光通信發(fā)展研究論文

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[論文關(guān)鍵詞]光纖光源光纖通信系統(tǒng)

[論文摘要]當(dāng)今通信領(lǐng)域，光通信已經(jīng)成為廣泛使用而又具有巨大發(fā)展空間的一類通信科學(xué)，就光通信發(fā)展歷程分為光纖、光源、光纖通信系統(tǒng)三方面進(jìn)行回顧與介紹，并對(duì)光通信的發(fā)展趨勢(shì)作簡(jiǎn)要的展望。

光通信是從電通信發(fā)展而來(lái)的，是成熟的電通信技術(shù)與先進(jìn)的光子技術(shù)的結(jié)合，在光通信出現(xiàn)之前，人們的通信主要是電通信，與電通信相比較，光通信有容許頻帶很寬，傳輸容量很大；損耗很小，中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很小；重量輕、體積小；抗電磁干擾性能好;泄漏小，保密性能好；節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用等很多優(yōu)點(diǎn)，可以說(shuō)比電通信有著更加廣闊的發(fā)展空間。回顧光通信的發(fā)展歷史，并以光纖的出現(xiàn)將其分為探索階段和發(fā)展階段，最后對(duì)光通信的發(fā)展作簡(jiǎn)要的展望。

一、探索階段

（一）光通信史的第一步

1880年，貝爾發(fā)明了一種利用光波作載波傳遞話音信息的“光電話”，它證明了利用光波作載波傳遞信息的可能性。他利用太陽(yáng)光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實(shí)驗(yàn)，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213米。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》的論文，報(bào)道了他的光電話裝置。

（二）激光器的出現(xiàn)

激光器出現(xiàn)之前，光學(xué)中普遍使用普通的相干性較差的普通光源，這種光源譜線很寬，無(wú)法進(jìn)行通信。1960年，美國(guó)科學(xué)家梅曼(Meiman)發(fā)明了第一個(gè)紅寶石激光器。與普通光相比，激光譜線很窄，方向性及相干性極好，是一種理想的相干光源和光載波。由激光發(fā)展起來(lái)的激光通信有高度的相干性和空間定向性，通信容量大、體積較小并且有較高的保密性。所以激光是光通信的理想光源，它的出現(xiàn)是光通信發(fā)展的重要一步。

二、發(fā)展階段

由于光纖的發(fā)展，光纖系統(tǒng)也漸漸發(fā)展起來(lái)。1976年，美國(guó)在亞特蘭大(Atlanta)進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。1980年，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)。1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長(zhǎng)途干線。隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開(kāi)，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。

近幾年，隨著網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分量的持續(xù)加重，SDH多業(yè)務(wù)平臺(tái)正逐漸從簡(jiǎn)單地支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的固定封裝和透?jìng)鞯姆绞较蚋屿`活有效支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的下一代SDH系統(tǒng)演進(jìn)和發(fā)展。最新的發(fā)展是支持集成通用組幀程序(GFP)、鏈路容量調(diào)節(jié)方案(LCAS)和自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)標(biāo)準(zhǔn)。GFP是一種可以透明地將各種數(shù)據(jù)信號(hào)封裝進(jìn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的通用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)適配映射技術(shù)，簡(jiǎn)單靈活，開(kāi)銷低，效率高，有利于多廠家設(shè)備互聯(lián)互通，能夠?qū)τ脩魯?shù)據(jù)實(shí)施統(tǒng)計(jì)復(fù)用。LCAS則定義了一種可以平滑地改變傳送網(wǎng)中虛級(jí)聯(lián)信號(hào)帶寬的方法，以自動(dòng)適應(yīng)有效業(yè)務(wù)帶寬，信令傳輸由普通的SDH網(wǎng)元和網(wǎng)管系統(tǒng)完成。ASON可以動(dòng)態(tài)地實(shí)施連接建立和管理，使網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)選路和指配功能。由于在城域網(wǎng)領(lǐng)域正面臨光以太網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力，迫使MSTP在降低設(shè)備成本和提高業(yè)務(wù)提供靈活性上繼續(xù)改進(jìn)。重要的趨勢(shì)之一是結(jié)合MPLS，使MSTP和MPLS能互相依托共同向網(wǎng)絡(luò)邊緣擴(kuò)展，從而可以充分利用MPLS靈活跨域支持?jǐn)?shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的一系列優(yōu)點(diǎn)。

