“三超”光纖通訊系統技術發展與趨勢展望

黃環昉 王潤祺 張龍飛

摘要：“三超”，就是超高速、超大容量、超長距離。“三超”光纖通訊一直是是光通信乃至整個通信業一直奮力追求的目標。作為新型光學通信方式，“三超”光通訊刺激著下一代互聯網、移動通信網絡和寬帶光纖傳輸的快速發展，同時也將成為新時代國際高科技知識產權競爭的焦點與熱點。

關鍵詞：超高速;超大容量;超長距離;光纖通信

1.引言

光纖通信作為現代通信的主要傳輸手段，在現代通信網絡中發揮著至關重要作用。自20世紀70年代初引入光纖通信以來，整個通信行業經歷了革命性的變革，使高速、大容量通信成為了現實。對于光通信網絡而言，超高速度、超大容量和超長距離一直是人類追求和奮斗的目標。全光網絡則是人類在光通訊方面上的最終目標。

目前，光通信網絡正在迅速發展，規模不斷擴大，容量迅速增加，服務日益增多，應用日益靈活，需求日益多樣化。新型的超高速、超大容量和超長距離光傳輸機理與模式已成為未來光通信技術領域中非常重要的一面。當局預測，到2030年，全球網絡數據流量和人均網絡數據流量將比2010年增加1000倍。作為互聯網和通信網絡基礎的光傳輸網絡將不斷面臨傳輸大量數據的壓力，擴大網絡容量已經是勢在必行。作為新型光學通信方式，“三超”光通訊刺激著下一代互聯網、移動通信網絡和寬帶光纖傳輸的快速發展，同時也將成為新時代國際高科技知識產權競爭的焦點與熱點。

2.光纖傳輸網絡的發展

隨著1977年光纖首次被應用在長距離傳輸中，美國電話電報公司（45Mbit/s）和英國郵局（8.4Mbit/s）先后使用多模光纖實現了實時電話信號的傳輸。如果以40年的時間跨度來看，光纖傳輸系統按照主流技術的發展可以劃分為4個階段，即電光再生技術（1977—1995年）、光放大與色散管理技術（1995—2008年）、相干通信技術（2008年至今）和空間復用技術（2008年至今）。

早期的光纖傳輸系統每經過一段光纖都需要采用電學的方式對光信號進行再生，其容量取決于收發器的接口速率，即收發器能夠支持的凈比特率。這種接口速率在商業系統和研究實驗中的增長都非常緩慢。直到EDFA的發明以及在20世紀90年代WDM技術的出現，商用光纖通信系統的傳輸容量從20世紀90年代中期到2000年早期，每年都增加一倍。

3.“三超”傳輸技術

3.1 波分復用技術

波分復用技術是光纖通信中非常重要的技術，也是光纖通信中的重要構成部分，該技術能夠利用激光器的不同頻帶在光纖中同時傳輸不同的信息。因此，波分復用技術能夠最大限度地利用單一模式光纖中的低損耗窗的帶寬，但是其中帶寬的利用潛力很大。波分復用技術作為尖端的光纖通信技術，因為能夠在更深的水平上強化光纖傳輸系統的整體傳輸容量，所以正在引起人們的注意。

3.2 正交頻分復用

鑒于OFDM的技術優勢，將其引入到光纖通信系統中是近年來的一個研究熱點，實驗表明在不采用任何補償的情況下，采用OFDM技術的單模光纖通信系統可以將10Ghi/s信號傳輸100km以上，可見OFDM技術的引人可明顯改善光纖通信系統性能。

3.3 光時分復用

OTDM可以克服放大器級聯帶來的增益不均勻和光纖非線性的限制。在未來的全光交換和全光路由網絡中，OTDM技術的一些特點使其作為全光網絡的關鍵技術之一更具吸引力，如方便的上、下聲道，可應用于局域網絡和骨干網。目前，基于OTDM的傳輸速率可以達到每秒兆位。但是，OTDM必須采用超短脈沖歸零碼，占用較寬的頻段，色散和色散斜率的影響相對較大。OTDM傳輸系統的關鍵技術包括超短光脈沖產生技術、全光時分復用/多路復用技術和超高速時間測定技術。因此，人們正在開發各種高速邏輯單元的全光控制，如皮秒級速度的超高速全光開關。

3.4 偏振復用

根據單模光纖中光傳輸的偏振特性，將傳輸波長的兩個相互獨立且正交的偏振態作為獨立的信道，分別傳輸兩個信號，這樣可使系統容量和頻譜利用率成倍提高。偏振復用后，兩偏振光的偏振狀態信號將改變纖維應力的影響下，在偏振模色散（PMD）偏振相關損耗（PDL）長距離光纖傳輸后和其他因素作用下，使光信號的偏振狀態到達接收端隨時間迅速變化。這就要求多路復用器能夠自動調整自身，從而能夠分辨出兩個彼此正交的極化通道。目前，極化復用技術面臨的關鍵挑戰是如何實現信號的多路復用。

4 結語

目前大型商用光纖通信系統的傳輸速度從45Mbps增加到10Gbps，光纖通信技術的發展目標是將來10年間光纖通信速度提高到2000倍。現在的發展趨勢是提高傳輸速度，超高速傳輸技術是未來光纖通信的趨勢。在光纖通信信息傳輸的途中，在通常情況下，如果傳輸效率提高4倍，則會削減3至4成的成本，因此今后的光纖通信技術將不斷提高通信傳輸速度，提高傳輸效率，同時提高集成度，降低成本，提高效率。提高人對信息傳輸的需求。

現在，金屬網絡通信系統的容量幾乎技術性地不能提高了，升級的余地剩余少了，要提高通信容量，必須大量研究和開發光纖通信技術，開發光纖可用性。大面積，建設高容量光纖通信系統，將成為今后長期通信技術發展的主要方向。

隨著與日聚進的信息化服務和人類社會的不斷發展，互聯網和多媒體網絡的業務量正在以指數級的速度迅速膨脹增長。光纖通訊系統，作為大數據信息平臺，將未來的信息社會發揮非常重要的作用。光纖通信技術的發展也在穩步增長。根據當前光纖通訊的發展趨勢來，隨著光纖通信技術的發展與不斷推進，光纖通信的無疑將成為未來發展的主潮流，“三超”光纖通訊系統更是重中之重。隨著人類技術水平的不斷提高，一個真正的全光網絡時代也將到來。

參考文獻：

[1]唐玉麟.波分多路復用-纖維光學系統的新應用[J].光通信術.1982（02）.

[2]張昕.波分復用技術原理及應用[J].科技致富向導.2010（12）.

[3]潘常軍.《光纖通信傳輸技術的應用和發展趨勢》（武漢烽火銳拓科技有限公司）.互聯網+術Internet echnology.

[4]李劍.《光纖通信技術的應用和發展趨勢》. Internet Communication.

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