光纤通信技术的未来_光纤通信未来趋势
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光纤通信技术的未来
摘要：光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。通过分析光纤通信技术的发展历史与发展现状，并对光纤通信技术的发展趋势进行了展望。
关键词：光纤通信 现状 发展 展望
一、光纤通信原理
光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。[1]通过分析光纤通信技术的发展历史与发展现状，并对光纤通信技术的发展趋势进行了展望。
二、光纤通信现状
1、波分复用技术
波分复用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率（或波长）不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器），将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。[2]自从上个世纪末，波分复用技术出现以来，由于它能极大地提高光纤传输系统的传输容量，迅速得到了广泛的应用。
1995年以来，为了解决超大容量、超高速率和超长中继距离传输问题，密集波分复用DWDM（DensWavelengthDivisionMultiplexing）技术成为国际上的主要研究对象。DWDM光纤通信系统极大地增加了每对光纤的传输容量，经济有效地解决了通信网的瓶颈问题。据统计，截止到2002年，商用的DWDM系统传输容量已达400Gbit/s。以10Gbit/s为基础的DWDM系统已逐渐成为核心网的主流。DWDM系统除了波长数和传输容量不断增加外，光传输距离也从600km左右大幅度扩展到2000km以上。
与此同时，随着波分复用技术从长途网向城域网扩展，粗波分复用CWDM（CoarseWavelengthDivisionMultiplexing）技术应运而生。CWDM的信道间隔一般为20nm，通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内（1260nm～1620nm）的波分复用，并大大降低光器件的成本，可实现在0km～80km内较高的性能价格比，因而受到运营商的欢迎。
2、光纤接入技术
光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。
FTTH（光纤到户）是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。我国从2003年起，在“863”项目的推动下，开始了FTTH的应用和推广工作。迄今已经在30多个城市建立了试验网和试商用网，包括居民用户、企业用户、网吧等多种应用类型，也包括运营商主导、驻地网运营商主导、企业主导、房地产开发商主导和政府主导等多种模式，发展势头良好。不少城市制订了FTTH的技术标准和建设标准，有的城市还制订了相应的优惠政策，这些都为FTTH在我国的发展创造了良好的条件。
在FTTH应用中，主要采用两种技术，即点到点的P2P技术和点到多点的xPON技术，亦可称为光纤有源接入技术和光纤无源接入技术。P2P技术主要采用通常所说的MC（媒介转换器）实现用户和局端的直接连接，它可以为用户提供高带宽的接入。[4]目前，国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽，对大中型企业用户来说，是比较理想的接入方式。
xPON意味着包括多种PON的技术，例如APON（也称为BPON）、EPON（具有GE能力的称为GEPON）以及GPON。APON出现最早，我国的“863”项目也成功研发出了APON，但由于诸多原因，APON在我国基本上没有应用。目前用得比较多的是EPON中的GEPON，我国的GEPON依然属于“863”计划的成果，而且得到广泛的应用，还出口到日本、独联体、欧洲、东南亚等海外一些国家和地区。GPON由于芯片开发出来比较晚，相对
不是很成熟。成本还偏高，所以，起步较晚，但在我国已经开始有所应用。由于其效率高、提供TDM业务比较方便，有较好的QoS保证，所以，很有发展前景。EPON和GPON各有优缺点，EPON更适合于居民用户的需求，而GPON更适合于企业用户的接入。
三、光纤通信的发展简史
1880年,A·G贝尔发明了利用太阳光作为光源的通话装置,光波在大气中传输,通话距离达213米.后来改用孤光灯作为光源,延长通信距离.但光源在大气中传输受到雨,雾,烟和尘土的阻抗或减弱,通信很不稳定,应用上受到很大的限制.[5]
1966年,高锟等人提示了实现低衰耗光导纤维的可能性.1970年,美国研制出衰耗为20分贝/公里的石英光纤和体积很小的半导体激光器.此后,光纤及激光器等部件的质量逐年迅速提高,因而以半导体激光器作为光源,以石英光纤作为光的传输媒介,以半导体光电二极管作为接收器件的光源通信系统迅速发展起来.80年代,以短波长光源和多模光纤为标志的第一代光通信技术已很成熟,无中断通信距离约为10公里,通信路次约为1000路,已用作市话局之间的中继线,也用于城市间的通信系统,但中继站较多,站距较短.以长波长光源和单模光纤为标志的第二代光纤通信技术也已成熟,无中继通信距离约为30公里,通信容量约为5000路,适用于长途干线通信.全光化和光集成化的光纤通信技术正在研究之中.全光化指的是在中继器中光信号直接被放大,省去了光—电转换和电—光转换过程.[6]全光化的光集成化功能大大减少中断器和光端机的体积,降低功耗和成本,提高可靠性.四、光纤通信的未来展望
1、向超高速系统的发展
从过去20多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30％～40％：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。[7]目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年
时间里增加了2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。[8]
2、向超大容量WDM系统的演进
采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1％，99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是：1．可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；2．在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低了传输成本：3．与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；4．利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。[9]
3、实现光联网
上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。[10]根据这一基本思路，光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：1．实现超大容量光网络；2．实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；3．实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；4．实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；5．实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。[11]
4、新一代的光纤
近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，[12]而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。传统的G.652单模光
纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。[13]目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤(G.655光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。
5、光接入网
过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。[14]而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90％以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是：减少维护管理费用和故障率：开发新设备，增加新收入；配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处：建设透明光网络，迎接多媒体。[15]
五、结束语
目前，光纤通信已成为一种最主要的信息传输技术，迄今尚未发现可以取代它的更好的技术。即使是在全球通信行业处于低迷时期，光纤通信的发展也从未停滞过，就我国而言，光通信市场仍处增长状态。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。
参考文献：
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