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【關鍵詞】光纖通信組成;結構;特點;PON;OFDM
一、光纖通信技術的基本介紹
1.光纖通信系統的組成和基本工作原理
總的來說,一個簡單的光纖通信系統或者網絡至少包括三個組成部分,發射部分,接收部分和傳輸媒介,也就是光纖。
光發射機通過光調制器,把信號調制到光波上組成光信號,耦合到光纖中傳輸。光信號在光纖中進行傳輸,如果傳輸距離比較遠,需要中繼設備來放大功率。最后光信號經光接收機解調轉換為電信號傳送到終端中。
光接收機最重要的部分是光信號探測器即光電二極管,光電二極管的好壞直接決定了光纖網絡的傳輸質量。光電二極管包括APD和PIN光電二極管,可以將光纖的光信號還原成電信號,經放大、整形、再生恢復原形后,輸至電端機的接收端。在通信系統中,窄譜帶響應的高速光電檢測器是未來趨勢。[7]
光纖通信系統的傳輸媒介自然就是光纖,按照折射率在橫截面上的分布,分為階躍形和漸變型光纖。按照傳輸模式分為單模光纖和多模光纖兩類,按工作波長可分為短波長光纖和長波長光纖。
2.光纖通信系統中的光電子器件
光纖通信系統功能的實現基礎就是各種光電子器件。光源是光發射機最重要的部分,光源包括發光二極管(LED),激光器,由于LED本身色散嚴重,光譜寬不適合長距離,高速率下的通信,但考慮成本可以在一些性能要求不高的情況下可以使用。根據光纖的損耗系數和波長關系,光纖通信系統目前使用的光波波長是850nm,1310nm和1550nm,在這3個光譜窗口中,光纖中光的色散較低,損耗較低。此外,垂直腔面激光器也是非常有潛力的光源,易于和光發射機等其他器件集成。
二、光纖通信技術的特點
(1)速率高,容量大。利用光譜頻帶寬,可以采用波分復用(WDM)技術,極大擴充了通信容量。
(2)串擾小,傳輸距離遠,信號好。
(3)光纖由玻璃(SiO2)拉制成形,地球中含有大量SiO2,原材料豐富,所以耗費相對低。同時也就節省了大量銅之類的金屬。
(4)尺寸小,重量輕,容易布線。
(5)抗電磁干擾,保密性好。因為電纜在傳輸過程中,會出現電磁波的泄露,從而造成對傳輸信號通道之間的干擾,也造成了信號的外泄,降低了通信系統的保密性。光纖中傳輸的光信號,利用光的全反射原理來進行光信號的傳輸,封閉性更強,加之光纜的保護層,傳輸安全可以得到保證。
三、現代光纖通信技術的發展
現展起來的光纖通信技術包括GPON,EPON,O-OFDM,WDM等技術。
PON是無源光纖網絡的簡稱,屬于光接入技術。由于成本因素,考慮到成本因素全部使用PON技術能夠大大減少有源器件,可分為GPON(千兆無源光網絡)和EPON(以太網無源光網絡)技術,可以提供大約1G的上行帶寬和2.4G的下行帶寬。而下一代PON技術則有10G EPON,10G GPON,WDM-PON技術甚至傳輸速率更高的XG-PON技術。[6]
WDM是密集波分復用技術,在一根光纖中耦合進不同的波長來進行數據的傳輸,以此提高傳輸容量同時減少了使用光纖的數量。波分復用技術根據光波頻率間隔可分為粗波分復用技術和密集波分復用技術,間隔越大則可復用的路數越小。[5]
O-OFDM是光正交頻分復用技術的簡稱,將OFDM技術應用于光通信中,可有效對抗色散引起的信道間干擾(ICI),使得傳輸容量大幅度增加。利用該技術可在10Gb/s速率下傳輸1000km。主要分為直接檢測光OFDM(DDO-OFDM)和相干檢測光OFDM(CO-OFDM)。[4]
四、總結
光纖通信技術是信息時代的基礎,隨著通信技術的不斷發展和成熟,光纖通信技術不斷朝著高容量,高速率和低成本的方向發展,而且其潛力也不斷的被挖掘出來,光纖通信技術必將擁有更廣闊的明天![1, 2, 3]
參考文獻:
[1]屠鍇.光纖通信技術的現狀與發展趨勢[J]. 信息與電腦(理論版) 2010.02:183-185.
