周英俊

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

21世紀(jì)是一個(gè)信息化時(shí)代，隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的大力發(fā)展，通信技術(shù)水平越來越高，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，受到人們的重視。光纖通信技術(shù)是一種以光纖為媒介的通信方式，信息載體是光波，是現(xiàn)代通信的主流形式，與人們的日常生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。光纖通信的優(yōu)勢在于其速率較高，容量比較大，新技術(shù)的涌現(xiàn)，給人們帶來了優(yōu)質(zhì)的通信服務(wù)。為充分發(fā)揮光纖通信技術(shù)的作用，促進(jìn)光纖通信技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)光纖通信技術(shù)的研究，不斷擴(kuò)大光纖通信應(yīng)用范圍，從而提高光纖通信技術(shù)水平。

1 光纖通信系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

光纖通信系統(tǒng)的組成包括光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)、電端機(jī)以及中繼器等，組成框架如圖1所示。其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是具有較大的通信容量和較寬的頻帶，與電纜、銅線相比，光纖的傳輸帶寬要大很多，通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)可進(jìn)一步增加傳輸容量，并且單波長光纖通信系統(tǒng)的信息傳輸速率比較高；二是具有較厚的抗電磁干擾能力，光纖由石英材料制成，其具有一定的絕緣性，而且不容易被腐蝕，一定程度上降低了光波導(dǎo)的電磁干擾性，不受雷電、太陽黑子活動(dòng)或是一些人為電磁的干擾；三是具有較好的保密性，不會(huì)出現(xiàn)串音干擾現(xiàn)象，在利用光纖通信技術(shù)進(jìn)行光波傳輸時(shí)不會(huì)出現(xiàn)串音情況，這是因?yàn)楣庑盘?hào)被限制于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，光波泄漏微弱，即使光纜內(nèi)部信道較多，也不會(huì)串音，光纜之外無法竊取傳輸信息；四是中繼距離比較長，損耗較低[1-3]。

圖1 光纖通信系統(tǒng)的組成框架

2 當(dāng)前光纖通信關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 光復(fù)用技術(shù)

利用光纖寬帶資源有兩種方式。一種是促進(jìn)通信速率的提升，在現(xiàn)有的時(shí)間中傳輸更多的信息，避免通信業(yè)務(wù)量過大。然而，通信速率在電子器件響應(yīng)速度有一定的局限性，目前，通信速率無法超過40 Gb/s。另一種方式是采取光復(fù)用技術(shù)，擴(kuò)容光纖，這種方式有著較好的成效，不僅能夠減少成本，還滿足于寬帶業(yè)務(wù)開展的各項(xiàng)要求。常見的光復(fù)用技術(shù)有以下幾種。

（1）光波分復(fù)用技術(shù)。該技術(shù)是指多個(gè)波長光信號(hào)，在一根光纖中同時(shí)傳輸，常見的光在波波長有兩種，分別為1.31 μm和1.55 μm。目前，所使用的光纖中低損耗帶的寬度均在100 nm以上，通信波段有兩個(gè)，即1.25～1.35 μm波段、1.5～1.6 μm波段[4,5]。在此基礎(chǔ)上，每一根光纖可利用的波長帶寬為200 nm，若是以波長間隔來進(jìn)行光在波波長劃分，則可以發(fā)現(xiàn)200個(gè)可使用的通信信道。當(dāng)波長間隔逐漸縮小時(shí)，通信容量便會(huì)增大。

（2）光頻分復(fù)用技術(shù)。從本質(zhì)上來說，該技術(shù)與光波分復(fù)用技術(shù)相同，均是依賴于光載波傳輸信息，受光載波波長的影響，但兩者的差異性在于光頻分復(fù)用技術(shù)所描述的光在波位于頻域中，所使用的波長間隔有所不同。一般來說，光波分復(fù)用的光載波波長間隔為1 nm以上，而光頻分復(fù)用技術(shù)的波長間隔則在1 nm以下。光頻域內(nèi)如果有多個(gè)光信道密集排列，且波長間隔較小，那么其頻率能夠達(dá)到1 014 Hz，更適合用頻率來進(jìn)行描述。該技術(shù)能夠大大提升光纖通信容量[6,7]。

