光纖通信技術發展論文

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[論文關鍵詞]光纖通信技術;趨勢;光纖到戶;全光網絡

[論文摘要]由于光纖通信具有損耗低、傳榆頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點,備受業內人士青睞,發展非常迅速,文章概述光纖通信技術的發展現狀,并展望其發展趨勢。

一、前言

1966年,美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham),預見了低損耗的光纖能夠用于通信,敲開了光纖通信的大門,引起了人們的重視。1970年,美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖,光纖通信時代由此開始。光纖通信是以很高頻率(1014Hz數量級)的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質的通信。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點,備受業內人士青睞,發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980年到2000年增加了近1萬倍,傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。

二、光纖通信技術的發展現狀

為了適應網絡發展和傳輸流量提高的需求,傳輸系統供應商都在技術開發上不懈努力。富士通公司在150km、1.3μm零色散光纖上進行了55x20Gbit/s傳輸的研究,實現了1.1Tbit/s的傳輸。NEC公司進行了132x20Gbit/s、120km傳輸的研究,實現了2.64Thit/s的傳輸。NTT公司實現了3Thit/s的傳輸。目前,以日本為代表的發達國家,在光纖傳輸方面實現了10.96Thit/s(274xGbit/s)的實驗系統,對超長距離的傳輸已達到4000km無電中繼的技術水平。在光網絡方面,光網技術合作計劃(ONTC)、多波長光網絡(MONET)、泛歐光子傳送重疊網(PHOTON)、泛歐光網絡(OPEN)、光通信網管理(MOON)、光城域通信網(MTON)、波長捷變光傳送和接入網(WOTAN)等一系列研究項目的相繼啟動、實施與完成,為下一代寬帶信息網絡,尤其為承載未來IP業務的下一代光通信網絡奠定了良好的基礎。

(一)復用技術

光傳輸系統中,要提高光纖帶寬的利用率,必須依靠多信道系統。常用的復用方式有:時分復用(TDM)、波分復用(WDM)、頻分復用(FDM)、空分復用(SDM)和碼分復用(CDM)。目前的光通信領域中,WDM技術比較成熟,它能幾十倍上百倍地提高傳輸容量。

(二)寬帶放大器技術

摻餌光纖放大器(EDFA)是WDM技術實用化的關鍵,它具有對偏振不敏感、無串擾、噪聲接近量子噪聲極限等優點。但是普通的EDFA放大帶寬較窄,約有35nm(1530~1565nm),這就限制了能容納的波長信道數。進一步提高傳輸容量、增大光放大器帶寬的方法有:(1)摻餌氟化物光纖放大器(EDFFA),它可實現75nm的放大帶寬;(2)碲化物光纖放大器,它可實現76nm的放大帶寬;(3)控制摻餌光纖放大器與普通的EDFA組合起來,可放大帶寬約80nm;(4)拉曼光纖放大器(RFA),它可在任何波長處提供增益,將拉曼放大器與EDFA結合起來,可放大帶寬大于100nm。

(三)色散補償技術

對高速信道來說,在1550nm波段約18ps(mmokm)的色散將導致脈沖展寬而引起誤碼,限制高速信號長距離傳輸。對采用常規光纖的10Gbit/s系統來說,色散限制僅僅為50km。因此,長距離傳輸中必須采用色散補償技術。

(四)孤子WDM傳輸技術

超大容量傳輸系統中,色散是限制傳輸距離和容量的一個主要因素。在高速光纖通信系統中,使用孤子傳輸技術的好處是可以利用光纖本身的非線性來平衡光纖的色散,因而可以顯著增加無中繼傳輸距離。孤子還有抗干擾能力強、能抑制極化模色散等優點。色散管理和孤子技術的結合,凸出了以往孤子只在長距離傳輸上具有的優勢,繼而向高速、寬帶、長距離方向發展。