[2]刁統新.光纖通信技術及應用分析[J]. 中國新通信,2013,24:68.
[3]王佳璇.淺析現代光纖通信的特點及其應用[J]. 中國新通信,2013,24:94.
[4]梁猛,何金池,鞏稼民,王淵博. 基于OptiSystem的相干光OFDM系統的仿真研究[J]. 光通信技術,2011,04:41-44.
[5]王宇,尹霄麗.波分復用多波長激光器的研究[J]. 光通信技術,2009,01:41-43.
關鍵詞 光纖通信技術 趨勢 光纖到戶 全光網絡
中圖分類號:U285 文獻標識碼:A
一、前言
1966年,美籍華人高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham),預見了低損耗的光纖能夠用于通信,敲開了光纖通信的大門,引起了人們的重視。1970年,美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB/km的光纖, 光纖通信時代由此開始。光纖通信是以很高頻(1014Hz 數量級)的光波作為載波、以光纖作為傳輸介質的通信。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點,備受業內人士青睞, 發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980 年到2000 年增加了近1 萬倍,傳輸速度在過去的10 年中大約提高了100倍。
二、光纖通信技術的發展現狀
為了適應網絡發展和傳輸流量提高的需求,傳輸系統供應商都在技術開發上不懈努力。富士通公司在150km、1.3 m零色散光纖上進行了55x20Gbit/s傳輸的研究,實現了1.1Tbit/s 的傳輸。NEC公司進行了132x20Gbit/s、120km傳輸的研究,實現了2.64Thit/s 的傳輸。NTT 公司實現3Thit/s 的傳輸。目前,以日本為代表的發達國家,在光纖傳輸方面實現了10.96Thit/s (274xGbit/s)的實驗系統,對超長距離的傳輸已達到4000km 無電中繼的技術水平。在光網絡方面,光網技術合作計劃(ONTC)、多波長光網絡(MONET)、泛歐光子傳送重疊網(PHOTON)、泛歐光網絡(OPEN)、光通信網管理(MOON)、光城域通信網(MTON)、波長捷變光傳送和接入網(WOTAN)等一系列研究項目的相繼啟動、實施與完成,為下一代寬帶信息網絡,尤其為承載未來IP業務的下一代光通信網絡奠定了良好的基礎。
(一)復用技術。
光傳輸系統中,要提高光纖帶寬的利用率,必須依靠多信道系統。常用的復用方式有: 時分復用(TDM)、波分復用(WDM)、頻分復用(FDM) 、空分復用(SDM)和碼分復用(CDM)。目前的光通信領域中,WDM技術比較成熟,它能幾十倍上百倍地提高傳輸容量。
(二)寬帶放大器技術。
摻餌光纖放大器(EDFA)是WDM技術實用化的關鍵,它具有對偏振不敏感、無串擾、噪聲接近量子噪聲極限等優點。但是普通的EDFA 放大帶寬較窄,約有35nm(1530~1565nm),這就限制了能容納的波長信道數。進一步提高傳輸容量、增大光放大器帶寬的方法有:(1)摻餌氟化物光纖放大器(EDFFA),它可實現75nm 的放大帶寬;(2)碲化物光纖放大器,它可實現76nm 的放大帶寬;(3)控制摻餌光纖放大器與普通的EDFA 組合起來, 可放大帶寬約80nm;(4)拉曼光纖放大器(RFA),它可在任何波長處提供增益,將拉曼放大器與EDFA 結合起來,可放大帶寬大于100nm。
(三)色散補償技術。
對高速信道來說,在1550nm 波段約18ps(mmokm)的色散將導致脈沖展寬而引起誤碼, 限制高速信號長距離傳輸。對采用常規光纖的10Gbit/s系統來說,色散限制僅僅為50km。因此,長距離傳輸中必須采用色散補償技術。
(四)孤子WDM 傳輸技術。
