关于光纤通信工程技术发展及应用的探讨

摘要：光纤通信是推动整个通信网络发展的基本动力之一，光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式，是现代通信网的主要传输手段，本文简述了光纤通信的发展历史及其优点，介绍了光纤的结构与导光原理、光纤通信在各个方面的应用以及其发展趋势。

关键词：光纤；光纤通信；通信技术；通信网络

Abstract: the optical fiber communication is one of the basic power to promote the development of the whole communication network, optical fiber communication is the use of light waves in optical fiber transmission of information communication mode, is the modern communication network of the major means of transmission, this paper briefly describes the development history and its advantages of optical fiber communication, introduces the structure and principle of light transmission of optical fiber, optical fiber communication in all aspects of application and its development trend.

Key words: optical fiber; Optical fiber communication; Communication technology; Communication network

中图分类号：[TN913.7]文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

引言

光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命，光纤通信技术发展所涉及的范围，无论从影响力度还是影响广度来说都已经远远超越其本身，并对整个电信网和信息业产生深远的影响。

1.光纤通信技术概述及应用领域

1.1光纤通信技术概述

光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤通信的原理是在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去。在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

光纤通信之所以发展迅猛，主要缘于它具有以下特点：通信容量大、传输距离远；信号串扰小、保密性能好；抗电磁干扰、传输质量好；光纤尺寸小、重量轻、便于敷设和运输；材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜；无辐射,难于窃听；光缆适应性强，寿命长。

1.2光纤通信技术的应用领域

光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网（如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。

它适合于光纤模拟通信系统中，而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理，而电信号反处理则是发端处理的逆过程，即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化，即脉冲编码调制（PCM）和线路码型编码处理等，而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信，电信号处理主要包括对信号进行放大，和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。

2.光纤通信的发展过程

光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。

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。

光纤通信与以往的电气通信相比，主要区别在于有很多优点：它传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，可在特殊环境或军事上使用。

3.光纤通信工程技术的发展应用

近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面，以下对光纤通信工程技术的发展应用做简要探讨。

3.1 波分复用技术

波分复用技术（WDM）是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。

近年来波分复用系统发展迅速，目前1.6Tbit/s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。

仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅度提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统中。

3.2光孤子通信

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。

3.3全光网络

信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在即为全光网络。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以PDH、SDH、ATM等各种传送方式均可使用，提高了网络资源的利用率。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，交换机对用户信息的处理不在按比特进行，而是根据其波长来决定路由。

但是全光网络中没有路由协议这类东西。目前，光网络设备运行在点到点或环路拓扑结构中。点到点是指，光脉冲要么由设备A传送到设备B，要么不传送。如果电缆出现中断，点到点方式没有后备连接。像SONET的自动保护交换这样的环路技术提供了略好一些的冗余性，一旦电缆出现中断，环路可以绕过去。而任何更复杂的拓扑结构都需要路由技术。 路由决策属于光网络的边缘，只要全光网络很小并且简单。如果交换机制造商真正想增加销售量，他们就需要在他们的设备中提供更多的智能。全光网络的另一主要障碍是找到一种缓冲光的方式。没有一种光设备可以像电子设备缓冲数据包那样减缓光的传播速度或存储光。无法缓冲光使得全光网络设备在任何存在拥塞的环境中不具有实用性。目前，全光网络发展仍处于初期阶段，但它显示出良好的发展前景。无法缓冲光的情况可能会改变。但目前还面临较大的困难，还需不懈坚持研究才能投入实际应用。

3.4新一代的光纤

近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤(G.655光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。

3.5光接入网

过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90％以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是：减少维护管理费用和故障率：开发新设备，增加新收入；配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处：建设透明光网络，迎接多媒体时代。

结论

从现代通信的发展趋势来看,光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。光纤通信相关的技术发展日新月异，而这一次发展高潮涉及的范围更广，影响人们日常生活、工作、娱乐等各个方面，真正使通信与信息产业成为推动社会进步与经济发展的强大动力。

参考文献

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[2]孙鹤川．对通信建设工程的质量控制探讨．内蒙古科技与经济，2005(9).

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