5G通信系统中光纤通信的有效应用

2020-01-05赵玉超

通信电源技术 2020年17期

赵玉超

（厦门海洋职业技术学院信息技术系，福建厦门 361100）

0 引言

近年来，光纤通信发展迅猛，并随着移动互联网和5G通信产业的发展迅速走进人们的日常生活，成为重要的通信方式之一。尤其是5G移动通信技术的普及，加速了光纤通信的发展。事实上，光纤通信是传统通信方式的发展成果之一，具有通信速率高、通信效率快以及可用于多终端数据交换等特点。但它与传统通信方式不同：光纤通信用户可以借助光纤终端的强大功能进行高效通信，因为光纤通信可以摆脱带宽的限制。在现代通信中，光纤通信成为一种新常态[1]。

1 光纤通信及其在5G通信系统中的应用现状

5G通信系统拥有较大的通信容量、较高的通信质量以及良好的保密性，对通信带宽和速度提出了更高要求，而光纤通信能够很好地满足这一要求。光纤通信发展突破了传统通信技术各环节在时间和空间上的限制，通过构建立体化和全方位的5G通信平台体系，能够显著提高通信效率[2-3]。随着光纤通信在5G通信中的应用日益广泛，光纤通信的应用价值得到了相关领域的重视。但从实际情况来看，由于缺乏相关的实践经验，光纤通信在5G通信中的应用仍然处于探索和模仿阶段。

1.2 光纤通信的相关技术

光纤通信是利用光波实现信息传送的技术。光纤通信由三个板块构成，分别是光波的发射、光波的接收和光纤传输。在光纤通信系统中，不仅可以实现数字信号的传递，还可以完成模拟信号的传输通信。因此，光纤通信有别于其他通信技术，可以实现多媒体信息和话音图像的高效率传播。光纤通信具有如下两个特点，一个是具有宽频带、大容量的特征。由于光源的调制方式、调制特性差异，使得色散特性得到最大化发挥，传输带宽可以提升到50 000 GHz。例如，一些单波长光纤通信系统中，密集波分复用技术的运用可以突破瓶颈效应问题，使得光纤宽带得到最大化的体现，能够显著增强光纤通信系统的信息量。另一个是光纤通信具有绝缘性、抗腐蚀性、抗干扰的优势。这主要是因为光纤的制作原料——石英，使得光纤通信不在受到外部电离效应的影响，同时能够有效抵抗雷电、太阳黑子的活动产生的电磁干扰。

正是因为光纤通信的优势十分明显，促成了光纤通信系统在5G通信系统中得到十分广泛的应用，并且光纤通信系统应用的范围还在不断的拓展。目前，光纤通信系统采取的技术主要包括色散补偿技术、复用技术、宽带放大器技术以及孤子WDM传输技术。

1.2.1 色散补偿技术

通常情况下，在5G通信系统中使用常规光纤的10G系统，受色散的限制传输只能达到50 km，因此提升5G通信高速信道尤为关键。通过运用色散补偿技术，能够降低信号长距离传输的色散限制。

1.2.2 复用技术

光纤带宽的利用率对于5G通信效率至关重要，通常会利用多信道系统提高带宽利用率。常用的复用技术包括时分复用技术、波分复用技术以及空分复用技术等。

1.2.3 宽带放大器技术

使用宽带放大器具有偏振不敏感、没有串扰、噪声与量子噪声的顶点相靠近等特点，能够大幅提高5G通信效率。

1.2.4 孤子WDM传输技术

对于通信距离与容量较大的系统，经常发生色散问题。在高速光纤通信系统中，采用孤子WDM传输技术，能够利用光纤的自身非线性平衡处理光纤色散，从而更好地向长距离、宽带以及高速的方向发展[4]。

