樊玉俊

（河南大學(xué) 歐亞國際學(xué)院，河南 開封 475000）

0 引 言

縱觀世界，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為這個時代的快速發(fā)展提供了強大的動力，便捷的新技術(shù)在人們的生活中得到了廣泛的應(yīng)用，從而給人們的生活帶來了意想不到的便利，這是科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶來的福祉，也是人類進步的象征。當(dāng)下，科技的快速發(fā)展離不開互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，同時一個國家的進步也離不開科技創(chuàng)新與發(fā)展。光纖通信技術(shù)的創(chuàng)新將為國家?guī)韴怨痰木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進而推動國家整體科技水平的發(fā)展。我國發(fā)展多年以來，一直離不開科技的完善與創(chuàng)新。在現(xiàn)代信息傳輸?shù)姆绞疆?dāng)中，光纖通信傳輸技術(shù)是關(guān)鍵的方式之一，它具備較大的傳輸帶寬和傳輸速率，能應(yīng)付各種信息通信，符合因特網(wǎng)技術(shù)的運用需求。因此，我國高度重視光纖通信，大力發(fā)展光纖通信傳輸技術(shù)，并將其運用于各個領(lǐng)域[1]。

1 光纖通信概述

目前，光纖通信快速發(fā)展，其所需傳遞信息的媒介為光纖，傳輸條件是利用光的全反射條件和相干加強條件。首先在發(fā)射端通過光發(fā)射機將要傳送的攜帶信息的電信號轉(zhuǎn)化成光信號，其次將其通過光纖進行傳輸，再次在接收端通過光接收機將傳送過來產(chǎn)生畸變且微弱的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，最后將電信號進行調(diào)整并放大后輸入到電接收端機經(jīng)解調(diào)器解調(diào)恢復(fù)出原始信息。其系統(tǒng)流程如圖1所示。近幾十年來，光纖光纜行業(yè)快速發(fā)展，在全球范圍內(nèi)光纖已鋪設(shè)3×109km以上。與此同時，我國與國際相比較而言，光纖通信技術(shù)的總體水平呈現(xiàn)上升趨勢。未來，我國市場光纖光纜具有較大的發(fā)展空間，但光纖通信技術(shù)發(fā)展時間較短，因此需要不斷進行探索，從而推動新一代通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另外，光纖通信技術(shù)對大數(shù)據(jù)、云計算以及互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，這些領(lǐng)域的發(fā)展與壯大將促進我國社會及城市的進步?；诖耍饫w通信技術(shù)在未來的技術(shù)發(fā)展中前途不可限量[2]。

圖1 光纖通信系統(tǒng)

2 現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)特點

2.1 現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)優(yōu)勢

2.1.1 通信容量大

光纖通信傳輸技術(shù)的頻帶很寬，由香農(nóng)公式可以推出光纖通信的傳輸容量很大。光纖通信傳輸設(shè)備的傳輸帶寬與普通傳輸技術(shù)的帶寬相對比，前者更寬一些[3]。光纖分單模光纖與多模光纖，單模光纖相對于多模光纖有著較大的傳輸容量且適合遠距離通信。傳輸容量的擴大能夠有效滿足當(dāng)下通信行業(yè)的發(fā)展。目前，信息傳輸量呈現(xiàn)上升趨勢，因此需要更深入地研究通信傳輸技術(shù)，采取能夠長距離及大容量傳輸?shù)墓饫w通信技術(shù)很有必要。

2.1.2 信息傳輸耗損少

光纖的主要材料是SiO2，SiO2能很好地反射光信號，并能實現(xiàn)全反射，而且技術(shù)非常成熟，進行長距離傳輸損耗極小。通過光傳輸和光接收機的配合能夠進行數(shù)百千米的中繼傳輸，因此被廣泛利用在長距離干線通信中。光導(dǎo)纖維在1.55 μm波長范圍內(nèi)的損耗可以降低到0.18 dB/km，比已知的其他通信線路的損耗要低得多。

