通信工程有线传输技术改进路径探究

乐键

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1 有线传输技术——光纤通信

光纤通信所需的主要材料是二氧化硅。与其他能源相比，中国的二氧化硅储量相当丰富。光纤通信的广泛应用有利于减少电力通信中其他电源的损耗。同时保护环境，减少大气污染，对我国经济的可持续发展具有深远的意义。随着现代信息技术的飞速发展，对光纤通信的传输容量（传输速率）提出了更高的要求。目前，由于沿途光电中继器件的损耗、色散和电子响应速度，线性光纤通信系统的传输速率较低，中继距离较短。当传输速率在10gb/s 以上时，中继器件的价格越来越高，这对通信系统的光纤化传输构成了很大的障碍。作为解决上述问题的有效途径，光孤子通信就是这样一种全光路系统。当光纤材料 SiO2 的折射率与光脉冲的场强呈非线性关系时，光纤中的光强引起的折射率非线性自相位调变效应（SPM）。由反常色散区引起的光脉冲压缩可以抵消群速度色散效应（GVD）形成的光脉冲展宽，从而在光脉冲传输过程中保持形状不变。光孤子通信系统中的光孤子传输是光孤子通信的核心问题，也是实现超高速、超长距离全光通信的基础。影响光孤子传输的因素很多。光纤的带宽为25 太赫兹，传输容量很大。目前，光纤通信系统的传输速率远低于25thz，这是由于光信号传输存在两个重要的限制因素: 损耗和色散。为了实现高速光通信技术，要求光双稳器件（光开关等）具有皮秒级的快速响应时间。半导体光开关的响应时间仅为纳秒级，远远不能满足高速光通信的要求，从而产生了所谓的 “瓶颈效应”。在未来的全光通信领域，除了要求全光逻辑器件快速响应外，器件还必须在以下两个方面具有优良的性能。首先，要求器件中使用的材料具有较大的非线性系数，以便于光学器件的集成。二是材料的阈值功率低，损耗小，降低了成本。现有材料不能充分满足这一要求。在此基础上，提出将小于激子玻尔半径的半导体纳米颗粒嵌入不相容的光纤材料（SiO2 介质）中形成纳米光纤。在这种材料体系中，半导体粒子受到介质阻挡的三维强约束，表现出准零维量子点特性，三阶光学非线性响应大大增强。此外，这种增强的非线性响应具有饱和吸收强度低、阈值功率小和皮秒级的快速响应和低损耗的特点。量子点半导体材料的出现将电子限制在点结构上，实现了零维量子限制。将会有新的光通信设备和光通信系统。

2 光传输网络的设计

根据ITU-Tg．984．3 标准，光传输网络技术是一种运行在 OSI （OSI）环境下的第一层通信模型，该模型被分为两层开放系统互连。电子层也称为数字封装，光学层也称为密集波分复用（DWDM）层。电子层负责调用、交换和管理客户端信号（光数据单元）的实体，而光学层负责生成、复用、交换和管理光通道。这些光学数据单元k（k=0,1,2,3,4）用于传输端到端路径和客户端之间的信号，这些客户端可以是固定的或大小可变的。动态光传输网络具有能够调整需求以应对不断变化的业务模式或网络故障的优点。该特性有可能在优化网络资源能力的同时降低运营成本。虚级联技术（VCAT）和链路容量调整技术（LCAS）是两种可用于提高光传输网络振动性能的技术。光传输网络设备提供了多种业务类型的接口，包括同步传输模块级（STM-N）光单元接口、以太网接口、准同步数字体系接口、OTUK 接口、FC 业务接口、公共无线电接口（CPRI）业务接口和其他业务接口，可同时满足光路和电路的业务需求[11]。通信业务通过这些接口传输到光数据单元 k 接口，适用于处理单元，然后发送到光数据 k 交叉单元进行交叉连接，最后复用到光纤中。

3 光传输网络的设备形式

光传输网络的设备形式主要有光传输网络中的交叉连接装置和终端多路复用器（TM）。TM 是指支持电路层（ODUk）和光路层（OCh）复用器的 WDM 设备。在设备结构当中，每个光层、电层、多路复用、开销和接口必须符合 ITU-T 设定的标准。光传输网络中的交叉连接器件主要包括电交叉器件、光交叉器件和光电混合交叉器件。作为波长级的交叉连接，电子交叉器件的核心器件是一个交叉连接矩阵，用于实现n 个输入信号的一定水平的支路之间的任何交叉连接。光传输网络具有很强的适应 IP 网络的灵活性。光传输网络引入了高速率的新型光信道数据单元。BMP 用于将10GE 信号映射到 ODU2e。为了适应100GE 业务的传输，引入了高速率的ODU4。

在过去的10 年中，光网络的传输速率增加了约100 倍，预计在未来的10 年中，系统速率将增加约100 倍。在超高速网络中，如果继续使用原有的电子交叉设备，节点设备将变得非常大和复杂，并且更难实现。在这种情况下，唯一的方向就是全光网络。光通道层作为较高的通道层，对光路进行交叉连接，从而提高了从电信号到光信号的交叉连接和分叉复用器的水平。

4 光孤子通信

在光孤子通信中，随着光纤通信速度的快速增长，光开关、光解复用器、光相位共轭器、色散补偿器、光放大、非线性光耦合器、光 IP 路由器、光纤激光器等新技术在系统中得到了广泛的应用。它们代表了光纤通信的未来发展方向，而这些光学技术大多是基于光纤中的非线性效应。因此，开发具有大非线性系数和其他特定功能的新型特种光纤和光通信器件是当前世界的研究热点。利用一些光纤中的非线性效应，设计了各种实用的新型光学器件和光通信系统。如何提高光纤的非线性效应，从而制造出饱和吸收强度低、阈值功率小、响应速度快、损耗低的皮秒级光纤。将小于激子玻尔半径的半导体纳米颗粒嵌入不相容光纤材料（SiO2）中形成纳米光纤，产生强烈的非线性效应。

5 结语

综上所述，光纤通信是一种传输光信号的有线通信方式。它具有通带宽、体积小、使用面积大、传输范围广、使用寿命长等优点，而且不受电磁场和辐射的影响。由于这些优点，光纤通信在电力行业得到了广泛的推广和应用。光纤有许多种类，如普通光纤和特殊光纤。在电力通信网络中还有传统的开放式电话、音频电缆和新兴的扩频通信。用于电力通信系统的光纤可分为以下几类。光纤通信是一种传输光信号的方式。它具有通带宽、体积小、使用面积大、传输范围广、寿命长、不受电磁场和辐射影响等优点。因此，光纤通信在电力行业得到了推广和广泛的应用。光纤有许多种类，如普通光纤和特殊光纤。这些产品在电力通信中有着广泛的应用。