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1、08网络班 秦沛熙08205050103浅析光纤通信技术的历史与发展趋势一、光纤通信技术的爆炸式发展近几年，随着网络中数据业务分量的持续加重，SDH多业务平台正逐渐从简单地支持数据业务的固定封装和透传的方式向更加灵活有效支持数据业务的下一代SDH系统演进和发展。最新的发展是支持集成通用组帧程序(GFP)、链路容量调节方案(LCAS)和自动交换光网络(ASON)标准。 GFP是一种可以透明地将各种数据信号封装进现有网络的通用标准信号适配映射技术，简单灵活，开销低，效率高，有利于多厂家设备互联互通，能够对用户数据实施统计复用。LCAS则定义了一种可以平滑地改变传送网中虚级联信号带宽的方法，以自动适
2、应有效业务带宽，信令传输由普通的SDH网元和网管系统完成。ASON可以动态地实施连接建立和管理，使网络具有自动选路和指配功能。二、光纤通信技术发展趋势目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。（一）超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有广阔的应用前景。近年来波分复用系统发展迅猛，目前1.6 Tbit/的 WDM系统已经大量商用，同时全光传输距离也在大幅扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术，与 WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过
3、提高单信道速率来提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大幅提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。（二）光孤子通信。光孤子是一种特殊的ps数量级
4、的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率1020Gbit/s提高到100 Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km以上；在高性能 EDFA 方面是获得低噪声高输出EDFA。（三）光网络的智能化。光网络智能化是重要发展方向光
5、通信技术40年的发展历史，主要是以传输为主线的。但是随着计算机技术与通信技术结合越来越紧密，以及光网络组网、调度、控制、生存性等各方面的需要，在光网络中加入自动发现能力、连接控制技术和更完善的保护恢复功能，即光网络的智能化是今后发展的重要目标。其中，ASON就是典型的例子。（四）全光网络。未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机
6、对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。结语：光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在当今信息社会中起到非常重要的作用。在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。现在光通信网络的技术虽然已经很强大， 但还有许多应用能力在闲置，今后随着社会经济的不断发展，作为经济发展先导的信息需求也必然不断增长，一定会超过现有网络能力， 推动通信网络的继续发展。因此，光纤通信技术在应用需求的推动下，一定不断会有新的发展光纤通信的发展趋势和应用我国于 20 世纪 70 年代初就开始了光纤通信的基础研究，随着技术的进步，市场需求的增长，现代社会对通信的依赖越来越大，网络的生存
7、性显得至关重要，通信发展和运行环境的变化对光纤通信提出了更高的要求。特别是现在大容量光纤通信系统的引入，一条 82.5Gbit/s系统的故障就影响 24 万条话路1。 如果通信中断一小时，就会造成巨大损失。如果通信中断两天，则足以使银行倒闭。为此需要建设大量自愈环以确保通信稳定可靠，这就需将光线容量扩大一倍。 另外，随着社会的进步，用户已经不满足已有的电话业务，需要传输高速数据，同时出现了交互式图像传输的要求，如 VOD、居家办公和家庭银行等。 这样， 就显得网络容量紧缺， 同时需要对网络进行改造。 从现在起到2010 年，是我国实现第二步战略目标，向第三步战略目标迈进的关键时期。 我国经济的
8、进一步发展必将形成新的光纤通信市场需求，像其他通信技术一样，光纤通信又一次呈现了蓬勃发展的新局面。1光纤通信的发展趋势1.1 光纤、光缆发展趋势由于光纤传输速率的逐步高速化、大容量化，光纤衰减、色散、非线性效应等现象严重影响到光纤系统的质量，因而，人们已将光线工作的波长由 850nm 向 1310-550nm 的长波长移动， 进而向 2000nm 方向发展。 为降低衰减、色散和非线性效应，研制出了常规单模光纤，G.625 光纤现为最广泛应用的光纤， 它在 1310nm 为零色散，1550nm 为最低损耗，其工作波长为 1310nm2。 随着光纤通信容量不断增大、中继距离不断增长的需求，保偏光线
9、始终要研究方向。 采用相干光纤通信系统，可实现越洋无中继通信，但要求保持光的偏振方向不变，以保证相干探测效率，因此常规单模光线要向着保偏光纤方向发展。 随着通信的发展，用户对通信的要求也从窄带电话、传真、数据和图像业务逐渐转向可视电话、电视传播、图文检索和高速数据等宽带业务。 由此而促生了光纤用户网。 光纤用户网的主要传输媒介是光纤，需要大量适用于用户接入的用户光缆。 用户光缆的特点是含纤数量高，每根光缆可达 2000-4000 芯，这种高密度化的带状光缆可减小光缆的直径和重量，又可在工程施工中便于分支和提高接续速度。1.2 光纤通信系统高速化发展趋势随着信息社会的到来，信息共享、有线电视、电
