1、光纤通信的发展现状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，已成为现代通信的主要支柱之一。虽然现在光纤通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纤通信能实际应用到人类传输信息中并不是一帆风顺的，其发展中经历了很多技术难关，解决了这些技术难题，光纤通信才能进一步发展。光作为自然资源，有着自己得天独厚的优势。光无处不在，这句话毫不夸张。在人类发展的早期，人类已经开始使用光传递信息了，这样的例子有很多。光自身固有的优点注定了它在人类历史上将充当不可忽略的角色，随着人类技术的发展，其应用越来越广泛，优点也越来越突出。打手势是一种目视形式的光通信，在黑暗中不能进行。白天太阳
2、充当这个传输系统的光源，太阳辐射携带发送者的信息传送给接收者，手的动作调制光波，人的眼睛充当检测器。另外，3000 多年前就有的烽火台，直到目前仍然使用的信号灯、旗语等都可以看作是原始形式的光通信。望远镜的出现则又极大地延长了这类目视形式的光通信的距离。这类光通信方式有一个显著的缺点，就是它们能够传输的容量极其有限。近代历史上，早在 1880 年，美国的贝尔（Bell）发明了“ 光电话”。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流
3、传送到受话器。光电话并未能在人类生活中得到实际的使用，这主要是因为当时没有合适的光源和传输介质。其所利用的自然光为非相干光，方向性不好，不易调制和传输；而以空气作为传输介质，损耗会很大，无法实现远距离传输光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是将要传送的图像、数据等信号调制到光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式。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。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外, 在应用中, 光纤常按用途进行分类, 可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种, 而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡
4、等功能的光纤, 并常以某种功能器件的形式出现。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、传输质量佳；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；无辐射, 难于窃听；光缆适应性强, 寿命长。作为载波的光波频率比电波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。将优点突出的光纤通信真正应用到人类生活中去，和很多技术一样，都经历着一个发展的过程。 光纤通信技术的几种关键技术分为-波分复用技术。波分复用 WDM(Wavelength
5、Division Multiplexing) 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入一根光纤进行传输。在接收端, 再由一波分复用器( 分波器) 将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。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 ) , 从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。自从上个世纪末, 波分复用技术出现以来, 由于它能极大地提高光纤传输系统的传输容量, 迅速得到了广泛
6、的应用。2. 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, 光纤接入是网高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中, 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。光纤通信技术发展的现状-1市场需求的培育发展和产业链的形成尚需时日。FTTH 除了提供高带宽外, 更重要的是运营商能提供什么具体服务内容让用户需求更高的带宽, 使得在既有宽带接入技术无法满足之下,推动用户走向光纤到户。然而用户上网经常使用的服务为看新闻, 搜寻
