光纖通信技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用及發(fā)展方向探究

杜永建

（廣州奧鑫通訊設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510925）

0 引 言

光纖技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前通信應(yīng)用的主流技術(shù)，使得通信傳輸變得更加高效。新型光纖通信技術(shù)的革新促進(jìn)了各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。基于光纖通信技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，有必要加深對(duì)其的探究，以促進(jìn)光纖通信技術(shù)獲得更廣泛的應(yīng)用。

1 光纖通信技術(shù)概述

光纖通信技術(shù)是用光纖來(lái)傳輸信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，是當(dāng)前最重要的通信傳輸方式之一。光纖通信技術(shù)利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)，將信息從一處傳至另一處[1]。光纖材料通常由石英玻璃材料制成，具有優(yōu)異的絕緣性能，可以有效避免發(fā)生電路接地和線(xiàn)串現(xiàn)象，因此光纖通信信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力突出。光纖作為一種傳輸信號(hào)的媒介，在日常生活中起到了重要作用，已逐漸成為重要的通信方式，也成為新的發(fā)展方向。光纖主要由外層與內(nèi)層構(gòu)成。外層保護(hù)光纖，主要包括外層絕緣保護(hù)層、中層包層以及涂層。在實(shí)際信息的傳輸中，纖芯的包層折射率差異能夠反映通信信息的傳輸效率與能力。涂層能夠有效提升光纖的韌性，同時(shí)承擔(dān)著保護(hù)光纖的重要作用，使光纖能夠在穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定輸出與傳導(dǎo)。而光纖最主要的便是內(nèi)芯，一般直徑只有幾十微米或是幾微米。

光纖通信系統(tǒng)中，具有傳導(dǎo)作用的光纖光纜由大量光纖組成，具有單位時(shí)間內(nèi)傳輸速率高、傳輸頻帶廣闊以及傳輸量大等特點(diǎn)，對(duì)信息的快速傳輸具有重要作用。這種光纖具有體積小和重量輕的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)金屬材料的依賴(lài)性少，與傳統(tǒng)的銅線(xiàn)通信電纜相比更加環(huán)保節(jié)約。近年來(lái)，隨著高速激光器技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖傳輸速率、帶寬以及傳輸延時(shí)等技術(shù)指標(biāo)不斷改進(jìn)，使得光纖通信技術(shù)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、光纖到戶(hù)以及數(shù)據(jù)中心等方面得到了廣泛應(yīng)用。在軍事方面，光纖傳輸具有速率高、響應(yīng)快以及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，有源光纖連接器將逐步取代目前的光電連接器，從而縮短軍事裝備的反應(yīng)能力，極大提升作戰(zhàn)能力，具有良好的軍事應(yīng)用前景。

2 光纖通信技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 光孤子技術(shù)

當(dāng)前，光纖通信技術(shù)中的光孤子技術(shù)廣為人知。孤子又稱(chēng)孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，或者說(shuō)是一種在傳播過(guò)程中形狀、幅度以及速度都維持不變的脈沖狀行波。孤子與其他同類(lèi)孤立波相遇后，能維持其幅度、形狀以及速度不變。光孤子在全光網(wǎng)絡(luò)、光通信以及光邏輯器件方面有著非常重要的應(yīng)用，能夠提高通信過(guò)程的穩(wěn)定性、完整性以及運(yùn)行效率。光孤子通信技術(shù)的革新為光纖通信提供了技術(shù)支持，通過(guò)信號(hào)的光學(xué)特性實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸過(guò)程，消除了非線(xiàn)性方法，改善了信號(hào)運(yùn)行的控制機(jī)制，并在信號(hào)傳輸過(guò)程中利用微波脈沖原理實(shí)現(xiàn)了有效的信號(hào)傳輸。光孤子技術(shù)保障了通信傳輸在運(yùn)行效率和速度方面的穩(wěn)定性，有效提高了傳輸工具的使用率[2]。

2.2 單模和多模光纖傳輸技術(shù)

單模和多模光纖在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用非常普遍。單模光纖的中芯是直徑為9 μm的玻璃芯，只可以傳輸一種單一模式的光纖頻率，因此單模間的色散較小，通常應(yīng)用在長(zhǎng)距離傳輸通信中，但材料色散和波導(dǎo)色散存在問(wèn)題。這種情況下，單模光纖對(duì)光源的譜寬和光源傳輸?shù)姆€(wěn)定性提出了較高要求，規(guī)定光譜的譜寬要窄，穩(wěn)定性要強(qiáng)。

多模光纖主要是指直徑規(guī)格為62.5 μm/125 μm或50 μm/125 μm的光纖。按照折射率與分布情況，它可以大致分為漸變型和突變型兩種。多模光纖維在傳輸中模式復(fù)雜多樣，多種類(lèi)下傳導(dǎo)模式的傳播速率與常數(shù)和傳播群速率會(huì)有不同的表現(xiàn)。多模光纖寬帶相對(duì)較窄，色散較大，同傳輸情況下的損耗也會(huì)很大，通常只適用于終端距離和小范圍的光纖通信傳輸。根據(jù)單模和多模光纖傳輸技術(shù)的特點(diǎn)，光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇不同的技術(shù)方案，從而實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)最大的傳輸容量和更低的鋪設(shè)成本。

