光纖通信技術(shù)專業(yè)論文

成都信息工程大學(xué)先進(jìn)技術(shù)專題（論文）先進(jìn)技術(shù)專題論文題目：光纖通信技術(shù)學(xué)院：專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：完成時(shí)間：光纖通信技術(shù)摘要光纖通信是一種最新的通信技術(shù)，它以特有的原理傳輸信息，英籍華人高錕提出用光傳輸信號(hào)。人們進(jìn)行光波導(dǎo)的研究，并且提出用玻璃代替銅線。光纖通信的發(fā)明大大造福了世界?，F(xiàn)在人們追求超高速度、超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸，并且未來(lái)的光纖通信也朝著全光網(wǎng)絡(luò)與塑料光纖發(fā)展。光纖通信不僅可以應(yīng)用在通信的主干線路中，還可以應(yīng)用在電力通信控制系統(tǒng)中，進(jìn)行工業(yè)監(jiān)測(cè)、控制，而且在軍事領(lǐng)域的用途也越來(lái)越為廣泛。光纖通信技術(shù)作為信息技術(shù)的重要支撐平臺(tái)，在未來(lái)信息社會(huì)中起到十分重要的作用。

關(guān)鍵詞：光纖通信；光導(dǎo)纖維；接入網(wǎng)技術(shù)；光纖通信網(wǎng)AbstractOpticalfibercommunicationisakindofnewcommunicationtechnologies,withauniqueprincipleoftransmissioninformation,itisabritish-chineseCharleskaolighttransmissionsignalisputforward.Peopleinthestudyofopticalwaveguide,andputforwardusingglassinsteadofcopperwire.Theinventionoftheopticalfibercommunicationhasgreatlybenefitedtheworld.Nowpeoplepursuitofultra-highspeed,largecapacityandlongdistancetransmission,andthefutureofopticalfibercommunicationistowardallopticalnetworkanddevelopmentofplasticopticalfiber.Opticalfibercommunicationnotonlycanbeappliedinthetrunklinesofcommunication,canalsobeappliedinelectricpowercommunicationcontrolsystems,industrialmonitoring,control,andinthemilitaryfieldisbecomingmoreandmoretoawiderangeofpurposes.Opticalfibercommunicationtechnologyastheimportantsupportofinformationtechnologyplatform,playsanimportantroleinthefutureinformationsociety.Keywords:Opticalfibercommunication;Opticalfiber;Accessnetworktechnology;OpticalfiberTOC\o"1-3"\h\u9177第1章引言 光纖通信系統(tǒng)概述2.1光纖通信技術(shù)定義

光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｔ诠饫w通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或?qū)Рü艿膿p耗低得多，所以說(shuō)光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍。光纖是用玻璃材料構(gòu)造的，它是電氣絕緣體，因而不需要擔(dān)心接地回路，光纖之間的中繞非常小，光波在光纖中傳輸，不會(huì)因?yàn)楣庑盘?hào)泄漏而擔(dān)心傳輸?shù)男畔⒈蝗烁`聽(tīng)，光纖的芯很細(xì)，由多芯組成光纜的直徑也很小，所以用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決了地下管道擁擠的問(wèn)題。圖2-1為光纖通信系統(tǒng)原理圖。圖2-1光纖通信系統(tǒng)原理圖

2.2光纖通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)

對(duì)光纖通信而言,超高速度、超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸一直是人們追求的目標(biāo),而全光網(wǎng)絡(luò)也是人們不懈追求的夢(mèng)想。其具有如下特點(diǎn)：（1）頻帶【1】極寬，通信容量大。光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。散波長(zhǎng)窗口，單模光纖具有幾十GHz·km的寬帶。對(duì)于單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)，由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應(yīng)而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢(shì)。通常采用各種復(fù)雜技術(shù)來(lái)增加傳輸?shù)娜萘?，特別是現(xiàn)在的密集波分復(fù)用技術(shù)極大地增加了光纖的傳輸容量。采用密集波分復(fù)術(shù)可以擴(kuò)大光纖的傳輸容量至幾倍到幾十倍。目前，單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps，采用密集波分復(fù)術(shù)實(shí)現(xiàn)的多波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到單波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)的數(shù)百倍。巨大的帶寬潛力使單模光纖成為寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的首選介質(zhì)。（2）損耗低，中繼距離長(zhǎng)目前，實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)使用的光纖多為石英光纖，此類光纖損耗可低于0.20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低，因此，由其組成的光纖通信系統(tǒng)的中繼距離也較其他介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)長(zhǎng)得多。

