光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展摘要：介紹我國光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀，總結(jié)光纖通信 技術(shù)的幾種關(guān)鍵技術(shù)，并對光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了 論述。關(guān)鍵詞：光纖通信；光接入網(wǎng)；全光網(wǎng)絡(luò) 中圖分類號： TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-3044(2008)23-1054-02Current Status and Development Trends of Optical Fiber Communication TechnologyGUO Ren-dong(95949 PLA troops, Cangzhou 061001, China)Abstract: This article introd

2、uced our country fiber optic communications technologys present situation, summed up the optical fiber communication technology of several key technologies and the development of optical communication technology trends are discussed.Key words: optical fiber communication; optical acess network; all-

3、optical network1 引言光纖通信技術(shù)從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的 主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。光纖 通信作為一門新興技術(shù)，其近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之 廣是通信史上罕見的，也是世界新技術(shù)革命的重要標志和未 來信息社會中各種信息的主要傳送工具。光纖即為光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息 載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看， 構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光 纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進行分類外，在 應(yīng)用中，光纖常按用途進行分類，可分為通信用光纖和傳感 用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種，而功能

4、器件 光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調(diào)制以 及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。光纖通信之所以發(fā)展迅猛，主要緣于它具有以下特點： 1）通信容量大、傳輸距離遠； 2）信號串擾小、保密性能好； 3）抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳； 4）光纖尺寸小、重量輕，便 于敷設(shè)和運輸； 5）材料來源豐富，環(huán)境保護好； 6）無輻射， 難于竊聽； 7）光纜適應(yīng)性強，壽命長。2 光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀 光纖通信的發(fā)展依賴于光纖通信技術(shù)的進步。目前，光 纖通信技術(shù)已有了長足的發(fā)展，新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，進而大 幅度提高了通信能力，并不斷擴大了光纖通信的應(yīng)用范圍。2.1 波分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用 WDM

5、 （ Wavelength Division Multiplexing ）技 術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源。根 據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同，將光纖的低損耗窗 口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采 用波分復(fù)用器（合波器） ，將不同規(guī)定波長的信號光載波合 并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用 器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。 由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖 非線性時），從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳 輸。自從上個世紀末，波分復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)以來，由于它能極 大地提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，迅

6、速得到了廣泛的應(yīng) 用。1995 年以來， 為了解決超大容量、 超高速率和超長中繼 距離傳輸問題，密集波分復(fù)用 DWDM （Dens Wavelength Division Multiplexing ）技術(shù)成為國際上的主要研究對象。 DWDM 光纖通信系統(tǒng)極大地增加了每對光纖的傳輸容量， 經(jīng)濟有效地解決了通信網(wǎng)的瓶頸問題。 據(jù)統(tǒng)計， 截止到 2002 年，商用的 DWDM 系統(tǒng)傳輸容量已達 400Gbit/s 。以 10Gbit/s 為基礎(chǔ)的 DWDM 系統(tǒng)已逐漸成為核心網(wǎng)的主流。 DWDM 系 統(tǒng)除了波長數(shù)和傳輸容量不斷增加外，光傳輸距離也從600km 左右大幅度擴展到 2000km 以上。與

7、此同時，隨著波分復(fù)用技術(shù)從長途網(wǎng)向城域網(wǎng)擴展， 粗波分復(fù)用 CWDM ( Coarse Wavelength Division Multiplexing )技術(shù)應(yīng)運而生。 CWDM 的信道間隔一般為 20nm，通過降低對波長的窗口要求而實現(xiàn)全波長范圍內(nèi)(1260nm1620nm)的波分復(fù)用，并大大降低光器件的成 本，可實現(xiàn)在Okm80km內(nèi)較高的性能價格比，因而受到 運營商的歡迎。2.2 光纖接入技術(shù) 光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里” 。實現(xiàn)信 息傳輸?shù)母咚倩?，滿足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳 輸網(wǎng)絡(luò)，用戶接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息流 進千家萬戶的關(guān)鍵技術(shù)。在光纖寬帶接

8、入中，由于光纖到達 位置的不同，有 FTTB 、 FTTC 、 FTTCab 和 FTTH 等不同的 應(yīng)用，統(tǒng)稱 FTTx 。FTTH (光纖到戶)是光纖寬帶接入的最終方式，它提 供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用 戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需 求。我國從 2003 年起，在“ 863”項目的推動下， 開始了 FTTH 的應(yīng)用和推廣工作。迄今已經(jīng)在 30 多個城市建立了試驗網(wǎng) 和試商用網(wǎng)，包括居民用戶、企業(yè)用戶、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類 型，也包括運營商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運營商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房 地產(chǎn)開發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢頭良好。不 少城市制訂了 FT