2.3 波分復(fù)用技術(shù)

波分復(fù)用技術(shù)是一種先將不同波長(zhǎng)類(lèi)型和不同系列信息的光信號(hào)源合為一種光束，后在接收段通過(guò)單根光纖的傳輸將不同波長(zhǎng)信號(hào)分開(kāi)的重要技術(shù)。這種技術(shù)可以在一根光纖上進(jìn)行多路傳輸，通過(guò)每路信號(hào)的組合與傳輸?shù)奶厥獠ㄩL(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行信息傳輸。波長(zhǎng)信道的變化可以使波分復(fù)用技術(shù)充分發(fā)揮光纖的寬帶資源，即便是一根光纖也可以達(dá)到單波長(zhǎng)傳輸容量下幾十倍的增長(zhǎng)與爆發(fā)[3]。對(duì)于早期鋪設(shè)的光網(wǎng)絡(luò)，只需增加波長(zhǎng)信道，就可以輕易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容操作，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的架設(shè)方式。目前，在建的5G基站前傳網(wǎng)絡(luò)采用了波分復(fù)用技術(shù)，可充分利用基站到機(jī)房鋪設(shè)的有限的光纖資源，達(dá)到擴(kuò)充光纖傳輸容量的目的。

3 光纖通信技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的構(gòu)建

智能光網(wǎng)絡(luò)（Automatically Switched Optical Network，ASON）是在傳送平面SDH和光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）之上增加了獨(dú)立控制平面的光網(wǎng)絡(luò)，可以在兩個(gè)客戶(hù)網(wǎng)元之間提供具有固定帶寬的傳輸通道，通道界定在光網(wǎng)絡(luò)的輸入接入點(diǎn)和輸出接入點(diǎn)之間。智能光網(wǎng)絡(luò)具有出色的靈活性和可擴(kuò)展性，在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸層和管理層之間的有效連接。該網(wǎng)絡(luò)在控制層中具有特定的開(kāi)發(fā)功能，有助于形成穩(wěn)定的連接網(wǎng)絡(luò)，在確保網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的同時(shí)，更好地滿(mǎn)足應(yīng)用場(chǎng)景的需要。智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中優(yōu)勢(shì)明顯，具體應(yīng)用于SDH業(yè)務(wù)、OTN業(yè)務(wù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、基于光纖連接（FICON）、企業(yè)系統(tǒng)連接（ESCON）以及光纖通道（FC）的存儲(chǔ)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)。ASON對(duì)新業(yè)務(wù)類(lèi)型具有可擴(kuò)展性，可以支持多種類(lèi)型的業(yè)務(wù)模型，且每種業(yè)務(wù)模型都有自身的業(yè)務(wù)屬性、目標(biāo)市場(chǎng)以及業(yè)務(wù)管理需求[4]。

3.2 高速移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

隨著平板電腦和智能手機(jī)等移動(dòng)終端的大量涌現(xiàn)，用戶(hù)對(duì)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求越來(lái)越高，催生了3G、4G、5G以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)。移動(dòng)通信從最早期的文字傳輸為主，變成了高清畫(huà)面和實(shí)時(shí)直播的視頻信號(hào)傳輸為主。其中，移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)成為新一代通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)，甚至被列入國(guó)家重點(diǎn)投資的新基建項(xiàng)目。未來(lái)，隨著人工智能、無(wú)人駕駛、云計(jì)算以及VR/AR等新應(yīng)用場(chǎng)景的不斷發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延時(shí)以及傳輸速率等指標(biāo)提出了更高的技術(shù)要求，將不斷推進(jìn)高速移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。

3.3 大規(guī)模云網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

云網(wǎng)絡(luò)是云時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合和應(yīng)用的總稱(chēng)。光纖通信技術(shù)不斷發(fā)展，催生了5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)等新型應(yīng)用，使得光纖網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，信息容量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。要實(shí)現(xiàn)這些信息的共享，必須有專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，以保證能夠隨時(shí)高效地獲取信息。因此，近年來(lái)數(shù)據(jù)中心得到了蓬勃發(fā)展，共享經(jīng)濟(jì)模式也不斷推陳出新，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。可見(jiàn)，云網(wǎng)絡(luò)建設(shè)勢(shì)必將得到更快發(fā)展。

4 光纖通信技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 在通信方面的應(yīng)用

現(xiàn)階段，在通信領(lǐng)域，光纖傳導(dǎo)技術(shù)利用光導(dǎo)纖維作為傳播媒介，在一些城際通信、異地通信以及國(guó)際通信中發(fā)揮了舉足輕重的作用。從光纖通信技術(shù)的發(fā)展可以看出，光纖技術(shù)的有效應(yīng)用是今后通信行業(yè)發(fā)展的重要導(dǎo)向。光纖維技術(shù)的不斷進(jìn)步能體現(xiàn)新通信模式下光纖傳輸?shù)闹匾饬x，為城市間的溝通構(gòu)架重要的信息橋梁，為智慧城市和AI城市的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)，為城市的和諧發(fā)展打下基礎(chǔ)。