如果將來(lái)采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過(guò)光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無(wú)中繼距離;對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)途傳輸線路，由于中繼站數(shù)目的減少，系統(tǒng)成本和復(fù)雜性可大大降低。目前，由石英光纖組成的光纖通信系統(tǒng)最大中繼距離可達(dá)200多km，由非石英系極低損耗光纖組成的通信系至數(shù)公里，這對(duì)于降低通信系統(tǒng)的成本、提高可靠性和穩(wěn)定性具有特別重要的意義。（3）抗電磁干擾能力強(qiáng)我們知道光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯(lián)系的一個(gè)重要特性是光波導(dǎo)對(duì)電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。它是一種非導(dǎo)電的介質(zhì)，交變電磁波在其中不會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，即不會(huì)產(chǎn)生與信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲。這樣，就是把它平行鋪設(shè)到高壓電線和電氣鐵路附近，也不會(huì)受到電磁干擾。這一點(diǎn)對(duì)于強(qiáng)電領(lǐng)域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統(tǒng)特別有利。

（4）光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)光纖的芯徑很細(xì)，約為0.1mm，由多芯光纖組成光纜的直徑也很小，8芯光纜的橫截面直徑約為10mm，而標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜為47mm。這樣采用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決了地下管道擁擠的問(wèn)題，節(jié)約了地下管道建設(shè)投資。此外，光纖的重量輕，柔韌性好，光纜的重量要比電纜輕得多，在飛機(jī)、宇宙飛船和人造衛(wèi)星上使用光纖通信可以減輕飛機(jī)、輪船、飛船的重量，顯得更有意義。還有，光纖柔軟可繞，容易成束，能得到直徑小的高密度光纜。

（5）保密性能好對(duì)通信系統(tǒng)的重要要求之一是保密性好。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電通信方式很容易被人竊聽(tīng)，只要在明線或電纜附近設(shè)置一個(gè)特別的接收裝置，就可以獲取明線或電纜中傳送的信息，更不用去說(shuō)無(wú)線通信方式。光纖通信與電通信不同，由于光纖的特殊設(shè)計(jì)，光纖中傳送的光波被限制在光纖的纖芯和包層附近傳送，很少會(huì)跑到光纖之外。即使在彎曲半徑很小的位置，泄漏功率也是十分微弱的。并且成纜以后光纖在外面包有金屬做的防潮層和橡膠材料的護(hù)套，這些均是不透光的，因此，泄漏到光纜外的光幾乎沒(méi)有。更何況長(zhǎng)途光纜和中繼光纜一般均埋于地下。所以光纖的保密性能好。此外，由于光纖中的光信號(hào)一般不會(huì)泄漏，因此電通信中常見(jiàn)的線路之間的串話現(xiàn)象也可忽略。

2.3光纖接入技術(shù)

隨著通信業(yè)務(wù)量的不斷增加，業(yè)務(wù)種類也更加豐富，人們不僅需要語(yǔ)音業(yè)務(wù)，高速數(shù)據(jù)、高保真音樂(lè)、互動(dòng)視頻等多媒體業(yè)務(wù)也已經(jīng)得到了更多用戶的青睞。光纖接入網(wǎng)【2】可分為有源光網(wǎng)絡(luò)A(ON)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)((PON。)采用SDH技術(shù)、ATM技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)在光接入網(wǎng)系統(tǒng)中稱為有源光網(wǎng)絡(luò)。若光配線網(wǎng)(ODN全)部由無(wú)源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，則這種光接入網(wǎng)就是無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)階段，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)P(ON)技術(shù)【3】是實(shí)現(xiàn)FT－Tx的主流技術(shù)。典型的PON系統(tǒng)由局側(cè)OLT光(線路終端)、用戶側(cè)ONUO/NT(光網(wǎng)絡(luò)單元)以及ODN-OrgnizationDevelopmentNetwork(光分配網(wǎng)絡(luò))組成。PON技術(shù)可節(jié)省主干光纖資源和網(wǎng)絡(luò)層次，在長(zhǎng)距離傳輸條件夏可提供雙向高帶寬能力，接入業(yè)務(wù)種類豐富，運(yùn)維成本大幅降低，適合于用戶區(qū)域較分散而每一區(qū)域內(nèi)用戶又相對(duì)集中的小面積密集用戶地區(qū)。

為實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩瑵M足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息流進(jìn)千家萬(wàn)戶的關(guān)鍵技術(shù)。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達(dá)置的不同，有FTB、FTTC，F(xiàn)TTCab和FTTH等不同的應(yīng)用，統(tǒng)稱FTTx。