超大容量傳輸系統中,色散是限制傳輸距離和容量的一個主要因素。在高速光纖通信系統中,使用孤子傳輸技術的好處是可以利用光纖本身的非線性來平衡光纖的色散,因而可以顯著增加無中繼傳輸距離。孤子還有抗干擾能力強、能抑制極化模色散等優點。色散管理和孤子技術的結合,凸出了以往孤子只在長距離傳輸上具有的優勢,繼而向高速、寬帶、長距離方向發展。
(五)光纖接入技術。
隨著通信業務量的增加,業務種類更加豐富。人們不僅需要語音業務,而且高速數據、高保真音樂、互動視頻等多媒體業務也已得到用戶青睞。這些業務不僅要有寬帶的主干傳輸網絡,用戶接入部分更是關鍵。傳統的接入方式已經滿足不了需求,只有帶寬能力強的光纖接入才能將瓶頸打開,核心網和城域網的容量潛力才能真正發揮出來。光纖接入中極有優勢的PON 技術早就出現了,它可與多種技術相結合,例如ATM、SDH、以太網等,分別產生APON、GPON和EPON。由于ATM技術受到IP 技術的挑戰等問題,APON 發展基本上停滯不前,甚至走下坡路。但有報道指出由于ATM交換在美國廣泛應用,APON將用于實現FITH 方案。GPON 對電路交換性的業務支持最有優勢,又可充分利用現有的SDH,但是技術比較復雜,成本偏高。EPON繼承了以太網的優勢,成本相對較低,但對TDM類業務的支持難度相對較大。所謂EPON就是把全部數據裝在以太網幀內傳送的網絡技術。現今95%的局域網都使用以太網,所以選擇以太網技術應用于對IP 數據最佳的接入網是很合乎邏輯的,并且原有的以太網只限于局域網,而且MAC 技術是點對點的連接,在和光傳輸技術相結合后的EPON 不再只限于局域網,還可擴展到城域網,甚至廣域網, EPON 眾多的MAC 技術是點對多點的連接。
三、結語
光通信技術作為信息技術的重要支撐平臺, 在未來信息社會中將起到重要作用。在國內各研發機構、科研院所、大學的科研人員的共同努力下,我國已研制開發了一些具有自主知識產權的光通信高技術產品,取得了一批重要的研究與應用成果。
(作者:畢業于蘭州交通大學,通信工,大專,研究方向:鐵道技術,任職于中鐵二十一局電務電化公司新疆分公司)
參考文獻:
當前,我國通信事業快速發展,其中光纖技術憑借傳輸容量大、抗干擾能力強等優勢在在通信領域獨樹一幟。經過二十幾年的發展,我國光纖通信技術不斷進步。本文在論述光纖通信技術構成和特點的基礎上,歸納分析我國國光纖通信技術的發展現狀及未來的發展趨勢。
關鍵詞:
光纖;通信技術;發展現狀;趨勢
近年來,我國光纖通信技術獲得了長足發展,其憑借自身諸多優勢在我國多個領域得到了廣泛應用。光纖通信技術給人們的生產生活帶來諸多便利,研究其發展現狀和趨勢,對推動我國通信事業的發展有非常重要的意義。
1.光纖通信技術概述
光纖通信技術指的是以光為主要信息載體,通過廣島纖維傳播信息的通信技術。光纖通信技術光纜技術、光復用技術、光放大技術、光交換技術構成。相比其他通信技術,光纖通信技術的優點非常突出:一是光纖通信技術傳輸距離非常遠且在傳輸過程中損耗低,通信容量大能夠滿足大量通信傳輸的要求;二是該技術在傳輸過程中具有優良的抗電磁干擾能力,信息保密性能稿;三是該技術所依賴的光纖物理化學性質穩定、重量較輕,不易損壞,使用壽命長;四是光纖取材廣泛,有利于環境保護。當然,光纖通信技術也還存在一定的不足,如技術還未達到成熟,“最后一公里”問題還沒有完全解決,光纖的彎曲度不夠限制了施工設計等等。
2.光纖通信技術發展的現狀
從上世紀光纖技術產生以來,其發展速度非常迅速,是通信領域新的變革。當前,我國光纖通信技術已經取得了諸多成就,其發展現狀主要有以下幾個方面:
2.1光纖接入技術
光纖寬帶接入網是告訴信息進入千家萬戶的關鍵技術。隨著高清視頻通信媒體業務的推廣,數據傳輸速度明顯加快,這有效推動了寬帶技術的發展。網上辦公、網上學習、游戲等逐漸成為人們日常生活的主體,傳統的用戶接入方式的數據傳輸速度已經遠遠不能滿足人們網絡交流的需求。光纖接入網的低故障發生頻率、維護次數少、費用低的特征有效解決了人們網絡交流需求的問題。光纖接入技術能夠有效解決通信傳輸的瓶頸問題,給大量的企業用戶和居民用戶提供了極大的便利,滿足了人們對通信質量和信息安全的需求,已經成為對人們日常生活影響最深刻的技術,是光纖通信技術發展的重要成果。