1.3 5G通信系统与光纤通信的协同发展

光纤通信具有频带极宽、通信容量大的优势，使得光纤通信在5G通信时代得到十分广泛的运用。5G通信系统与光纤通信的协同发展更加注重通信中的互动效率和应用效率。例如，增强型移动宽带（Enhance Moblie BroadBoand，e MBB）和大规模机器通信（massive Machnice Type Communication，m MTC）的应用常见设置增强了5G通信模式的引导性功能，突破了传统通信模式引导功能的界限。在开展5G通信过程中，应关注光纤通信为5G通信发展带来的技术革命和理念革命，依靠创新模式发展需求，不断增强5G通信的应用效果。在互联网时代背景下，随着5G通信系统的发展，光纤通信在5G通信行业的投资回报率和行业资源共享效应逐步提升，使得很多新企业借助互联网渠道纷纷推出了一些类似的通信产品及服务。

2 光纤通信应用于5G通信系统存在的问题

继续扩大本网用户是光纤通信发展面临的问题之一。当前5G通信系统时代视频播放的流量正在迅速提升，而视频播放技术升级也持续开展。基于虚拟现实的新视频技术开发对光纤数据容量提出更高的要求，如手游以及各类虚拟平台的迅速发展，5G通信系统如何满足这部分群体用户的需求。对于这一问题，继续扩容城域NFV是光纤通信发展必须解决的问题。城域NFV不仅可以解决带宽限制的问题，还能够扩大网络节点规模，迎合人们对多媒体数据的需求。因此，制定科学性与整体性的5G通信系统应用拓展规划是一项重要工作。光纤通信未来发展必须要能够满足多网络的需求，通过开展多样化的发展策略，并凭借自己的技术优势、商业资源优势以及渠道优势，为传统5G通信系统企业的发展奠定基础[5-6]。

实施差异化发展是光纤通信发展面临的问题之二。在未来很长一段时间内，光纤通信将处于高度的发展阶段[7-8]。光纤通信进入移动端5G通信系统市场后，将面临来自其他新兴通信系统的竞争压力。究其原因，5G通信系统连接了各种信息业务，这也使得5G通信系统所提供的业务种类繁多，处理机制不尽相同，并且网络节点也存在差异性，必须采取差异性的处理措施才能确保5G通信系统的服务效率。而对于不同的业务类型，要有效利用管线通信功能完成不同板块的构建，并突出超带宽、低时延、高可靠性的核心优势，而这一目标的实现并不简单。虽然光纤通信虽然也开始着手不断进行产品创新，实施差异化发展策略，如光纤通信推出的高可靠低时延通信（ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC），紧随移动端5G通信系统市场发展的步伐，但从市场反映来看，仍然难以迎合市场用户需求，不利于自身综合竞争力的提高。

缺乏整体发展规划是光纤通信发展面临的问题之三。5G通信系统中光纤通信是一个复杂的系统工程，必须要有个整体性、科学性的发展规划。然而近年来光纤通信快速发展也暴露出一系列问题。一方面，光纤通信规划统一性不高，建设过程中容易耗费资源。例如，近年来在光纤通信设施建设中传统城域+干线的应用范围逐步缩窄，而专线接入+DCI云干线的模式越来越应用到DC云互联业务之中。但专线接入+DCI云干线的建设过程中存在耗费过多资源的问题，且干线网络的品质受限于光纤硬件，在效益和成本的协同控制上一直处于捉襟见肘的情况。当前5G通信系统中光纤通信正向着超高速、超大容量的方向发展。而在这样的发展驱使下，如何在满足光纤通信的客户群体需求的同时实现成本的控制，是未来光纤通信发展要尤为关注的问题。另一方面，软硬件建设跟不上。在硬件方面，光纤通信结构越来越复杂，增加了光纤通信网络建设和后期扩频方式的难度。在软件方面，还有一系列涉及光纤通信的关键技术需要继续攻关，如调制技术、回波抵消技术等。近年来，我国光纤通信相关技术已经有了很大的发展，一些科技公司研发的光纤通信自主知识产权也在陆续得到市场应用。例如，当前三大通信运营商推出5G通信系统基于光纤通信载体，可以降低光纤通信的运行费用和技术设备售后维修压力，使得光纤通信迎来更好的发展前景。但这种比例仍然是较小的。作为世界第二的光缆通信大国，应将自主知识产权开发作为光纤通信发展的重中之重。在5G移动通信技术发展背景下，光纤通信不应该停留在自身原有的行业垄断优势之上，而是应该积极开展科研工作，才能够在通信科技服务业务发展中脱颖而出。

