光纖通信傳輸技術在通信領域的應用與展望

樊玉俊

（河南大學 歐亞國際學院，河南 開封 475000）

0 引 言

縱觀世界，科學技術的發展為這個時代的快速發展提供了強大的動力，便捷的新技術在人們的生活中得到了廣泛的應用，從而給人們的生活帶來了意想不到的便利，這是科學技術發展帶來的福祉，也是人類進步的象征。當下，科技的快速發展離不開互聯網技術的發展，同時一個國家的進步也離不開科技創新與發展。光纖通信技術的創新將為國家帶來堅固的網絡基礎設施建設，進而推動國家整體科技水平的發展。我國發展多年以來，一直離不開科技的完善與創新。在現代信息傳輸的方式當中，光纖通信傳輸技術是關鍵的方式之一，它具備較大的傳輸帶寬和傳輸速率，能應付各種信息通信，符合因特網技術的運用需求。因此，我國高度重視光纖通信，大力發展光纖通信傳輸技術，并將其運用于各個領域[1]。

1 光纖通信概述

目前，光纖通信快速發展，其所需傳遞信息的媒介為光纖，傳輸條件是利用光的全反射條件和相干加強條件。首先在發射端通過光發射機將要傳送的攜帶信息的電信號轉化成光信號，其次將其通過光纖進行傳輸，再次在接收端通過光接收機將傳送過來產生畸變且微弱的光信號轉化為電信號，最后將電信號進行調整并放大后輸入到電接收端機經解調器解調恢復出原始信息。其系統流程如圖1所示。近幾十年來，光纖光纜行業快速發展，在全球范圍內光纖已鋪設3×109km以上。與此同時，我國與國際相比較而言，光纖通信技術的總體水平呈現上升趨勢。未來，我國市場光纖光纜具有較大的發展空間，但光纖通信技術發展時間較短，因此需要不斷進行探索，從而推動新一代通信技術與產業的發展。另外，光纖通信技術對大數據、云計算以及互聯網等領域的發展起著至關重要的作用，這些領域的發展與壯大將促進我國社會及城市的進步。基于此，光纖通信技術在未來的技術發展中前途不可限量[2]。

圖1 光纖通信系統

2 現代光纖通信傳輸技術特點

2.1 現代光纖通信傳輸技術優勢

2.1.1 通信容量大

光纖通信傳輸技術的頻帶很寬，由香農公式可以推出光纖通信的傳輸容量很大。光纖通信傳輸設備的傳輸帶寬與普通傳輸技術的帶寬相對比，前者更寬一些[3]。光纖分單模光纖與多模光纖，單模光纖相對于多模光纖有著較大的傳輸容量且適合遠距離通信。傳輸容量的擴大能夠有效滿足當下通信行業的發展。目前，信息傳輸量呈現上升趨勢，因此需要更深入地研究通信傳輸技術，采取能夠長距離及大容量傳輸的光纖通信技術很有必要。

2.1.2 信息傳輸耗損少

光纖的主要材料是SiO2，SiO2能很好地反射光信號，并能實現全反射，而且技術非常成熟，進行長距離傳輸損耗極小。通過光傳輸和光接收機的配合能夠進行數百千米的中繼傳輸，因此被廣泛利用在長距離干線通信中。光導纖維在1.55 μm波長范圍內的損耗可以降低到0.18 dB/km，比已知的其他通信線路的損耗要低得多。

2.1.3 具有抗電磁干擾能力

光纖是絕緣體，因此不怕雷電的影響，也不受高電壓和電磁等外界環境的干擾[4]。各種干擾波的頻率一般都比較低，而光纖中傳輸的是光波，光波具有很高的頻率，所以一般環境下干擾波不能影響頻率比它高的多的光波。光纖有著杰出的抗核輻射能力，由電絕緣的SiO2材料制成。

2.1.4 串音少保密性好

信息的實時性和保密性是信息傳遞的重要條件。在各類人際交往過程中，一旦發生信息泄露將對個人的隱私造成較大的影響，因此通信技術對于談話隱私的保障，無論是商業還是政治活動都及其重要[5]。光纖通信技術無串音且保密性較好，可保障信息的安全性。光信號在管道內部進行傳輸，可增加信息的保密性和安全性，傳輸過程中保密性的增強，可有效防止竊聽事件的發生。因為光纖的纖芯的折射率比包層的折射率高，光在光纖中的傳播是全反射，因此信息在光纖中傳輸泄露非常微弱，就算是在彎曲位置也無法竊聽。想要監聽必須要使用光纖熔接機，否則光纖不能分接，無法進行竊聽，所以信息在光纖中傳輸非常安全。

2.1.5 原材料價格實惠、安全性強

光纖是光纖通信技術中最為基礎的設備，材料極細且新耗損較低，是一種高透明的電介質材料，由纖芯和包層組成，石英玻璃光纖使用頻繁時在光纖通信技術的應用具有一定的促進作用。SiO2用于石英玻璃光纖的制造，此材料方便獲取，且開采對環境所造成的傷害較小。光纖在光纖通信技術中使用的過程中，主要是由SiO2構成，但還應根據不同的條件置入劑量不同的物質，從而滿足技術設計的要求[6]。

