張廣強(qiáng)

（兗礦集團(tuán)信息化中心，山東 鄒城 273516）

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全光通信的發(fā)展和應(yīng)用研究

張廣強(qiáng)

（兗礦集團(tuán)信息化中心，山東 鄒城 273516）

［摘 要］當(dāng)前社會，信息技術(shù)迅猛發(fā)展，巨量的信息交換需要高速、高效的通信手段，全光通信具有大容量、高速、低成本的特點(diǎn)，因此，全光網(wǎng)絡(luò)日益被人們廣泛應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］全光通信；信息；網(wǎng)絡(luò)；光纖

在日常生活中，人們常常需要將信息從一個地方傳遞到另一個地方，這種信息傳遞的過程就是通信。從古代的烽火臺到1880年貝爾發(fā)明的電話，都是通信的手段，實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能的技術(shù)稱為通信技術(shù)。隨著光纖的發(fā)明和普及，通信從電傳輸發(fā)展到了光傳輸，而近幾年“全光網(wǎng)絡(luò)”的提出和應(yīng)用使通信方式有了質(zhì)的飛躍。

1　光纖的發(fā)展

光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。傳輸原理是光的全反射。1960年，美國科學(xué)家Meiman發(fā)明了紅寶石激光器，光通信從此有了起點(diǎn)；1966年，高錕博士發(fā)表了《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》一文，提出只要降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就能使玻璃纖維的損耗降低到20 dB/km，就有了用于通信的可能；1970年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室、日本電氣公司和前蘇聯(lián)先后研制成功鎵鋁砷雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器，為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；1970年，美國康寧公司研制成功損耗20 dBkm的石英光纖；1986年光纖的損耗降低到了0.154 dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。光纖按傳輸模式分為單模光纖和多模光纖，工作波長從0.85 μm發(fā)展到1.31 μm和1.55 μm，傳輸速率從MB/S發(fā)展到GB/S。

光纖的特點(diǎn):頻帶極寬；損耗?。槐Ｃ苄詮?qiáng)；抗干擾性強(qiáng)；光纖通信不帶電，可用于易燃易爆場合；使用環(huán)境溫度范圍寬；抗化學(xué)腐蝕，使用壽命長。

2　光纖通信的發(fā)展

所謂光纖通信，就是利用光導(dǎo)纖維來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信目的。電通信是以電流作為信息的載體實(shí)現(xiàn)信息傳輸，而光通信是以光波作為信息載體而實(shí)現(xiàn)信息傳輸。要使光波成為信息的載體，必須對光進(jìn)行調(diào)制。光纖通信原理是在發(fā)送端首先把信息變成電信號，然后調(diào)制到發(fā)光器發(fā)出的光束上，使光的強(qiáng)度隨電流信號的頻率變化發(fā)生變化，然后通過光纖傳送出去；在信息的接收端，檢測器把收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)解調(diào)后變成原來的信息。

光纖通信系統(tǒng)可分為三部分:電端機(jī)（電發(fā)射機(jī)、電接收機(jī)）；光端機(jī)（光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)）；傳輸光纖。光纖通信是現(xiàn)代信息傳輸?shù)闹饕侄危饫w通信的發(fā)展歷史雖然只有一二十年，但已經(jīng)已經(jīng)歷了三代:短波長多模光纖時期、長波長多模光纖時期和長波長單模光纖時期。光纖通信是通信史上的重大進(jìn)步，歐美日等許多國家都已不再建設(shè)電纜線路，而大力建設(shè)發(fā)展光纖通信網(wǎng)。中國的光纖通信這幾年進(jìn)步較快，大多數(shù)運(yùn)營商都已實(shí)現(xiàn)了信息的光纖傳輸。

3　全光通信

全光通信指的是用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程都在光域內(nèi)進(jìn)行，而且其在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換使用可靠性高、大容量和高度靈活的光交叉連接設(shè)備（OXC）。在全光網(wǎng)絡(luò)中，由于無需電信號的處理，所以允許存在不同的協(xié)議和編碼，使信息傳輸具有透明性。它同SDH傳送網(wǎng)一樣，滿足傳送網(wǎng)通信模型，遵循一般傳送網(wǎng)的組織原理、功能結(jié)構(gòu)的建模和信息定義，采用了相似的描述方式。因此，很多SDH傳送網(wǎng)的功能和體系構(gòu)想都可以用于全光通信網(wǎng)。

光通信的復(fù)用方式分為以下幾種。

（1）空分復(fù)用:利用在空間分割構(gòu)成不同的信道來實(shí)現(xiàn)光復(fù)用的技術(shù)。

（2）時分復(fù)用:各路信號在同一信道上占有不同的時間間隙進(jìn)行通信。

（3）波分復(fù)用（WDM）:在一根光線中同時傳送不同波長的多個光載波信號的技術(shù)。

波分復(fù)用又分粗波分復(fù)用（CWDM）、密集波分復(fù)用（DWDM）和頻分復(fù)用（FDM）。

WDM系統(tǒng)的特點(diǎn):①充分利用光纖的巨大帶寬資源，光纖通信的優(yōu)勢之一是其近30 THz的巨大潛在帶寬容量；②可同時傳輸多種不同類型的信號；③超大傳輸容量；④節(jié)省光纖資源，節(jié)省成本；⑤各通路透明傳輸，平滑升級擴(kuò)容，光傳送網(wǎng)可支持盡可能多的客戶；⑥利用成熟的TDM技術(shù)；⑦利用EDFA實(shí)現(xiàn)超長距離傳輸；⑧對光纖的色散無過高要求；⑨可組成WDM全光網(wǎng)絡(luò)。

