什么是光通信？它的優(yōu)勢(shì)及設(shè)備有哪些？

光通信分為有線光通信和無線光通信兩種，其中有線光通信即光纖通信，而無線光通信是一種將光通信技術(shù)和無線通信技術(shù)相結(jié)合的寬帶無線傳輸與接入技術(shù)，它以光波作為載波，以大氣、水或外層空間為信道進(jìn)行信息傳遞，又稱為自由空間光通信FSO(Free Space Optical Communication)。FSO系統(tǒng)主要是由發(fā)射系統(tǒng)、信道與接收系統(tǒng)構(gòu)成。

無線光通信的終端是由激光器、光放大器、光學(xué)收發(fā)天線、探測(cè)器、調(diào)制\解調(diào)器、編碼\解碼器和APT子系統(tǒng)等組成。通常情況下，無線光通信采用LED或激光作為發(fā)射器，利用光電器件接收信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在接受端完成數(shù)據(jù)解碼。無線光通信系統(tǒng)由發(fā)射器和接收器兩部分組成。發(fā)射器通常使用LED或激光二極管來產(chǎn)生光信號(hào)，并通過光學(xué)透鏡將其聚焦到一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，形成所謂的光“載體”(optical carrier)。信息信號(hào)通過調(diào)制光負(fù)載從而被傳輸?shù)浇邮斩?。在接收端，光信?hào)被光檢測(cè)器接收，并轉(zhuǎn)換成與發(fā)送端信號(hào)相同的電信號(hào)。數(shù)據(jù)解碼后就可以得到原始信息。無線光通信終端是無線光通信系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換和光/電轉(zhuǎn)換，以及數(shù)據(jù)的編碼和解碼等功能。

無線光通信的傳輸速率受到多種因素的影響，如激光器的調(diào)制速率、大氣衰減、天氣條件等。目前，一些先進(jìn)的無線光通信系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)Gbps級(jí)別的傳輸速率。例如，日本的NTT公司在2019年展示了一種基于1550nm波長的無線光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)在晴朗的天氣條件下可以實(shí)現(xiàn)10Gbps的傳輸速率，而在多云的天氣條件下也可以實(shí)現(xiàn)2Gbps的傳輸速率。此外，美國的一家公司也在2020年展示了一種基于紅外波段的無線光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)10Gbps的傳輸速率，并且可以在霧霾、雨雪等惡劣天氣條件下正常工作。

一、什么是光通信?

光通信是利用光信號(hào)進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｋ且环N高速、大容量、低損耗、抗干擾能力強(qiáng)的通信方式，已成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。在光通信中，光源將信息轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過光纖進(jìn)行傳輸，接收端再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行解碼。光通信廣泛應(yīng)用于電信、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療、廣電等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光通信的傳輸速率和容量不斷提高，為人們的生活和工作帶來更多的方便。

光通信的優(yōu)點(diǎn)：

(1)通信容量巨大

理論上，一根光纖可以同時(shí)傳輸100億個(gè)話路，目前同時(shí)傳輸50萬個(gè)話路的試驗(yàn)已經(jīng)成功，比傳統(tǒng)同軸電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬倍。

(2)中繼距離長

光纖具有極低的衰耗系數(shù)，配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送、光接收設(shè)備、光放大器、前向糾錯(cuò)等技術(shù)，可使其中繼距離達(dá)數(shù)千公里以上，而傳統(tǒng)電纜只能傳送1.5km，微波50km，根本無法與之相比。

(3)適應(yīng)力強(qiáng)

具有不怕外界強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

(4)保密性能好

(5)體積小、重量輕

光通信缺點(diǎn)：

(1)光纖結(jié)構(gòu)較為脆弱，機(jī)械強(qiáng)度差，需要保護(hù)

(2)光纖的切斷和連接操作技術(shù)要求高

(3)分路、耦合操作較為繁瑣

二、光通信的發(fā)展歷史

20世紀(jì)60年代，光通信開始發(fā)展，并且在未來幾十年中得到了迅速發(fā)展。以下是光通信的關(guān)鍵歷史節(jié)點(diǎn)：

1960年代，光通信的發(fā)展始于1960年代，最初是通過空氣中的激光束進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。

1970年代初期，光通信開始用于長距離的電話通信，但光纖材料的制造和光源技術(shù)的進(jìn)步仍然是主要難點(diǎn)。

1980年代，光通信進(jìn)入了高速發(fā)展期。隨著光纖材料的制造和光源技術(shù)的不斷改進(jìn)，光通信的傳輸速率和傳輸距離都得到了顯著提高。

1990年代，光通信技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起到了重要作用。1997年，全球光通信市場(chǎng)價(jià)值超過100億美元。