2.2光交換技術
當前,光纖通信技術紅的光交換技術不斷發展。光纖通信傳輸的是光信號,如何實現光的交換是必須解決的技術問題。在光交換技術中,光的產生、再生、緩存都是必須解決的問題。實現光傳輸與光交換技術的融合是光纖通信技術的重要問題。光交換技術為不同終端之間提供光通道或無線傳輸,其利用DWDM技術的寬帶潛力正不斷被廣泛開發。
2.3波分復用技術
波分復用技術的應用,大大提升了光纖的傳輸容量。波分復用技術以光波為載體,根據不同的光波波長和光波頻率作為信道劃分的基礎,把光纖的低損耗窗口規劃為眾多單獨的通信管道,通過波分復用器將不同波長的信號光載波進行合并,并將合并后的光波通過光纖傳輸,再通過接收端的復用器將承載的諸多光載波再分開,從而實現一個光纖中多路光信號的傳輸的問題。可見,波分復用技術有效發揮了單模光纖低損耗區的優勢,獲得了大的帶寬資源。
3.我國光纖通信技術的發展趨勢
當前,我國光纖通信技術不斷發展,很大程度上滿足了用戶的需求。但是,光纖通信的優勢還沒有得到完全發揮,相關的通信技術還在不斷完善。在電信市場不斷發展的今天,必須進一步改善通信網絡市場。未來光纖通信技術將表現一定的發展趨勢。
3.1超大容量WDM系統
當前,波分復用技術在我國諸多領域得以應用,其發展非常快速。未來超大容量的WDM系統是光纖通信技術發展的必然趨勢。光時復分技術與波分復用技術對于通過增加傳輸信道來大幅提升傳輸容量和傳輸速率,從而為超大容量的WDM系統發展提供基礎。超大容量WDM系統對于增大光纖容量、降低光纖成本、高生存能力的光聯網發展有重要作用。
3.2光孤子通信技術
一般情況下,信息經過長距離傳輸護,其波形和速度將發生改變,進而影響通信質量,而光孤子通信技術可以改變這一情況。該技術中的孤子抗干擾能力非常強,既能抑制極化模色散,也能通過光纖非線性來平衡色散。光孤子傳輸技術正是利用光孤子的這一特性來改善色散,保證信息的波長和速度在長距離傳輸后不會改變,實現零誤碼遠距離傳輸,有效改善信息傳輸質量。當前,該技術在美日等國取得了廣泛的研究,這也是未來我國光纖通信技術必須關注的領域。雖然該技術仍然有很多的難題還沒有解決,但光孤子技術在未來大容量、長距離以及高速全光通信中必然有廣闊的發展空間。
3.3全光網絡
在不久的未來,全光網絡必然會成為光纖通信技術的發展趨勢,它是光纖通信技術最終的發展方向。盡管傳統光纖通信技術已經解決了節點的全光化難題,但其在節點仍需要用電器件進行傳輸的技術使得光纖通信傳輸容量受到影響。而全光網絡通過光節點代替原來的電節點,實現通信線路的全光化,信息從發送到接收都是以光的形式進行傳輸,根據信息的波長來選擇路由。全光網絡無論在帶寬、容量、速率、可擴展性、兼容性上都具有非常明顯的優勢,在增加新節點的同時無需安裝設備,大大節約了成本。在未來全光網絡發展中,還必須攻克與因特網、移動通信網等的融合,才能更好地為人類服務。
4結語
總之,隨著人們對通信質量要求的提升,作為通信領域關鍵技術的光纖通信技術在應用需求的推動下將不斷向前發展。通過不斷的技術創新,光纖通信技術必然會在信息化時代的社會中發揮重要作用。
參考文獻:
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關鍵詞 光纖通信 優勢 傳輸 發展趨勢
中圖分類號:TP929.11 文獻標識碼:A
1當前光纖通信的優越性
1.1頻帶非常寬,傳輸容量非常大
