光纖通信技術與光纖傳輸系統探討

李鑫庭

摘 要 通信行業作為第三次科技革命后新興的產業，在二十一世紀后計算機的興起而飛速發展，隨著世界全球化腳步的加快，有通信需求用戶數量伴隨著海量數據傳輸的需求日益增加，“網上沖浪”也越來越成為人們日常生活的剛需。隨著科技的進步，大帶寬、高傳輸速率、高可靠性的光纖傳輸系統也越來越重要。本文對光纖通信及相關技術逐一進行闡述，希望通過本文對通信行業做出一些貢獻，使通信行業向著更好的方向發展。

關鍵詞 光纖通信;傳輸系統;通信技術

1光纖傳輸系統的結構

1.1 傳輸介質

在光纖通信技術大規模普及之前，城鎮與城鎮之間、甚至國家與國家之間的超長距離通信普遍采用銅質的雙絞線或同軸電纜傳輸電信號。但由于距離過長，且電纜經過的地區環境產生噪聲的影響，這種電信號傳輸方式的可靠性始終不能滿足人們的需求。在數字通信技術被利用和開發后，人們通過在信源對模擬信號進行抽樣、量化、編碼，將其變更為數字信號，通過傳輸高低電平的方式，來滿足對通信可靠性的需求。但隨著通信需求爆炸式的增長和傳輸數據的多元化，以電信號為基礎的電介質傳輸系統也越發無法滿足用戶對通信時效性的要求。于是乎，以光介質為基礎的光纖傳輸系統走上歷史的舞臺。

（1）光傳輸特性。根據光的波長和功率的特點，制約光纖傳輸系統帶寬的兩個光的特性指標：色散和衰耗。由于復合光波由于波長不同，在光纖纖芯的玻璃介質傳播時發生不同角度的折射，使得原本承載了有用信息的光波頻譜被展寬，造成信宿無法識別光信號，造成誤碼甚至傳輸失真。不僅如此，同電信號的電壓特性相同，傳輸系統中的光波同樣帶有能量，而傳播過程中的能量損失也會導致通信可靠性的損失。因此，選擇傳輸介質需要根據現場情況因地制宜。

（2）光傳輸標準。現行的光傳輸標準中，一般選擇850nm、1310nm、1550nm幾種制式，其中1310nm制式狀態下傳播衰耗最低，1550nm制式下傳播色散為0。根據對應的傳播波長，采用不同標準的光纜，其中G.652對應于1310nm波長，適用于各種中短距離傳輸和波分復用技術，G.653對應于1310nm波長，適用于各種長距離傳輸，但由于其色散特性，不能應用于波分復用技術。G.655標準應用于超長距離的海底光纜等。

1.2 組網結構

根據不同網絡承載不同的業務，組網結構也以情況而各不相同，一般而言，常見組網結構包括星型結構、環形結構、樹形結構、網狀結構等。然而不論開局者從經濟角度考慮，還是從安全冗余性角度考慮，光傳輸系統以功能劃分都會出現骨干層和接入層。

（1）骨干層。顧名思義，用于承載所有業務，起到連接大型局站之間的通道，其特點是帶寬大，可達10Gbit/s以上，對可靠性要求較高，DWDM技術要求誤碼率不可高于1%。由于對可靠性高度敏感，一般骨干層都采用環形組網，并以1+1的雙向四纖復用段保護的方式進行冗余。

（2）接入層。接入層介于骨干層與用戶終端之間，現行網絡中，雙絞線、同軸電纜、光纖并存。因此出現一種混合光纖同軸電纜的技術（HFC），是一種綜合數字、模擬和射頻技術的高分布式網絡，可以傳輸包括視頻信號、圖像信號、音頻信號的綜合型網絡，不但兼容FTTC舊有的ADSL網絡，也能跟進一步，完成“最后一公里”的FTTH規劃，實現光纖入戶[1]。

2光纖通信所需的相關技術

根據傳輸網絡結構的不同，對應的可靠性、有效性也不同，骨干層網絡要求可靠性高，傳輸速度也更快，而接入層由于用量龐大，對經濟性更加敏感，且由于能夠分配的帶寬有限，接入層更強調對帶寬的充分利用，以確保可以為更多的用戶提供服務。

2.1 骨干層傳輸網絡應用技術

（1）DWDM技術。DWDM即密集型波分復用通過在同一條光纖物理通道上傳輸多個互相獨立且互不影響的波長光信號，來實現帶寬的重復利用，并增加帶外（或占用帶內帶寬）的監控信道以保證可靠性的技術。DWDM通常采用C波段（1510～1565nm），以193.1THz作為基準，以50Hz為間隔劃分復用波長。

（2）ASON技術。ASON又稱自動光交換網絡，是根據ITU-T G.8080框架要求，通過控制平面自動完成交換和交叉連接智能光網絡，它的特點是在DWDM光傳輸網絡基礎上增加信令，引入了控制平面，實現了在控制平面、管理平面、傳輸平面三個層次加強網絡連接管理，使其故障恢復能力大大增強。

2.2 接入層網絡技術

（1）SDH技術。當骨干層的某種業務需要下發到某終端用戶時，即將DWDM中相應波段，通過分叉復用器以過濾噪聲波長的方式將目標波長下發至傳輸設備，及通過同步傳輸（SDH）技術、異步通信技術（ATM）等將光波長中的有用時隙分離，在通過終端復用器根據時隙序列碼按順序排列組合為消息發送給終端用戶。

在SDH網絡體系中，用于裝載業務時隙的最小單元帶寬為2M（VC12），即64*64kbps，通過3次復用為TUG-2，在此基礎上繼續復用7次為TUG-3，再次復用3次變成VC-4，在加上管理單元指針合成STM-1幀作為最小復用帶寬進行傳輸。因此每個STM-1幀都可以承載3*7*3（63外加1個管理單元指針）種業務。不僅如此，STM-1還可以進一步復用為STM-4、STM-16、STM-64、STM-256等，隨著復用層級的增加，完全可以滿足更多用戶的接入需求。

（2）無源光網絡技術。無源光網絡分為以太網無源光網絡Gbit無緣光網絡，俗稱EPON與GPON，EPON采用上下行對稱的1.25Gbps帶寬，通過上下行波分復用（WDM）方式實現單線雙向功能，上行采用TDMA技術工作波長1310nm，下行以1490nm波長進行廣播，GPON是一種將信息封裝成GEM格式進行傳輸，同EPON相同，上行傳輸采用時分復用技術（TDMA），下行采用廣播方式傳輸。

參考文獻

[1] 姚鑫.光纖通信技術與光纖傳輸系統探討[J].通信世界，2019，（5）：139-140.