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1、科技文献检索论文之电子科学与技术专业（光电子）热能 101 班 201010814112 黄泽斌现代光纤通信传输技术的综合应用摘要 随着光纤技术的进一步发展,现代通信更加快捷、方便。使得光纤通信的技术更加趋于复杂化,要想掌握好更多的技术要领,为现代通信服务,就必须在整体框架的统一安排下,做更多的理论性的研究与实践相结合的探讨。在不久的未来,光纤的应用将更加广泛,也更加便捷。关键词 光纤;通信;系统 1 基本光纤传输系统光电子技术的发展历程与成就史 光前技术的历史光纤从提出理论到技术实现和今天的高速光纤通信也不过几十年的时间。从国外的发展历程我们可以看出，20 世纪 60 年代中期，所研制的最好
2、的光纤损耗在 400 分贝以上，1966 年英国标准电信研究所高锟及 Hockham 从理论上预言光纤损耗可降至 20 分贝/千米以下，日本于 1969 年研制出第一根通信用光纤损耗为 100 分贝/千米，1970 年康宁公司(Corning)采用“ 粉末法”先后获得了损耗低于 20 分贝千米和 4 分贝/千米的低损耗石英光纤，1974 年贝尔实验室(Bell)采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。到 1979 年，掺锗石英光纤在 1.55 千米处的损耗已经降到 0.2 分贝/千米，这一数值已经十分接近由 Rayleigh 散射所决定的石英光纤理论损耗极限。 目前国内光纤光缆
3、的生产能力过剩，供大于求。特种光纤如 FTTH 用光纤仍需进口，但总量不大，国内生产光纤光缆价格与国际市场没有差别，成本无法再降，已经是零利润，在国际市场没有太强竞争力，出口量很小。二十年来的光技术的两个主要发展，WDM 和 PON，这两个已经相对比较成熟。多业务传输发展平台两个方面，一方面是更有效承载以太网业务、数据业务，另一方面是向业务方面发展。AS0N 的现状是目前的系统只是在设备中，或是在网络中实现了一些功能，但是一些核心作用还没有达到。 二、光纤通信技术的趋势及展望 目前在光通信领域有几个发展热点即超高速传输系统、超大容量 WDM 系统、光传送联网技术、新一代的光纤、IPoverOp
4、tical 以及光接入网技术。 （一）向超高速系统的发展 目前 10Gbps 系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10Gbps 系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用 10Gbps 系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。 （二）向超大容量 WDM 系统的演进 采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的 200nm 可用带宽资源仅仅利用率低于 1，还有99的
5、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级光纤上传送，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。基于 WDM 应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际铺设的 WDM 系统已超过 3000 个，而实用化系统的最大容量已达 320Gbps(21610Gbps)，美国朗讯公司已宣布将推出 80 个波长的 WDM系统，其总容量可达 200Gbps(802.5Gbps)或 400Gbps(4010Gbps)。实验室的最高水平则已达到 2.6Tbps(1320Gbps)。预计不久的将来，实用化系统的容量即可达到
6、 1Tbps 的水平。（三）实现光联网 上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似 SDH 在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性，又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。由于光联网具有潜在的巨大优势，美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继 SDH 电联网以后的又一新的光通信发展
7、高潮。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络，不仅可以为未来的国家信息基础设施(NJJ)奠定一个坚实的物理基础，而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全有极其重要的战略意义。 （四）开发新代的光纤 传统的 G.652 单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光(G.655 光纤) 和无水吸收峰光纤(全波光纤)。其中，全波光纤将是以后开发的重点，也是现在研究的热点。从长远来看，BPON
8、技术无可争议地将是未来宽带接入技术的发展方向，但从当前技术发展、成本及应用需求的实际状况看，它距离实现广泛应用于电信接入网络这一最终目标还会有一个较长的发展过程。 （五）IPoverSDH 与 IpoverOptical 以 lP 业务为主的数据业务是当前世界信息业发展的主要推动力，因而能否有效地支持 JP 业务已成为新技术能否有长远技术寿命的标志。目前，ATM 和 SDH 均能支持 lP，分别称为 IPoverATM 和 IPoverSDH 两者各有千秋。但从长远看，当 IP 业务量逐渐增加，需要高于 24 吉位每秒的链路容量时，则有可能最终会省掉中间的 SDH 层，IP 直接在光路上跑，形
9、成十分简单统一的 IP 网结构(IPoverOptical)。三种 IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的历史作用。但从面向未来的视角看。IPoverOptical 将是最具长远生命力的技术。特别是随着 IP 业务逐渐成为网络的主导业务后，这种对 JP 业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。 （六）解决全网瓶颈的手段一光接入网 近几年，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都己更新了好几代。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(9
