通信論文(光纖通信發(fā)展趨勢(shì))

1、08網(wǎng)絡(luò)班 秦沛熙08205050103淺析光纖通信技術(shù)的歷史與發(fā)展趨勢(shì)一、光纖通信技術(shù)的爆炸式發(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

2、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。二、光纖通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來(lái)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。（一）超大容量、超長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)極大地提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，在未來(lái)跨海光傳輸系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，目前1.6 tbit/的 wdm系統(tǒng)已經(jīng)大量商用，同時(shí)全光傳輸距離也在大幅擴(kuò)展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時(shí)分復(fù)用(otdm)技術(shù)，與 wdm通過(guò)增加單根光纖中傳輸?shù)男诺罃?shù)來(lái)提高其傳輸容量不同，otdm技術(shù)是通過(guò)

3、提高單信道速率來(lái)提高傳輸容量，其實(shí)現(xiàn)的單信道最高速率達(dá)640gbit/s。僅靠otdm和wdm來(lái)提高光通信系統(tǒng)的容量畢竟有限，可以把多個(gè)otdm信號(hào)進(jìn)行波分復(fù)用，從而大幅提高傳輸容量。偏振復(fù)用（pdm）技術(shù)可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（rz）編碼信號(hào)在超高速通信系統(tǒng)中占空較小，降低了對(duì)色散管理分布的要求，且rz編碼方式對(duì)光纖的非線性和偏振模色散（pmd）的適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此現(xiàn)在的超大容量wdm/otdm通信系統(tǒng)基本上都采用rz編碼傳輸方式。wdm/otdm混合傳輸系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)基本上都包括在otdm和wdm通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)中。（二）光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數(shù)量級(jí)

4、的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡，因而經(jīng)過(guò)光纖長(zhǎng)距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達(dá)萬(wàn)里之遙。光孤子技術(shù)未來(lái)的前景是：在傳輸速度方面采用超長(zhǎng)距離的高速通信，時(shí)域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)行速率1020gbit/s提高到100 gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時(shí)、整形、再生技術(shù)和減少ase，光學(xué)濾波使傳輸距離提高到100000km以上；在高性能 edfa 方面是獲得低噪聲高輸出edfa。（三）光網(wǎng)絡(luò)的智能化。光網(wǎng)絡(luò)智能化是重要發(fā)展方向光

5、通信技術(shù)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。（四）全光網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)的高速通信網(wǎng)將是全光網(wǎng)。全光網(wǎng)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，也是理想階段。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的全光化，但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)處仍采用電器件，限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康倪M(jìn)一步提高，因此真正的全光網(wǎng)已成為一個(gè)非常重要的課題。全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點(diǎn)代替電節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間也是全光化，信息始終以光的形式進(jìn)行傳輸與交換，交換機(jī)

6、對(duì)用戶信息的處理不再按比特進(jìn)行，而是根據(jù)其波長(zhǎng)來(lái)決定路由。結(jié)語(yǔ)：光通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺(tái)，在當(dāng)今信息社會(huì)中起到非常重要的作用。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位?，F(xiàn)在光通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)雖然已經(jīng)很強(qiáng)大， 但還有許多應(yīng)用能力在閑置，今后隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展先導(dǎo)的信息需求也必然不斷增長(zhǎng)，一定會(huì)超過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能力， 推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的繼續(xù)發(fā)展。因此，光纖通信技術(shù)在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，一定不斷會(huì)有新的發(fā)展光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用我國(guó)于 20 世紀(jì) 70 年代初就開(kāi)始了光纖通信的基礎(chǔ)研究，隨著技術(shù)的進(jìn)步，市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信的依賴越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò)的生存

7、性顯得至關(guān)重要，通信發(fā)展和運(yùn)行環(huán)境的變化對(duì)光纖通信提出了更高的要求。特別是現(xiàn)在大容量光纖通信系統(tǒng)的引入，一條 82.5gbit/s系統(tǒng)的故障就影響 24 萬(wàn)條話路1。 如果通信中斷一小時(shí)，就會(huì)造成巨大損失。如果通信中斷兩天，則足以使銀行倒閉。為此需要建設(shè)大量自愈環(huán)以確保通信穩(wěn)定可靠，這就需將光線容量擴(kuò)大一倍。 另外，隨著社會(huì)的進(jìn)步，用戶已經(jīng)不滿足已有的電話業(yè)務(wù)，需要傳輸高速數(shù)據(jù)，同時(shí)出現(xiàn)了交互式圖像傳輸?shù)囊?，?vod、居家辦公和家庭銀行等。 這樣， 就顯得網(wǎng)絡(luò)容量緊缺， 同時(shí)需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。 從現(xiàn)在起到2010 年，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)第二步戰(zhàn)略目標(biāo)，向第三步戰(zhàn)略目標(biāo)邁進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期。 我國(guó)經(jīng)濟(jì)的

