現代光纖通信傳輸技術及運用研究

李 樞

（廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司，廣東 深圳 512123）

0 引 言

隨著時代的快速發展，現代化光纖通信傳輸技術已經得到了有效提升。光纖通信的效率更高，并且傳輸質量更好，在未來的發展過程中具有較為廣闊的前景，如量子通信和智能控制等。為提高光纖通信傳輸技術的實際應用效果，相關人員應加強對光纖通信傳輸技術的研發與應用，提高實際的信息傳輸質量，促進我國信息通信水平不斷提升。

1 光纖通信傳輸技術概述

光纖通信傳輸技術是一種利用光纖實現通信傳輸的技術手段，在信息傳輸過程中通過對光波進行識別和調整，從而更好地實現光波的接收，提高信息傳輸效果。光纖通信傳輸技術具有較為明顯的優勢，具體如下。首先，容量大。光纖中能夠搭載更多的信息，同時光纖直徑較小，在相同信息傳輸流量下所需光纖直徑大大低于普通傳輸光纜直徑。其次，損耗較低。光纖通信過程中，通過光纖管線對整體信息進行搭載儲存，避免光信號流失，從而提升信息傳輸的準確率，減少信息損耗。再次，抗干擾能力強。在不同環境中，均能對傳輸信息起到良好的保護效果。最后，保密性強。光纖通信過程中，信號在光纖管線中折射傳輸，不受外界影響，同時不會出現信號逸散丟失的情況，能夠最大程度提高信息保密效果。

2 現代光纖通信技術分類

2.1 光纖放大技術

光纖放大技術利用放大器來對光信號進行識別和放大，從而使光信號的傳輸更加順利。在光纖放大技術實施過程中，根據功能和放大器位置的不同分為前置放大、中級放大以及功率放大3種形式[1]。在技術實施過程中，通過新型全光放大器對信號進行直接全光放大，不需要通過光電信號的轉換和信號再生等功能，使光纖放大和增益效果得到進一步提升。常見的光纖放大器分為兩種，分別是摻稀土光放大器和非線性光放大器。摻稀土光放大器在1.55 μm波段和1.21 μm波段中設置低損耗窗口，摻入稀土提高整體的降噪增益效果[2]。非線性光放大器設備在運行中對中繼站需求較大，需要進一步研究分析。

2.2 光纖交換技術

光纖交換技術利用交換機設備將數據和傳輸信號進行交換，實現對信號的處理。該技術實施過程中，需要選擇恰當的光纖通道交換機，從而降低內部信息受到的干擾，提高整體的傳輸效果。光纖交換機一般在網絡設備之間或網絡節點處進行設置，根據連接網絡位置的不同分為廣域網交換機設備和局域網交換機，在實際的運行鏈路中具有不同的端口，能夠與不同網絡之間實現橋接，從而提升光纖交換傳輸效果。在進行交換的過程中，交換的主要內容包括端口交換、信源交換以及幀交換[3]。以信源交換為例，在進行交換時選擇固定長度的信源對其進行硬件交換，使傳輸速度得到提升。該方式在視頻傳輸過程中的應用較為頻繁，在交換時按照異步傳輸應用標準進行。

2.3 光波復用技術

光波復用又被稱為波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM），該技術是在同一根光纖中同時傳輸不同臂長的信號，實現光頻的分制。在信號接收時，接收端利用分波器將不同的波長信號分開，傳輸到對應的接收器中識別和應用。在光波復用中主要存在單向和雙向的復用情況，其中單向分波復用過程中，通過單向的信號傳輸實現通信。在雙向復用中，光纖的連段能夠同時進行信號的接收和發射，在光纖兩端均需要設置相應的分波器與合波器等設備，確保信號波段能夠按照要求實現相應的傳輸。

3 光纖通信系統結構設計

在對光纖通信系統進行設計時，嚴格從實際需求的角度出發對通信網絡進行合理設計，并對網絡拓撲、路由器、網絡容量以及業務線路進行選擇和計算，從而提升系統整體的通信傳輸效果。光纜線路系統又被稱為光再生段，在對光纜線路系統進行設計時，應根據光纖傳輸距離的需求情況設置相應的光接口，便于對光纜線路進行成本控制。常見的組網光纜線路系統設計有3種方法，即最壞值設計法、聯合設計法以及統計設計法[4]。光纜線路系統主要包括光發送機、光纖通道以及光接收機，在光發送機和光纖通道中設置相應的位置作為參考點S，同時在光接收機和光纜通道之間設置另一位置作為參考點R，用L表示兩個參考點之間的距離，整體線路如圖1所示。

