光纖通信系統技術的發展、挑戰與機遇

摘要：該文首先對光纖通信系統的發展現狀進行了分析，主要包括四個方面：相干檢測及光數字處理、可軟件定義收發器和彈性波分網絡、電層及光層技術、高速光電器件技術。之后對光纖通信系統未來發展的驅動力以及挑戰進行了闡述。然后對光纖通信系統未來發展的演進趨勢進行了探討，主要包括四個方面：骨干網絡、城域網絡、接入網絡、軟件定義傳送網絡，其中軟件定義傳送網絡又可以分為三個方面：自動控制化、開放協同化、物聯智慧化，之后從八個方面介紹了物聯智慧化。通過以上幾個方面的研究和探討，希望能夠為以后的研究工作提供一些參考。

關鍵詞：光纖通信;發展現狀;挑戰機遇

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）36-0246-02

人類社會邁人信息時代的重要工具之一就是光纖通信，它促進了信息革命的進一步發展。相比于傳統的通信模式光纖通信的優勢非常明顯：速度快、保真度高等等，正是因為這些優點使得各個行業都廣泛地應用了光纖通信，這也在很大程度上影響了全世界經濟的發展和進步。不過光纖通信技術的發展過程并不順利，曾經遭遇了很多的艱難險阻，因此我們除了要對光纖通信技術的發展趨勢進行分析和思考之外，還要對其面臨的挑戰和機遇進行深入的探究，同時應該采取合理有效的方法解決發展道路上的阻礙，從而能夠緊緊地抓住發展機遇，實現突破。

1光纖通信系統的發展現狀

1.1相干檢測及光數字處理

早期的光通信系統在發展過程中要實現光的傳輸，采用的是簡單的強制調制/直接檢測技術。40 Gbit/s時代的波分系統，差分二相位和四相位調制在直接檢測的基礎上具有相當的比較優勢。在100 Gbit/s時代的波分系統，在高速光通信系統中則普遍采用了相干光技術。當前，我國已經大規模部署了100Gbit/s相十，同時已經開始商用400Gbit/s，而整個產業界目前的發展趨勢是Tbit/s量級。另外，就目前的實際情況來看超低損光纖+拉曼放大技術、超強DSP技術等等都有可能在未來助推光通信系統傳輸能力不斷地向前發展。除此之外，在光通信系統傳送技術中ODSP技術非常的重要，主要表現在這種技術引領光網絡進入了數字光時代，這時對以往光網絡模擬光時代的顛覆性改變。在相十通信系統剛剛興起再到快速發展的過程中，ODSP技術也發展得十分迅速，這種技術一方面能夠補償信道損傷，例如：相位噪聲和非線性、色散等等;另一方面，還能夠對接收機、發射機等的器件損傷進行補償。

1.2可軟件定義收發器和彈性波分網絡

就當前的ODSP技術來說，其flex調制方式多種多樣可以靈活變化，可以依據場景和傳輸距離不同，采用不同的調制格式和不同的通道間隔，從而使大容量的光傳輸能夠更加的高效。利用通道間隔可以把50 GHz的波長間隔大大降低，可以降到37.5 GHz，有些甚至能夠降到33GHz，這樣就大大增加了C波段的波長數量。截至目前，采用十六納米的ODSP能夠對100 Gbit/s QPSK、400 Gbit/s 64QAM等等提供有效的支持，傳輸距離不同、所采用的調制技術不同，但是能夠兼容到同一個硬件之中，就頻譜的效率來說，從QPSK到64QAM效率得到了大幅提高，后者大概是前者的兩倍到三倍。由于ODSP同時應用到了發送器和接收器中，因此可以軟件定義收發器，從而實現彈性波分網絡[1]。