2.1.3 具有抗電磁干擾能力

光纖是絕緣體，因此不怕雷電的影響，也不受高電壓和電磁等外界環(huán)境的干擾[4]。各種干擾波的頻率一般都比較低，而光纖中傳輸?shù)氖枪獠?，光波具有很高的頻率，所以一般環(huán)境下干擾波不能影響頻率比它高的多的光波。光纖有著杰出的抗核輻射能力，由電絕緣的SiO2材料制成。

2.1.4 串音少保密性好

信息的實時性和保密性是信息傳遞的重要條件。在各類人際交往過程中，一旦發(fā)生信息泄露將對個人的隱私造成較大的影響，因此通信技術(shù)對于談話隱私的保障，無論是商業(yè)還是政治活動都及其重要[5]。光纖通信技術(shù)無串音且保密性較好，可保障信息的安全性。光信號在管道內(nèi)部進行傳輸，可增加信息的保密性和安全性，傳輸過程中保密性的增強，可有效防止竊聽事件的發(fā)生。因為光纖的纖芯的折射率比包層的折射率高，光在光纖中的傳播是全反射，因此信息在光纖中傳輸泄露非常微弱，就算是在彎曲位置也無法竊聽。想要監(jiān)聽必須要使用光纖熔接機，否則光纖不能分接，無法進行竊聽，所以信息在光纖中傳輸非常安全。

2.1.5 原材料價格實惠、安全性強

光纖是光纖通信技術(shù)中最為基礎(chǔ)的設(shè)備，材料極細(xì)且新耗損較低，是一種高透明的電介質(zhì)材料，由纖芯和包層組成，石英玻璃光纖使用頻繁時在光纖通信技術(shù)的應(yīng)用具有一定的促進作用。SiO2用于石英玻璃光纖的制造，此材料方便獲取，且開采對環(huán)境所造成的傷害較小。光纖在光纖通信技術(shù)中使用的過程中，主要是由SiO2構(gòu)成，但還應(yīng)根據(jù)不同的條件置入劑量不同的物質(zhì)，從而滿足技術(shù)設(shè)計的要求[6]。

2.1.6 重量輕、體積小、節(jié)約金屬資源

通信設(shè)備的體積和重量對于很多領(lǐng)域都有極其重要的作用，石英的比重是2.2，銅的比重是8.9，傳輸同量容量的光纜是電纜重量的1/30～1/10。對等重量的光纖和同軸電纜的長度進行比較，1 kg的高純度石英玻璃可制成成千上萬米的光纖，而120 t的銅和500 t鉛可制成1 000 km的8管同軸電纜。光纖體積小、重量輕以及柔軟易彎曲的特性可以廣泛地應(yīng)用于航空航天和汽車電子等領(lǐng)域。地球上金屬資源的儲量有限，而制造光纖的石英在地球上取之不盡、用之不竭。

2.2 光纖通信傳輸技術(shù)劣勢

光纖線插頭塑套內(nèi)的光纖玻璃絲機械強度差且質(zhì)地脆，在有外力破壞或者有生物啃咬時容易發(fā)生斷裂，因此光纖需要實施切斷處理和其他的處理工作，通過專業(yè)的技術(shù)進行維護，但成本非常高。光纜與電纜鋪設(shè)在同一個坑道中，對光纖設(shè)備與管線進行管理的過程中則需重視此結(jié)構(gòu)，否則容易造成光纖設(shè)備運行耗損，并給維修工作人員帶來不必要的工作量，同時光纖光纜彎曲半徑應(yīng)適中，當(dāng)光纖光纜的彎曲半徑過大或過小超出所承受的范圍時，光功率降低，導(dǎo)致通信質(zhì)量降低。

3 光纖通信傳輸技術(shù)的應(yīng)用與展望

3.1 用戶網(wǎng)的光纖化

接入網(wǎng)是指骨干網(wǎng)絡(luò)到用戶終端之間的網(wǎng)絡(luò)連接，其長度一般為幾百米到幾千米，因此被形象的稱為“最后一公里”[7]。接入網(wǎng)的接入方式包括銅線接入、光纖接入（Fiber To The X，F(xiàn)FTx）、光纖同軸電纜混合接入以及無線接入等幾種方式。FTTx是新一代的光纖用戶接入網(wǎng)，用于對電信運營商和終端用戶的連接[8]。根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元的位置，光纖的接入方式主要有光纖到樓（Fiber to The Building，F(xiàn)TTB）、光纖到路（Fiber To The Curb，F(xiàn)TTC）、光纖到戶（Fiber To The Home，F(xiàn)FTH）3種形式。在未來，接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢是光纖到桌面（Fiber To The Desktop，F(xiàn)TTD），就是利用光纖替代傳統(tǒng)銅線，將其延伸至用戶電腦終端。