10、0以上) 、原始落后的模拟系统。两者在技术上存在巨大的反差，制约全网的进一步发展。为了能从根本上彻底解决这一问题，必须大力发展光接入网技术。因为光接入网有以下几个优点：（1）减少维护管理费用和故障率；（2）配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；（3）充分利用光纤化所带来的一系列好处；（4）建设透明光网络，迎接多媒体时参考文献：光纤通信技术 顾华生 北京邮电大学出版社光纤通信 刘增基;周洋溢;胡辽林;周绮丽 西安电子科技大学出版社光纤通信系统（第 3 版影印版） （美）Govind P.Agrawal 清华大学出版社光前技术的成就1.1 光发射机光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号,并
11、用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源, 驱动器和调制器组成,光源是光发射机的核心。目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(LED) 和半导体激光二极管(或称激光器)(LD), 以及谱线宽度很小的动态单纵模分布反馈(DFB)激光器。有些场合也使用固体激光器,例如大功率的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器。光发射机把电信号转换为光信号的过程(简称为电/光或 E/O 转换),是通过电信号对光的调制实现的。1.2 直接调制和间接调制用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流,使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单,成本较低,容易实现,但调制速率受激光器的频率特性所限
12、制。间接调制(外调制) 把激光的产生和调制分开,用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。目前有多种调制器可供选择,最常用的是电光调制器。这种调制器是利用电信号改变电光晶体的折射率,使通过调制器的光参数随电信号变化而实现调制的。外调制的优点是调制速率高,缺点是技术复杂,成本较高,因此,只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。1.3 光接收机光接收机最重要的特性参数是灵敏度。灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标,它反映接收机调整到最佳状态时, 接收微弱光信号的能力。灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声,并受传输速率,光发射机的参数和光纤线路的色散的影响,还与系统要求的误码率
13、或信噪比有密切关系。所以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的重要指标。2 光纤通信系统的主要优点重量光纤通信系统的主要优点包括:传输频带宽,通信容量大; 线路损耗低,传输距离远;抗干扰能力强,应用范围广;线径细、轻 ;抗化学腐蚀能力强;光纤制造资源丰富。 在网络工程中,一般用 62。5m/125m 规格的多模光纤,有时也用 100m/125 m 和100m/140m 规格的光纤。户外布线大于 2 公里时可选用单模光纤。在进行综合布线时需要了解的光纤的一些基本特性,3 特种光纤的发展 3.1 光纤光栅(Fiber Grating)光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在紫外光的照射(通常称为紫外光“写入”)
14、 下,于光纤芯部产生周期性的折射率变化(即光栅) 而制成的。使用的是掺锗光纤 ,在相位掩膜板的掩蔽下,用紫外光照射(在载氢气氛中 ),使纤芯的折射率产生周期性的变化 ,然后经退火处理后可长期保存。相位掩膜板实际上为一块特殊设计的光栅,其正负一级衍射光相交形成干涉条纹,这样就在纤芯逐渐产生成光栅。光栅周期模板周期的 1/2。众所周知,光栅本身是一种选频器件,利用光纤光栅可以制作成许多重要的光无源器件及光有源器件。例如:色散补偿器、增益均衡器、光分插复用器、光滤波器、光波复用器、光模或转换器、光脉冲压缩器、光纤传感器以及光纤激光器等。3.2 (Multi-Coremono-Mode Fiber,M
15、CF)多芯光纤是一个共用外包层、内含有多根纤芯、而每根纤芯又有自己的内包层的单模光纤。这种光纤的明显优势是成本较低,生产成本较普通的光纤约低 50%。此外,这种光纤可以提高成缆的集成密度,同时也可降低施工成本。以上是光纤技术在近几年里所取得的主要成就。至于光缆方面的成就,我们认为主要表现在带状光缆的开发成功及批量化生产方面。这种光缆是光纤接入网及局域网中必备的一种光缆。目前,光缆的含纤数量达千根以上,有力地保证了接入网的建设。4 光纤传输家庭的解决方案对于不断发展的宽带业务,如网上办公,会议电视,网上游戏,远程诊疗等双向业务和 HDTV 高清数字电视,上下行传输不对称的业务,AD8L 就难以满
16、足。尤其是 HDTV,经过压缩,目前其传输速率尚需 19.2Mbps。正在用 H.264 技术开发,可压缩到 56Mbps。通常认为对 QOS 有所保证的 ADSL 的最高传输速串是 2Mbps,仍难以传输 HDTV。可以认为 HDTV 是 FTTH的主要推动力。即 HDTV 业务到来时,非 FTTH 不可。 FTTH 的解决方案:通常有 P2P 点对点和 PON 无源光网络两大类。 F2P 方案优点:各用户独立传输 ,互不影响,体制变动灵活;可以采用廉价的低速光电子模块;传输距离长。缺点:为了减少用户直接到局的光纤和管道 ,需要在用户区安置 1 个汇总用户的有源节点。 PON 方案 优点:无源网络维护简单;原则上可以节省光电子器件和光纤。缺点: 需要采用昂贵的高速光电子模块;需要采用区分用户距离不同的电子模块,以避免各用户上行信号互相冲突;传输距离受 PON 分比而缩短;各用户的下行带宽互相占用,如果用户带宽得不到保证时,不单是要网络扩容,还需要更换 PON 和更换用户模
