光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀光纖通信是以光波作為信息載體, 以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一。雖然現(xiàn)在光纖通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纖通信能實(shí)際應(yīng)用到人類傳輸信息中并不是一帆風(fēng)順的，其發(fā)展中經(jīng)歷了很多技術(shù)難關(guān)，解決了這些技術(shù)難題，光纖通信才能進(jìn)一步發(fā)展。光作為自然資源，有著自己得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。光無(wú)處不在，這句話毫不夸張。在人類發(fā)展的早期，人類已經(jīng)開(kāi)始使用光傳遞信息了，這樣的例子有很多。光自身固有的優(yōu)點(diǎn)注定了它在人類歷史上將充當(dāng)不可忽略的角色，隨著人類技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，優(yōu)點(diǎn)也越來(lái)越突出。打手勢(shì)是一種目視形式的光通信，

2、在黑暗中不能進(jìn)行。白天太陽(yáng)充當(dāng)這個(gè)傳輸系統(tǒng)的光源，太陽(yáng)輻射攜帶發(fā)送者的信息傳送給接收者，手的動(dòng)作調(diào)制光波，人的眼睛充當(dāng)檢測(cè)器。另外，3000多年前就有的烽火臺(tái)，直到目前仍然使用的信號(hào)燈、旗語(yǔ)等都可以看作是原始形式的光通信。望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)則又極大地延長(zhǎng)了這類目視形式的光通信的距離。這類光通信方式有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)，就是它們能夠傳輸?shù)娜萘繕O其有限。近代歷史上，早在1880年，美國(guó)的貝爾（Bell）發(fā)明了“光電話”。這種光電話利用太陽(yáng)光或弧光燈作光源，通過(guò)透鏡把光束聚焦在送話器前的振動(dòng)鏡片上，使光強(qiáng)度隨話音的變化而變化，實(shí)現(xiàn)話音對(duì)光強(qiáng)度的調(diào)制。在接收端，用拋物面反射鏡把從大氣傳來(lái)的光束反射到硅光電池上，

3、使光信號(hào)變換為電流傳送到受話器。光電話并未能在人類生活中得到實(shí)際的使用，這主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒(méi)有合適的光源和傳輸介質(zhì)。其所利用的自然光為非相干光，方向性不好，不易調(diào)制和傳輸；而以空氣作為傳輸介質(zhì)，損耗會(huì)很大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸 光纖即為光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱。光纖通信是將要傳送的圖像、數(shù)據(jù)等信號(hào)調(diào)制到光載波上，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。從原理上看, 構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進(jìn)行分類外, 在應(yīng)用中, 光纖常按用途進(jìn)行分類, 可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種, 而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、

4、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖, 并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。光纖通信之所以發(fā)展迅猛, 主要緣于它具有以下特點(diǎn): 通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)；信號(hào)串?dāng)_小、保密性能好；抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳；光纖尺寸小、重量輕, 便于敷設(shè)和運(yùn)輸；材料來(lái)源豐富, 環(huán)境保護(hù)好；無(wú)輻射, 難于竊聽(tīng)；光纜適應(yīng)性強(qiáng), 壽命長(zhǎng)。作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多，因此相對(duì)于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。將優(yōu)點(diǎn)突出的光纖通信真正應(yīng)用到人類生活中去，和很多技術(shù)一樣，都經(jīng)歷著一個(gè)發(fā)展的過(guò)程。 光纖通信技術(shù)的幾種關(guān)鍵技術(shù)分為-波分復(fù)用技術(shù)。波分復(fù)用WDM(Wav

5、elength Division Multiplexing) 技術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來(lái)的巨大帶寬資源。根據(jù)每一信道光波的頻率( 或波長(zhǎng)) 不同, 將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道, 把光波作為信號(hào)的載波, 在發(fā)送端采用波分復(fù)用器( 合波器) , 將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來(lái)送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端, 再由一波分復(fù)用器( 分波器) 將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開(kāi)。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立( 不考慮光纖非線性時(shí)) , 從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。自從上個(gè)世紀(jì)末, 波分復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)以來(lái), 由于它能極大地提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量, 迅