3.2 全光網(wǎng)絡(luò)

光交換是指直接通過光纖傳輸?shù)墓庑盘柕慕粨Q，在沒有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的情況下，可以從攜帶信息的光信號中直接提取有用信息。目前，光纖通信網(wǎng)絡(luò)是一種光纖網(wǎng)，傳輸光信號，網(wǎng)絡(luò)中沒有全光交換機，必須將來自光纖網(wǎng)的光信號通過光接收機轉(zhuǎn)換成電信號。這種方法復(fù)雜且浪費資源，需要開發(fā)可將光信號直接交換的光交換機。具有自動交換功能的光網(wǎng)絡(luò)稱為ASON，其關(guān)鍵技術(shù)是可重組光分插復(fù)用器（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers，ROADM），使線路可方便地調(diào)度，不但可作光線路的保護，還可滿足線路調(diào)度和今后發(fā)展出租電路的需要[9]。

3.3 智能光網(wǎng)絡(luò)

該技術(shù)的提出是近幾年光組網(wǎng)思路的演進和變化。智能光網(wǎng)絡(luò)最初的想法是來源于幾年前提出的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)模型，該技術(shù)是對該模型的優(yōu)化。

近幾年來，隨著IP等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在骨干網(wǎng)上的飛速增長，WDM技術(shù)被廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中來，IP over WDM組網(wǎng)模型被提出，這種模型認(rèn)為IP等數(shù)據(jù)包通過相應(yīng)封裝技術(shù)可以直接由WDM或OTN網(wǎng)絡(luò)傳送，從而省去了ATM甚至SDH/SONET層面，同時建設(shè)超大容量的光傳輸網(wǎng)，IP業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量可以得到提升。然而，這種網(wǎng)絡(luò)模型的建網(wǎng)方式價格高，其主要原因是IP路由器、POS接口以及WDM系統(tǒng)的波長轉(zhuǎn)換器價格都比較昂貴，采用過度建設(shè)的策略將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)成本很高。

目前，盡管IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)所占用的帶寬在某些運營商的網(wǎng)絡(luò)中超出了傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)所占用的帶寬，但是從業(yè)務(wù)收入角度來說，語音業(yè)務(wù)費用仍是運營商最主要的收入。因此有必要建立一個新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)來更經(jīng)濟、更有效地支撐未來大容量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量具有突發(fā)性和不確定性，這為通過分配和調(diào)度光網(wǎng)絡(luò)帶寬實行動態(tài)以實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了機會。對于同樣的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，這種優(yōu)化可以減少全網(wǎng)中所需光接口和相應(yīng)波長的數(shù)目，既可以大規(guī)模降低建網(wǎng)成本，又可以提高帶寬利用率。

3.4 光孤子通信

光孤子通信系統(tǒng)由光孤子激光器與脈沖器進行編碼調(diào)制，通過光功率放大器補償傳輸過程中信號能力的衰耗。在一定條件下，光纖的非線性效應(yīng)與色散效應(yīng)相互抵消，從而保持光脈沖在傳播過程中不變形，并在光纖中進行大容量和高速傳播，到對端通過解碼和解調(diào)等方式還原傳輸信號[10]。光孤子通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 光孤子通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié) 論

科技的進步帶動人民生活水平的提高，新技術(shù)在人們的日常生活中得到顯著體現(xiàn)，為人們的生活帶來意想不到的便捷。我國的光纖通信技術(shù)在快速發(fā)展，本文通過分析現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)的特點及應(yīng)用與展望發(fā)現(xiàn)，光纖通信技術(shù)有著光明的發(fā)展前景，將為國家?guī)韴怨痰木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進而推動國家整體科技水平的發(fā)展。