9、TH 的技術(shù)標準和建設(shè)標準，有的城市還制 訂了相應(yīng)的優(yōu)惠政策，這些都為 FTTH 在我國的發(fā)展創(chuàng)造了 良好的條件。在 FTTH 應(yīng)用中，主要采用兩種技術(shù)，即點到點的 P2P 技術(shù)和點到多點的 xPON 技術(shù)，亦可稱為光纖有源接入技術(shù) 和光纖無源接入技術(shù)。P2P技術(shù)主要采用通常所說的 MC (媒 介轉(zhuǎn)換器)實現(xiàn)用戶和局端的直接連接，它可以為用戶提供 高帶寬的接入。目前，國內(nèi)的技術(shù)可以為用戶提供FE或GE的帶寬，對大中型企業(yè)用戶來說，是比較理想的接入方式。3 光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢近幾年來，隨著技術(shù)的進步，電信管理體制的改革以及 電信市場的逐步全面開放，光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)了蓬 勃發(fā)展的新局面

10、，以下在對光纖通信領(lǐng)域的主要發(fā)展熱點作 一簡述與展望。3.1 向超高速系統(tǒng)的發(fā)展從過去 2O 多年的電信發(fā)展史看，網(wǎng)絡(luò)容量的需求和傳 輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始 終按照電的時分復(fù)用( TDM )方式進行，每當傳輸速率提高4倍，傳輸每比特的成本大約下降 30%40% ;因而高比特 率系統(tǒng)的經(jīng)濟效益大致按指數(shù)規(guī)律增長，這就是為什么光纖 通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去 20 多年來一直在持續(xù)增加的根 本原因。目前商用系統(tǒng)已從 45Mbps增加到10Gbps，其速率 在 20 年時間里增加了 20O0 倍，比同期微電子技術(shù)的集成度 增加速度還快得多。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅增加了業(yè)務(wù)傳輸

11、容 量，而且也為各種各樣的新業(yè)務(wù)，特別是寬帶業(yè)務(wù)和多媒體 提供了實現(xiàn)的可能。目前 10Gbps 系統(tǒng)已開始大批量裝備網(wǎng) 絡(luò)，全世界安裝的終端和中繼器已超過 5000 個，主要在北 美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應(yīng)用。3.2 向超大容量 WDM 系統(tǒng)的演進 采用電的時分復(fù)用系統(tǒng)的擴容潛力已盡，然而光纖的 200nm 可用帶寬資源僅僅利用了不到1 % ， 99%的資源尚待發(fā)掘。如果將多個發(fā)送波長適當錯開的光源信號同時在一極光 纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分 復(fù)用（ WDM ）的基本思路。采用波分復(fù)用系統(tǒng)的主要好處 是：1）可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使容量可以迅

12、速擴大幾倍至上百倍;2）在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器，從而大大降低了傳輸成本;3）與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)，是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段;4）利用 WDM 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)可望實現(xiàn)未來透明的、 具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。鑒于上述應(yīng)用的巨大好處及近幾年來技術(shù)上的重大突 破和市場的驅(qū)動，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。預(yù)計不久實 用化系統(tǒng)的容量即可達到 1Tbps 的水平。3.3 實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng) 上述實用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸 容量，但基本上是以點到點通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和 可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現(xiàn)類似 SDH 在電 路上的分插功能和交叉連接功能的話，無

13、疑將增加新一層的 威力。根據(jù)這一基本思路，光的分插復(fù)用器（ OADM ）和光 的交叉連接設(shè)備（ OXC ）均已在實驗室研制成功，前者已投 入商用。實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是： 1）實現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)； 2） 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴展性，允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長； 3）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)性，達到靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的；4）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性，允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號；5）實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，恢復(fù)時間可達100ms。鑒于光聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢，發(fā)達國家投入了大量的人力、物力和 財力進行預(yù)研。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼 SDH 電聯(lián)網(wǎng)以后的又一 新的光通信發(fā)展高潮。3.4 新一代的光纖近幾年來隨著 IP 業(yè)務(wù)量的

14、爆炸式增長， 電信網(wǎng)正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構(gòu)筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎(chǔ)設(shè)施是下一代網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的G.652 單模光纖在適應(yīng)上述超高速長距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已 暴露出力不從心的態(tài)勢，開發(fā)新型光纖已成為開發(fā)下一代網(wǎng) 絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前，為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域 網(wǎng)的不同發(fā)展需要，已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖，即非零 色散光纖（ G.655 光纖）和無水吸收峰光纖（全波光纖） 。3.5 光接入網(wǎng) 過去幾年間，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化， 無論是交換，還是傳輸都已更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這 一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和 智能化的網(wǎng)絡(luò)。而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線 銅線主宰的（ 90以上）、原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技 術(shù)上的巨大反差說明接入網(wǎng)已確實成為制約全網(wǎng)進一步發(fā) 展的瓶頸。唯一能夠根本上徹底解決這一瓶頸問題的長遠技 術(shù)手段是光接入網(wǎng)。接入網(wǎng)中采用光接入網(wǎng)的主要目的是： 減少維護管理費用和故障率；開發(fā)新設(shè)備，增加新收入；配 合本地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少節(jié)點，擴大覆蓋；充分利用光 纖化所帶來的一系列好處；建設(shè)透明光網(wǎng)絡(luò)，迎接多媒體時 代。4 結(jié)束語21世紀以來， 光通信技術(shù)取得了長足的