6、速得到了廣泛的應(yīng)用。2. 光纖接入技術(shù)。光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里”。實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩? 滿足大眾的需求, 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, 光纖接入是網(wǎng)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)位置的不同, 有FTTB、FTTC、FTTCab 和FTTH 等不同的應(yīng)用, 統(tǒng)稱FTTx。光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀-    1市場(chǎng)需求的培育發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的形成尚需時(shí)日。FTTH除了提供高帶寬外, 更重要的是運(yùn)營(yíng)商能提供什么具體服務(wù)內(nèi)容讓用戶需求更高的帶寬, 使得在既有寬帶接入技術(shù)無(wú)法滿足之下,推動(dòng)用戶走向光纖到戶。

7、然而用戶上網(wǎng)經(jīng)常使用的服務(wù)為看新聞, 搜尋引擎,電子信箱,這些服務(wù)所需之帶寬小,而高帶寬服務(wù)如視頻會(huì)議、VOD、多媒體娛樂(lè)使用之比例則偏低。因此,在ADSL已可滿足現(xiàn)有帶寬使用量的市場(chǎng)環(huán)境下,高帶寬服務(wù)的需求引導(dǎo)和普及情況還需要時(shí)間。 2.技術(shù)和成本瓶頸。首先從技術(shù)層面來(lái)講,目前廣泛采用的ADSL技術(shù)提供寬帶業(yè)務(wù)有一定的優(yōu)勢(shì),與FTTH相比,價(jià)格便宜,利用原有銅線網(wǎng)使工程建設(shè)簡(jiǎn)單,是FTTH目前推廣的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。從全球范圍看,在寬帶用戶中,66%的用戶采用xDSL,在中國(guó)這個(gè)比例更是高達(dá)90%。作為寬帶接入理想方式的FTTH, 一直沒(méi)有得到大規(guī)模發(fā)展的最主要原因就是光纖接入的成本依然比較高。

8、 3政策和法規(guī)相對(duì)滯后,各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有出臺(tái)。目前我國(guó)推廣光纖到戶的發(fā)展基本處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài), 各個(gè)地方政府政策各不相同,零星破碎,有的地方根本還沒(méi)有鼓勵(lì)優(yōu)惠政策?？傊? 政府缺少一個(gè)宏觀的引導(dǎo)和完善的產(chǎn)業(yè)政策。此外, 有關(guān)因特網(wǎng)相關(guān)的版權(quán)法規(guī)也有很多工作要做。雖然國(guó)際電信聯(lián)盟和美國(guó)等相繼出版了關(guān)于FTTH的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),但是我們?nèi)绾谓Y(jié)合本國(guó)實(shí)際情況,制定FTTH的技術(shù)規(guī)范和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)仍有待努力,這些都是至于我國(guó)FTTH走向商用的制約因素。我國(guó)光纖通信發(fā)展的出路-    1.完善各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政府政策法規(guī)。標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)FTTH產(chǎn)業(yè)發(fā)展和降低初裝成本和維護(hù)成本有直接的影響

9、。接入系統(tǒng)與國(guó)情密切有關(guān),在積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的FTTH系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。政府應(yīng)積極出臺(tái)相應(yīng)法規(guī),旨在打破電信業(yè)務(wù)壟斷和消除行業(yè)壁壘。光纖傳輸容量幾乎是無(wú)限的,FTTH為用戶提供綜合業(yè)務(wù)接入不僅是技術(shù)上的需要也是提高其投資效益的必經(jīng)之FTTH接入技術(shù)推廣普及的迫切需要。 2.根據(jù)目前網(wǎng)民上網(wǎng)主要集中看新聞,搜索引擎,電子郵件的使用,這就需要我們?cè)O(shè)法引導(dǎo)他們轉(zhuǎn)向需要更寬帶寬要求的VOD, 遠(yuǎn)程診療,視頻會(huì)議等服務(wù)和應(yīng)用。眾所周知,目前FTTH的設(shè)備價(jià)格還非常高昂,往往一線售價(jià)1000美元以上。目前,在國(guó)內(nèi)不少城市,由于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),ADSL和基于5類線的LAN寬帶接入使用