FTTH(光纖到戶)是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需求。我國(guó)從2003年起，在“863”項(xiàng)目的推動(dòng)下，開(kāi)始了FTTH的應(yīng)用和推廣工作。迄今已經(jīng)在30多個(gè)城市建立了試驗(yàn)網(wǎng)和試商用網(wǎng)，包括居民用戶、企業(yè)用戶、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類型，也包括運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢(shì)頭良好。不少城市制定了FTTH的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，有的城市還制門(mén)了相應(yīng)的優(yōu)惠政策，這此都為FTTH在我國(guó)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。圖2-2為FTTH光纖接入技術(shù)示意圖。

圖2-2FTTH光纖接入技術(shù)示意圖在FTTH應(yīng)用中，主要采用兩種技術(shù)，即點(diǎn)到點(diǎn)的P2P技術(shù)和點(diǎn)到多點(diǎn)的xPON技術(shù)，亦可稱為光纖有源接入技術(shù)和光纖無(wú)源接入技術(shù)。P2P技術(shù)主要采用通常所說(shuō)的MC(媒介轉(zhuǎn)換器)實(shí)現(xiàn)用戶和局端的自接連接，它可以為用戶提供高帶寬的接入。目前，國(guó)內(nèi)的技術(shù)可以為用戶提供FE或GE的帶寬，對(duì)大中型企業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，是比較理想的接入方式。第3章光纖通信技術(shù)的發(fā)展及前景光纖通信技術(shù)的發(fā)展及前景3.1光纖通信的歷史在光纖通信【4】的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。1966年,美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表論文,預(yù)見(jiàn)了低損耗的光纖能夠用于通信,敲開(kāi)了光纖通信的大門(mén),引起了人們的重視。1970年,美國(guó)康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖,光纖通信時(shí)代由此開(kāi)始。1977年美國(guó)在芝加哥相距7000米的兩電話局之間,首次用多模光纖成功地進(jìn)行了光纖通信試驗(yàn)。8.5微米波段的多模光波為第一代光纖通信系統(tǒng)。1981年又實(shí)現(xiàn)了兩電話局間使用1.3微米多模光纖的通信系統(tǒng),為第二代光纖通信系統(tǒng)。1984年實(shí)現(xiàn)了1.3微米單模光纖的通信系統(tǒng),即第三代光纖通信系統(tǒng)。80年代中后期又實(shí)現(xiàn)了1.55微米單模光纖通信系統(tǒng),即第四代光纖通信系統(tǒng)。用光波分復(fù)用提高速率,用光波放大增長(zhǎng)傳輸距離的系統(tǒng),為第五代光纖通信系統(tǒng)。新系統(tǒng)中,相干光纖通信系統(tǒng),已達(dá)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)水平,將得到應(yīng)用。光孤子通信系統(tǒng)可以獲得極高的速率,20世紀(jì)末或21世紀(jì)初可能達(dá)到實(shí)用化。3.2光纖技術(shù)的發(fā)展前景對(duì)光纖通信而言,超高速度、超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸一直是人們追求的目標(biāo),而全光網(wǎng)絡(luò)【5】也是人們不懈追求的夢(mèng)想。（1）向超高速系統(tǒng)的發(fā)展。目前10Gbps系統(tǒng)已開(kāi)始大批量裝備網(wǎng)絡(luò),主要在北美,在歐洲、日本和澳大利亞也已開(kāi)始大量應(yīng)用。但是,10Gbps系統(tǒng)對(duì)于光纜極化模色散比較敏感,而已經(jīng)鋪設(shè)的光纜并不一定都能滿足開(kāi)通和使用10Gbps系統(tǒng)的要求,需要實(shí)際測(cè)試,驗(yàn)證合格后才能安裝開(kāi)通。它的比較現(xiàn)實(shí)的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。光復(fù)用方式有很多種,但目前只有波分復(fù)用(WDM)方式進(jìn)入了大規(guī)模商用階段,而其它方式尚處于試驗(yàn)研究階段。（2）向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn)。采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1%,99%的資源尚待發(fā)掘。如果將多個(gè)發(fā)送波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)的光源信號(hào)同時(shí)在一極光纖上傳送,則可大大增加光纖的信息傳輸容量,這就是波分復(fù)用(WDM)的基本思路。采用波分復(fù)用系統(tǒng)的主要好處是:1）.可以充分利用光纖的巨大帶寬資源,使容量可以迅速擴(kuò)大幾倍至上百倍;2）.在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖和再生器,從而大大降低了傳輸成本:3）.與信號(hào)速率及電調(diào)制方式無(wú)關(guān),是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段;4.利用WDM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)可望實(shí)現(xiàn)未來(lái)透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。（3）開(kāi)發(fā)新代的光纖傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長(zhǎng)距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢(shì),開(kāi)發(fā)新型光纖已成為開(kāi)發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前,為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要,已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖,即非零色散光(G.655光纖)和無(wú)水吸收峰光纖(全波光纖)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,BPON技術(shù)無(wú)可爭(zhēng)議地將是未來(lái)寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向,但從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展、成本及應(yīng)用需求的實(shí)際狀況看,它距離實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于電信接入網(wǎng)絡(luò)這一最終目標(biāo)還會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。（4）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。目前,全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展仍處于初期階段,但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。從發(fā)展趨勢(shì)上看,形成一個(gè)真正的、以WDM技術(shù)與光交換技術(shù)為主的光網(wǎng)絡(luò)層,建立純粹的全光網(wǎng)絡(luò),消除電光瓶頸已成為未來(lái)光通信發(fā)展的必然趨勢(shì),更是未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò)的核心,也是通信技術(shù)發(fā)展的最高級(jí)別,更是理想級(jí)別。3.3組建光通信網(wǎng)的合理途徑通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)重心轉(zhuǎn)移和容量擴(kuò)大組建光網(wǎng)（OpticalNetworking）是當(dāng)今國(guó)際上通信領(lǐng)域中一個(gè)熱門(mén)的重大課題，對(duì)于陸地的固定通信網(wǎng)，除了光纖光纜及波分多路系統(tǒng)正在點(diǎn)一點(diǎn)傳輸線路上大量并繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)以擴(kuò)大應(yīng)用效果外，通信研究人員也在考慮設(shè)計(jì)和試驗(yàn)在通信網(wǎng)核心內(nèi)部如何利用波分多路（WDM）技術(shù)使電傳送網(wǎng)進(jìn)化為光傳送網(wǎng)，認(rèn)為這是未來(lái)通信網(wǎng)必然的趨向。自20世紀(jì)90年代起，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)Internet向全世界機(jī)用戶開(kāi)放，促使數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)量爆炸性增長(zhǎng)，給傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)以巨大沖擊。今后的通信形勢(shì)是：盡管全世界的電話業(yè)務(wù)量仍是每年增長(zhǎng)，但數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量的年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電話業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)率，因此在21世紀(jì)里數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)總量將很快趕上電話業(yè)務(wù)總量。換句話說(shuō)，未來(lái)的通信網(wǎng)不再以電話業(yè)務(wù)為重心，而是以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為重心，宜于使用互聯(lián)網(wǎng)規(guī)約IP（InternetProtocol）。傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)長(zhǎng)期使用的電路交換方式，在未來(lái)通信網(wǎng)不再合適，應(yīng)該讓位給對(duì)數(shù)據(jù)通信有利的分組交換方式（packetswitching）。當(dāng)然，未來(lái)的通信網(wǎng)仍應(yīng)保證電話業(yè)務(wù)暢通，而且IP-phone仍須達(dá)到傳統(tǒng)電話QoS的要求并保證數(shù)字圖視（video）通信業(yè)務(wù)暢通，以致能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)操作的多媒體通信。