4.2 在電力通信方面的應(yīng)用

在人們常常接觸的生活能源中，電力能源的比例已經(jīng)超過(guò)了70%。在我國(guó)現(xiàn)代建設(shè)與發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展離不開(kāi)電力的重要支持。國(guó)家電網(wǎng)對(duì)國(guó)家電力具有重要作用，承受的負(fù)荷隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷提高。以往電力系統(tǒng)傳輸與遠(yuǎn)程通信結(jié)合的方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的需要，人工調(diào)節(jié)的通信方式也已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化發(fā)展的要求。新型電力系統(tǒng)的引進(jìn)是電氣化自動(dòng)技術(shù)有效應(yīng)用的重要前提與基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)在不斷發(fā)展的情況下，希望以安全穩(wěn)定的發(fā)展趨勢(shì)保證電力系統(tǒng)與電氣化自動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)作與傳輸。在此要求下，光纖維通信技術(shù)成為當(dāng)下最合理的選擇。

目前，我國(guó)大部分電力系統(tǒng)中的主要干線(xiàn)與區(qū)域的接入網(wǎng)絡(luò)依舊采用光纖通信技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖技術(shù)不僅提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的效率、傳輸能力、穩(wěn)定性以及可靠性，而且減少了電力系統(tǒng)花費(fèi)的資金成本，促進(jìn)了國(guó)家電力系統(tǒng)和企業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

4.3 在傳媒行業(yè)的具體應(yīng)用

在傳媒行業(yè)，為了確保傳輸信號(hào)的穩(wěn)定與高效，人們對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定性與傳播速度提出了極高的要求。光纖技術(shù)的高速率和高穩(wěn)定性能滿(mǎn)足傳媒信息傳播的需求，能夠使電視信號(hào)在傳輸過(guò)程中不發(fā)生損耗，確保媒體畫(huà)面與聲音的品質(zhì)與要求。如今，大部分媒體公司應(yīng)用光纖技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的建設(shè)，使得信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定快捷。傳媒事業(yè)的發(fā)展為光纖維通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了有利環(huán)境，光纖維通信技術(shù)的發(fā)展則為傳媒的高品質(zhì)音頻視頻提供了重要的傳輸平臺(tái)。

4.4 在互聯(lián)網(wǎng)中的具體應(yīng)用

由于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的特殊性，光纖技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)陌l(fā)展。光纖通信技術(shù)不僅為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的快速發(fā)展打下了重要的信息基礎(chǔ)，而且提升了用戶(hù)上網(wǎng)速度。在數(shù)字化信息傳輸時(shí)代，傳播形式不斷變化，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量與內(nèi)容不是十分清晰與穩(wěn)定，且傳輸信號(hào)損耗較大，而光信號(hào)的傳輸不會(huì)造成太多損耗，傳輸更穩(wěn)定，傳輸質(zhì)量更加優(yōu)質(zhì)和清晰。此外，光纖通信能夠有效優(yōu)化家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使網(wǎng)絡(luò)更加便捷。網(wǎng)速的提升使得互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展迅猛，使得與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的物流網(wǎng)、電子商務(wù)網(wǎng)以及網(wǎng)上電子銀行等行業(yè)不斷興起。網(wǎng)上用戶(hù)通過(guò)電腦或手機(jī)客戶(hù)端便可以使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，而且網(wǎng)速的提升使得產(chǎn)品跟蹤與物流情況更加具有時(shí)效性。

4.5 在軍事方面的具體應(yīng)用

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)與軍事化不斷進(jìn)步和發(fā)展的前提下，先進(jìn)的軍事裝備對(duì)信息信號(hào)的精確度與準(zhǔn)確度要求較高。世界各國(guó)在深入研究信息戰(zhàn)略的同時(shí)，對(duì)信息的保密及安全措施也進(jìn)行了研究。光纖通信信號(hào)在戰(zhàn)爭(zhēng)中具有較高的保密性，難以被竊取和破解。不僅具有強(qiáng)大的穩(wěn)定性和可靠性，而且具有巨大的信息容量，能夠滿(mǎn)足各種需求。戰(zhàn)爭(zhēng)信息化時(shí)代，光纖技術(shù)將被應(yīng)用于更加廣闊的舞臺(tái)。因此，各國(guó)將會(huì)加大對(duì)光纖通信技術(shù)的研究力度，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，以提升國(guó)家的軍事實(shí)力。

5 結(jié) 論

光纖通信技術(shù)的應(yīng)用廣泛，包括移動(dòng)通信領(lǐng)域、固網(wǎng)通信領(lǐng)域、廣播電視領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域以及國(guó)防軍事領(lǐng)域等方面，也證明了光纖通信技術(shù)發(fā)展是通信構(gòu)架的重要基礎(chǔ)。借助光纖通信技術(shù)的發(fā)展，人們的生活、生產(chǎn)以及工作質(zhì)量得到了極大改善。通過(guò)持續(xù)改進(jìn)光纖通信技術(shù)和更新光纖通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高信息傳輸水平，對(duì)各行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。