光纖通信技術特點及未來發展趨勢探討

胡永杰

（中國鐵通集團有限公司滁州分公司，安徽 滁州 239000）

1 前言

光纖通信技術是通過光學纖維傳輸信息的通信技術。所謂光纖就是能長距離傳輸信號的細長的圓柱形玻璃絲，它由折射較高的纖芯和折射率較低的包層組成，通常為了保護光纖，包層外還往往覆蓋一層塑料加以保護。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點而備受業內人士的青睞，發展非常迅速。

2 光纖通信技術的特點

2.1 頻帶極寬，通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，光纖通信系統的于光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性。對于單波長光纖通信系統，由于終端設備的電子瓶頸效應而不能發揮光纖帶寬大的優勢。通常采用各種復雜技術來增加傳輸的容量，特別是現在的密集波分復用技術極大地增加了光纖的傳輸容量。目前，單波長光纖通信系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到10Gbps。

2.2 損耗低，中繼距離長。目前，商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質的損耗都低；若將來采用非石英系統極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過光纖通信系統可以跨越更大的無中繼距離；對于一個長途傳輸線路，由于中繼站數目的減少，系統成本和復雜性可大大降低。

2.3 抗電磁干擾能力強。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構成復合光纜。這一點對于強電領域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統特別有利。由于能免除電磁脈沖效應，光纖傳輸系還特別適合于軍事應用。

2.4 無串音干擾，保密性好。在電波傳輸的過程中，電磁波的泄漏會造成各傳輸通道的串擾，而容易被竊聽，保密性差。光波在光纖中傳輸，因為光信號被完善地限制在光波導結構中，而任何泄漏的射線都被環繞光纖的不透明包皮所吸收，即使在轉彎處，漏出的光波也十分微弱，即使光纜內光纖總數很多，相鄰信道也不會出現串音干擾，同時在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸的信息。

除以上特點之外，還有光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設；光纖的原材料資源豐富，成本低；溫度穩定性好、壽命長。由于光纖通信具有以上的獨特優點，其不僅可以應用在通信的主干線路中，還可以應用在電力通信控制系統中，進行工業監測、控制，而且在軍事領域的用途也越來越為廣泛。

3 光纖通信技術的發展趨勢

對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。

3.1 超大容量、超長距離傳輸技術

波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有很大的應用前景，這幾年波分復用系統發展也確實十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系統已經大量商用，同時，全光傳輸距離也在大幅度擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用（OTDM）技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit/s。

僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分復用，從而大大提高傳輸容量。偏振復用（PDM）技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應能力較強，因此，現在的超大容量WDM/OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統的關鍵技術中。歐共體的RACE計劃和美國正在執行的ARPA計劃在發展寬帶全光網中都部署了WDM和OTDM混合傳輸方式，以提高通信網絡的帶寬和容量。WDM/OTDM系統已成為未來高速、大容量光纖通信系統的一種發展趨勢，兩者的適當結合應該是實現Tbit/s以上傳輸的最佳方式。實際上，最近大多數超過3Tbit/s的實驗都采用了時分復用（TDM、OTDM、ETDM）和WDM相結合的傳輸方式。

3.2 光弧子通信

光弧子是一種特殊的ps數量級上的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而，經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光弧子通信就是利用光弧子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。

在光弧子通信領域內，由于其具有高容量、長距離、誤碼率低、抗噪聲能力強等優點，光弧子通信備受國內外的關注，并大力開展研究工作。美國和日本處于世界領先水平。美國貝爾實驗室已經成功實現了將激光脈沖信號傳輸5920km，還利用光纖環實現了5Gbit/s、傳輸15000km的單信道孤子通信系統和10Gbit/s、傳輸11000km的雙信道波分復用孤子通信系統；日本利用普通光纜線路成功地進行了超高20Tbit/s、遠距離1000km的孤立波通信，日本電報電話公司推出了速率為10 Gbit/s、傳輸12000km的直通光弧子通信實驗系統。在我國，光弧子通信技術的研究也有一定的成果，國家"863"研究項目成功地進行了OTDM光弧子通信關鍵技術的研究，實現了20Gbit/s、105km的傳輸。近年來，時域上的亮孤子、正色散區的暗孤子、空域上展開的三維光弧子等，由于它們完全由非線性效應決定，不需要任何靜態介質波導而備受國內外研究人員的重視。

光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當然，實際的光孤子通信仍然存在許多技術難題，但目前已取得的突破性進展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統中，有著光明的發展前景。

3.3 全光網絡

未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發展的最高階段，也是理想階段。傳統的光網絡實現了節點間的全光化，但在網絡結點處仍采用電器件，限制了目前通信網干線總容量的進一步提高，因此，真正的全光網成為一個非常重要的課題。

全光網絡以光節點代替電節點，節點之間也是全光化，信息始終以光的形式進行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，而是根據其波長來決定路由。

全光網絡具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性、可擴展性，并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率，網絡結構簡單，組網非常靈活，可以隨時增加新節點而不必安裝信號的交換和處理設備。當然，全光網絡的發展并不可能獨立于眾多通信技術之中，它必須要與因特網、ATM網、移動通信網等相融合。

[1]孫建國.光纖通信技術[J].中小企業管理與科技(下旬刊)，2011-02-25.