光纖通信技術應用與發(fā)展

張 珺

（中國鐵通通化分公司，吉林 通化 134002）

1 引言

1970年，美國康寧公司生產(chǎn)出了每公里衰減20 dB的光導纖維（簡稱光纖），同年美國貝爾實驗室實現(xiàn)了GaAlAs半導體激光器室溫下的連續(xù)工作。由于這兩項重要科研成果的問世，揭開了光纖通信的序幕，并在以后的20多年里以極其驚人的速度向前發(fā)展，目前已遍及全球。光纖通信技術從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。

2 光纖通信的歷史和現(xiàn)狀

2.1 光纖通信的發(fā)展歷史

回顧光纖通信的發(fā)展歷史，已經(jīng)歷了數(shù)代的變更。

2.1.1 第一代光纖通信系統(tǒng)

1973年－1976年，采用短波長（0.85 μm）多模光纖，其傳輸速率為50－100 Mb/s，中繼距離為10 km。

2.1.2 第二代光纖通信系統(tǒng)

1976年－1982年，采用長波長（1.3 μm）多模和單模光纖，其傳輸速率為140 Mb/s，中繼距離為20～50 km。

2.1.3 第三代光纖通信系統(tǒng)

1982年－1988年，采用波長（1.31 μm）單模光纖，其傳輸信號為PDH的各次群信號，傳輸距離約為50 km。

2.1.4 第四代光纖通信系統(tǒng)

1988年至今，采用波長（1.55 μm）單模光纖，其傳輸信號為SDH的各次群信號，傳輸速率達2.5 Gb/s，中繼距離約為80 km，并開始采用光纖放大器（EDFA）、波分復用（WDM）等技術。

今后還將出現(xiàn)第五代、第六代光纖通信系統(tǒng)，將包括一些更為先進的系統(tǒng)，如超高速系統(tǒng)、相關光通信系統(tǒng)、全光通信系統(tǒng)、光纖到家庭通信系統(tǒng)、光孤子傳輸系統(tǒng)等，并從實驗室的研究成果逐步走向商用，應用于實際。

2.2 我國光纖通信技術現(xiàn)狀

我國的光纖通信研究起步較早（1974年），到70年代末期即取得階段性成果，隨后逐漸發(fā)展，不斷充實，目前已形成了相當規(guī)模。從發(fā)展歷程來看，主要經(jīng)歷了以下幾個階段：

2.2.1 初級研究階段（1974年－1980年）

研制出了階躍多模光纖、室溫下連續(xù)工作的 GaAlAs半導體激光器和8 Mb/s光端機等。

2.2.2 實用化研究階段（1981年－1985年）

解決了市話中繼多模光纖傳輸系統(tǒng)。

2.2.3 長途通信研究階段（1986年－1990年）

單模光纖長途干線系統(tǒng)的成套技術，包括光纖、器件、系統(tǒng)、測試、儀表等。

2.2.4 光同步數(shù)字傳送與研究階段（1991年－1996年）

這一階段的主要任務是鞏固和發(fā)展 PDH研究已取得的多項成果，引進、開發(fā)或自制SDH產(chǎn)品。

我國在國家“八五”計劃期間，已建成了含有22條光纜干線，總長度達3.3萬km的“八縱八橫”大容量光纖通信干線傳輸網(wǎng)。從1994年開始，我國開始較大規(guī)模地建設SDH網(wǎng)絡。

3 光纖通信技術的發(fā)展趨勢

近年來，隨著技術的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的全面開放，光纖通信的發(fā)展再次呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的新局面，以下對光纖通信領域的主要發(fā)展熱點作一簡述與展望。

3.1 向超高速系統(tǒng)的發(fā)展

從過去20多年的電信發(fā)展史來看，網(wǎng)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(jīng)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45 Mbps增加到10 Gbps，其速率在20年時間里增加了2 000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，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。

3.2 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200 nm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，從而大大降低傳輸成本：③與信號速率及電調(diào)制方式無關，是引入寬帶新業(yè)務的方便手段；④利用WDM網(wǎng)絡實現(xiàn)網(wǎng)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(wǎng)。

3.3 實現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)

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，無疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一思路，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(wǎng)的基本目的是：①實現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡；②實現(xiàn)網(wǎng)絡擴展性，允許網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)和業(yè)務量的不斷增長；③實現(xiàn)網(wǎng)絡可重構(gòu)性，達到靈活重組網(wǎng)絡的目的；④實現(xiàn)網(wǎng)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(wǎng)絡恢復，恢復時間可達100 ms。鑒于光聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)已成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展高潮。

3.4 新一代的光纖

近年來隨著IP業(yè)務量的爆炸式增長，電信網(wǎng)正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構(gòu)筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡基礎設施的重要組成部分。目前，為了適應干線網(wǎng)和城域網(wǎng)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）。

3.5 光接入網(wǎng)

過去幾年，網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡。另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)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(wǎng)已確實成為制約全網(wǎng)進一步發(fā)展的瓶頸。唯一能徹底解決這一瓶頸問題的長遠技術手段是光接入網(wǎng)。接入網(wǎng)中采用光接入網(wǎng)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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的調(diào)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(wǎng)絡，迎接多媒體時代。

21世紀以來，光通信技術取得長足的進步，以上我們主要討論了光通信技術及其應用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，但這些進步的取得，是包括光傳輸媒質(zhì)、光電器件、光通信系統(tǒng)以及網(wǎng)絡應用等多方面技術共同進步的結(jié)果。隨著光通信技術進一步發(fā)展，必將對21世紀通信行業(yè)的進步，乃至整個社會經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。

1 王永超、蔡棟棟、年玉桂.光傳輸設備故障淺略分析［J］.科技信息，2009（11）：714

2 魯剛平、熊煉.華為SDH光傳輸設備維護［J］.重慶工學院學報，2004（2）：47～49

3 毛謙.我國光纖通信技術發(fā)展的現(xiàn)狀和前景［J］.電信科學，2006（8）