光通信技术研究

张秦菲

摘 要：光通信是以光波作为载波，光纤作为传输媒质的通信方式，本文在介绍了光通信发展和光通信系统组成的基础上，着重介绍了光通信的关键技术，其关键技术包括SDH技术，光放大和色散补偿技术以及波分复用技术。

关键词：光通信 SDH 波分复用

光通信是以光波作为载波，光纤作为传输媒质的通信方式，它以频带宽，传输容量大，重量轻，体积小，抗电磁干扰性能好等优点得到了广泛的应用，并成为现代通信网的主要支柱。

一、光通信的发展

1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望，在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验；1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的技术途径和可能性，奠定了现代光通信的基础。1970年，美国康宁公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤，使光纤的研制取得了重大的突破，同时在这一年，美国贝尔实验室，前苏联和日本电气公司先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷半导体激光器，虽然它的寿命只有几个小时，但它使得光纤通信用光源取得了实质性的发展。小型光源和低损耗光纤的同时问世，掀起了光纤通信发展的高潮。由于光纤和半导体技术的进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要的里程碑。在光纤通信的发展过程中，其经历了三个发展阶段。第一个阶段，从基础研究到商业应用的开发时期，实现了短波长到低速率的多模光纤通信系统，其无中继传输距离约为10km；第二个阶段，光纤通信的大发展时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长，传输波长从0.85um发展到1.31um和1.55um，并且实现了1.31um的单100模光纤传输系统，其无中继传输距离为50-100km；第三阶段，全面深入开展新技术的研究，实现了1.55um单模光纤通信系统，即SDH通信系统，其无中继传输距离为100km-150km，从1996年后，人们开始研究波分复用光纤通信系统和光波网络。

二、光纤通信系统的组成

一个简化的光纤通信系统一般由电发射机，光发射机，光纤，光接收机，电接收机等组成。电发射机将输出的调制信号送入光发射机，光发射机一般包括驱动电路和光源，光发射机的作用是将电发射机输入的电信号对光源进行调制，是使光源产生出与电信号相对应的光信号，然后将光信号传入光纤实现光信号的传输。光接收机的主要包括光电检测器和放大电路，当光信号经过光纤到达光接收机时，光电检测器将光信号转换为相应的电信号，在经过信号放大和信号处理后进入电接收机。在远距离的光纤通信系统中，为了补偿光纤的损耗和消除噪声和失真对信号的影响，在光纤传输的过程中必须加装光中继器。光中继器一般有两种形式，一种是光-电-光中继器；另一种是用光纤放大器实现在线光信号放大。

三，光纤通信的主要技术

1.SDH技术。光纤通信之所以能够实现大容量的通信，要归功于数字通信中广泛使用的时分复用方式，随着通信网的迅速发展，准同步的数字体系（PHD）已经不能满足现代通信网络的传输要求，而同步数字体系（SDH）则变得日趋重要。SDH是一套可以进行信息传输，复用，分插和交叉连接的标准化数字信号。它的基本网元组成有终端复用器、分插复用器、同步数字交叉连接设备以及再生中继器，它们的功能各不相同，但是因为都有统一的标准光接口，所以能够在光路上实现横向兼容。SDH是作为传输体系，它和PDH截然不同，它具有如下重要特点：

1.1新型的复用映射方式。SDH因为使用了同时重复使用的形式以及方便的复用映射构成，能够让快捷的低速消息以及高速消息首次就可以成功，在一定方面让仪器处置层面变得非常简单，节约了许多相关的路线程序、电衔接等。

1.2接口标准统一。SDH具有统一的网络节点接口，并对各网络单元的光接口有严格的规定，从而使得任何网络单元在光路上得以互通，反映了其横向兼容性。

1.3组网与自愈能力强。SDH网络采用了先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接设备（DXC）等，既能够让组网能力和自愈能力大大增强，也降低了网络的维护和管理费用。

1.4兼容性好。SDH网不仅能与现有的PDH网实现完全兼容，导致PDH的1.544Mbit/s与2.048Mbit/s两大程序（3个地域性规范）在STM-1层次上变得统一，达成了数字运输体系的世界性规范。同时还可容纳各种新的数字业务信号（如ATM信元、IP包等）。因此SDH网具有完全的前向兼容性和后向兼容性。

1.5系列標准规范。SDH已经制定出一整套标准，来规范各个生产单位以及使用单位行为，与此同时也让各厂家能够进行直接产品互通，此外也有利于国际方面互连互通。

2.光放大和色散补偿技术。通信容量的大小通常用BL积表示，其中B为比特率，L为通信距离，BL积越大，通信容量越大。采用新技术对光信号进行处理，通信容量将会上一个新台阶。光放大技术会增加光通信的距离，通信距离增加后后色散会加剧，这就需要进行色散补偿。现在使用的光放大器有半导体光放大器，光纤放大器。其中半导体光放大器由半导体材料组成，其主要问题是与光纤的耦合损耗比较大，放大器的增益受偏振影响较大，噪声和串扰也比较大；光纤放大器又分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器，非线性光纤放大器是利用强的光源对光纤进行激发，使光纤产生非线性效应，包括受激喇曼散射光纤放大器，受激布里渊散射光纤放大器等，掺杂光纤放大器是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器，目前最成功的是参铒光纤放大器。色散的补偿技术包括无源色散补偿技术，色散前补偿等，无源色散补偿是指在光纤线路中加上无源光器件实现补偿的目的，其分为色散补偿光纤和光纤光栅两种方法；色散前补偿是指在光信号进入光纤线路前，在发射端对输入的光脉冲的特性进行修正，主要有预啁啾补偿技术和色散支持传输技术。针对在高速传输光纤通信系统中的偏振模色散可以采用多种补偿技术进行补偿。

3.波分复用技术。光放大技术和色散补偿技术解决了传输距离问题，要解决光波承载信息容量问题，就要求我们研究多信道复用技术。从光信号和光波两个方面考虑，服用技术主要有光时分复用技术，光码分复用技术，波分复用技术等，下面主要介绍一下波分复用技术。光波复用技术是指在一根光纤中同时传输两种或多种不同波长的光波信号，多个光发送机发送出由不同波长承载的光信号，通过光复用器耦合到同一根单模光纤中，然后经过光纤传输到达光接收端后，再由解复用器将不同波长信号在空间上分开，分别进入各自的光接收机。WDM系统具有充分利用光纤带宽资源，同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求以及高度的组网灵活性，经济性和可靠性等特点。WDM技术从传输方向上分为双向结构和单向结构两种基本的应用形式。

参考文献：

[1]陈立.我国光通信技术应用现状及发展趋势[J].绵阳师范学院学报，2014，（8）， 44-48.

[2]袁国良，李元元.光纤通信简明教程[M].清华大学出版社，2006.