1.3電層及光層技術

自進入21世紀以來，不斷加強的光網絡功能，使系統日趨復雜，導致具有多個環網的拓撲結構出現，在這種情況下就需要多個維度的光交換。不過，隨著近些年來大規模集成電路的迅速發展，與光交換技術相比電層交換技術遠遠領先，并由此出現了一種光網絡系統，這個系統的基礎是電層交換技術，也就是OTN。并且對于通信傳輸網的發展要求OTN技術在很短的時間內就已經完全適應。在之后的發展中特別是2010之后，光網絡越來越復雜，OTN技術也在不斷地完善和改進，之后為了對mesh網帶來的架構和技術變遷以及更加復雜的環網能夠進行充分的適應，在原有OTN技術的基礎上出現了OTN技術的增強型。2013年，CCSA牽頭制定了與OTN技術相關的國家行業標準，在增強型OTN設備中納入了分組交換以及SDH交叉等等，對OTN/SDH/PKT3種業務調度功能進行了有效的集成。如今，已經比較成熟能夠商用的100 Gbit/s光傳送技術剛剛開始，相關的業界已經開始投入大量的人力、物力以及財力去研究和探索超100 Gbit/s的光傳送技術。以后的OTN技術其承載能力要達到可以接受任何業務的水平，與此同時隨著光層通道間隔技術的不斷改進和創新，OTN技術的靈活性必將在未來得到大幅的提升，在對載波數量、光調制方式等參數的選擇上能夠依據傳送的距離和業務流量進行非常靈活的選擇，從而使網絡配置能夠達到最高效的狀態[2]。

1.4高速光電器件技術

要使光通信系統一直保持著比較高的性能，那么首先就要保證光器件的性能以及設計水平和設計工藝，而且這三個方面也是整個光通信產業鏈的基礎。對于傳統的光器件來說，必須要使用不同的材料來實現其不同的功能，在這種情況下光器件的生產環節繁多，并且很多的校驗和調試還要依靠人工去完成，這就導致光器件的生產效率十分低下并且價格一直居高不下。但是利用光子集成技術則能夠有效地打破以上的種種瓶頸，不僅能夠使成本大幅降低，還能夠有效地提高光器件的集成度，同時使制造光器件的能耗大大下降。

2光纖通信系統未來發展的驅動力以及挑戰

就目前來說，驅動光纖通信系統進一步發展的是不斷出現的各種新興業務?？梢哉f，21世紀潛力最大的產業就是信息產業，從信息產業整體的發展趨勢來看，有三個方面是光纖通信產業未來重要的支撐，即5G移動網絡業務、超寬視頻業務以及云互聯業務，這三個方面的業務在未來的快速發展，必將徹底的轉變光纖通信產業的架構，同時也對光通信網絡未來的發展方向進行了明確，那就是極簡化。下一代的光通信網絡要想對未來的發展要求進行更好地適應，就需要具備低延時、超寬帶以及業務可靠性高、能夠快速發放等一系列特征[3]。

3光纖通信系統未來發展的演進趨勢

3.1骨干網絡

一，進一步提高單波速率并顯著提升其性能;二，廣泛應用的應用大容量和高緯度的光交換;三，IP能夠和光協同;四，高密度光芯片集成更加的成熟。

3.2城域網絡

一，不斷探索新技術使收發器的成本降低，同時還要使收發器的體積最大限度地減小，并使功耗大大降低;二，將ODSP和簡單的強度調制/直接檢測有效地結合起來，從而使單波100Gbit/s非相十光收發器的成本大大降低;三，網絡將得到進一步優化并向簡化方向發展;四，普及應用企業專線[4]。

3.3接入網絡

一，使移動前傳和回傳的成本大大降低;二，實現高容量微波傳送;三，每家每戶都接人高速光纖;四，建立現代企業專線;五，數據中心互聯。

3.4軟件定義傳送網絡

3.4.1自動控制化

21世紀之前網管的人工管理配置系統是SDH光網絡的基礎。進入到21世紀，不斷增長的互聯網業務，使得光網絡越來越IP化，同時大規模的網絡建設也在我國如火如荼地展開。產業也開始將ASON控制平面技術應用到光網絡之中，從而使光網絡的四個自動化技術得以實現，主要包括自動資源發現、自動業務發放等。這樣光網絡就從以往的人工管理成功的轉變成了自動控制。

