论文部分内容阅读
摘 要：光纤通信以其无可比拟的优势，备受业界重视和千家万户青睐，数十年来，在我国得到了迅猛发展。本文着重综述我国光纤通信技术现状及其发展前景。
关键词：光纤 通信 全光网
对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络更是人们不懈追求的梦想。下面就此着重综述我国光纤通信技术现状及其发展前景。
1.向超高速系统发展
从过去电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电信的时分复用方式进行，即所谓的光时分复用（OTDM）技术。其实现的单信道最高速率已达到640Gbit/s。经验告诉我们，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30%～40%：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去数十年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在数十年里增加了2000多倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还要快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。
2.向超大容量系统扩容
据研究显示，光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1%，99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一根光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用（WDM）的基本思路。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit/s的 WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。
然而单靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量还是有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。
3.向超长距离技术眺望
光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都能保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。
光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20Gbit/s提高到100 Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上；在高性能 EDFA 方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展，使人们相信光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。
4.向全光网目标挺进
未来的高速通信网必定是全光网。全光网络是光纤通信技术发展的理想阶段。传统的光网络只是实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点，节点之間也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。
在全光网络中，光交换技术是最亟待突破的瓶颈。目前主要光交换应用有两种：光交叉连接（OXC）与光分插复用器（OADM）。OXC与光纤组成了一个全光网络。OXC交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，即使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点，其主要用于长途网路和大型都会网路的汇接点。OADM具有选择性，可以从传输设备中选择下路由信号或上路由信号，或仅仅通过某个波长信号，但不影响其它波长信道的传输，其最佳的使用地点则是大型城域网络的DWDM系统。两者搭配起来可以取代DCS在电层的管理模式，直接在光层进行交叉联结、保护和恢复，以及光通道管理。
目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，虽然光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设备（OXC）均已在实验室研制成功，而且前者已投入商用。但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以 WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高理想级别。
5.向亿万百姓家庭迈进
过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的（90%以上）、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约通信网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。FTTH（光纤到户）是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入。因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。目前，国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽，对大中型企业用户来说，是比较理想的接入方式。
结语：
光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来实现。
关键词：光纤 通信 全光网
对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络更是人们不懈追求的梦想。下面就此着重综述我国光纤通信技术现状及其发展前景。
1.向超高速系统发展
从过去电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电信的时分复用方式进行，即所谓的光时分复用（OTDM）技术。其实现的单信道最高速率已达到640Gbit/s。经验告诉我们，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30%～40%：因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去数十年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在数十年里增加了2000多倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还要快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。
2.向超大容量系统扩容
据研究显示，光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1%，99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一根光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用（WDM）的基本思路。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6Tbit/s的 WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。
然而单靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量还是有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。
3.向超长距离技术眺望
光孤子是一种特殊的ps数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都能保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。
光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20Gbit/s提高到100 Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上；在高性能 EDFA 方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展，使人们相信光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。
4.向全光网目标挺进
未来的高速通信网必定是全光网。全光网络是光纤通信技术发展的理想阶段。传统的光网络只是实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点，节点之間也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。
在全光网络中，光交换技术是最亟待突破的瓶颈。目前主要光交换应用有两种：光交叉连接（OXC）与光分插复用器（OADM）。OXC与光纤组成了一个全光网络。OXC交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，即使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点，其主要用于长途网路和大型都会网路的汇接点。OADM具有选择性，可以从传输设备中选择下路由信号或上路由信号，或仅仅通过某个波长信号，但不影响其它波长信道的传输，其最佳的使用地点则是大型城域网络的DWDM系统。两者搭配起来可以取代DCS在电层的管理模式，直接在光层进行交叉联结、保护和恢复，以及光通道管理。
目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，虽然光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设备（OXC）均已在实验室研制成功，而且前者已投入商用。但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以 WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高理想级别。
5.向亿万百姓家庭迈进
过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的（90%以上）、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约通信网进一步发展的瓶颈。唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。FTTH（光纤到户）是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入。因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。目前，国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽，对大中型企业用户来说，是比较理想的接入方式。
结语：
光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来实现。