目前,在光纖通信系統中,光纖的傳輸帶寬比電纜大很多,單模光纖就具有幾十GHz?km的帶寬距離積。采用多種復用技術能提升線路傳輸容量;最簡單的是采用空分復用,光纖外徑只有幾十 m,一根光纜就可以容納幾百根光纖,傳輸容量成百倍增長;對于單根光纖,可以采用光復用技術,正在研究開發的光復用技術有波分復用(WDM)、光碼分復用(OCDM)和光時分復用(OTDM),而主要采用的是波分復用(WDM),目前人們采用的密集波分復用(DWDM)能增加可使用波長數量,同時利用光纖損耗譜平坦,擴大可利用的波長轉換技術和窗口技術,實現波長再利用等使單根光纖由單波長傳輸的傳輸速率幾Gbps,達到多波長傳輸幾十Tbit/s;另一方面,減小光源譜線寬度和采用外調制方式,同樣能極大提升傳輸容量。
1.2抗電磁干擾性能強,泄露小,保密性好,無串話
由于光纖是非金屬的光導纖維(目前主要采用石英(SiO2)),光纖通信線路不會受普通的高、低頻電磁場的干擾和閃電雷擊等的損壞,抗電磁干擾性能好。光纖的設計獨特無比,在光纖中傳輸的光被嚴格局限于光纖的纖芯與包層鄰近進行傳輸,泄露極其微弱;即使在彎曲半徑十分小的地方,光泄漏的可能性也非常微弱。所以泄漏到光纜之外的光信號基本上沒有,如果沒有專用的特殊工具,光纖無法分接;以及長途光纜等通常埋在地下。由此可知:光纖通信保密性能極好,也不會產生電纜通信中常見的串話現象。這對現代政治、軍事和經濟均有重要意義。
1.3光纖重量輕、纖芯細,鋪設簡單,資源豐富
光纖一般直徑只有幾微米至幾十微米之間,相同容量話路光纜,要比電纜輕90%~95%(光纜的質量僅為電纜的1/10~1/20),直徑小于電纜的1/5;光纖柔軟性十足,鋪設簡單;這順利解決通信傳輸系統占用較大的空間致地下管道擁擠等難題,同時極大的節省了通信地下管道的投資成本;光纖通信應用于航天領域,能夠有效減輕衛星、飛船與飛機等的重量,提升通信質量的同時降低制造成本。制造光纖的原料石英(SiO2),更是資源豐富且價格便宜,因此光纖通信的發展及全面普及具有巨大前景。
2光纖通信發展現狀及趨勢
2.1超高速、超大容量、超長距離系統發展
光纖通信經過數十年的發展,目前商用系統傳輸速率已能達到10Gbps以上;隨著傳輸需求不斷提升,超高速、超大容量、超長距離的光纖通信系統發展成為必然。單一的采用光時分復用(OTDM)或波分復用(WDM)對信道傳輸速率的提升是有限的;因此,可以采用將多個光時分復用(OTDM)信號集中進行波分復用(WDM)的辦法來實現信道傳輸能力最大化。
2.2新型光纖不斷發展
在傳統的G.652光纖已無法滿足超高速長距離傳輸網絡發展需求的狀況下,新型光纖的開發成為下一代網絡基礎設施工作的重要部分。光纖通信傳輸速率的提高主要通過:(1)提高傳輸速率;(2)增加傳輸的光波數量。因此,開發盡可能寬的可用波段的全波光纖成為關鍵。目前全國光纖通信運用在C(1530~1565nm)與L(1565~1625nm)波段,而全波光纖能將波長擴展至1260~1675nm;若按波長間隔為50HZ(0.4nm)開通DWDM系統,以目前單信道傳輸速率80 Gbps計算,單纖通信容量高達1000X80 Gbps以上。其它諸如非零色散光纖,空心光纖等新型光纖也陸續出現。
2.3光纖孤子通信發展
光纖孤子通信是一種全光非線性通信方案,主要利用光纖折射率的非線性效應對光脈沖壓縮,使其與群速色散激發的光脈沖展寬平衡,光孤子能在光纖的反常色散區與脈沖光功率密度足夠大前提下進行長距離不變形傳輸。這種傳輸方式在大幅度提升傳輸距離的同時保證了傳輸質量。理論上,光孤子通信容量沒有限制,可高達1000Gbps;近些年隨著色散補償和色散管理的實施及相關技術的深入研究,光孤子運行速率已能從10~20 Gbps提高至100 Gbps;并采用再生、重新定時等降低自發發射,使傳輸距離高達100000km以上。
3結語
自從1966年英籍華人高錕博士提出光纖作為傳輸介質的概念,1970年美國康寧公司根據高錕論文的設想,使用改進型化學汽相沉淀法,制造出世界上第一根超低損耗光纖,其在1 m附件波長區將光纖損耗降低到20dB/km。由于光波通信技術的巨大發展,現在世界通信傳輸業務的90%需經過光纖傳輸,并且目前業務量還在不斷快速增長;隨著光纖通信技術的不斷發展,光纖通信應用的范圍將越來越廣。