3.4.2開放協同化

引入并應用的ASON等各種自動管控技術雖然使運維的復雜性問題得到了有效的緩解，但是依然很難進行多域間的網絡協同，例如跨層網絡獨立運作等都還難以實現，特別是有OTT挑戰時，目前的傳送網絡系統只能勉強維持。2008年，美國產業界將SDN這個概念提了出來，開啟了網絡向智能化方向發展的新紀元。對于光網絡來說，T-SDN技術的誕生使其有了新的希望，已經基本上形成了新一代的傳送網絡系統架構，這種系統架構以控制器為核心，目前已經得到了產業界的廣泛認可。

3.4.3物聯智慧化

只有具備對業務的深度感知，未來T-SDN技術才能夠進行進一步的演化。各種業務中包含有大量的流量數據，系統通過分析和預測這些數據信息，對承載網絡進行自動的調整優化，從而使網絡對業務的變化能夠進行更好地適應，最終使人工智能的T-SDN解決方案得以實現。但是在萬物互聯的背后，承載網絡的變化也將更加的頻繁，而這必將影響到它的控制管理系統。

（1）寬帶大。調度超大帶寬，會嚴重沖擊到網絡新資源分配的合理性，這就需要從全局視角出發對局部進行調整，而這將會使管控系統的處理能力受到極大的考驗。

（2）變化頻繁。未來瞬息萬變的網絡業務會對網絡管控系統處理能力和優化能力以及對預測未來網絡變化的能力產生很大的考驗。

（3）響應快。未來很多業務將會有大量的“零等待開通”等方面的需求，在這種情況下如果有突發網絡事件，那么網絡管控系統要能夠快速的反應。

（4）類型多。未來將是萬物互聯的時代，而不同的人對網絡的需求也將越來越多樣化，在這種情況下能夠按照用戶的實際需求并在線加載新網絡的功能網絡管控系統一定要具備，這也是對軟件平臺在線編程能力的考驗。

（5）要求高。在未來的生產生活中，網絡的重要性就像空氣和水一樣，因此如果有突發事件中斷了網絡業務，那么必將對人們的生產生活產生嚴重的影響，所以未來的網絡一定要具備更高的安全性，使網絡能夠更加的可靠，同時還要提前制定好突然斷網后的應對措施，從而使斷網造成的損失和對人們生活的影響能夠最大限度地降低。

（6）管理與控制在軟件上深度融合。深度融合的下層物理設備管理和上層業務的控制將在未來實現，在這個“有機的生命體”中，網絡控制功能的模塊化等將得以實現，并通過軟件交互使各個功能模塊能夠進行緊密的配合。

（7）自學習和人工智能。網絡管控系統在未來，一方面要在空間維度深度的感知業務信息、底層物理信息等，另一方面還要在時間維度全面的了解網絡的歷史數據，之后通過深入的分析這些“四維”立體數據以及自學習的不斷積累，可以使運營商在進行預測和決策時更加的快速準確。

（8）云計算。網絡管控系統未來的發展方向必然是云化和并行儲存。同時，在云化控制器中將廣泛的運用“全息”軟件計算，這樣網絡管控就不會受到任何服務器或者儲存設備故障的影響，這將使管控系統的可靠性大幅提高。

4結束語

綜上所述，在信息產業中光纖通信的領導地位可以從其發展現狀和未來的發展趨勢中得到充分的顯現。光纖通信之所以能夠取得領導地位主要是因為其發展會涉及非常廣泛的范圍，并對眾多產業產生影響。而光纖通信在未來的發展和演變與信息產業和電信網未來的發展有著十分密切的聯系，并且光纖通信系統的發展也必將深刻的影響未來社會經濟的發展。

參考文獻：

[1]崔秀同，劉翔，操時宜，等.光纖通信系統技術的發展、挑戰與機遇[J].電信科學，2016，32（5）：34-43.

[2]向永.光纖技術發展及其在電力通信中的應用[J].中國新技術新產品，2016（24）：14-15.

[3]沈綱祥.關于下一代光傳輸網絡的演進和升級的一些思考（特邀）[J].光通信研究，2017（6）：34-37.

[4]范秀國.淺析光纖通信系統中波分復用技術的運用[J].中國新通信，2017，19（5）：47.

【通聯編輯：代影】

收稿日期：2019-08-27

作者簡介：郝建平（19 81-），女，天津人，通信線路主管，學士，研究方向為通信線路。