（3）光時(shí)分復(fù)用技術(shù)。該技術(shù)是指在光纖的同一信道中，利用不同的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)的技術(shù)。各個(gè)信道的信號(hào)一般都是光脈沖信號(hào)，具有低速、低頻的特點(diǎn)，復(fù)用后的高速光脈沖信號(hào)在光纖中進(jìn)行傳輸。在光脈沖信號(hào)進(jìn)行傳輸時(shí)，需要以幀結(jié)構(gòu)為依據(jù)，可用T表示幀周期，t表示幀與幀之間的時(shí)間間隔，用幀周期數(shù)值減去幀與幀的時(shí)間間隔便可以得到信號(hào)發(fā)送機(jī)，發(fā)送已經(jīng)調(diào)制過的出每一幀光信號(hào)所占的時(shí)域，可將時(shí)域分為N個(gè)時(shí)間間隙，這些時(shí)間間隙相等。當(dāng)各個(gè)信道基帶光脈沖時(shí)，便會(huì)占用相應(yīng)的時(shí)間間隙，復(fù)用器會(huì)在時(shí)域上將各個(gè)信道發(fā)送而來的光脈沖，復(fù)合成高速脈沖流，并利用光纖進(jìn)行傳輸。接受端的解復(fù)用器會(huì)拆分高速脈沖流，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈退倜}沖信號(hào)，再利用光接收機(jī)來處理。光時(shí)分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用中，不會(huì)存在信號(hào)干擾問題，而且能夠?qū)倢拵нM(jìn)行平均分配，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的限制，通常被用于局域網(wǎng)中。

2.2 光纖接入技術(shù)

光纖接入技術(shù)可以提高信息傳輸速度，進(jìn)一步滿足人們對(duì)信息傳輸?shù)男枨?，可使光纖寬帶全面覆蓋各家各戶，如圖2所示。在光纖寬帶接入技術(shù)的應(yīng)用過程中，光纖到達(dá)位置存在一定的差異，因此其應(yīng)用也有所不同，最終方式是光纖到戶，即全光接入，基于光纖寬帶特性，為用戶提供不受限制的寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。就我國目前而言，能夠提供千兆以太網(wǎng)（Gigabit Ethernet，GE）寬帶服務(wù)、快速以太網(wǎng)（Fast Etherne，F(xiàn)E）寬帶服務(wù)，這種接入方式十分適用于一些大型、中型企業(yè)[8]。

圖2 光纖接入技術(shù)

3 光纖通信技術(shù)的有效應(yīng)用

3.1 通信和電力通信應(yīng)用

光纖通信可使用光導(dǎo)纖維來實(shí)施通信服務(wù)，其可以分為長途通信、國際通信、本地通信等部分。光纖是其傳輸媒介，當(dāng)前光纖已經(jīng)逐步進(jìn)入到各家各戶，遍布于各個(gè)小區(qū)，幾乎所有的通信都離不開光纖。光纖在電力通信中有著較好的應(yīng)用，大部分的電力系統(tǒng)都已經(jīng)開始接入光纖，將其作為通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹鞲删€，整體規(guī)模較大，光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)健全，無論是開展語音業(yè)務(wù)，還是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，都能以光纖為載體。另外，光纖通信為電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的技術(shù)保障，給人們的日常生活帶來了便捷。

3.2 廣播電視和有限電視網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

光纖通信技術(shù)即使是容量較大的數(shù)據(jù)也能夠進(jìn)行傳輸，而且具有較好的抗干擾性，保障信息數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，鋪設(shè)方面也較為簡便，無需過高的成本，十分適用于廣播電視。將光纖通信技術(shù)覆蓋于整個(gè)廣播電視領(lǐng)域中，構(gòu)建基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)模式，便于制作數(shù)字化電視節(jié)目，保證電視節(jié)目的傳輸質(zhì)量。同時(shí)，利用光纖通信技術(shù)還有利于實(shí)現(xiàn)異地傳輸，確保實(shí)時(shí)傳輸效果，信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性更強(qiáng)，不會(huì)出現(xiàn)明顯的延遲。相較于衛(wèi)星傳送方式來說，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用受到的干擾性更少一些，被廣泛應(yīng)用于廣播電視行業(yè)中[9]。同時(shí)，光纖通信技術(shù)在有線電視網(wǎng)絡(luò)中也有著較好的應(yīng)用，可采用全新的寬帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，其中的同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）和光纖模式，具有一定的保護(hù)功能，形成了環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，能夠滿足于各類信息的傳輸。

3.3 傳感器應(yīng)用

無論是在機(jī)械加工方面，還是在汽車配電盤、機(jī)器人等方面，都能夠充分利用光導(dǎo)纖維傳輸技術(shù)，其能夠帶來一定的光源和圖像。將光纖通信技術(shù)應(yīng)用于傳感器中，能夠起到不錯(cuò)的效果，將其與敏感元件組合在一起，制作成各種不同的傳感器，有利于實(shí)時(shí)監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效的能量傳輸，如溫度傳感器、壓力傳感器等。

