光纖通信技術探究與討論

周英俊

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

21世紀是一個信息化時代，隨著計算機信息技術的大力發展，通信技術水平越來越高，并廣泛應用于各個領域中，受到人們的重視。光纖通信技術是一種以光纖為媒介的通信方式，信息載體是光波，是現代通信的主流形式，與人們的日常生活、生產密切相關。光纖通信的優勢在于其速率較高，容量比較大，新技術的涌現，給人們帶來了優質的通信服務。為充分發揮光纖通信技術的作用，促進光纖通信技術的進步，應當加強對光纖通信技術的研究，不斷擴大光纖通信應用范圍，從而提高光纖通信技術水平。

1 光纖通信系統的技術特點

光纖通信系統的組成包括光發送機、光接收機、電端機以及中繼器等，組成框架如圖1所示。其技術特點主要表現在以下幾個方面：一是具有較大的通信容量和較寬的頻帶，與電纜、銅線相比，光纖的傳輸帶寬要大很多，通過現代科學技術可進一步增加傳輸容量，并且單波長光纖通信系統的信息傳輸速率比較高；二是具有較厚的抗電磁干擾能力，光纖由石英材料制成，其具有一定的絕緣性，而且不容易被腐蝕，一定程度上降低了光波導的電磁干擾性，不受雷電、太陽黑子活動或是一些人為電磁的干擾；三是具有較好的保密性，不會出現串音干擾現象，在利用光纖通信技術進行光波傳輸時不會出現串音情況，這是因為光信號被限制于光波導結構中，光波泄漏微弱，即使光纜內部信道較多，也不會串音，光纜之外無法竊取傳輸信息；四是中繼距離比較長，損耗較低[1-3]。

圖1 光纖通信系統的組成框架

2 當前光纖通信關鍵技術分析

2.1 光復用技術

利用光纖寬帶資源有兩種方式。一種是促進通信速率的提升，在現有的時間中傳輸更多的信息，避免通信業務量過大。然而，通信速率在電子器件響應速度有一定的局限性，目前，通信速率無法超過40 Gb/s。另一種方式是采取光復用技術，擴容光纖，這種方式有著較好的成效，不僅能夠減少成本，還滿足于寬帶業務開展的各項要求。常見的光復用技術有以下幾種。

（1）光波分復用技術。該技術是指多個波長光信號，在一根光纖中同時傳輸，常見的光在波波長有兩種，分別為1.31 μm和1.55 μm。目前，所使用的光纖中低損耗帶的寬度均在100 nm以上，通信波段有兩個，即1.25～1.35 μm波段、1.5～1.6 μm波段[4,5]。在此基礎上，每一根光纖可利用的波長帶寬為200 nm，若是以波長間隔來進行光在波波長劃分，則可以發現200個可使用的通信信道。當波長間隔逐漸縮小時，通信容量便會增大。

（2）光頻分復用技術。從本質上來說，該技術與光波分復用技術相同，均是依賴于光載波傳輸信息，受光載波波長的影響，但兩者的差異性在于光頻分復用技術所描述的光在波位于頻域中，所使用的波長間隔有所不同。一般來說，光波分復用的光載波波長間隔為1 nm以上，而光頻分復用技術的波長間隔則在1 nm以下。光頻域內如果有多個光信道密集排列，且波長間隔較小，那么其頻率能夠達到1 014 Hz，更適合用頻率來進行描述。該技術能夠大大提升光纖通信容量[6,7]。

（3）光時分復用技術。該技術是指在光纖的同一信道中，利用不同的時間間隔來實現通信服務的技術。各個信道的信號一般都是光脈沖信號，具有低速、低頻的特點，復用后的高速光脈沖信號在光纖中進行傳輸。在光脈沖信號進行傳輸時，需要以幀結構為依據，可用T表示幀周期，t表示幀與幀之間的時間間隔，用幀周期數值減去幀與幀的時間間隔便可以得到信號發送機，發送已經調制過的出每一幀光信號所占的時域，可將時域分為N個時間間隙，這些時間間隙相等。當各個信道基帶光脈沖時，便會占用相應的時間間隙，復用器會在時域上將各個信道發送而來的光脈沖，復合成高速脈沖流，并利用光纖進行傳輸。接受端的解復用器會拆分高速脈沖流，將其轉變為低速脈沖信號，再利用光接收機來處理。光時分復用技術的應用中，不會存在信號干擾問題，而且能夠對總寬帶進行平均分配，網絡結構受到網絡節點數量的限制，通常被用于局域網中。

2.2 光纖接入技術

光纖接入技術可以提高信息傳輸速度，進一步滿足人們對信息傳輸的需求，可使光纖寬帶全面覆蓋各家各戶，如圖2所示。在光纖寬帶接入技術的應用過程中，光纖到達位置存在一定的差異，因此其應用也有所不同，最終方式是光纖到戶，即全光接入，基于光纖寬帶特性，為用戶提供不受限制的寬帶網絡服務。就我國目前而言，能夠提供千兆以太網（Gigabit Ethernet，GE）寬帶服務、快速以太網（Fast Etherne，FE）寬帶服務，這種接入方式十分適用于一些大型、中型企業[8]。

圖2 光纖接入技術

3 光纖通信技術的有效應用

3.1 通信和電力通信應用

光纖通信可使用光導纖維來實施通信服務，其可以分為長途通信、國際通信、本地通信等部分。光纖是其傳輸媒介，當前光纖已經逐步進入到各家各戶，遍布于各個小區，幾乎所有的通信都離不開光纖。光纖在電力通信中有著較好的應用，大部分的電力系統都已經開始接入光纖，將其作為通信網絡傳輸的主干線，整體規模較大，光纖網絡系統健全，無論是開展語音業務，還是數據業務，都能以光纖為載體。另外，光纖通信為電網系統的穩定運行提供了重要的技術保障，給人們的日常生活帶來了便捷。