10、費(fèi)逐年下降,基于這種寬帶接入服務(wù)的資費(fèi)水平根本無(wú)法支撐FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng),其投資效益可想而知,這是我國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商普遍缺乏熱情推廣FTTH的最根本原因?？梢?jiàn),在我國(guó)推廣FTTH應(yīng)用, 除開(kāi)發(fā)低成本的FTTH接入技術(shù)與設(shè)備外,還應(yīng)該把市場(chǎng)推廣的突破口選擇在如別墅區(qū)、高檔住宅區(qū)和高級(jí)寫(xiě)字樓(FTTO)等目標(biāo)市場(chǎng)。因?yàn)? 現(xiàn)有寬帶接入技術(shù)很難滿足這類目標(biāo)市場(chǎng)對(duì)寬帶接入遠(yuǎn)距離、高帶寬、專線接入的要求,同時(shí)這些用戶對(duì)寬帶接入具有較高的消費(fèi)能力,運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)FTTH能提供高帶寬、專線接入優(yōu)質(zhì)服務(wù)特點(diǎn)適當(dāng)提高寬帶接入月使用費(fèi),提高FTTH接入網(wǎng)絡(luò)投資效益。 3.FTTH業(yè)務(wù)提供應(yīng)循序漸進(jìn),選擇適合我國(guó)F

11、TTH展的技術(shù)。目前全球500萬(wàn)線的FTTH用戶中,90%以上的FTTH接入網(wǎng)絡(luò)只提供Internet寬帶接入業(yè)務(wù),因?yàn)镕TTH提供傳統(tǒng)固定電話成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有固定電話技術(shù)成本,追求FTTH全業(yè)務(wù)接入(同時(shí)支持寬帶上網(wǎng)、有線電視CATV接入和傳統(tǒng)固定電話接入,即所為三網(wǎng)合一)在我國(guó)還存在行業(yè)壁壘,即電信運(yùn)營(yíng)商不允許經(jīng)營(yíng)CATV 業(yè)務(wù), 反之CATV運(yùn)營(yíng)商不許經(jīng)營(yíng)傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)(如電話), 而且這一現(xiàn)狀在未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法改變,因此單一運(yùn)營(yíng)商無(wú)法在FTTH接入網(wǎng)絡(luò)提供三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)。雖然,在接入網(wǎng)上,光纖替代各種銅質(zhì)纜線是必然趨勢(shì),但一夜之間光纖就徹底替代銅質(zhì)纜線,所有業(yè)務(wù)都通過(guò)光纖接入是不現(xiàn)實(shí)

12、的,也是無(wú)法想象的。在推進(jìn)FTTH過(guò)程中, 我們必須照顧到傳統(tǒng)固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的利益,也要考慮現(xiàn)有的金屬線資源,實(shí)現(xiàn)平緩過(guò)渡。光纖通信技術(shù)的發(fā)展方向全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-隨著光纖通信的飛速發(fā)展，光纖通信有向全光網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)所謂全光網(wǎng)，是指從源節(jié)點(diǎn)到終端用戶節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸與交換的整個(gè)過(guò)程均在光域內(nèi)進(jìn)行，即端到端的完全的光路，中間沒(méi)有電信號(hào)的介入。全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意如圖所示。 全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)- 基于波分復(fù)用的全光通信網(wǎng)可使通信網(wǎng)具備更強(qiáng)的可管理性、靈活性、透明性。它具備如下以往通信網(wǎng)和現(xiàn)行光通信系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)：     （1）省掉了大量電子器件。全光網(wǎng)中光信號(hào)

13、的流動(dòng)不再有光電轉(zhuǎn)換的障礙，克服了途中由于電子器件處理信號(hào)速率難以提高的困難，省掉了大量電子器件，大大提高了傳輸速率。    （2）提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)。全光網(wǎng)采用波分復(fù)用技術(shù)，以波長(zhǎng)選擇路由，可方便地提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)。     （3）組網(wǎng)靈活性高。全光網(wǎng)組網(wǎng)極具靈活性，在任何節(jié)點(diǎn)可以抽出或加入某個(gè)波長(zhǎng)。     （4）可靠性高。由于沿途沒(méi)有變換和存儲(chǔ)，全光網(wǎng)中許多光器件都是無(wú)源的，因而可靠性高。 全光網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)- 光交換技術(shù) -光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。光路交換又可分成3種類型，即空分（S

14、D）、時(shí)分（TD）和波分頻分（WDFD）光交換，以及由這些交換形式組合而成的結(jié)合型。其中空分交換按光矩陣開(kāi)關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來(lái)廣泛研究的一種方式。 光交叉連接（OXC）技術(shù) -OXC是用于光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備，通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)以及自動(dòng)配線和監(jiān)控的重要手段。OXC主要由光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口、管理控制單元等模塊組成。為增加OXC的可靠性，每個(gè)模塊都具有主用和備用的冗余結(jié)構(gòu)，OXC自動(dòng)進(jìn)行主備倒換。輸入輸出接