8、進(jìn)一步發(fā)展必將形成新的光纖通信市場(chǎng)需求，像其他通信技術(shù)一樣，光纖通信又一次呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的新局面。1光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)1.1 光纖、光纜發(fā)展趨勢(shì)由于光纖傳輸速率的逐步高速化、大容量化，光纖衰減、色散、非線性效應(yīng)等現(xiàn)象嚴(yán)重影響到光纖系統(tǒng)的質(zhì)量，因而，人們已將光線工作的波長(zhǎng)由 850nm 向 1310-550nm 的長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)， 進(jìn)而向 2000nm 方向發(fā)展。 為降低衰減、色散和非線性效應(yīng)，研制出了常規(guī)單模光纖，g.625 光纖現(xiàn)為最廣泛應(yīng)用的光纖， 它在 1310nm 為零色散，1550nm 為最低損耗，其工作波長(zhǎng)為 1310nm2。 隨著光纖通信容量不斷增大、中繼距離不斷增長(zhǎng)的需求，保偏光線

9、始終要研究方向。 采用相干光纖通信系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)越洋無(wú)中繼通信，但要求保持光的偏振方向不變，以保證相干探測(cè)效率，因此常規(guī)單模光線要向著保偏光纖方向發(fā)展。 隨著通信的發(fā)展，用戶對(duì)通信的要求也從窄帶電話、傳真、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)逐漸轉(zhuǎn)向可視電話、電視傳播、圖文檢索和高速數(shù)據(jù)等寬帶業(yè)務(wù)。 由此而促生了光纖用戶網(wǎng)。 光纖用戶網(wǎng)的主要傳輸媒介是光纖，需要大量適用于用戶接入的用戶光纜。 用戶光纜的特點(diǎn)是含纖數(shù)量高，每根光纜可達(dá) 2000-4000 芯，這種高密度化的帶狀光纜可減小光纜的直徑和重量，又可在工程施工中便于分支和提高接續(xù)速度。1.2 光纖通信系統(tǒng)高速化發(fā)展趨勢(shì)隨著信息社會(huì)的到來(lái)，信息共享、有線電視、電

10、視點(diǎn)播、電視會(huì)議、家庭辦公、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)運(yùn)而生，迫使光纖通信向高速化、大容量發(fā)展。 實(shí)現(xiàn)高速化、大容量化的主要手段是采用分時(shí)復(fù)用，波分復(fù)用和頻分復(fù)用。 現(xiàn)代電信網(wǎng)的發(fā)展對(duì)光纖通信提出更高的要求，上世紀(jì) 80年代，對(duì)于 gbit/s 這種高速脈沖傳輸速率，即便是單模光線也會(huì)受中繼站間隔的制約， 因此要使用色散移位光纖， 它是零色散點(diǎn)移到1.55um 波長(zhǎng)區(qū)的光纖。 目前使用這種光纖不僅可以達(dá)到 80km 的中繼站間隔，而且開(kāi)發(fā)出了 10gbit/s 傳輸速率的傳輸方式3。 特別是 90 年代后期以來(lái)，已實(shí)際采用了適用于波分復(fù)用技術(shù)的傳輸方式，并引用了 2.5gbit/s80 波方式及 10g

11、bit/s40 波方式4。尤其是在進(jìn)入 2000 年以后，又發(fā)布了 10gbit/s211 波方式的開(kāi)發(fā)成果。 這樣一來(lái)，就可以達(dá)到足夠的傳輸容量，即使對(duì)于高速化的因特網(wǎng)服務(wù)，也足以適應(yīng)5。 光纖通信系統(tǒng)向相干光纖通信系統(tǒng)方向發(fā)展，成為另一個(gè)趨勢(shì)。 目前大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)采用的是強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)方式，在相干光纖通信系統(tǒng)中采用相干檢測(cè)方式，最大的好處是可提高光接收機(jī)的檢測(cè)靈敏度，從而提高光纖通信系統(tǒng)的無(wú)中繼傳輸距離。1.3 光纖通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)光纖通信隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)信息的傳輸量越來(lái)越大，客戶信號(hào)中基于分組交換的具有隨機(jī)性、突發(fā)性的分組信號(hào)碼流的比例逐漸增加。 通過(guò)光纖

12、通信 sdh 網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)信號(hào)的類型越來(lái)越多。 就其技術(shù)而言，其發(fā)展方向主要有信道容量不斷增加；實(shí)用化距離傳輸已由 40km 到 160km，；目前，光接入網(wǎng)絡(luò)的核心是全數(shù)字化、軟件控制、高度集成和智能化，光纖接入網(wǎng)作為通信網(wǎng)的一部分，直接面向用戶，通過(guò)把光纖引入千家萬(wàn)戶，將使億萬(wàn)用戶的多媒體信息暢通無(wú)阻的進(jìn)入信息高速公路。 今后光纖通信將朝著全光傳輸交換的方向發(fā)展，即全光網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)更具智能性6。2光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用2.1 光弧子通信2.1.1 光弧子通信技術(shù)的起源及基本原理弧子是一種特殊形式的超短脈沖，或者說(shuō)是一種在傳播過(guò)程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖壯行波。 光弧子脈沖能在光纖

