光纤通信技术探究与讨论

2022-09-21周英俊

通信电源技术 2022年10期

周英俊

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林长春 130012）

0 引言

21世纪是一个信息化时代，随着计算机信息技术的大力发展，通信技术水平越来越高，并广泛应用于各个领域中，受到人们的重视。光纤通信技术是一种以光纤为媒介的通信方式，信息载体是光波，是现代通信的主流形式，与人们的日常生活、生产密切相关。光纤通信的优势在于其速率较高，容量比较大，新技术的涌现，给人们带来了优质的通信服务。为充分发挥光纤通信技术的作用，促进光纤通信技术的进步，应当加强对光纤通信技术的研究，不断扩大光纤通信应用范围，从而提高光纤通信技术水平。

1 光纤通信系统的技术特点

光纤通信系统的组成包括光发送机、光接收机、电端机以及中继器等，组成框架如图1所示。其技术特点主要表现在以下几个方面：一是具有较大的通信容量和较宽的频带，与电缆、铜线相比，光纤的传输带宽要大很多，通过现代科学技术可进一步增加传输容量，并且单波长光纤通信系统的信息传输速率比较高；二是具有较厚的抗电磁干扰能力，光纤由石英材料制成，其具有一定的绝缘性，而且不容易被腐蚀，一定程度上降低了光波导的电磁干扰性，不受雷电、太阳黑子活动或是一些人为电磁的干扰；三是具有较好的保密性，不会出现串音干扰现象，在利用光纤通信技术进行光波传输时不会出现串音情况，这是因为光信号被限制于光波导结构中，光波泄漏微弱，即使光缆内部信道较多，也不会串音，光缆之外无法窃取传输信息；四是中继距离比较长，损耗较低[1-3]。

图1 光纤通信系统的组成框架

2 当前光纤通信关键技术分析

2.1 光复用技术

利用光纤宽带资源有两种方式。一种是促进通信速率的提升，在现有的时间中传输更多的信息，避免通信业务量过大。然而，通信速率在电子器件响应速度有一定的局限性，目前，通信速率无法超过40 Gb/s。另一种方式是采取光复用技术，扩容光纤，这种方式有着较好的成效，不仅能够减少成本，还满足于宽带业务开展的各项要求。常见的光复用技术有以下几种。

（1）光波分复用技术。该技术是指多个波长光信号，在一根光纤中同时传输，常见的光在波波长有两种，分别为1.31 μm和1.55 μm。目前，所使用的光纤中低损耗带的宽度均在100 nm以上，通信波段有两个，即1.25～1.35 μm波段、1.5～1.6 μm波段[4,5]。在此基础上，每一根光纤可利用的波长带宽为200 nm，若是以波长间隔来进行光在波波长划分，则可以发现200个可使用的通信信道。当波长间隔逐渐缩小时，通信容量便会增大。

（2）光频分复用技术。从本质上来说，该技术与光波分复用技术相同，均是依赖于光载波传输信息，受光载波波长的影响，但两者的差异性在于光频分复用技术所描述的光在波位于频域中，所使用的波长间隔有所不同。一般来说，光波分复用的光载波波长间隔为1 nm以上，而光频分复用技术的波长间隔则在1 nm以下。光频域内如果有多个光信道密集排列，且波长间隔较小，那么其频率能够达到1 014 Hz，更适合用频率来进行描述。该技术能够大大提升光纤通信容量[6,7]。

（3）光时分复用技术。该技术是指在光纤的同一信道中，利用不同的时间间隔来实现通信服务的技术。各个信道的信号一般都是光脉冲信号，具有低速、低频的特点，复用后的高速光脉冲信号在光纤中进行传输。在光脉冲信号进行传输时，需要以帧结构为依据，可用T表示帧周期，t表示帧与帧之间的时间间隔，用帧周期数值减去帧与帧的时间间隔便可以得到信号发送机，发送已经调制过的出每一帧光信号所占的时域，可将时域分为N个时间间隙，这些时间间隙相等。当各个信道基带光脉冲时，便会占用相应的时间间隙，复用器会在时域上将各个信道发送而来的光脉冲，复合成高速脉冲流，并利用光纤进行传输。接受端的解复用器会拆分高速脉冲流，将其转变为低速脉冲信号，再利用光接收机来处理。光时分复用技术的应用中，不会存在信号干扰问题，而且能够对总宽带进行平均分配，网络结构受到网络节点数量的限制，通常被用于局域网中。

2.2 光纤接入技术

光纤接入技术可以提高信息传输速度，进一步满足人们对信息传输的需求，可使光纤宽带全面覆盖各家各户，如图2所示。在光纤宽带接入技术的应用过程中，光纤到达位置存在一定的差异，因此其应用也有所不同，最终方式是光纤到户，即全光接入，基于光纤宽带特性，为用户提供不受限制的宽带网络服务。就我国目前而言，能够提供千兆以太网（Gigabit Ethernet，GE）宽带服务、快速以太网（Fast Etherne，FE）宽带服务，这种接入方式十分适用于一些大型、中型企业[8]。

