光纤通信技术的现状及前景

光纤通信技术的现状及前景摘要：近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。关键词：光纤通信传输发展引言光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小；光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听；光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。自光纤通信问世以来，整个通信领域发生了革命性变化，它使高速率、大容量的通信成为可能。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点而备受业内人士的青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980～2000年2O年间增加了近10000倍，传输速度在过去的1O年中提高了约100倍。目前我国长途传输网的光纤化比例已超过80％，预计到2010年，全国光缆建设总长度将再增加约105km，并且将有11个大城市铺设10G以上的大容量光纤通信网络。1.光纤通信技术的现状光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。1.1波分复用技术波分复用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率或波长不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道。把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送人l根光纤进行传输。在接收端，再用1个波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在1根光纤中可实现多路光信号的复用传输。DWDM系统除了波长数和传输容量不断增加外，光传输距离也从约600km大幅扩展至2000km以上。1.2宽带放大器技术进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有掺饵氟化物光纤放大器、碲化物光纤放大器、控制掺饵光纤放大器与普通的EDFA组合、拉曼光纤放大器。1.3色散补偿技术对高速信道来说,在1550nm波段约18ps(mmokm)的色散将导致冲展宽而引起误码,限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10Gbit/s系统来说,色散限制仅仅为50km。因此,长距离传输中必须采用色散补偿技术。1.4孤子WDM传输技术超大容量传输系统中,色散是限制传输距离和容量的一个主要因素。在高速光纤通信系统中，使用孤子传输技术的好处是可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散,因而可以显著增加无中继传输距离。1.5光纤接入技术光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，不仅要有宽带的主干传输网络。用户接入部分更是关键，光纤接入网是高速信息进入千家万户的关键技术。在光纤宽带接人中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB，FTTC，FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。FTTH(光纤到户)是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光接入，因此可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接人的需求。我国从2003年起．在“863”项目的推动下，开始了FTTH的应用和推广工作。迄今已经在3O多个城市建立了试验网和试商用网，包括居民用户、企业用户、网吧等多种应用类型，也包括运营商主导、驻地网运营商主导、企业主导、房地产开发商主导和政府主导等多种模式，发展势头良好。很多城市制订了FTTH的技术标准和建设标准，有的城市还制订了相应的优惠政策，这些都为FTTH在我国的发展创造了良好的条件。在FTTH应用中，主要采用2种技术，即点到点的P2P技术和点到多点的xPON技术，也可以称为光纤有源接入技术和光纤无源接人技术。EPON意味着包括多种PON的技术，例如APON(也称为BPON)、EPON(具有GE能力的称为GEPON)以及GPON。APON出现最早，我国的“863”项目也成功研发出了APON，但是由于诸多原因，APON在我国基本上没有应用。目前用得较多的是EPON中的GEPON，我国的GEPON依然属于“863”计划的成果，而且得到广泛的应用，还出口到日本、独联体、欧洲、东南亚等一些海外国家和地区。由于GPON芯片开发比较晚，相对不是很成熟，戚本还偏高，所以起步较晚，但在我国已经开始有所应用。由于其效率高、提供TDM业务比较方便，有较好的QoS保证，所以很有发展前景。EPON和GPON各有优缺点，EPON更适合于居民用户的需求，而GPON更适合于企业用户的接入。2.