光纖通信技術應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

一、光纖通信的概況
　　
　　1966年，美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表論文，預見了低損耗的光纖能夠用于通信，敲開了光纖通信的大門，引起了人們的重視。1970年，美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB／km的光纖，光纖通信時代由此開始。光纖通信是以很高頻率(1014Hz數(shù)量級)的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質的通信。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點，備受業(yè)內人士青睞，發(fā)展非常迅速。光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量從1980年到2000年增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。
　　光纖通信的發(fā)展依賴于光纖通信技術的進步。目前，光纖通信技術已有了長足的發(fā)展，新技術也不斷涌現(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用范圍。
　　
二、光纖通信技術發(fā)展的現(xiàn)狀
　　
　　(一)波分復用技術。波分復用技術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)多路光信號的復用傳輸。
　　(二)光纖接入技術。光纖接入網是信息高速公路的“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絡，用戶接入部分更是關鍵，光纖接入網是高速信息流進千家萬戶的關鍵技術。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應用，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。目前，國內的技術可以為用戶提供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。
　　
三、光纖通信技術的發(fā)展趨勢
　　
　　近幾年來，隨著技術的進步，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，以下在對光纖通信領域的主要發(fā)展熱點作一簡述與展望。

　　(一)向超高速系統(tǒng)的發(fā)展。從過去20多年的電信發(fā)展史看，網絡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2000倍，比同期微電子技術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)務傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務，特別是寬帶業(yè)務和多媒體提供了實現(xiàn)的可能。
　　(二)向超大容量WDM系統(tǒng)的演進。采用電的時分復用系統(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，這就是波分復用(WDM)的基本思路。采用波分復用系統(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．與信號速率及電調制方式無關，是引入寬帶新業(yè)務的方便手段；4．利用WDM網絡實現(xiàn)網絡交換和恢復可望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網。
　　(三)實現(xiàn)光聯(lián)網。上述實用化的波分復用系統(tǒng)技術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，無疑將增加新一層的威力。根據這一基本思路，光的分插復用器(OADM)和光的交叉連接設備(OXC)均已在實驗室研制成功，前者已投入商用。實現(xiàn)光聯(lián)網的基本目的是：1．實現(xiàn)超大容量光網絡；2．實現(xiàn)網絡擴展性，允許網絡的節(jié)點數(shù)和業(yè)務量的不斷增長；3．實現(xiàn)網絡可重構性，達到靈活重組網絡的目的；4．實現(xiàn)網絡的透明性，允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號；5．實現(xiàn)快速網絡恢復，恢復時間可達100ms。鑒于光聯(lián)網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、物力和財力進行預研。光聯(lián)網已經成為繼SDH電聯(lián)網以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。
　　(四)新一代的光纖。近幾年來隨著IP業(yè)務量的爆炸式增長，電信網正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網絡的物理基礎。傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網絡的發(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)下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前，為了適應干線網和城域網的不同發(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)。
　　(五)光接入網。過去幾年間，網絡的核心部分發(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，網絡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絡。而另一方面，現(xiàn)存的接入網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)。兩者在技術上的巨大反差說明接入網已確實成為制約全網進一步發(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手段是光接入網。接入網中采用光接入網的主要目的是：減少維護管理費用和故障率：開發(fā)新設備，增加新收入；配合本地網絡結構的調整，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：建設透明光網絡，迎接多媒體時代。