10、视点播、电视会议、家庭办公、计算机互联网等应运而生，迫使光纤通信向高速化、大容量发展。 实现高速化、大容量化的主要手段是采用分时复用，波分复用和频分复用。 现代电信网的发展对光纤通信提出更高的要求，上世纪 80年代，对于 Gbit/s 这种高速脉冲传输速率，即便是单模光线也会受中继站间隔的制约， 因此要使用色散移位光纤， 它是零色散点移到1.55um 波长区的光纤。 目前使用这种光纤不仅可以达到 80km 的中继站间隔，而且开发出了 10Gbit/s 传输速率的传输方式3。 特别是 90 年代后期以来，已实际采用了适用于波分复用技术的传输方式，并引用了 2.5Gbit/s80 波方式及 10G
11、bit/s40 波方式4。尤其是在进入 2000 年以后，又发布了 10Gbit/s211 波方式的开发成果。 这样一来，就可以达到足够的传输容量，即使对于高速化的因特网服务，也足以适应5。 光纤通信系统向相干光纤通信系统方向发展，成为另一个趋势。 目前大多数光纤通信系统采用的是强度调制直接检测方式，在相干光纤通信系统中采用相干检测方式，最大的好处是可提高光接收机的检测灵敏度，从而提高光纤通信系统的无中继传输距离。1.3 光纤通信网络的发展趋势光纤通信随着计算机网络，特别是互联网的发展，数据信息的传输量越来越大，客户信号中基于分组交换的具有随机性、突发性的分组信号码流的比例逐渐增加。 通过光纤
12、通信 SDH 网络承载的数据信号的类型越来越多。 就其技术而言，其发展方向主要有信道容量不断增加；实用化距离传输已由 40km 到 160km，；目前，光接入网络的核心是全数字化、软件控制、高度集成和智能化，光纤接入网作为通信网的一部分，直接面向用户，通过把光纤引入千家万户，将使亿万用户的多媒体信息畅通无阻的进入信息高速公路。 今后光纤通信将朝着全光传输交换的方向发展，即全光网络，网络更具智能性6。2光纤通信网络技术及应用2.1 光弧子通信2.1.1 光弧子通信技术的起源及基本原理弧子是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲壮行波。 光弧子脉冲能在光纤
13、中保持传输。光脉冲在光纤中传输时有两种作用影响脉冲的传输，一种是光纤色散作用，光纤色散使光脉冲在时域上展宽，展宽到一定程度后将引起相邻脉冲的叠加，产生误码。 另一种是光纤的非线性作用，这种作用将引起光脉冲在频域上展宽，在时域上压缩，也影响光通信7。 而光弧子是一种具有双曲正割形状的光脉冲，这种脉冲在光纤中传输是利用光线的群速度色散和非线性作用中的自相位调制两种影响达到平衡的情况下，从而能保持原来的形状传输。 利用光弧子这种特性，可以实现超长距离、超大容量的光通信，它的传输容量比当今最好的通信系统高出 1-2 个数量级，中继距离可达几百公里。2.1.2 光弧子通信技术的新进展掺铒光纤放大器的问世
14、，损耗问题得到了很好地解决，但是随着弧子脉冲源脉宽得越来越窄，色散作用越来越影响弧子的传输，于是对色散进行补偿成为一个紧要技术。 现有两大补偿技术：一类是弱色散和局部色散补偿，另一类是周期性全局强色散补偿。 8实验证明，对工作在零色散波长处的单信道通信系统来说，光弧子通信系统的性能并不比工作常规系统更好。 但是工作常规系统容易收到群色散的影响，从而对其传输速率有所限制，特别是在多信道系统中，这种影响又将限制其传输容量。 而光弧子系统却可以将不同的波长的多信道复用到一根光纤中传输，因而，多信道光弧子通信系统具有广阔的应用前景。2.2 全光通信网2.2.1 全光网的概念随着通信网传输容量的增加，
15、光纤通信技术也发展到了新的高度。 全光网是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而在其各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备。在 全光网中，由于没有电的处理，所以容许存在各种不同的协议和编码形式，使信号传输具有透明性9。22.2. 全光网主要是由光网络层、电网络层构成。 全光通信中采用了光复用、光交换和其他的光处理技术，从而实现任何点与点之间的全程光信号的交互和传输。22.3. 全光网的特点（1）全光网以波长来选择路由，对传输码率、数据格式以及调制方式具有透明性的优点。（2）全光网不但可以与现有的通信网络兼容
16、，还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级。（3）全光网络具备可扩展性，网络可同时扩展用户、容量和种类。（4）全光网络还具备可重构性，可以根据通信容量的需求，实现恢复、建立和拆除光波长连接，即动态的改变网络结构，可为突发业务提供临时连接，从而充分利用网络资源。（5）由于全光网比现有的网络多了一个光网络层，而光网络层中有许多光器件，因此可靠性高，而维护费用降低。 103 高速光纤计算机网应用 光纤分布式数据接口（FDDI）环网FDDI 是美国国家标准协会于 1982 年制定的一个使用光纤作为传输媒质、高速、通用的令牌环状网标准。 FDDI 网络可作为高速局域网，在小范围内连接高速计算机系
17、统。教育和科研计算机网络是国家教育和科研事业的重要基础设施。各发达国家的大专院校和科研院所一般都建有相当规模的校园网。与 一般的计算机网络应用相比，校园网有很多特点：网络规模大，网络节点一般都有几百过数千个；应用环境多，因专业不同需要提供不同类型的服务；物理位置分散，各子网分布在校园各教学楼内；网络设备复杂，没有系统性，组网难度较大；子网分割较多，应用相对独立；主干网覆盖范围大，带宽要求高；系统开放性强，能够不断吸收新的技术；需要提供远程通信能力，能连接公共数字网或因特网。综上，光纤通信技术会呈现以下几种发展趋势，即光纤通信向超高速 TDM 系统发展，向超大容量超长距离 WDM 系统发展，向融合的多业务节点发展，在城域网引入 WDM 技术，实现光传送联网，研制新一代光纤产品， 以及 IP over SDH 和 IP over WDM。 在未来一段时期内，中国将成为全球最大的光纤通信产品市场。因 此在不远的将来，中国有望建成世界最先进的光纤通信网络，实现跨越性的发展。