光纤通信技术的发展趋势对光纤通信而言，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。2.1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1.6Tbifs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。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的要求，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通信系统的关键技术中。欧共体的RACE计划和美国正在执行的ARPA计划在发展宽带全光网中都部署了WDM和OTDM混合传输方式，以提高通信网络的带宽和容量。WDM／OTDM系统已成为未来高速、吠容量光纤通信系统的一种发展趋势，两者的适当结合应该是实现Tbit／s以上传输的最佳方式。实际上，最近大多数超过3Tbit／s的实验都采用了时分复用(TOM，OTDM，ETDM)和WDM相结合的传输方式。2.2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。在光孤子通信领域内，由于其具有高容量、长距离、误码率低、抗噪声能力强等优点，光孤子通信备受国内外的关注，并大力开展研究工作。美国和日本处于世界领先水平。美国贝尔实验室已经成功实现将激光脉冲信号传输5920km．还利用光纤环实现了5Gbit／s、传输15000km的单信道孤子通信系统和10Gbit／s、传输l1000km的双信道波分复用孤子通信系统；日本利用普通光缆线路成功地进行了超高20Tbit／s、远距离1000km的孤立波通信。日本电报电话公司推出了速率为10Gbit／s、传输12000kin的直通光孤子通信实验系统。我国光孤子通信技术的研究也取得了一定的成果，国家“863”研究项目成功地进行了OTDM光孤子通信关键技术的研究．实现了20Ghit／s、105km的传输。近年来，时域上的亮孤子、正色散区的暗孤子、空域上展开的三维光孤子等，由于它们完金由非线性效应决定，不需要任何静态介质波导而备受国内外研究员的重视。2.3光交换光交换是全光网的重要组成部分之一,可分为3种类型:空分光交换、时分光交换和波分光交换。传统的电交换中是对电信号进行交换处理,主要靠电子计算机和大规模集成电路,由于电子器件的工作速度、时延和载流子转换速率的限制,其极限处理速率为20Gbit/s,因此,电交换已不能满足高速率、大容量的光通信发展的需要。光交换特点是光交换机交换容量大、速度快(光电器件、光器件的开关速率和处理速度要比电子器件要高得多),对光信息直接进行交换,处理速度快,便于业务的扩展。光交换近几年已得到一定的发展和商用,随着通信技术的发展,许多新技术的采用,存在的难题将会逐步得到解决,它在未来光通信中将会占有重要位置。2.4全光网全光网通信是未来光纤通信技术的发展方向,所谓全光网是指光信息在网络进行传输与交换时，始终以光的形式存在，信息从源节点到目的点的传输过程全部在光域内完成。全光网络由光传输线路和光交换系统、选路的光节点组成，容量和光节点交换的处理能力非常强。不同类型的光信号可以直接接入光交换进行快速处理,边缘网络中的节点或节点系统中通过光通道与网络直接连接。光节点不进行按信元或按数据包的电子处理，因而具有很大的吞吐量和快速处理能力,可大大降低传输延迟。光网络具有光通道的保护能力,以保证网络传输的可靠性。2.5智能光联网技术以ASON为代表的智能化光网络是新一代光网络,它代表了光通信的发展方向。通过研究智能光联网技术,可以解决未来互联网在光层上的动态、灵活、高效的组网问题。在具体研究过程中将重点研究ASON,掌握核心技术,研制节点设备,提出相关规范,完成系统及组网实验。尤其是对ASON的控制平面、传送平面和管理平面技术进行深入研究,攻克多粒度光交换、动态波长选路与连接类型、接口单元(NNI、UNI)、业务适配与接入、自动资源发现、控制协议、接口与信令、链路监控与管理、组网与生存性核心功能软件与网络管理系统等关键技术,同时在测试技术方面,研究ASON的总体技术要求、性能评估方法和相应的测试方法,完成包括光接口、光节点、光网络等不同层面的功能测试、性能测试、协议测试和联网测试等。3.结束语光纤通信现已成为一种最主要的信息传输技术。迄今尚未发现可以取代它的更好的技术。即使是在全球通信行业处于低迷的时期，光纤通信的发展也从未停滞过，就我国而言，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。总之,日渐成熟的光纤通信技术已经和正在为信息的扩容和IP网络的发展起着巨大的推动作用,而21世纪的光纤通信技术必将迎来一个飞速发展的新高潮,向着高速率、大容量、性能价格比合理的全光网络发展。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。通过学习现代通信技术课程，得以完成此文，在此感谢老师本学期的悉心教导。参考文献《现代通信技术》纪越峰等北京邮电大学出版社《光纤通信》原荣电子工业出版社《光纤通信的发展现状和未来》王磊，裴丽中国科技信息《长途超大容量DWDM光通信技术及发展》王加莹光通信技术《下一代网络及其新技术》彭承柱，彭明宇广播电视信息