與此同時(shí)，通信網(wǎng)的核心本身總是應(yīng)該具有足夠大的容量，有能力適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)量的數(shù)字速率總和，保證通信暢通，通信網(wǎng)容量就以它同時(shí)提供數(shù)字速率多少來(lái)表示?，F(xiàn)在大家既然認(rèn)識(shí)到各種通信業(yè)務(wù)特別是數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量每年以很高的增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，未來(lái)的通信網(wǎng)就應(yīng)該相應(yīng)地?cái)U(kuò)大其容量。一方面，通信網(wǎng)絕對(duì)不停留于長(zhǎng)期使用的公用交換電話網(wǎng)每年緩慢增長(zhǎng)的容量，而是提供大得多、能夠經(jīng)常加大的容量。按數(shù)字速率計(jì)，現(xiàn)行的電通信網(wǎng)利用電的時(shí)分多路TDM技術(shù)，按照標(biāo)準(zhǔn)的同步數(shù)字群系列SDH，最高的數(shù)字速度限于最高一級(jí)數(shù)字群的速度，即10Gbit／s。在，該數(shù)字速度尚未能突破，這是受到電的TDM技術(shù)的限制，常稱“瓶頸”。最近，國(guó)際會(huì)議上個(gè)別研究單位稱他們利用電的TDM，能夠制成數(shù)字速度達(dá)40Gbit／s，但這是少數(shù)情況，目前還未能普遍推廣。（2）通信網(wǎng)從電的TDM發(fā)展至光的WDM1）既然電的通信網(wǎng)在容量上受到電的TDM的限制，那么就應(yīng)考慮其它有效而實(shí)際可行的辦法。光纖通信的傳輸線路在加大容量方面取得了顯著的成功經(jīng)驗(yàn)，似乎可以為通信網(wǎng)提供有益的。在原來(lái)的光纖線路上，一根光纖只傳輸一路光載波，其載荷的數(shù)字信號(hào)由電的TDM供給，最高數(shù)字速率為10Gbit／s，而單模光纖在波長(zhǎng)1550nm有很寬的窗口可供光信號(hào)傳輸，雖然一個(gè)光載波載荷信號(hào)的數(shù)字速率受到電的TDM限度不能提高，但如能讓一根光纖同時(shí)傳輸幾個(gè)光載波，則光纖的傳輸容量就可以成倍地加大，將光纖的潛在容量發(fā)掘利用。參照過(guò)去幾十年前通信線路的每對(duì)銅線利用頻分多路FDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路載波電話的成功經(jīng)驗(yàn)，考慮在光纖上采用波分多路WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一根光纖同時(shí)傳輸多路光載波的辦法。如每一根光纖上裝用戶路WDM，每路傳輸電的TDM信號(hào)10Gbit／s，那么n路WDM就使一根光纖在一個(gè)方向同時(shí)傳輸n×l0Gbii／s，使數(shù)字速率比原來(lái)提高n倍，這種辦法不難取得成功，完全可以推廣應(yīng)用。最近國(guó)際會(huì)議上報(bào)道一根光纖在1550nm波長(zhǎng)窗口同時(shí)傳輸密集波分多路DWDM的100路具有適當(dāng)波長(zhǎng)間隔的光載波，導(dǎo)致同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)字速率提高至100×l0Gbii／s=1Tbit／s（1×1012bit／s）。而且，還有可能繼續(xù)提高至幾個(gè)Tbit／s。這樣的DWDM系統(tǒng)用于光纖線路，配以在1550nm波長(zhǎng)窗口提供光功率增益的寬帶光纖放大器W-EDFA，沿線路每隔100km設(shè)置一個(gè)放大器，就可使1Tbit／s數(shù)字速率的信號(hào)傳輸至1000km距離，實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸。2）誠(chéng)然，這種1Tbit／s-1000km的大容量、長(zhǎng)距離的通信系統(tǒng)真是通信領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)，大家都深切體會(huì)到光比電有更大的潛力為通信的發(fā)展提供幫助。傳統(tǒng)的電通信應(yīng)該引伸至光通信，尤其在考慮通信網(wǎng)擴(kuò)大容量的，不能停留于電，而應(yīng)著眼于光。依這樣的思路進(jìn)一步深入考慮光在通信網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用可能性?，F(xiàn)在波分多路WDM技術(shù)結(jié)合光放大器EDFA的方式，不應(yīng)局限于光纖傳輸線路的應(yīng)用，而是要求放開(kāi)思路，研究光的WDM技術(shù)能否引伸至通信網(wǎng)核心內(nèi)部，代替原來(lái)利用電的TDM技術(shù)所起的作用。過(guò)去的電通信網(wǎng)雖然利用大容量光纖傳輸線路，但通信網(wǎng)本身由電的TDM起作用，通信網(wǎng)容量的數(shù)字速率屬于Gbit／s級(jí)，最大是10Gbit／s。現(xiàn)在利用光的WDM，有n路不同波長(zhǎng)操縱各種單元，則使通信網(wǎng)容量加大n倍。如用100路不同波長(zhǎng)，則上應(yīng)能使通信網(wǎng)容量加大至Tbit／s級(jí)，比電的通信網(wǎng)容量Gbit／s級(jí)大一千倍。