(五)光纖接入技術

隨著通信業務量的增加,業務種類更加豐富。人們不僅需要語音業務,而且高速數據、高保真音樂、互動視頻等多媒體業務也已得到用戶青睞。這些業務不僅要有寬帶的主干傳輸網絡,用戶接人部分更是關鍵。傳統的接入方式已經滿足不了需求,只有帶寬能力強的光纖接人才能將瓶頸打開,核心網和城域網的容量潛力才能真正發揮出來。光纖接入中極有優勢的PON技術早就出現了,它可與多種技術相結合,例如ATM、SDH、以太網等,分別產生APON、GPON和EPON。由于ATM技術受到IP技術的挑戰等問題,APON發展基本上停滯不前,甚至走下坡路。但有報道指出由于ATM交換在美國廣泛應用,APON將用于實現FITH方案。GPON對電路交換性的業務支持最有優勢,又可充分利用現有的SDH,但是技術比較復雜,成本偏高。EPON繼承了以太網的優勢,成本相對較低,但對TDM類業務的支持難度相對較大。所謂EPON就是把全部數據裝在以太網幀內傳送的網絡技術。現今95%的局域網都使用以太網,所以選擇以太網技術應用于對IP數據最佳的接入網是很合乎邏輯的,并且原有的以太網只限于局域網,而且MAC技術是點對點的連接,在和光傳輸技術相結合后的EPON不再只限于局域網,還可擴展到城域網,甚至廣域網,EPON眾多的MAC技術是點對多點的連接。另外光纖到戶也采用EPON技術。

三、光纖通信技術的發展趨勢

對光纖通信而言,超高速度、超大容量、超長距離一直都是人們追求的目標,光纖到戶和全光網絡也是人們追求的夢想。

(一)光纖到戶

現在移動通信發展速度驚人,因其帶寬有限,終端體積不可能太大,顯示屏幕受限等因素,人們依然追求陸能相對占優的固定終端,希望實現光纖到戶。光纖到戶的魅力在于它有極大的帶寬,它是解決從互聯網主干網到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸現象的最佳方案。隨著技術的更新換代,光纖到戶的成本大大降低,不久可降到與DSL和HFC網相當,這使FITH的實用化成為可能。據報道,1997年日本NTT公司就開始發展FTTH,2000年后由于成本降低而使用戶數量大增。美國在2002年前后的12個月中,FTTH的安裝數量增加了200%以上。在我國,光纖到戶也是勢在必行,光纖到戶的實驗網已在武漢、成都等市開展,預計2012年前后,我國從沿海到內地將興起光纖到戶建設高潮。可以說光纖到戶是光纖通信的一個亮點,伴隨著相應技術的成熟與實用化,成本降低到能承受的水平時,FTTH的大趨勢是不可阻擋的。

(二)全光網絡

傳統的光網絡實現了節點間的全光化,但在網絡結點處仍用電器件,限制了目前通信網干線總容量的提高,因此真正的全光網絡成為非常重要的課題。全光網絡以光節點代替電節點,節點之間也是全光化,信息始終以光的形式進行傳輸與交換,交換機對用戶信息的處理不再按比特進行,而是根據其波長來決定路由。全光網絡具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性、可擴展性,并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率,網絡結構簡單,組網非常靈活,可以隨時增加新節點而不必安裝信號的交換和處理設備。當然全光網絡的發展并不可能獨立于眾多通信技術,它必須要與因特網、ATM網、移動通信網等相融合。目前全光網絡的發展仍處于初期階段,但已顯示出良好的發展前景。從發展趨勢上看,形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層,建立純粹的全光網絡,消除電光瓶頸已成未來光通信發展的必然趨勢,更是未來信息網絡的核心,也是通信技術發展的最高級別,更是理想級別。

四、結語

光通信技術作為信息技術的重要支撐平臺,在未來信息社會中將起到重要作用。在國內各研發機構、科研院所、大學的科研人員的共同努力下,我國已研制開發了一些具有自主知識產權的光通信高技術產品,取得了一批重要的研究與應用成果。這些研究工作和突出成果為O-TIME(光時代)計劃的實施奠定了堅實的基礎,有望在“十一五”期間取得更多的成果,為我國的信息基礎設施建設做出貢獻。