現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)及運用研究

李 樞

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計院有限公司，廣東 深圳 512123）

0 引 言

隨著時代的快速發(fā)展，現(xiàn)代化光纖通信傳輸技術(shù)已經(jīng)得到了有效提升。光纖通信的效率更高，并且傳輸質(zhì)量更好，在未來的發(fā)展過程中具有較為廣闊的前景，如量子通信和智能控制等。為提高光纖通信傳輸技術(shù)的實際應(yīng)用效果，相關(guān)人員應(yīng)加強對光纖通信傳輸技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，提高實際的信息傳輸質(zhì)量，促進我國信息通信水平不斷提升。

1 光纖通信傳輸技術(shù)概述

光纖通信傳輸技術(shù)是一種利用光纖實現(xiàn)通信傳輸?shù)募夹g(shù)手段，在信息傳輸過程中通過對光波進行識別和調(diào)整，從而更好地實現(xiàn)光波的接收，提高信息傳輸效果。光纖通信傳輸技術(shù)具有較為明顯的優(yōu)勢，具體如下。首先，容量大。光纖中能夠搭載更多的信息，同時光纖直徑較小，在相同信息傳輸流量下所需光纖直徑大大低于普通傳輸光纜直徑。其次，損耗較低。光纖通信過程中，通過光纖管線對整體信息進行搭載儲存，避免光信號流失，從而提升信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確率，減少信息損耗。再次，抗干擾能力強。在不同環(huán)境中，均能對傳輸信息起到良好的保護效果。最后，保密性強。光纖通信過程中，信號在光纖管線中折射傳輸，不受外界影響，同時不會出現(xiàn)信號逸散丟失的情況，能夠最大程度提高信息保密效果。

2 現(xiàn)代光纖通信技術(shù)分類

2.1 光纖放大技術(shù)

光纖放大技術(shù)利用放大器來對光信號進行識別和放大，從而使光信號的傳輸更加順利。在光纖放大技術(shù)實施過程中，根據(jù)功能和放大器位置的不同分為前置放大、中級放大以及功率放大3種形式[1]。在技術(shù)實施過程中，通過新型全光放大器對信號進行直接全光放大，不需要通過光電信號的轉(zhuǎn)換和信號再生等功能，使光纖放大和增益效果得到進一步提升。常見的光纖放大器分為兩種，分別是摻稀土光放大器和非線性光放大器。摻稀土光放大器在1.55 μm波段和1.21 μm波段中設(shè)置低損耗窗口，摻入稀土提高整體的降噪增益效果[2]。非線性光放大器設(shè)備在運行中對中繼站需求較大，需要進一步研究分析。

2.2 光纖交換技術(shù)

光纖交換技術(shù)利用交換機設(shè)備將數(shù)據(jù)和傳輸信號進行交換，實現(xiàn)對信號的處理。該技術(shù)實施過程中，需要選擇恰當(dāng)?shù)墓饫w通道交換機，從而降低內(nèi)部信息受到的干擾，提高整體的傳輸效果。光纖交換機一般在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處進行設(shè)置，根據(jù)連接網(wǎng)絡(luò)位置的不同分為廣域網(wǎng)交換機設(shè)備和局域網(wǎng)交換機，在實際的運行鏈路中具有不同的端口，能夠與不同網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)橋接，從而提升光纖交換傳輸效果。在進行交換的過程中，交換的主要內(nèi)容包括端口交換、信源交換以及幀交換[3]。以信源交換為例，在進行交換時選擇固定長度的信源對其進行硬件交換，使傳輸速度得到提升。該方式在視頻傳輸過程中的應(yīng)用較為頻繁，在交換時按照異步傳輸應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進行。

2.3 光波復(fù)用技術(shù)

光波復(fù)用又被稱為波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM），該技術(shù)是在同一根光纖中同時傳輸不同臂長的信號，實現(xiàn)光頻的分制。在信號接收時，接收端利用分波器將不同的波長信號分開，傳輸?shù)綄?yīng)的接收器中識別和應(yīng)用。在光波復(fù)用中主要存在單向和雙向的復(fù)用情況，其中單向分波復(fù)用過程中，通過單向的信號傳輸實現(xiàn)通信。在雙向復(fù)用中，光纖的連段能夠同時進行信號的接收和發(fā)射，在光纖兩端均需要設(shè)置相應(yīng)的分波器與合波器等設(shè)備，確保信號波段能夠按照要求實現(xiàn)相應(yīng)的傳輸。

3 光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對光纖通信系統(tǒng)進行設(shè)計時，嚴(yán)格從實際需求的角度出發(fā)對通信網(wǎng)絡(luò)進行合理設(shè)計，并對網(wǎng)絡(luò)拓撲、路由器、網(wǎng)絡(luò)容量以及業(yè)務(wù)線路進行選擇和計算，從而提升系統(tǒng)整體的通信傳輸效果。光纜線路系統(tǒng)又被稱為光再生段，在對光纜線路系統(tǒng)進行設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)光纖傳輸距離的需求情況設(shè)置相應(yīng)的光接口，便于對光纜線路進行成本控制。常見的組網(wǎng)光纜線路系統(tǒng)設(shè)計有3種方法，即最壞值設(shè)計法、聯(lián)合設(shè)計法以及統(tǒng)計設(shè)計法[4]。光纜線路系統(tǒng)主要包括光發(fā)送機、光纖通道以及光接收機，在光發(fā)送機和光纖通道中設(shè)置相應(yīng)的位置作為參考點S，同時在光接收機和光纜通道之間設(shè)置另一位置作為參考點R，用L表示兩個參考點之間的距離，整體線路如圖1所示。