這就是說(shuō)，電通信網(wǎng)受到TDM的限制，無(wú)法再擴(kuò)大容量，如改用光通信網(wǎng)，WDM可以使用很多路數(shù)，以致光通信網(wǎng)可以擴(kuò)大容量至很多倍。所以，隨著通信業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)，要求通信網(wǎng)擴(kuò)大其容量，從電的通信網(wǎng)進(jìn)化為光的通信網(wǎng)。順便提一下，上面說(shuō)起電的TDM技術(shù)目前最高數(shù)字速率為10Gbit／s。曾有研究單位宣稱光的TDM技術(shù)可使16路電的TDM復(fù)合，使總的數(shù)字速率提高至16×10＝160bit／s，但這樣的技術(shù)有較大難度，目前沒(méi)有推廣使用。3）網(wǎng)絡(luò)單元ADM、DXC過(guò)渡至OADM、0XC每個(gè)通信網(wǎng)由若干種和若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元分別組合而成。多路通信不論是電的時(shí)分多路TDM，或者是光的波分多路WDM，最基本的網(wǎng)絡(luò)單元有multiplexer和demultiplexer，一般地稱為復(fù)接器和分接器。它們?cè)赥DM結(jié)點(diǎn)與用戶接入線連接處，一般稱為合路器和分路器，而在結(jié)點(diǎn)內(nèi)部，則稱為合群器和分群器。對(duì)于電話通信，合路器是把30路數(shù)字電話合為一個(gè)基群，如30路經(jīng)過(guò)脈碼調(diào)制PCM得到的數(shù)字電話信號(hào)64kbit／s合為30路的基群，約2Mbit／s。而分路器的作用相反，它把基群2Mbit／s分為30路64kbit／s。合群器是把若干個(gè)低級(jí)群合為較高級(jí)的數(shù)字群。例如在準(zhǔn)同步數(shù)字群系列PDH，最低的合群器是把4個(gè)基群2Mbit／s合為二級(jí)群8Mbit／s。分群器則相反，把1個(gè)8Mbit／s群分為4個(gè)2Mbit／s群。在同步數(shù)字系列SDH，例如最高級(jí)的合群器是把4個(gè)2.5Gbit／s合為1個(gè)10Gbit／s，分群器則把1個(gè)10Gbit／s分為4個(gè)2．5Gbit／s。數(shù)字速率越高，則制成合群器和分群器的技術(shù)難度越大。類似地，在光的WDM復(fù)接器和分接器可以稱為合波器和分波器，前者把幾路不同的光波長(zhǎng)合為一個(gè)波段，后者把一個(gè)光波段分為若干路光波長(zhǎng)。在每一網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，其他重要的網(wǎng)絡(luò)單元有ADM（add-dropmultiplexer），簡(jiǎn)單譯成插分復(fù)接器，實(shí)際上它是分群器與合群器的組合，或是分路器與合路器的組合。在結(jié)點(diǎn)內(nèi)部，某一高級(jí)數(shù)字群輸入分群器，分為若干個(gè)較低級(jí)數(shù)字群輸出，其中部分低級(jí)數(shù)字群就從這分群器輸出分下（drop），由本結(jié)點(diǎn)使用，其余幾個(gè)輸出直通合群器的輸入，結(jié)點(diǎn)可以按需要把幾個(gè)與分下相同的低級(jí)群插上（add）合群器的輸入，與直通的低級(jí)群會(huì)合，成為新的高級(jí)數(shù)字群輸出。在電的通信網(wǎng)中，這些是“數(shù)字的ADM”。當(dāng)電通信網(wǎng)準(zhǔn)備過(guò)渡為光通信網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)中的這些數(shù)字的ADM應(yīng)該全部換成“波長(zhǎng)的ADM”或“光的ADM”。它將是分波器與合波器的組合。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)中，為了靈活調(diào)度的需要，都應(yīng)設(shè)置交叉連接系統(tǒng)XC（cross-connect）。在電通信網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)有“數(shù)字的交叉連接”DXC（digitalXC）。當(dāng)電通信網(wǎng)過(guò)渡至光通信網(wǎng)時(shí)，每一網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)中數(shù)字交叉連接應(yīng)該相應(yīng)地?fù)Q成“波長(zhǎng)的XC”或“光的XC”，原理與前相似。但因光網(wǎng)容量較大，交叉連接系統(tǒng)勢(shì)必更為復(fù)雜，并且需要更加靈活地運(yùn)用，所以O(shè)XC常常附設(shè)波長(zhǎng)變換器，以便于實(shí)行交叉連接時(shí)按需要改換使用光波長(zhǎng)?？偟膩?lái)說(shuō)，光通信網(wǎng)不僅容量大，而且質(zhì)量高，光網(wǎng)結(jié)點(diǎn)中光的ADM（OADM）和光的XC（OXC）等網(wǎng)絡(luò)單元都必須具備完善的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能，那就完全能夠滿足大容量通信網(wǎng)運(yùn)行的需要。