全光網(wǎng)絡(luò)（AON ，All Optical Network）是指信號只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時才進(jìn)行電/光和光/電的變換，而在網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在。因?yàn)樵谡麄€傳輸過程中沒有電的處理，所以PDH、SDH、ATM等各種傳送方式均可使用，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。

全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括全光交換、光交叉連接、全光中繼和光復(fù)用/解復(fù)用、全光信息的放大和再生。

3.1全光交換

全光交換技術(shù)分為光的電路交換和光分組交換。光的電路交換和現(xiàn)在的電路交換技術(shù)相似，光交換可以分為:時分交換技術(shù)、波分交換技術(shù)、空分交換技術(shù)、復(fù)合型光交換等技術(shù)。

全光網(wǎng)絡(luò)支持不同需求的業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)的不同需求使用戶對寬帶的要求也不同，這時候光分組交換技術(shù)就被提出來了。

3.2光交叉連接（OXC）

光交叉連接一種能在不同的光路徑之間進(jìn)行光信號交換的光傳輸設(shè)備。它用作在全光網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)處將不同光纖信號（或各波長信號）與其他光纖的信號進(jìn)行可控的連接。OXC主要有光交叉連接矩陣、管理控制單元、輸入單元、輸出單元等模塊組成，光交叉連接也有空分、時分、波長交叉等不同方式，目前空分交叉和波長交叉比較成熟。

3.3全光中繼

現(xiàn)在的光纖傳輸系統(tǒng)采用光電光再生中繼器方式，這種方式十分復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性也受到影響。去掉上述光電光的轉(zhuǎn)換過程，在光路上直接對信號進(jìn)行放大傳輸，是全光傳輸必須解決的問題。目前已經(jīng)開發(fā)出半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器，上述問題便得到了解決。

3.4光的復(fù)用與解復(fù)用

光時分復(fù)用技術(shù)Optical Time Division Multiplexing（OTDM），是指多路光信號可以在一條劃分成若干時隙的復(fù)用信道中傳輸。

光波分復(fù)用技術(shù)Wavelength Division Multiplexing（WDM），不同波長的光信號經(jīng)調(diào)至后在一根光纖中傳輸。密集波分復(fù)用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）是在WDM的基礎(chǔ)上，光載波的光譜間距更加緊密，從而使光纖達(dá)到更高的傳輸性能。

3.5全光信息的放大和再生

信號在光纖中傳輸，光纖的色散和損耗對通信質(zhì)量的影響很嚴(yán)重。損耗導(dǎo)致信號隨傳輸距離的增加而衰減。這就需要一種能使光信號放大的技術(shù)，摻餌光纖放大器（EDFA）是一種對光信號放大的有源光元器件，有了它就可實(shí)現(xiàn)光纖遠(yuǎn)距離、大容量的信息傳輸。光信號在光纖中傳輸會有不同程度的色散，它會使得光信號脈沖展寬，發(fā)生干擾，使誤碼率增加，因此對光信號進(jìn)行再生措施也是必然的需要。

4　全光通信的發(fā)展

全光通信是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)目標(biāo)。全光傳送網(wǎng)（OTN）是目前全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，在點(diǎn)對點(diǎn)信息傳輸中，全過程不經(jīng)過任何的光電轉(zhuǎn)換。下一步，光聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)也需要新一代光開關(guān)、波分復(fù)用器、光衰減器、光放大器等元器件的發(fā)展。要建成完整的全光網(wǎng)絡(luò)，有許多信號處理、儲存、交換等要由光子技術(shù)完成，來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的光傳輸、交換和處理功能。

5　結(jié) 語

全光通信巨量的信息能夠超長距離、超大容量無中繼地傳輸。隨著通信業(yè)務(wù)高速的發(fā)展，各種新技術(shù)的不斷完善和進(jìn)步，通信領(lǐng)域向全光網(wǎng)絡(luò)前進(jìn)的步伐也在加快。可以小規(guī)模開始，隨著業(yè)務(wù)量的增加而逐步加大規(guī)模，用“小步快跑”的方式讓用戶體驗(yàn)新技術(shù)帶來的好處，在積累經(jīng)驗(yàn)的同時，分階段地、穩(wěn)步地走向全光網(wǎng)絡(luò)時代。全光通信必將成為通信發(fā)展的新趨勢，在21世紀(jì)前期，全光通信將會全面普及化。

主要參考文獻(xiàn)

［1］李維民，趙巧霞，康巧燕，等.全光通信網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

［2］吳海西.WDM技術(shù)的原理及其應(yīng)用與發(fā)展［J］.現(xiàn)代電信科技，2000（10）.

doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.12.114

［中圖分類號］TN929.11

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A

［文章編號］1673-0194（2016）12-0172-02

［收稿日期］2016-05-20