7、引擎,电子信箱,这些服务所需之带宽小 ,而高带宽服务如视频会议、 VOD、多媒体娱乐使用之比例则偏低。因此,在 ADSL 已可满足现有带宽使用量的市场环境下,高带宽服务的需求引导和普及情况还需要时间。2.技术和成本瓶颈。首先从技术层面来讲, 目前广泛采用的 ADSL 技术提供宽带业务有一定的优势,与 FTTH 相比,价格便宜 ,利用原有铜线网使工程建设简单,是 FTTH 目前推广的主要竞争对手。从全球范围看, 在宽带用户中,66%的用户采用 xDSL,在中国这个比例更是高达 90%。作为宽带接入理想方式的 FTTH, 一直没有得到大规模发展的最主要原因就是光纤接入的成本依然比较高。3政策和法规
8、相对滞后, 各项标准还没有出台。目前我国推广光纤到户的发展基本处于各自为战的状态, 各个地方政府政策各不相同, 零星破碎, 有的地方根本还没有鼓励优惠政策。总之, 政府缺少一个宏观的引导和完善的产业政策。此外, 有关因特网相关的版权法规也有很多工作要做。虽然国际电信联盟和美国等相继出版了关于 FTTH 的各项标准,但是我们如何结合本国实际情况, 制定 FTTH 的技术规范和建设标准仍有待努力,这些都是至于我国 FTTH 走向商用的制约因素。我国光纤通信发展的出路-1.完善各项技术标准和政府政策法规。标准化工作对 FTTH 产业发展和降低初装成本和维护成本有直接的影响。接入系统与国情密切有关,在
9、积极参与国际标准化工作同时应加强开发适合我国国情的 FTTH 系统标准。政府应积极出台相应法规,旨在打破电信业务垄断和消除行业壁垒。光纤传输容量几乎是无限的,FTTH 为用户提供综合业务接入不仅是技术上的需要也是提高其投资效益的必经之 FTTH 接入技术推广普及的迫切需要。2.根据目前网民上网主要集中看新闻, 搜索引擎,电子邮件的使用,这就需要我们设法引导他们转向需要更宽带宽要求的 VOD, 远程诊疗, 视频会议等服务和应用。众所周知,目前FTTH 的设备价格还非常高昂 ,往往一线售价 1000 美元以上。目前,在国内不少城市, 由于激烈的市场竞争,ADSL 和基于 5 类线的 LAN 宽带接
10、入使用费逐年下降,基于这种宽带接入服务的资费水平根本无法支撑 FTTH 网络建设和运营, 其投资效益可想而知,这是我国电信运营商普遍缺乏热情推广 FTTH 的最根本原因。可见, 在我国推广 FTTH 应用, 除开发低成本的 FTTH 接入技术与设备外 ,还应该把市场推广的突破口选择在如别墅区、高档住宅区和高级写字楼(FTTO)等目标市场。因为 , 现有宽带接入技术很难满足这类目标市场对宽带接入远距离、高带宽、专线接入的要求,同时这些用户对宽带接入具有较高的消费能力, 运营商可以根据 FTTH 能提供高带宽、专线接入优质服务特点适当提高宽带接入月使用费,提高FTTH 接入网络投资效益。3.FTT
11、H 业务提供应循序渐进,选择适合我国 FTTH 展的技术。目前全球 500 万线的FTTH 用户中 ,90%以上的 FTTH 接入网络只提供 Internet 宽带接入业务, 因为 FTTH 提供传统固定电话成本远远高于现有固定电话技术成本,追求 FTTH 全业务接入(同时支持宽带上网、有线电视 CATV 接入和传统固定电话接入 ,即所为三网合一 )在我国还存在行业壁垒, 即电信运营商不允许经营 CATV 业务, 反之 CATV 运营商不许经营传统电信业务 (如电话), 而且这一现状在未来相当一段时间内无法改变,因此单一运营商无法在 FTTH 接入网络提供三网合一业务。虽然,在接入网上,光纤替
12、代各种铜质缆线是必然趋势,但一夜之间光纤就彻底替代铜质缆线, 所有业务都通过光纤接入是不现实的,也是无法想象的。在推进 FTTH 过程中, 我们必须照顾到传统固网运营商的利益,也要考虑现有的金属线资源 ,实现平缓过渡。光纤通信技术的发展方向全光网络技术-随着光纤通信的飞速发展，光纤通信有向全光网发展的趋势所谓全光网，是指从源节点到终端用户节点之间的数据传输与交换的整个过程均在光域内进行，即端到端的完全的光路，中间没有电信号的介入。全光网的结构示意如图所示。 全光网的结构示意图全光网的优点- 基于波分复用的全光通信网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。它具备如下以往通信网和现行光通信系
13、统所不具备的优点： （1）省掉了大量电子器件。全光网中光信号的流动不再有光电转换的障碍，克服了途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，省掉了大量电子器件，大大提高了传输速率。 （2）提供多种协议的业务。全光网采用波分复用技术，以波长选择路由，可方便地提供多种协议的业务。 （3）组网灵活性高。全光网组网极具灵活性，在任何节点可以抽出或加入某个波长。 （4）可靠性高。由于沿途没有变换和存储，全光网中许多光器件都是无源的，因而可靠性高。 全光网中的关键技术- 光交换技术 -光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路交换又可分成 3 种类型，即空分（SD）、时分（TD）和波分频分（WDFD