4）IP與ATM、WDM的配合未來(lái)的通信網(wǎng)既已肯定以數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)為重心，并普遍使用互聯(lián)網(wǎng)規(guī)約IP，那么網(wǎng)上信息業(yè)務(wù)宜一律使用IP，即所謂everythingoverIP。當(dāng)然，每種信息業(yè)務(wù)都用IP后，仍保證信息順利傳送，達(dá)到應(yīng)有的QoS要求。使如IP-phone，經(jīng)過(guò)初步改進(jìn)技術(shù)，確實(shí)具有良好質(zhì)量，雙向?qū)崟r(shí)通話的質(zhì)量能夠?yàn)橛脩羲邮埽?，在未?lái)通信網(wǎng)中普遍使用IP是可行的。尤其是通信網(wǎng)中使用IP路由器（router），在技術(shù)上似乎沒(méi)有多大困難，IP的標(biāo)頭在國(guó)際上屢有新標(biāo)準(zhǔn)，不斷作出改進(jìn)。但是，通信網(wǎng)內(nèi)部還有重要的交換機(jī)迄今尚未完全做成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)、具有分組交換功能的簡(jiǎn)便裝備。而在現(xiàn)行寬帶通信網(wǎng)中使用較多、技術(shù)上比較成熟的異步轉(zhuǎn)移模式ATM，其裝備受到國(guó)際上廣大通信廠商重視和改進(jìn)，在性能和服務(wù)上又普遍為廣大通信用戶所接受。雖然ATM不是專供數(shù)據(jù)通信分組交換的設(shè)施，但是它已在世界上推廣使用。因此得出權(quán)宜的結(jié)論：可以讓IP與ATM配合使用，稱為IPoverATM。當(dāng)然，這不是最理想的辦法，但在電通信網(wǎng)普遍存在的現(xiàn)階段，它不失為一種明智的過(guò)渡方案。