2000年代，光通信技術(shù)進(jìn)一步提高了傳輸速率和傳輸距離，如Wavelength Division Multiplexing(WDM)技術(shù)，可以在一根光纖上同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光信號(hào)，大大提高了光纖的傳輸容量和效率。

2010年代，光通信技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域不可或缺的一部分，廣泛應(yīng)用于電話、寬帶、移動(dòng)通信等領(lǐng)域。同時(shí)，光通信技術(shù)也開始應(yīng)用于智能家居、智能交通、智能家居等領(lǐng)域。

三、光通信的原理

光通信利用光的傳輸特性，將信息轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過光纖進(jìn)行傳輸，然后再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行解碼。光通信的主要設(shè)備包括光源、光纖、光接收器等組成。光源可以是激光器或發(fā)光二極管等，通過電信號(hào)控制光源的開關(guān)和光的強(qiáng)度，產(chǎn)生光脈沖信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_(dá)接收端，經(jīng)過光接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

四、光通信應(yīng)用場(chǎng)景

電信領(lǐng)域：光通信技術(shù)已經(jīng)成為電信領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于電話、寬帶、移動(dòng)通信等領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心需要高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，光通信技術(shù)可以滿足這一需求，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和容量。

醫(yī)療領(lǐng)域：光通信技術(shù)可以用于醫(yī)療診斷和治療，如光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)可以用于眼科、皮膚科等領(lǐng)域的診斷。

光通信(OpTIcal CommunicaTIon)是以光波為載波的通信方式。增加光路帶寬的方法有兩種：一是提高光纖的單信道傳輸速率;二是增加單光纖中傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)，即波分復(fù)用技術(shù)(WDM)。

未來傳輸網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)，是構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)，即在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)完全實(shí)現(xiàn)“光纖傳輸代替銅線傳輸”。骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了全光化，部分網(wǎng)絡(luò)發(fā)展較快的區(qū)域，也實(shí)現(xiàn)了部分的接入層的光進(jìn)銅退。

光通信就是使用光，向?qū)Ψ絺鬏斝畔⒌募夹g(shù)。

光通信的基本結(jié)構(gòu)

我們身邊的電腦和手機(jī)，通過電信號(hào)“0和1”發(fā)送信息。光通信是由將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的“發(fā)送機(jī)”、將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的“接收機(jī)”，以及傳輸光的回路“光纖”也就是由光源、光纖傳輸、光接收構(gòu)成。

1. 光源：光通信系統(tǒng)中的光源通常使用激光器。激光器產(chǎn)生的單色、相干、狹譜特性的光束能夠在光纖中傳輸較長距離而不會(huì)明顯衰減。

2. 光纖傳輸：光纖是用來傳輸光信號(hào)的介質(zhì)。它由一個(gè)或多個(gè)細(xì)長的玻璃或塑料纖維組成，可以將光信號(hào)以全內(nèi)反射的方式沿著纖芯傳輸。光纖具有高帶寬、低損耗、抗電磁干擾等特點(diǎn)，適合長距離傳輸和高速通信。

3. 光接收：光接收器負(fù)責(zé)將傳輸過來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便被接收設(shè)備處理。光接收器通常包含光探測(cè)器和前置放大器等元件，能夠高效地將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

光通信的優(yōu)點(diǎn)

1. 高帶寬：相比傳統(tǒng)的銅纜傳輸，光纖具有更高的帶寬，可以支持大量數(shù)據(jù)的傳輸，滿足日益增長的通信需求。

2. 低損耗：光在光纖中的傳輸損耗較小，能夠?qū)崿F(xiàn)長距離的傳輸。相比之下，銅纜傳輸會(huì)受到電阻、導(dǎo)線長度等因素的影響而引起信號(hào)衰減。

3. 抗干擾性強(qiáng)：光信號(hào)在光纖中傳輸不容易受到電磁干擾的影響，相對(duì)于銅纜傳輸，在高密度電子設(shè)備和電磁噪聲環(huán)境下具有更好的抗干擾性。

4. 安全性高：光信號(hào)在傳輸過程中很難被竊聽，使得光通信具有較高的安全性，適用于一些對(duì)通信保密性要求較高的場(chǎng)景。

5. 小尺寸、輕重量：光纖的體積小、重量輕，便于安裝和維護(hù)，特別適用于需要布置較多設(shè)備的場(chǎng)合。

6. 長壽命：光纖材料的壽命較長，使用壽命可達(dá)數(shù)十年以上，減少了設(shè)備更換和維護(hù)的成本。