圖1 光再生段組成

使用最壞值計算法對光纜線路系統(tǒng)進行設(shè)計，選擇參數(shù)值時按照最壞的方式進行選擇，從而得到最壞值，進而對光通道的損耗情況進行計算，即：

式中，PSR為光通道中的損耗，PT為光發(fā)送的功率，PR為光接收設(shè)備的靈敏度，P0為光通道功率代價。

光通道功率代價屬于附加的接收損耗，在計算中需要進行扣除。兩參考點之間的允許損耗值計算公式為：

式中，Af為再生段中光纜中的衰減系數(shù)，AS為在該段接頭產(chǎn)生的損耗，Lf為單盤光纜的長度，Mc為光纜通道的富裕度，Ac為光纜配盤活動過程中連接器產(chǎn)生的損耗。

為提升整體光纖通信傳輸系統(tǒng)的效果，在設(shè)計的過程中需要對系統(tǒng)的功率、光纖通道損耗、接收設(shè)備對光信號的接收功率進行計算，通過損耗情況確定富裕值，從而對光發(fā)射機的功率進行調(diào)整[5]。

4 光纖通信傳輸技術(shù)的應(yīng)用

4.1 FTTH接入技術(shù)

光纖到戶（Fiber To The Home，F(xiàn)TTH）接入技術(shù)通過將光纖與用戶區(qū)域進行連接，從而實現(xiàn)光纖通信傳輸。通過FTTH接入技術(shù)的應(yīng)用，可以滿足用戶對更大流量通道的需求，降低環(huán)境對通信傳輸過程的影響，提高傳輸速度和質(zhì)量。此外光纖到戶接入技術(shù)能夠使安裝更加簡便，同時降低后期維護的難度[6]。FTTH接入技術(shù)在組網(wǎng)設(shè)計的過程中可以通過交接配線的方式將光纖連接到用戶區(qū)域，整體組網(wǎng)包括主干光纜子系統(tǒng)、配線子系統(tǒng)以及用戶終端。主干系統(tǒng)設(shè)計時，需要從光纖接入設(shè)備的分配機中設(shè)置相應(yīng)的分配系統(tǒng)，在用戶區(qū)域安裝光纜交接設(shè)備，在設(shè)備中同樣安裝分配系統(tǒng)，兩個分類系統(tǒng)進行匹配，并將光纜進行熱熔成端，從而實現(xiàn)主干系統(tǒng)的分支設(shè)置。在設(shè)計分配系統(tǒng)時，需要將光纜交接設(shè)備與用戶家庭或辦公室中的光纜綜合配線設(shè)備進行連接，確保光纜能夠正常輸入或輸出[7]。

4.2 單纖雙向傳輸技術(shù)

單纖雙向傳輸技術(shù)主要利用不同波段的光信號，在同一根光纖中能夠?qū)崿F(xiàn)在兩端同時進行光信號的收發(fā)，傳輸過程中不同信號之間互不影響。與傳統(tǒng)的單纖單向傳輸技術(shù)相比，雙向傳輸能夠減少光纖占用量，有效節(jié)約光纖成本。

由于單纖雙向傳輸技術(shù)在實際應(yīng)用過程中會受到內(nèi)部傳輸波長的影響，因此在設(shè)計過程中將其分為同波長單纖雙向傳輸系統(tǒng)和不同波長單纖雙向傳輸系統(tǒng)。在不同波長系統(tǒng)中安裝光波長復(fù)用器，如圖2所示。在同波長系統(tǒng)中安裝光環(huán)形器，如圖3所示。

圖2 不同波長單纖雙向傳輸系統(tǒng)

圖3 同波長單纖雙向傳輸系統(tǒng)

在傳輸過程中，雙方光波發(fā)送和接收模塊相同，傳輸時光波信號出現(xiàn)合并和分離情況，整體的信號傳輸互不影響[8]。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，單纖雙向傳輸系統(tǒng)中，STM-64速率（傳輸速率10 GB/s）的傳輸系統(tǒng)運行過程中，其接收機的光信噪比SNR（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）容限可以在前向糾錯（Forward Error Correction，F(xiàn)EC）技術(shù)的影響下降低3～9 dB。在對傳輸系統(tǒng)接收端的OSNR進行設(shè)計時，假設(shè)Pr為接收端的光功率，Pn為接收端噪聲功率，其要求為：

噪聲功率主要是由后向瑞利散射產(chǎn)生，在進行計算的過程中可以直接將其進行簡化。用PS表示發(fā)送端的光信號功率，可以對傳輸長度為L的OSNR受限進行計算，即：

式中，PP為光纖通道中的損耗代價，ΣAc為損耗和，Af為光纖通道的衰減系數(shù)，AS為光纖連接中熔端產(chǎn)生的損耗情況，α為光纖的富裕度系數(shù)。

通過計算能夠得到該條通道的極限傳輸長度，在設(shè)計時根據(jù)最大長度對整體的光纜連接通道進行調(diào)整，確保連接效果符合預(yù)期。

4.3 光交換技術(shù)

光交換技術(shù)通過光纖傳輸來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號和光傳輸信號的交換，使用WDM等設(shè)備進行處理，并對光信號進行分級，從而使光信號按照相應(yīng)的要求進行傳輸[9]。光交換技術(shù)中主要包括光路交換和分組交換，其中光路交換又分為空分光交換、時分光交換以及波分光交換[10,11]。在使用過程中，按照需求對光路技術(shù)進行組合應(yīng)用，從而提高整體光交換傳輸質(zhì)量。

5 結(jié) 論

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，人們對于通信傳輸技術(shù)的要求不斷提高。為了更好地滿足人們的需求，通過合理設(shè)計和調(diào)整使光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，同時結(jié)合傳輸過程中的損耗情況對光發(fā)射機進行調(diào)整，確保傳輸效果符合預(yù)期要求。