近年國(guó)際上積極試驗(yàn)的光通信網(wǎng)，已確定以波分多路WDM為基本，而不考慮利用ATM。如一切順利，可望于本世紀(jì)頭幾年就付諸實(shí)際。到那時(shí)，如果光的分組交換機(jī)尚未研制成功，或者沒(méi)有找到解決光交換的其他辦法，那就有必要妥慎考慮像現(xiàn)在電通信網(wǎng)那樣采用權(quán)宜之計(jì)，選擇IP與WDM配合應(yīng)用的方案，即IPoverWDM。這意味著，在過(guò)渡到光通信網(wǎng)的初期，很可能采用IPoverWDM以順利過(guò)渡，也就是說(shuō)，在未來(lái)的以分組數(shù)據(jù)通信為重心的新型通信網(wǎng)以及從電通信網(wǎng)過(guò)渡至光通信網(wǎng)的前進(jìn)道路上，很可能從IPoverATM過(guò)渡至IPoverWDM，總的來(lái)說(shuō)就是IPovereverything。結(jié)合前節(jié)所述，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)需要everythingoverIP和IPovereverything，互聯(lián)網(wǎng)規(guī)約IP十分重要。第4章光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展4.1光纖網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展需求

光纖通信是以光波為載波,利用純度極高的玻璃拉制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介,通過(guò)光電變換,用光來(lái)傳輸信息的通信系統(tǒng)。從國(guó)家骨干通信網(wǎng)到城域網(wǎng)以及到用戶的接入網(wǎng),基本上都是采用光纖通信的方式實(shí)現(xiàn)的。光纖通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是信息化的兩大核心支柱,計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)把信息數(shù)字化,輸入網(wǎng)絡(luò)中去;光纖則負(fù)責(zé)信息傳輸?shù)闹厝巍Ｄ壳?我國(guó)累計(jì)敷設(shè)光纜近400萬(wàn)公里,累計(jì)光纖用量近8000萬(wàn)公里。隨著當(dāng)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,信息容量日益劇增,為提高信息的傳輸速度和容量,光纖通信技術(shù)有了突破性的發(fā)展,成為繼微電子技術(shù)之后信息領(lǐng)域中的重要技術(shù)，圖三為光纖網(wǎng)絡(luò)在小區(qū)中的應(yīng)用。（圖三）隨著網(wǎng)上辦公、3G移動(dòng)通信、遠(yuǎn)程移動(dòng)存儲(chǔ)等新業(yè)務(wù)的應(yīng)用,人們對(duì)光纖通信網(wǎng)的傳輸速度和容量需求不斷增長(zhǎng),甚至有些地區(qū)的單用戶接入速度要求達(dá)到1Gb/s,因此必須建設(shè)速度更快、容量更大的光纖通信網(wǎng)才能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的通信需求。為了滿足更高的用戶服務(wù)質(zhì)量要求,對(duì)基層傳輸協(xié)議的更新也是很重要的。光纖網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是網(wǎng)格計(jì)算以及商業(yè)化的云計(jì)算,在未來(lái)幾年,這樣的計(jì)算將不再僅僅局限于科學(xué)計(jì)算,而將進(jìn)一步擴(kuò)展到商業(yè)領(lǐng)域和軍事應(yīng)用領(lǐng)域。如在軍事上成功應(yīng)用的傳感器網(wǎng)格和美國(guó)國(guó)防部耗資幾十億美元的“全球信息柵格”計(jì)劃,都是網(wǎng)格計(jì)算的應(yīng)用。