圖1 光再生段組成

使用最壞值計算法對光纜線路系統進行設計，選擇參數值時按照最壞的方式進行選擇，從而得到最壞值，進而對光通道的損耗情況進行計算，即：

式中，PSR為光通道中的損耗，PT為光發送的功率，PR為光接收設備的靈敏度，P0為光通道功率代價。

光通道功率代價屬于附加的接收損耗，在計算中需要進行扣除。兩參考點之間的允許損耗值計算公式為：

式中，Af為再生段中光纜中的衰減系數，AS為在該段接頭產生的損耗，Lf為單盤光纜的長度，Mc為光纜通道的富裕度，Ac為光纜配盤活動過程中連接器產生的損耗。

為提升整體光纖通信傳輸系統的效果，在設計的過程中需要對系統的功率、光纖通道損耗、接收設備對光信號的接收功率進行計算，通過損耗情況確定富裕值，從而對光發射機的功率進行調整[5]。

4 光纖通信傳輸技術的應用

4.1 FTTH接入技術

光纖到戶（Fiber To The Home，FTTH）接入技術通過將光纖與用戶區域進行連接，從而實現光纖通信傳輸。通過FTTH接入技術的應用，可以滿足用戶對更大流量通道的需求，降低環境對通信傳輸過程的影響，提高傳輸速度和質量。此外光纖到戶接入技術能夠使安裝更加簡便，同時降低后期維護的難度[6]。FTTH接入技術在組網設計的過程中可以通過交接配線的方式將光纖連接到用戶區域，整體組網包括主干光纜子系統、配線子系統以及用戶終端。主干系統設計時，需要從光纖接入設備的分配機中設置相應的分配系統，在用戶區域安裝光纜交接設備，在設備中同樣安裝分配系統，兩個分類系統進行匹配，并將光纜進行熱熔成端，從而實現主干系統的分支設置。在設計分配系統時，需要將光纜交接設備與用戶家庭或辦公室中的光纜綜合配線設備進行連接，確保光纜能夠正常輸入或輸出[7]。

4.2 單纖雙向傳輸技術

單纖雙向傳輸技術主要利用不同波段的光信號，在同一根光纖中能夠實現在兩端同時進行光信號的收發，傳輸過程中不同信號之間互不影響。與傳統的單纖單向傳輸技術相比，雙向傳輸能夠減少光纖占用量，有效節約光纖成本。

由于單纖雙向傳輸技術在實際應用過程中會受到內部傳輸波長的影響，因此在設計過程中將其分為同波長單纖雙向傳輸系統和不同波長單纖雙向傳輸系統。在不同波長系統中安裝光波長復用器，如圖2所示。在同波長系統中安裝光環形器，如圖3所示。

圖2 不同波長單纖雙向傳輸系統

圖3 同波長單纖雙向傳輸系統

在傳輸過程中，雙方光波發送和接收模塊相同，傳輸時光波信號出現合并和分離情況，整體的信號傳輸互不影響[8]。根據相關標準，單纖雙向傳輸系統中，STM-64速率（傳輸速率10 GB/s）的傳輸系統運行過程中，其接收機的光信噪比SNR（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）容限可以在前向糾錯（Forward Error Correction，FEC）技術的影響下降低3～9 dB。在對傳輸系統接收端的OSNR進行設計時，假設Pr為接收端的光功率，Pn為接收端噪聲功率，其要求為：

噪聲功率主要是由后向瑞利散射產生，在進行計算的過程中可以直接將其進行簡化。用PS表示發送端的光信號功率，可以對傳輸長度為L的OSNR受限進行計算，即：

式中，PP為光纖通道中的損耗代價，ΣAc為損耗和，Af為光纖通道的衰減系數，AS為光纖連接中熔端產生的損耗情況，α為光纖的富裕度系數。

通過計算能夠得到該條通道的極限傳輸長度，在設計時根據最大長度對整體的光纜連接通道進行調整，確保連接效果符合預期。

4.3 光交換技術

光交換技術通過光纖傳輸來實現網絡信號和光傳輸信號的交換，使用WDM等設備進行處理，并對光信號進行分級，從而使光信號按照相應的要求進行傳輸[9]。光交換技術中主要包括光路交換和分組交換，其中光路交換又分為空分光交換、時分光交換以及波分光交換[10,11]。在使用過程中，按照需求對光路技術進行組合應用，從而提高整體光交換傳輸質量。

5 結 論

綜上所述，在科學技術不斷發展的背景下，人們對于通信傳輸技術的要求不斷提高。為了更好地滿足人們的需求，通過合理設計和調整使光纖通信系統結構更加穩定，同時結合傳輸過程中的損耗情況對光發射機進行調整，確保傳輸效果符合預期要求。