15、口直接與光纖鏈路相連，分別對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行適配、放大。管理控制單元通過(guò)編程對(duì)光交叉連接矩陣、輸入輸出接口模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制、光交叉連接矩陣是OXC的核心，它要求無(wú)阻塞、低延遲、寬帶和高可靠，并且要具有單向、雙向和廣播形式的功能。OXC也有空分、時(shí)分和波分3種類型。 光分插復(fù)用-在波分復(fù)用（WDM）光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，人們的興趣越來(lái)越集中到光分插復(fù)用器上。這些設(shè)備在光波長(zhǎng)領(lǐng)域內(nèi)具有傳統(tǒng)SDH分插復(fù)用器（SDH ADM）在時(shí)域內(nèi)的功能。特別是OADM可以從一個(gè)WDM光束中分出一個(gè)信道（分出功能），并且一般是以相同波長(zhǎng)往光載波上插入新的信息（插入功能）。對(duì)于OADM，在分出口和插入口之間以及輸入口和輸出口

16、之間必須有很高的隔離度，以最大限度地減少同波長(zhǎng)干涉效應(yīng)，否則將嚴(yán)重影響傳輸性能。已經(jīng)提出了實(shí)現(xiàn)OADM的幾種技術(shù)：WDM DE-MUX和MUX的組合；光循環(huán)器或在Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)中的光纖光柵；用集成光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的串聯(lián)Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)中的干涉濾波器。前兩種方式使隔離度達(dá)到最高，但需要昂貴的設(shè)備如WDM MUXDE MUX或光循環(huán)器。Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)（用光纖光柵或光集成技術(shù)）還在開(kāi)發(fā)之中，并需要進(jìn)一步改進(jìn)以達(dá)到所要求的隔離度。上面幾種OADM都被設(shè)計(jì)成以固定的波長(zhǎng)工作。 光放大技術(shù)-光纖放大器是建立全光通信網(wǎng)的核心技術(shù)之一，也是密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)發(fā)展的

17、關(guān)鍵要素。DWDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)基礎(chǔ)是摻餌光纖放大器（EDFA）。光纖在1550nm窗口有一較寬的低損耗帶寬，可以容納DWDM的光信號(hào)同時(shí)在一根光纖上傳輸。采用這種放大器的多路傳輸系統(tǒng)可以擴(kuò)展，經(jīng)濟(jì)合理。EDFA出現(xiàn)以后，迅速取代了電的信號(hào)再生放大器，大大簡(jiǎn)化了整個(gè)光傳輸網(wǎng)。但隨著系統(tǒng)帶寬需求的不斷上升，EDFA也開(kāi)始顯示出它的局限性。由于可用的帶寬只有30nm，同時(shí)又希望傳輸盡可能多的信道，故每個(gè)信道間的距離非常小，一般只有O.81.6nm，這很容易造成相鄰信道間的串話。因此，實(shí)際上EDFA的帶寬限制了DWDM系統(tǒng)的容量。最近研究表明，1590nm寬波段光纖放大器能夠把DWDM系統(tǒng)的工作窗口擴(kuò)展

18、到1600nm以上。貝爾實(shí)驗(yàn)室和NH的研究化硅和餌的雙波段光纖放大器。它由兩個(gè)單獨(dú)的子帶放大器組成：傳統(tǒng)1550nm EDFA（1530nm1560nm）；1590nm的擴(kuò)展波段光纖放大器EBFA。EBFA和EDFA的結(jié)合使用，可使DWDM系統(tǒng)的帶寬增加一倍以上（75nm），為信道提供更大的空間，從而減少甚至消除了串話。因此，1590nm EBFA對(duì)滿足不斷增長(zhǎng)的高容量光纖系統(tǒng)的需求邁出了重要的一步。 全光網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)-     （1）網(wǎng)絡(luò)管理。除了基本的功能外，核心光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)包括光層波長(zhǎng)路由管理、端到端性能監(jiān)控、保護(hù)與恢復(fù)、疏導(dǎo)和資源分配策略管理。     （2）互連和互操作。ITU和光互連網(wǎng)論壇（OIF）正致力于互操作和互連的研究，已取得了一些進(jìn)展。ITU的研究集中在開(kāi)發(fā)光層內(nèi)實(shí)現(xiàn)互操作的標(biāo)準(zhǔn)。OIF則更多的關(guān)注光層和網(wǎng)絡(luò)其他層之間的互操作，集中進(jìn)行客戶層和