13、中保持傳輸。光脈沖在光纖中傳輸時(shí)有兩種作用影響脈沖的傳輸，一種是光纖色散作用，光纖色散使光脈沖在時(shí)域上展寬，展寬到一定程度后將引起相鄰脈沖的疊加，產(chǎn)生誤碼。 另一種是光纖的非線性作用，這種作用將引起光脈沖在頻域上展寬，在時(shí)域上壓縮，也影響光通信7。 而光弧子是一種具有雙曲正割形狀的光脈沖，這種脈沖在光纖中傳輸是利用光線的群速度色散和非線性作用中的自相位調(diào)制兩種影響達(dá)到平衡的情況下，從而能保持原來(lái)的形狀傳輸。 利用光弧子這種特性，可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離、超大容量的光通信，它的傳輸容量比當(dāng)今最好的通信系統(tǒng)高出 1-2 個(gè)數(shù)量級(jí)，中繼距離可達(dá)幾百公里。2.1.2 光弧子通信技術(shù)的新進(jìn)展摻鉺光纖放大器的問(wèn)世

14、，損耗問(wèn)題得到了很好地解決，但是隨著弧子脈沖源脈寬得越來(lái)越窄，色散作用越來(lái)越影響弧子的傳輸，于是對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償成為一個(gè)緊要技術(shù)。 現(xiàn)有兩大補(bǔ)償技術(shù)：一類是弱色散和局部色散補(bǔ)償，另一類是周期性全局強(qiáng)色散補(bǔ)償。 8實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)工作在零色散波長(zhǎng)處的單信道通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，光弧子通信系統(tǒng)的性能并不比工作常規(guī)系統(tǒng)更好。 但是工作常規(guī)系統(tǒng)容易收到群色散的影響，從而對(duì)其傳輸速率有所限制，特別是在多信道系統(tǒng)中，這種影響又將限制其傳輸容量。 而光弧子系統(tǒng)卻可以將不同的波長(zhǎng)的多信道復(fù)用到一根光纖中傳輸，因而，多信道光弧子通信系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。2.2 全光通信網(wǎng)2.2.1 全光網(wǎng)的概念隨著通信網(wǎng)傳輸容量的增加，

15、光纖通信技術(shù)也發(fā)展到了新的高度。 全光網(wǎng)是指用戶與用戶之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行，而在其各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換則使用高可靠、大容量和高度靈活的光交叉連接設(shè)備。在 全光網(wǎng)中，由于沒(méi)有電的處理，所以容許存在各種不同的協(xié)議和編碼形式，使信號(hào)傳輸具有透明性9。22.2. 全光網(wǎng)主要是由光網(wǎng)絡(luò)層、電網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成。 全光通信中采用了光復(fù)用、光交換和其他的光處理技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)任何點(diǎn)與點(diǎn)之間的全程光信號(hào)的交互和傳輸。22.3. 全光網(wǎng)的特點(diǎn)（1）全光網(wǎng)以波長(zhǎng)來(lái)選擇路由，對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式具有透明性的優(yōu)點(diǎn)。（2）全光網(wǎng)不但可以與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容

16、，還可以支持未來(lái)的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。（3）全光網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)擴(kuò)展用戶、容量和種類。（4）全光網(wǎng)絡(luò)還具備可重構(gòu)性，可以根據(jù)通信容量的需求，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)、建立和拆除光波長(zhǎng)連接，即動(dòng)態(tài)的改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可為突發(fā)業(yè)務(wù)提供臨時(shí)連接，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。（5）由于全光網(wǎng)比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)多了一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)層，而光網(wǎng)絡(luò)層中有許多光器件，因此可靠性高，而維護(hù)費(fèi)用降低。 103 高速光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)應(yīng)用 光纖分布式數(shù)據(jù)接口（fddi）環(huán)網(wǎng)fddi 是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)于 1982 年制定的一個(gè)使用光纖作為傳輸媒質(zhì)、高速、通用的令牌環(huán)狀網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 fddi 網(wǎng)絡(luò)可作為高速局域網(wǎng)，在小范圍內(nèi)連接高速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是國(guó)家教育和科研事業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。各發(fā)達(dá)國(guó)家的大專院校和科研院所一般都建有相當(dāng)規(guī)模的校園網(wǎng)。與 一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相比，校園網(wǎng)有很多特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般都有幾百過(guò)數(shù)千個(gè)；應(yīng)用環(huán)境多，因?qū)I(yè)不同需要提供不同類型的服務(wù)；物理位置分散，各子網(wǎng)分布在校園各教學(xué)樓內(nèi)；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備復(fù)雜，沒(méi)有系統(tǒng)性，組網(wǎng)難度較大；子網(wǎng)分割較多，應(yīng)用相