另外還有光以太網(wǎng)，它是一類光纖上運(yùn)行的新型以太網(wǎng)技術(shù)，源于局域網(wǎng)。從結(jié)構(gòu)上看，以太網(wǎng)是一種端到端的解決方案，在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)部分統(tǒng)一處理二層交換、流量工程和業(yè)務(wù)配置，省去了網(wǎng)絡(luò)邊界處的格式變換。其次，以太網(wǎng)的擴(kuò)展性很好，在網(wǎng)絡(luò)邊緣通過(guò)改變流量策略參數(shù)即可迅速按需以1Mbit/s的帶寬顆粒逐步提供所需的帶寬，從10Mbit/s，100Mbit/s，1Gbit/s直至10Gbit/s。從管理上看，由于同樣的系統(tǒng)可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層面上，因此網(wǎng)絡(luò)管理可以大大簡(jiǎn)化，新業(yè)務(wù)可以拓展得更快。

中國(guó)論文聯(lián)盟總的來(lái)看，光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段：第一階段(1966~1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)期。第二階段(1976~1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時(shí)期。第三階段(1986~1996年)，這是以超大容量超長(zhǎng)距離為目標(biāo)、全面深入開(kāi)展新技術(shù)研究的時(shí)期

三、光通信的展望

目前基于SDH的ASON技術(shù)已經(jīng)基本成熟，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備最大交叉容量可達(dá)1.28Tbit/s，典型倒換時(shí)間遠(yuǎn)小于50ms，在我國(guó)和國(guó)際上也都已經(jīng)有了許多應(yīng)用的實(shí)例，但是尚缺乏大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，特別是各種連接功能的應(yīng)用缺乏實(shí)例。從技術(shù)層面上看，目前的ASON系統(tǒng)還可以支持多種業(yè)務(wù)，可以認(rèn)為是ASON與MSTP的完美結(jié)合。有些ASON還具有40Gbit/s接口能力，使其傳輸容量大大提高，可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期發(fā)展需求。其中光網(wǎng)絡(luò)的智能化和電信機(jī)的以太網(wǎng)傳輸是光通信較為重要的發(fā)展方向。

（一）光網(wǎng)絡(luò)智能化是重要發(fā)展方向

光通信技術(shù)近40年的發(fā)展歷史，主要是以傳輸為主線的。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合越來(lái)越緊密，以及光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、調(diào)度、控制、生存性等各方面的需要，在光網(wǎng)絡(luò)中加入自動(dòng)發(fā)現(xiàn)能力、連接控制技術(shù)和更完善的保護(hù)恢復(fù)功能，即光網(wǎng)絡(luò)的智能化是今后發(fā)展的重要目標(biāo)。其中，ASON就是典型的例子。

（二）電信級(jí)以太網(wǎng)的光傳輸將成為熱點(diǎn)

由電路型交換向分組型交換演變，是電信網(wǎng)的發(fā)展方向。因此，作為電信網(wǎng)主要傳輸方式的光傳輸網(wǎng)，其承載信號(hào)也要從以傳輸電路型信號(hào)向傳輸分組型信號(hào)過(guò)渡。以太網(wǎng)是最常用的分組信號(hào)，自1973年以太網(wǎng)發(fā)明以來(lái)的30多年里，以太網(wǎng)本身也經(jīng)歷了一次次改進(jìn)和變異，有了很大的發(fā)展。隨著以太網(wǎng)被廣泛使用，特別在電信網(wǎng)中使用，它必須適應(yīng)電信網(wǎng)的要求而發(fā)生變化，于是電信級(jí)以太網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。因此國(guó)際上眾多的標(biāo)準(zhǔn)化組織，都在制訂有關(guān)電信級(jí)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，原來(lái)為傳送電路型信號(hào)而建設(shè)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，也要適應(yīng)傳輸以太網(wǎng)的要求而采用相應(yīng)的技術(shù)。總的來(lái)說(shuō)，之所以以太網(wǎng)發(fā)展為電信級(jí)，主要是要吸取原電信網(wǎng)面向連接的一些特性，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性、可管理性、可維護(hù)性、可運(yùn)營(yíng)性和安全性等等。而現(xiàn)有的光傳輸網(wǎng)絡(luò)在這些方面都是有保證的，主要是需要適應(yīng)分組型的以太網(wǎng)信號(hào)的傳輸。

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