光纤通信技术的现状与发展趋势

魏勇

(北京怀柔装备指挥技术学院研究生院研四队，北京101416)

1.引言

在目前国际光纤通信发展以及结合我国国情的前提下，光纤通信技术在我国应用发展的态势强劲，尤其是在电力系统通信方面。本文就其原理、现状以及发展趋势等展开论述。

2.光纤通信技术原理及其现状

2.1 光纤通信原理

在光纤通信中，光调制可分为2大类：直接调制和间接调制。一次光纤通信全过程的完成，首先要在信源上将欲传送的声音、图像和数据等电信号转换成光信号，再经由光纤传输到信宿，信宿必须将接收到的光信号进行光／电转换，变成电信号。由此可见，光纤通信与电缆通信相比，主要有2点不同，其一为传输信号使用光信号而非电信号；其二为传输介质选用光纤而非电缆。

2.2 光纤通信系统的现状

光纤通信系统，是指进入90年代以后的同步数字体系光纤传输网络。随着国民经济的发展，语言、图像、数据等信息迅速增长，尤其是因特网的快速兴起，广大用户对通信网宽带的要求十分迫切。因此，扩大光纤通信的传输容量势在必行。进入实用阶段以后，光纤通信的应用发展极为迅速，应用的光纤通信系统已经多次更新换代。第一代光纤通信系统20世纪70年代后期投入使用，工作波长为850nm波长段的多模光纤系统。光纤的衰减为2.5～4.0dB/km，系统的传输比特率在20～100Mbit/s之间，实用的系统容量为PCM三次群，最高传输速率为34Mbit/s，中继距离为8～10km。接着在20世纪80年代初，工作波长为13l0nm的多模光纤系统投入使用，光纤衰减为0.55～1.0dB/km，传输速率达140Mbit/s，中继距离为20～30km。

3.光纤通信技术未来发展趋势

20世纪70年代以来，光纤通信技术突飞猛进。光纤通信技术未来的发展将向超高速超长距离、无中继传输的目标迈进。

(1)传输体制从准同步体系向同步数字体系过渡，以适应建立全球统一的光纤网的要求。

(2)单波长通道向多波长通道过渡

采用复接技术可以进一步扩大光波通信系统容量，从而实现空分、时分、频分、码分多址复用。空分复用采用多根光纤来传送信号，而单根光纤则采用频分、时分、码分复用。频分复用在光域被习惯性称为密集波分复用(即DWDM)，为目前最常用的光波复用方式。目前，DWDM系统已被相当多的投入商业使用。(1)对于已敷设的传统的单模光纤(即G.652光纤)可采用各种新的色散调节技术来使网络的传输容量和传输距离进一步扩展。(2)新敷光纤采用色散移位光纤(G.653光纤)。这种光纤使零色散点移到1550 nm窗口，从而与光纤的最小衰减窗口获得匹配，使超高速、超长距离的传输成为可能。然而，随着光纤放大器和波分复用技术的引入，这种光纤暴露出严重的四波混合(FWM)影响，即光纤的非线性会导致产生许多新的波长，产生串音干扰或很大的信号衰减，限制了波分复用技术的应用。(3)针对上述G.652光纤的弱点，近2年出现了一种新型的非零色散光纤，称之为G.655光纤。这是一种为下一代超大容量波分复用系统设计的新型光纤，基本的设计思路是使零色散点波长不会落在1550 nm附近，而是向长波长方向或者向短波长方向偏移，有意地使1 550 nm附近呈现一定大小的色散。这样，一方面可能大大减轻四波混合的影响，保证8～16个波长的波分复用传输，另一方面又适度控制1550nm附近的色散使之不会限制10Gbit/s信号的传输距离，保证10 Gbit/s信号至少能传输300 km以上。目前北美新敷设干线光缆已放弃G.652光纤和G.653光纤，全部转向G.655光纤。而且第2代的G.655光纤———大有效芯径的光纤也已问世。

(3)用户网的光纤化

近年来光纤通信领域中，光纤用户网是研究的热点。随着光纤、光器件成本的降低，用户对多种宽带业务需求数量的增长，预计光纤用户网将取得突破性进展，由此可见，电信网的全光纤时代已经不远了。

(4)电交换节点将为光交换节点取代

光交换即指对光纤传送的光信号进行直接的交换。在光域中，光交换完成光交换功能，输入输出都是光信号，而且无需将光信号转换至电信号，因而有效地减少了延时，增加了系统的吞吐量。

(5)相干光通信将普及

在接收机中，相干光通信增加了光混频器和本真光源，具有混频增益的特性，使得系统的接收灵敏度极高，并且波长选择能力极为出色。因此，相干光通信可以在波分复用系统，特别是光频分复用系统中发挥巨大的作用。可以想象，人们将像现在调谐无线电的接收机那样，通过调节接收机本振光源波长，即可极为方便地从众多的信息通道中接收所需要的任何信息。

(6)孤子通信与全光系统

光脉冲要足够窄，脉冲能量在一定范围之内是产生光孤子的条件。实验表明，当光脉冲宽度小于几十个皮秒，入纤功率达到几十毫瓦时，光纤中将会产生孤立子。利用光孤子通信，在理论上，几乎没有容量限制，其传输速率可高达1000Gbit/s，从而实现超高速、超长距离的全光通信。光孤子的产生同光孤子的编码调制技术，以及光放大技术，是实现全光通信的关键，光孤子通信的前景诱人，这必然吸引世界各国研究者致力于将光孤子投入到实用化过程中去，达到光纤通信的顶峰。

[1] 倪鹏云.计算机网络系统结构分析[M].国防工业出版社，1999.

[2] 朱稼兴.计算机网络概念、原理、技术及应用[M].北京航空航天大学出版社，1999.