3.4 軍事應(yīng)用

光纖通信技術(shù)在軍事應(yīng)用中有著重要作用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是光纖通信技術(shù)可增加軍事系統(tǒng)的容量，提高信息的保密性，一定程度上避免重要信息被竊取，也能夠有效地防止惡意干擾，相較于衛(wèi)星通信、微波通信來說，光纖通信的優(yōu)勢較為明顯；二是從傳輸數(shù)據(jù)方面來看，光纖通信技術(shù)可滿足寬頻帶需求，能夠于光纜中鋪設(shè)多條線路，從多路徑傳輸數(shù)據(jù)，在一定程度上減少了電纜鋪設(shè)成本，數(shù)據(jù)傳輸效率比較高。

3.5 醫(yī)學(xué)應(yīng)用

光纖通信技術(shù)可運(yùn)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中?？梢栽谌梭w心臟、腦室中導(dǎo)入光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡，有利于準(zhǔn)確測量血壓，采集血液中氧的飽和度數(shù)據(jù)。就目前而言，基于光導(dǎo)纖維連接的激光手術(shù)刀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，有利于運(yùn)用光敏法來治療癌癥。

4 光纖通信技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

4.1 朝著高速化方向發(fā)展

光纖通信技術(shù)一直朝著高速化方向發(fā)展，在其研究和應(yīng)用過程中一直想辦法滿足網(wǎng)絡(luò)容量需求并保證數(shù)據(jù)傳輸速率。這兩者的同時(shí)實(shí)現(xiàn)并不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)，需要不斷地探索和研究。傳統(tǒng)的光纖通信技術(shù)，采用的電時(shí)分復(fù)用方式來進(jìn)行信息傳輸，當(dāng)傳輸速度提升4倍后，每比特傳輸成本便會(huì)有所下降，下降幅度為30%～40%。由于高比特率系統(tǒng)所帶來了經(jīng)濟(jì)效益更多，而且其增長遵循指數(shù)規(guī)律，因此光纖通信技術(shù)的傳輸速率一直在不斷地提升。目前商用系統(tǒng)的信息傳輸速率與傳統(tǒng)信息傳輸速率相比，提升了2 000倍。高速系統(tǒng)下的光纖通信技術(shù)，拓展了業(yè)務(wù)傳輸容量，能夠滿足各類業(yè)務(wù)的容量需求。

4.2 向超大容量系統(tǒng)發(fā)展

電時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容性已經(jīng)難以再進(jìn)一步提升，光纖的200 nm則還有著豐富的寬帶資源有待挖掘，至少有99%的資源還未得到有效開發(fā)和應(yīng)用。在同一根光纖上，適當(dāng)錯(cuò)開光源信號(hào)，同時(shí)傳送多個(gè)波長，則能夠進(jìn)一步拓展信息傳輸容量。波分復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠提高光纖寬帶資源利用率，還有利于迅速拓展系統(tǒng)的信息傳輸容量。而且在進(jìn)行大容量、長途傳輸時(shí)，能夠在一定程度上減少再生器、光纖的大量使用，降低信息傳輸成本。光纖通信技術(shù)的應(yīng)用不受信號(hào)速率的影響，可有效增設(shè)新的寬帶業(yè)務(wù)，無關(guān)于電調(diào)制方式。因此，光纖向超大容量系統(tǒng)發(fā)展，有利于創(chuàng)建光聯(lián)網(wǎng)，并保證其透明性、高生存性。

4.3 實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)

應(yīng)用波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)來增加光纖通信技術(shù)的信息傳輸容量，能夠取得一定的成果，其通信基礎(chǔ)系統(tǒng)主要是點(diǎn)到到點(diǎn)，可靠性上還存在著一定的問題，若是能將類似SDH在電路上的分叉功能引入至光纖通信系統(tǒng)中，便能夠取得更好的通信效果?；诖耍瑧?yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)光的分插復(fù)用器的研究，重視光的交叉來接設(shè)備研制工作，在產(chǎn)品研制完成之后，可滿足商用需求，實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)。光聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)可呈現(xiàn)出超大容量的光網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性得到了進(jìn)一步提升，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)、業(yè)務(wù)數(shù)量都會(huì)大幅增長。而且光聯(lián)網(wǎng)有一定的可重構(gòu)性和透明性，不僅可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活充足，還能夠連接不同制式的信號(hào)，與任務(wù)系統(tǒng)相連。

5 結(jié) 論

綜上所述，分析了光纖通信技術(shù)的優(yōu)勢和用處，并闡述了以后的發(fā)展趨勢。明確光纖通信技術(shù)的優(yōu)勢，其損耗較低，成本不高，而且具有較好的穩(wěn)定性，使用年限較長，在各個(gè)領(lǐng)域中都有著良好的應(yīng)用。未來，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)光纖通信技術(shù)的研究，不斷地創(chuàng)新相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步增加信息傳輸容量，解決信息傳輸速率問題。