图2 光纤接入技术

3 光纤通信技术的有效应用

3.1 通信和电力通信应用

光纤通信可使用光导纤维来实施通信服务，其可以分为长途通信、国际通信、本地通信等部分。光纤是其传输媒介，当前光纤已经逐步进入到各家各户，遍布于各个小区，几乎所有的通信都离不开光纤。光纤在电力通信中有着较好的应用，大部分的电力系统都已经开始接入光纤，将其作为通信网络传输的主干线，整体规模较大，光纤网络系统健全，无论是开展语音业务，还是数据业务，都能以光纤为载体。另外，光纤通信为电网系统的稳定运行提供了重要的技术保障，给人们的日常生活带来了便捷。

3.2 广播电视和有限电视网络应用

光纤通信技术即使是容量较大的数据也能够进行传输，而且具有较好的抗干扰性，保障信息数据传输质量，铺设方面也较为简便，无需过高的成本，十分适用于广播电视。将光纤通信技术覆盖于整个广播电视领域中，构建基础的网络模式，便于制作数字化电视节目，保证电视节目的传输质量。同时，利用光纤通信技术还有利于实现异地传输，确保实时传输效果，信号传输的稳定性更强，不会出现明显的延迟。相较于卫星传送方式来说，光纤通信技术的应用受到的干扰性更少一些，被广泛应用于广播电视行业中[9]。同时，光纤通信技术在有线电视网络中也有着较好的应用，可采用全新的宽带数字传输系统进行传输，其中的同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）和光纤模式，具有一定的保护功能，形成了环网传输系统，能够满足于各类信息的传输。

3.3 传感器应用

无论是在机械加工方面，还是在汽车配电盘、机器人等方面，都能够充分利用光导纤维传输技术，其能够带来一定的光源和图像。将光纤通信技术应用于传感器中，能够起到不错的效果，将其与敏感元件组合在一起，制作成各种不同的传感器，有利于实时监测相关数据，进行有效的能量传输，如温度传感器、压力传感器等。

3.4 军事应用

光纤通信技术在军事应用中有着重要作用，主要体现在以下几个方面：一是光纤通信技术可增加军事系统的容量，提高信息的保密性，一定程度上避免重要信息被窃取，也能够有效地防止恶意干扰，相较于卫星通信、微波通信来说，光纤通信的优势较为明显；二是从传输数据方面来看，光纤通信技术可满足宽频带需求，能够于光缆中铺设多条线路，从多路径传输数据，在一定程度上减少了电缆铺设成本，数据传输效率比较高。

3.5 医学应用

光纤通信技术可运用于医学领域中。可以在人体心脏、脑室中导入光导纤维内窥镜，有利于准确测量血压，采集血液中氧的饱和度数据。就目前而言，基于光导纤维连接的激光手术刀已经被广泛应用于临床医学，有利于运用光敏法来治疗癌症。

4 光纤通信技术的未来发展趋势

4.1 朝着高速化方向发展

光纤通信技术一直朝着高速化方向发展，在其研究和应用过程中一直想办法满足网络容量需求并保证数据传输速率。这两者的同时实现并不是一项简单的任务，需要不断地探索和研究。传统的光纤通信技术，采用的电时分复用方式来进行信息传输，当传输速度提升4倍后，每比特传输成本便会有所下降，下降幅度为30%～40%。由于高比特率系统所带来了经济效益更多，而且其增长遵循指数规律，因此光纤通信技术的传输速率一直在不断地提升。目前商用系统的信息传输速率与传统信息传输速率相比，提升了2 000倍。高速系统下的光纤通信技术，拓展了业务传输容量，能够满足各类业务的容量需求。

4.2 向超大容量系统发展

电时分复用系统的扩容性已经难以再进一步提升，光纤的200 nm则还有着丰富的宽带资源有待挖掘，至少有99%的资源还未得到有效开发和应用。在同一根光纤上，适当错开光源信号，同时传送多个波长，则能够进一步拓展信息传输容量。波分复用系统的应用不仅能够提高光纤宽带资源利用率，还有利于迅速拓展系统的信息传输容量。而且在进行大容量、长途传输时，能够在一定程度上减少再生器、光纤的大量使用，降低信息传输成本。光纤通信技术的应用不受信号速率的影响，可有效增设新的宽带业务，无关于电调制方式。因此，光纤向超大容量系统发展，有利于创建光联网，并保证其透明性、高生存性。

4.3 实现光联网

应用波分复用系统技术来增加光纤通信技术的信息传输容量，能够取得一定的成果，其通信基础系统主要是点到到点，可靠性上还存在着一定的问题，若是能将类似SDH在电路上的分叉功能引入至光纤通信系统中，便能够取得更好的通信效果。基于此，应当加强对光的分插复用器的研究，重视光的交叉来接设备研制工作，在产品研制完成之后，可满足商用需求，实现光联网。光联网的实现可呈现出超大容量的光网络，网络的扩展性得到了进一步提升，网络中的节点、业务数量都会大幅增长。而且光联网有一定的可重构性和透明性，不仅可以对网络进行灵活充足，还能够连接不同制式的信号，与任务系统相连。