3.2 廣播電視和有限電視網絡應用

光纖通信技術即使是容量較大的數據也能夠進行傳輸，而且具有較好的抗干擾性，保障信息數據傳輸質量，鋪設方面也較為簡便，無需過高的成本，十分適用于廣播電視。將光纖通信技術覆蓋于整個廣播電視領域中，構建基礎的網絡模式，便于制作數字化電視節目，保證電視節目的傳輸質量。同時，利用光纖通信技術還有利于實現異地傳輸，確保實時傳輸效果，信號傳輸的穩定性更強，不會出現明顯的延遲。相較于衛星傳送方式來說，光纖通信技術的應用受到的干擾性更少一些，被廣泛應用于廣播電視行業中[9]。同時，光纖通信技術在有線電視網絡中也有著較好的應用，可采用全新的寬帶數字傳輸系統進行傳輸，其中的同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）和光纖模式，具有一定的保護功能，形成了環網傳輸系統，能夠滿足于各類信息的傳輸。

3.3 傳感器應用

無論是在機械加工方面，還是在汽車配電盤、機器人等方面，都能夠充分利用光導纖維傳輸技術，其能夠帶來一定的光源和圖像。將光纖通信技術應用于傳感器中，能夠起到不錯的效果，將其與敏感元件組合在一起，制作成各種不同的傳感器，有利于實時監測相關數據，進行有效的能量傳輸，如溫度傳感器、壓力傳感器等。

3.4 軍事應用

光纖通信技術在軍事應用中有著重要作用，主要體現在以下幾個方面：一是光纖通信技術可增加軍事系統的容量，提高信息的保密性，一定程度上避免重要信息被竊取，也能夠有效地防止惡意干擾，相較于衛星通信、微波通信來說，光纖通信的優勢較為明顯；二是從傳輸數據方面來看，光纖通信技術可滿足寬頻帶需求，能夠于光纜中鋪設多條線路，從多路徑傳輸數據，在一定程度上減少了電纜鋪設成本，數據傳輸效率比較高。

3.5 醫學應用

光纖通信技術可運用于醫學領域中?？梢栽谌梭w心臟、腦室中導入光導纖維內窺鏡，有利于準確測量血壓，采集血液中氧的飽和度數據。就目前而言，基于光導纖維連接的激光手術刀已經被廣泛應用于臨床醫學，有利于運用光敏法來治療癌癥。

4 光纖通信技術的未來發展趨勢

4.1 朝著高速化方向發展

光纖通信技術一直朝著高速化方向發展，在其研究和應用過程中一直想辦法滿足網絡容量需求并保證數據傳輸速率。這兩者的同時實現并不是一項簡單的任務，需要不斷地探索和研究。傳統的光纖通信技術，采用的電時分復用方式來進行信息傳輸，當傳輸速度提升4倍后，每比特傳輸成本便會有所下降，下降幅度為30%～40%。由于高比特率系統所帶來了經濟效益更多，而且其增長遵循指數規律，因此光纖通信技術的傳輸速率一直在不斷地提升。目前商用系統的信息傳輸速率與傳統信息傳輸速率相比，提升了2 000倍。高速系統下的光纖通信技術，拓展了業務傳輸容量，能夠滿足各類業務的容量需求。

4.2 向超大容量系統發展

電時分復用系統的擴容性已經難以再進一步提升，光纖的200 nm則還有著豐富的寬帶資源有待挖掘，至少有99%的資源還未得到有效開發和應用。在同一根光纖上，適當錯開光源信號，同時傳送多個波長，則能夠進一步拓展信息傳輸容量。波分復用系統的應用不僅能夠提高光纖寬帶資源利用率，還有利于迅速拓展系統的信息傳輸容量。而且在進行大容量、長途傳輸時，能夠在一定程度上減少再生器、光纖的大量使用，降低信息傳輸成本。光纖通信技術的應用不受信號速率的影響，可有效增設新的寬帶業務，無關于電調制方式。因此，光纖向超大容量系統發展，有利于創建光聯網，并保證其透明性、高生存性。

4.3 實現光聯網

應用波分復用系統技術來增加光纖通信技術的信息傳輸容量，能夠取得一定的成果，其通信基礎系統主要是點到到點，可靠性上還存在著一定的問題，若是能將類似SDH在電路上的分叉功能引入至光纖通信系統中，便能夠取得更好的通信效果?；诖?，應當加強對光的分插復用器的研究，重視光的交叉來接設備研制工作，在產品研制完成之后，可滿足商用需求，實現光聯網。光聯網的實現可呈現出超大容量的光網絡，網絡的擴展性得到了進一步提升，網絡中的節點、業務數量都會大幅增長。而且光聯網有一定的可重構性和透明性，不僅可以對網絡進行靈活充足，還能夠連接不同制式的信號，與任務系統相連。

5 結 論

綜上所述，分析了光纖通信技術的優勢和用處，并闡述了以后的發展趨勢。明確光纖通信技術的優勢，其損耗較低，成本不高，而且具有較好的穩定性，使用年限較長，在各個領域中都有著良好的應用。未來，應當加強對光纖通信技術的研究，不斷地創新相關技術，進一步增加信息傳輸容量，解決信息傳輸速率問題。