14、）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。 光交叉连接（OXC）技术 -OXC 是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护恢复以及自动配线和监控的重要手段。OXC 主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元等模块组成。为增加 OXC 的可靠性，每个模块都具有主用和备用的冗余结构，OXC 自动进行主备倒换。输入输出接口直接与光纤链路相连，分别对
15、输入输出信号进行适配、放大。管理控制单元通过编程对光交叉连接矩阵、输入输出接口模块进行监测和控制、光交叉连接矩阵是 OXC 的核心，它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠，并且要具有单向、双向和广播形式的功能。OXC 也有空分、时分和波分 3 种类型。 光分插复用-在波分复用（WDM）光网络领域，人们的兴趣越来越集中到光分插复用器上。这些设备在光波长领域内具有传统 SDH 分插复用器（SDH ADM）在时域内的功能。特别是 OADM 可以从一个 WDM 光束中分出一个信道（分出功能），并且一般是以相同波长往光载波上插入新的信息（插入功能）。对于 OADM，在分出口和插入口之间以及输入口和输出口之间
16、必须有很高的隔离度，以最大限度地减少同波长干涉效应，否则将严重影响传输性能。已经提出了实现 OADM 的几种技术：WDM DE-MUX 和 MUX 的组合；光循环器或在 Mach-Zehnder 结构中的光纤光栅；用集成光学技术实现的串联 Mach-Zehnder 结构中的干涉滤波器。前两种方式使隔离度达到最高，但需要昂贵的设备如 WDM MUXDE MUX 或光循环器。Mach-Zehnder 结构（用光纤光栅或光集成技术）还在开发之中，并需要进一步改进以达到所要求的隔离度。上面几种 OADM 都被设计成以固定的波长工作。 光放大技术-光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一，也是密集波分复
17、用（DWDM）系统发展的关键要素。DWDM 系统的传统基础是掺饵光纤放大器（EDFA）。光纤在 1550nm 窗口有一较宽的低损耗带宽，可以容纳 DWDM 的光信号同时在一根光纤上传输。采用这种放大器的多路传输系统可以扩展，经济合理。EDFA 出现以后，迅速取代了电的信号再生放大器，大大简化了整个光传输网。但随着系统带宽需求的不断上升，EDFA 也开始显示出它的局限性。由于可用的带宽只有 30nm，同时又希望传输尽可能多的信道，故每个信道间的距离非常小，一般只有 O.81.6nm，这很容易造成相邻信道间的串话。因此，实际上EDFA 的带宽限制了 DWDM 系统的容量。最近研究表明，1590nm
18、 宽波段光纤放大器能够把 DWDM 系统的工作窗口扩展到 1600nm 以上。贝尔实验室和 NH 的研究化硅和饵的双波段光纤放大器。它由两个单独的子带放大器组成：传统 1550nm EDFA（1530nm1560nm）；1590nm 的扩展波段光纤放大器 EBFA。EBFA 和 EDFA的结合使用，可使 DWDM 系统的带宽增加一倍以上（75nm），为信道提供更大的空间，从而减少甚至消除了串话。因此，1590nm EBFA 对满足不断增长的高容量光纤系统的需求迈出了重要的一步。 全光网络面临的挑战- （1）网络管理。除了基本的功能外，核心光网络的网络管理应包括光层波长路由管理、端到端性能监控、
19、保护与恢复、疏导和资源分配策略管理。 （ 2）互连和互操作。 ITU 和光互连网论坛（OIF）正致力于互操作和互连的研究，已取得了一些进展。ITU 的研究集中在开发光层内实现互操作的标准。OIF 则更多的关注光层和网络其他层之间的互操作，集中进行客户层和光层之间接口定义的开发。 （3）光性能监视和测试。目前光层的性能监视和性能管理大部分还没有标准定义，但正在开发之中。 全光网是通信网发展的目标，分两个阶段完成。第一个阶段为全光传送网，即在点对点光纤传输系统中，全程不需要任何光电转换。长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与收端间点对点全光传输。第二个阶段为完整的全光网。在完成上述用户间全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交换以及多路复用分用、进网出网等功能都要由光子技术完成。完成端到瑞的光传输、交换和处理等功能，这是全光网发展的第二阶段，即完整的全光网。-张昊磊