2.1.6 重量輕、體積小、節約金屬資源

通信設備的體積和重量對于很多領域都有極其重要的作用，石英的比重是2.2，銅的比重是8.9，傳輸同量容量的光纜是電纜重量的1/30～1/10。對等重量的光纖和同軸電纜的長度進行比較，1 kg的高純度石英玻璃可制成成千上萬米的光纖，而120 t的銅和500 t鉛可制成1 000 km的8管同軸電纜。光纖體積小、重量輕以及柔軟易彎曲的特性可以廣泛地應用于航空航天和汽車電子等領域。地球上金屬資源的儲量有限，而制造光纖的石英在地球上取之不盡、用之不竭。

2.2 光纖通信傳輸技術劣勢

光纖線插頭塑套內的光纖玻璃絲機械強度差且質地脆，在有外力破壞或者有生物啃咬時容易發生斷裂，因此光纖需要實施切斷處理和其他的處理工作，通過專業的技術進行維護，但成本非常高。光纜與電纜鋪設在同一個坑道中，對光纖設備與管線進行管理的過程中則需重視此結構，否則容易造成光纖設備運行耗損，并給維修工作人員帶來不必要的工作量，同時光纖光纜彎曲半徑應適中，當光纖光纜的彎曲半徑過大或過小超出所承受的范圍時，光功率降低，導致通信質量降低。

3 光纖通信傳輸技術的應用與展望

3.1 用戶網的光纖化

接入網是指骨干網絡到用戶終端之間的網絡連接，其長度一般為幾百米到幾千米，因此被形象的稱為“最后一公里”[7]。接入網的接入方式包括銅線接入、光纖接入（Fiber To The X，FFTx）、光纖同軸電纜混合接入以及無線接入等幾種方式。FTTx是新一代的光纖用戶接入網，用于對電信運營商和終端用戶的連接[8]。根據光網絡單元的位置，光纖的接入方式主要有光纖到樓（Fiber to The Building，FTTB）、光纖到路（Fiber To The Curb，FTTC）、光纖到戶（Fiber To The Home，FFTH）3種形式。在未來，接入網的發展趨勢是光纖到桌面（Fiber To The Desktop，FTTD），就是利用光纖替代傳統銅線，將其延伸至用戶電腦終端。

3.2 全光網絡

光交換是指直接通過光纖傳輸的光信號的交換，在沒有將光信號轉換成電信號的情況下，可以從攜帶信息的光信號中直接提取有用信息。目前，光纖通信網絡是一種光纖網，傳輸光信號，網絡中沒有全光交換機，必須將來自光纖網的光信號通過光接收機轉換成電信號。這種方法復雜且浪費資源，需要開發可將光信號直接交換的光交換機。具有自動交換功能的光網絡稱為ASON，其關鍵技術是可重組光分插復用器（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers，ROADM），使線路可方便地調度，不但可作光線路的保護，還可滿足線路調度和今后發展出租電路的需要[9]。

3.3 智能光網絡

該技術的提出是近幾年光組網思路的演進和變化。智能光網絡最初的想法是來源于幾年前提出的IP over WDM網絡模型，該技術是對該模型的優化。

近幾年來，隨著IP等數據業務在骨干網上的飛速增長，WDM技術被廣泛應用到網絡中來，IP over WDM組網模型被提出，這種模型認為IP等數據包通過相應封裝技術可以直接由WDM或OTN網絡傳送，從而省去了ATM甚至SDH/SONET層面，同時建設超大容量的光傳輸網，IP業務的業務質量可以得到提升。然而，這種網絡模型的建網方式價格高，其主要原因是IP路由器、POS接口以及WDM系統的波長轉換器價格都比較昂貴，采用過度建設的策略將導致網絡成本很高。

目前，盡管IP數據業務所占用的帶寬在某些運營商的網絡中超出了傳統語音業務所占用的帶寬，但是從業務收入角度來說，語音業務費用仍是運營商最主要的收入。因此有必要建立一個新的網絡體系結構來更經濟、更有效地支撐未來大容量的數據業務。IP數據業務量具有突發性和不確定性，這為通過分配和調度光網絡帶寬實行動態以實現有效的網絡優化提供了機會。對于同樣的網絡業務需求，這種優化可以減少全網中所需光接口和相應波長的數目，既可以大規模降低建網成本，又可以提高帶寬利用率。

3.4 光孤子通信

光孤子通信系統由光孤子激光器與脈沖器進行編碼調制，通過光功率放大器補償傳輸過程中信號能力的衰耗。在一定條件下，光纖的非線性效應與色散效應相互抵消，從而保持光脈沖在傳播過程中不變形，并在光纖中進行大容量和高速傳播，到對端通過解碼和解調等方式還原傳輸信號[10]。光孤子通信系統基本結構如圖2所示。

圖2 光孤子通信系統的基本結構示意圖

4 結 論

科技的進步帶動人民生活水平的提高，新技術在人們的日常生活中得到顯著體現，為人們的生活帶來意想不到的便捷。我國的光纖通信技術在快速發展，本文通過分析現代光纖通信傳輸技術的特點及應用與展望發現，光纖通信技術有著光明的發展前景，將為國家帶來堅固的網絡基礎設施建設，進而推動國家整體科技水平的發展。