4.2光纖網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)

（1）光纖高速傳輸技術(shù)【6】

人們需要光纖網(wǎng)絡(luò)的超高速、超大容量,但到目前為止我們能夠利用的最理想傳輸媒介仍然是光。因?yàn)橹挥欣霉庾V才能帶給我們充裕的帶寬。光纖高速傳輸技術(shù)現(xiàn)正沿著擴(kuò)大單一波長(zhǎng)傳輸容量、超長(zhǎng)距離傳輸和密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)三個(gè)方向在發(fā)展。單一光纖的數(shù)據(jù)傳輸容量在20年里提升了萬(wàn)余倍;超長(zhǎng)距離實(shí)現(xiàn)了1.28T(128x10G)無(wú)再生傳送8000Km;波分復(fù)用實(shí)驗(yàn)室最高水平已做到273個(gè)波長(zhǎng)、每波長(zhǎng)40Gb。

（2）寬帶接入

光纖網(wǎng)絡(luò)必須要有的支持,各種寬帶服務(wù)與應(yīng)用才能開(kāi)展起來(lái),網(wǎng)絡(luò)容量的潛力才能真正發(fā)揮。寬帶接入技術(shù)五花八門(mén),主要有以下四種:一是基于高速數(shù)字用戶線(VDSL);二是基于以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)(EPON)的光纖到家(FTTH);三是自由空間光系統(tǒng)(FSO);四是無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)。

（3）無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的概念由來(lái)已久,它具有節(jié)省光纖資源、減少線路和外部設(shè)備的故障率,提高系統(tǒng)可靠性,節(jié)省維護(hù)成本、對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的的特點(diǎn),在光接入網(wǎng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。同時(shí),以太網(wǎng)(Ethernet)技術(shù)以其簡(jiǎn)便實(shí)用,價(jià)格低廉、易維護(hù)、可擴(kuò)展、標(biāo)準(zhǔn)化和廣泛的商用軟硬件支持的特性,幾乎完全統(tǒng)治了局域網(wǎng),隨著IP業(yè)務(wù)在城域和干線傳輸中所占的比例不斷攀升,以太網(wǎng)也在通過(guò)傳輸速率、可管理性等方面的改進(jìn),逐漸向接入、城域甚至骨干網(wǎng)上滲透。而以太網(wǎng)與PON的結(jié)合,便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)。它同時(shí)具備了以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是下一代網(wǎng)絡(luò)中主要的寬帶接入技術(shù)。它通過(guò)一個(gè)單一的光纖接入系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音及視頻的綜合業(yè)務(wù)接入,并具有良好的經(jīng)濟(jì)性。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為,FTTH是寬帶接入的最終解決方式,而EPON也將成為一種主流寬帶接入技術(shù)。由于EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),寬帶入戶的特殊優(yōu)越性,使得全世界的專家都一致認(rèn)為,無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)合一”和解決信息高速公路“最后一公里”的最佳傳輸媒介。

（4）自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)

下一代的光網(wǎng)絡(luò)是以軟交換技術(shù)為核心,采用容量巨大高密集波分系統(tǒng),具有自動(dòng)配置功能的大容量光交換機(jī),新一代的光路由器,各種適合于不同場(chǎng)合運(yùn)用的低端光系統(tǒng)(如MSTP和RPR),組成的智能光網(wǎng)絡(luò)。早在2002年AT&T在OFC上就稱“智能光網(wǎng)絡(luò)目前就已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)”。構(gòu)建高效靈活的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)設(shè)備光交叉連接設(shè)備(OXC)和光分插復(fù)用設(shè)備(OADM),隨著這些設(shè)備的發(fā)展,智能光網(wǎng)絡(luò)有了新的發(fā)展,也就是自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON),其最突出的特征是在光傳送網(wǎng)中引入了獨(dú)立的智能控制平面,利用控制平面來(lái)完成路由自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、呼叫連接管理、保護(hù)恢復(fù)等,從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施動(dòng)態(tài)呼叫連接管理。目前,光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要是利用DWDM技術(shù)擴(kuò)