浅谈光纤通信的发展与展望

摘要:光纤通信一直是推动整个通信网络发展的基本动力之一,是现代电信网络的基础。本文对光纤通信的发展趋势作一简述与展望,包括光纤通信、光交换、PON技术、光孤子通信、光波分复用(WDM)技术。光纤通信因其具有的损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点,备受业内人士青睐,发展非常迅速。目前,光纤光缆已经进入了有线通信的各个领域,包括邮电通信、广播通信、电力通信、石油通信和军用通信等领域。

关键词:光纤通信发展 光交换 PON 光孤子 WDN

中图分类号:TN92 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0015-02

光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息,而以光纤作为传输介质实现信息传输,达到通信目的的一种最新通信技术。通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程,光频作为载频已达通信载波的上限,因为光是一种频率极高的电磁波,因此用光作为载波进行通信容量极大,是过去通信方式的千百倍,具有极大的吸引力,光通信是人们早就追求的目标,也是通信发展的必然方向。

1 光纤通信发展状况

对光纤通信而言,超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标,而全光网络也是人们不懈追求的梦想。超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量,在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛,目前1.6Tbit/的WDM系统已经大量商用,同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术,与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同,OTDM技术是通过提高单信道速率来提高传输容量,其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。

2 光孤子通信

光纤损耗和色散是限制常规线性光纤通信传输容量和距离的主要原因。随着光纤制作技术的不断发展和完善,其已经接近理论极限,光纤色散就成为了光纤通信发展的瓶颈。人们花了上百年时间探讨,发现由光纤非线性效应所产生的光孤子可以抵消光纤色散的作用,利用光孤子进行通信,可以很好解决这个问题,从而形成了新一代光纤通信系统,也是21世纪最有发展前途的通信方式。光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲,由于它在光纤的反常色散区,群速度色散和非线性效应相互平衡,因而经过光纤长距离传输后,波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信,在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。

光孤子技术未来的前景是:在传输速度方面采用超长距离的高速通信,时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上;在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE,光学滤波使传输距离提高到100000km以上;在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题,但目前已取得的突破性进展使人们相信,光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中,尤其在海底光通信系统中,有着光明的发展前景。

3 全光网络

传统的光网络实现了节点间的全光化,但在网络结点处仍用电器件,限制了通信网干线总容量的提高,因此真正的全光网络成为非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点,节点之间也是全光化,信息始终以光的形式进行传输与交换,交换机按用户信息的波长来决定路由。全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性,并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率,网络结构简单,组网非常灵活,可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。当然全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术,它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合。目前全光网络的发展仍处于初期阶段,但已显示出良好的发展前景。从发展趋势上看,形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层,建立纯粹的全光网络,消除电光瓶颈已成未来光通信发展的必然趋势,更是未来信息网络的核心,也是通信技术发展的最高级别,更是理想级别。未来的高速通信网将是全光网。目前,全光网络的发展仍处于初期阶段,但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看,形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层,建立纯粹的全光网络,消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势,更是未来信息网络的核心,也是通信技术发展的最高级别,更是理想级别。

4 光交换

光交换是指光纤传送的光信号直接进行交换。长期以来,实现高速全光网一直受交换问题的困扰。因为传统的交换技术需要将数据转换成电信号才能进行交换,然后再转换成光信号进行传输,这些光电转换设备体积过于庞大,并且价格昂贵。而光交换完全克服了这些问题。因此,光交换技术必然是未来通信网交换技术的发展方向。它能够保证网络的可靠性,并能提供灵活的信号路由平台,还可以克服纯电子交换形成的容量瓶颈,省去光电转换的笨重庞大的设备,进而大大节省建网和网络升级的成本。若采用全光网技术,将使网络的运行费用节省70%,设备费用节省90%。所以说光交换技术代表着人们对光通信技术发展的一种希望。现在全世界各国都正在积极研究开发全光网络产品,其中关键产品便是光变换技术的产品。目前市场上的光交换机大多数是光电和光机械的,随着光交换技术的发展和成熟,基于热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机将会研究和开发出来。

5 光波分复用技术(WDM)

光波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术是在一根光纤中同时同时多个波长的光载波信号,而每个光载波可以通过FDM或TDM方式,各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用),并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输,在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开(解复用),并作进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端。在整个WDM系统中,光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件,其性能的优劣对系统的传输质量具有决定性作用。将不同光源波长的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为复用器;反之,将同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件称为解复用器。从原理上说,该器件是互易(双向可逆)的,即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用,就是复用器。光波分复用器性能指标主要有接入损耗和串扰,要求损耗及频偏要小,接入损耗要小于1.0～2.5db,信道间的串扰小,隔离度大,不同波长信号间影响小。

6 光纤接入技术

光纤接入网技术是信息传输技术的一个崭新的尝试,它实现了普遍意义上的高速化信息传输,满足了广大民众对信息传输速度的要求,主要由宽带的主干传输网络和用户接入两部分组成。其中后者起着更为关键的作用,即FTTH(意思是光纤到户),作为光纤宽带接入的最后环节,负责完成全光接入的重要任务,基于光纤宽带的相关特性,为通信接收端的用户提供了所需的不受限制的带宽资源。随着通信业务量的增加,业务种类更加丰富。人们不仅需要语音业务,而且高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已得到用户青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络,用户接人部分更是关键。传统的接入方式已经满足不了需求,只有带宽能力强的光纤接人才能将瓶颈打开,核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。

7 结语

光通信技术作为信息技术的重要支撑平台。它的演变和发展结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局,也将对下一世纪的社会经济发展产生巨大影响。在未来信息社会中将起到重要作用,虽然经历了全球光通信的“冬天”,但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。依照我国现行的通信技术领域的发展模式,光纤通信技术的应用必会代替一切其他的信息传送方式,而成为未来通信领域发展的主流技术,带领人类进入全光时代!

参考文献

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