴容，光傳送網可支持盡可能多的客戶；⑥利用成熟的TDM技術；⑦利用EDFA實現超長距離傳輸；⑧對光纖的色散無過高要求；⑨可組成WDM全光網絡。

全光網絡（AON ，All Optical Network）是指信號只是在進出網絡時才進行電/光和光/電的變換，而在網絡傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在。因為在整個傳輸過程中沒有電的處理，所以PDH、SDH、ATM等各種傳送方式均可使用，提高了網絡資源的利用效率。

全光網絡技術包括全光交換、光交叉連接、全光中繼和光復用/解復用、全光信息的放大和再生。

3.1全光交換

全光交換技術分為光的電路交換和光分組交換。光的電路交換和現在的電路交換技術相似，光交換可以分為:時分交換技術、波分交換技術、空分交換技術、復合型光交換等技術。

全光網絡支持不同需求的業務，業務的不同需求使用戶對寬帶的要求也不同，這時候光分組交換技術就被提出來了。

3.2光交叉連接（OXC）

光交叉連接一種能在不同的光路徑之間進行光信號交換的光傳輸設備。它用作在全光網絡中各節點處將不同光纖信號（或各波長信號）與其他光纖的信號進行可控的連接。OXC主要有光交叉連接矩陣、管理控制單元、輸入單元、輸出單元等模塊組成，光交叉連接也有空分、時分、波長交叉等不同方式，目前空分交叉和波長交叉比較成熟。

3.3全光中繼

現在的光纖傳輸系統采用光電光再生中繼器方式，這種方式十分復雜，系統的可靠性和穩定性也受到影響。去掉上述光電光的轉換過程，在光路上直接對信號進行放大傳輸，是全光傳輸必須解決的問題。目前已經開發出半導體光放大器和光纖放大器，上述問題便得到了解決。

3.4光的復用與解復用

光時分復用技術Optical Time Division Multiplexing（OTDM），是指多路光信號可以在一條劃分成若干時隙的復用信道中傳輸。

光波分復用技術Wavelength Division Multiplexing（WDM），不同波長的光信號經調至后在一根光纖中傳輸。密集波分復用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）是在WDM的基礎上，光載波的光譜間距更加緊密，從而使光纖達到更高的傳輸性能。

3.5全光信息的放大和再生

信號在光纖中傳輸，光纖的色散和損耗對通信質量的影響很嚴重。損耗導致信號隨傳輸距離的增加而衰減。這就需要一種能使光信號放大的技術，摻餌光纖放大器（EDFA）是一種對光信號放大的有源光元器件，有了它就可實現光纖遠距離、大容量的信息傳輸。光信號在光纖中傳輸會有不同程度的色散，它會使得光信號脈沖展寬，發生干擾，使誤碼率增加，因此對光信號進行再生措施也是必然的需要。

4　全光通信的發展

全光通信是通信網絡發展的現實目標。全光傳送網（OTN）是目前全光網絡的發展趨勢，在點對點信息傳輸中，全過程不經過任何的光電轉換。下一步，光聯網的實現也需要新一代光開關、波分復用器、光衰減器、光放大器等元器件的發展。要建成完整的全光網絡，有許多信號處理、儲存、交換等要由光子技術完成，來實現點到點的光傳輸、交換和處理功能。

5　結 語

全光通信巨量的信息能夠超長距離、超大容量無中繼地傳輸。隨著通信業務高速的發展，各種新技術的不斷完善和進步，通信領域向全光網絡前進的步伐也在加快。可以小規模開始，隨著業務量的增加而逐步加大規模，用“小步快跑”的方式讓用戶體驗新技術帶來的好處，在積累經驗的同時，分階段地、穩步地走向全光網絡時代。全光通信必將成為通信發展的新趨勢，在21世紀前期，全光通信將會全面普及化。

主要參考文獻

［1］李維民，趙巧霞，康巧燕，等.全光通信網技術［M］.北京：北京郵電大學出版社，2009.

［2］吳海西.WDM技術的原理及其應用與發展［J］.現代電信科技，2000（10）.

doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.12.114

［中圖分類號］TN929.11

［文獻標識碼］A

［文章編號］1673-0194（2016）12-0172-02

［收稿日期］2016-05-20