3 5G通信系统中光纤通信运用的对策

5G通信系统发展过程中如何充分利用光纤通信的优势，扩大市场份额是其战略发展的核心问题[9]。

3.1 提高光纤通信创新力度，增加差异性服务

21世纪，要想增强5G通信系统中光纤通信的有效应用，必须要开展更加深入的光纤通信创新研发工作。5G通信系统中光纤通信的应用发展其中重要的一项是需要将通信服务产品进行分类，在能够实现高速度和低延时的同时，增加差异性服务内容，避免同类的产品之间的过度竞争。首先，5G通信系统应在此基础上提升光纤通信的技术水平，提升光纤通信辐射功能。其次，5G通信系统应加大服务内容差异化建设，如使光纤通信深入到乡村，5G通信系统可以依托大数据和云计算等数据资源，在5G通信系统产品的设计和推广环节中更关注于特定用户群体。再次，5G通信发展也应基于客观条件，充分发挥5G通信系统的现有资源优势，综合衡量优势与劣势，定位清晰且突出特色才能获取稳定的发展。最后，5G通信发展过程也应该加强功能丰富、有影响力以及辐射范围广的创新服务项目的研究[10-12]。随着5G通信规模经济效应的增强，对光纤通信基础设施建设的要求不断提高，各大通信运营商也纷纷投入更多的人、财以及物用于推动5G通信系统的发展。5G通信系统的光纤通信应用建设还应能够有效推动服务反馈监测系统的完善，以助力5G通信系统的发展。

3.2 充分发挥光纤通信优势，增强5G用户汇集效果

未来5G通信系统中光纤通信系统应用将孕育出更广阔的市场空间，而巨大的机遇同样产生了巨大的挑战。而在这样的背景下，5G通信系统应创新发展道路，开展关于关键融合技术的研发，采用云计算、大数据分析等继续推出特色服务，积极挖掘潜在用户群体，使得光纤通信系统从以往的执行命令式到自主决策式转变。例如，充分依靠光纤通信在传统通信行业的优势，从提高通信服务入手，实现战略合作，满足用户的多元化需求，给用户切切实实的服务体验效果，以提高用户粘性。5G通信系统还应积极探索充分发挥光纤通信优势的办法，加强系统的构建，加快大规模光纤通信基站的建设，拓展目标用户群体的范围，实现目标用户定位精细化和柔性化，全面提高5G通信的推广效率。通信技术能力升级并不是从大处着手，而是从满足寻常百姓的日常生活需求入手，针对不同用户实现精准的通信服务，有助于用户之间的口碑宣传，扩大5G通信系统的知名度和用户群规模，实现资源共享和生态共建[13-15]。

3.3 注重5G通信用户体验，增强用户的满意度

可以预测在不久的未来，5G通信系统将形成一个“有机生命体”，而光纤通信则是其中川流不息的血脉。要实现5G通信系统中光纤通信的有效应用，必须要从现实发展需求入手，从应用层面制定出光纤通信系统发展之路。而用户体验是一种无形资产，基于光纤通信的5G通信系统可以为用户提高更多元化的体验。为了进一步增强用户的满意度，必要时可以与其他机构和企业合作，形成联合业务，满足多个点网络组件功能，以实现精准通信的功能，提高用户的满意度[16]。