參考文獻
物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。其英文名稱是“The Internet of things”。顧名思義,“物聯網就是物物相連的互聯網”。其定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網相連接,進行信息交換和通信,以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
物聯網用途廣泛,遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。國際電信聯盟于2005年的報告曾描繪“物聯網”時代的圖景:當司機出現操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。毫無疑問,如果“物聯網”時代來臨,人們的日常生活將發生翻天覆地的變化。
物聯網將是下一個推動世界高速發展的“重要生產力”,也是智能時代的顯著特征,但是以目前的網絡環境,一般的數據傳輸尚不能保證帶寬,物聯時代又會在原本就擁擠的公路上增加成千上萬的“汽車”。物聯網依賴于高速大功率的信息傳播媒介,如果信息傳播的基礎光纖技術沒有關鍵性突破,那智能時代的美好未來就難以實現。
2 解決之道――光纖通信的絕對優勢
要實現高速大容量的數據傳輸顯然需要借助最佳的傳輸媒介,眾所周知光的速度是最快的,使用光波作為載波實現信息的傳送,就是光纖通信。所謂光纖正是光波的傳輸介質。作為一種頻率極高的電磁波,光波的通信容量非常之大,是智能時代信息傳輸的必然選擇。
光纖通信需要把數據在發送端轉換為電信號,從而引起激光器發射光束的強度變化,通過光纖可傳遞這種強弱信息,最后通過接收端的檢測器將光信息解調為電信號。光纖通信的很多優勢是電通信所不能比擬的,比如它的傳輸頻帶寬,中繼距離很長,降低了傳輸損耗,以石英為原料,節省了大量金屬材料,使資源能夠合理得到使用。除此以外,抗腐蝕、抗輻射、抗腐蝕使其擁有更長的使用壽命。
相對于智能時代,眾多優點中,最重要的仍是傳輸速率和容量的保障,畢竟隨著互聯網的迅猛發展,對于音視頻的傳輸有了更高的要求,對于光纖通信的應用有了更迫切的需求。而光纖通信作為一門新興技術,其近年來發展速度之快、應用面之廣是通信史上罕見的,也是世界新技術革命的重要標志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。在3G用戶群爆發式增長的趨勢下,移動互聯網的流量顯然不是以前的網絡結構所能承受的,另外作為國家戰略大力推廣的三網融合亦需要以大帶寬高速率的網絡作為基礎。物聯網的概念已經被炒了很多年,但一直由于帶寬的限制無法大范圍的應用。如今光纖寬帶的發展為物聯網及其相關產業的發展帶來了契機。
3 光纖到戶――光纖通信的發展趨勢
智能時代需要物聯網,智能時代的家居生活更需要觸手可及的高速網絡,于是光纖到戶被提到日程。光纖入戶即FTTH(Fiber To The Home),意即光纖直接到家庭。其顯著技術優點是簡化了維護和安裝。不僅提供了更大的帶寬,還增強了網絡對數據格式、速率、波長和協議的透明性,放寬了對環境條件和供電等要求,簡化了維護和安裝。
盡管現代移動通信技術已經有了非常迅猛的發展,但是移動通信的帶寬畢竟有一定局限性,顯示終端也有一定瓶頸。所以要想真正暢享網絡,人們已經渴盼一種更穩定更高性能的方式,即光纖到戶。具有極大的帶寬是光纖到戶的最大魅力所在,是解決從互聯網主干網到用戶桌面的“最后一公里”瓶頸問題的最優解決方案。
FTTH的解決方案通常有P2P點對點和PON無源光網絡兩大類。面對智能時代眾多家居產品的在線應用,乃至物聯網的實現,使用FTTH+無線的方式將是更合理的選擇。具體實現,可以上行數據和下行數據分離,上行IEEE802.11g,而下行則使用光纖,用以下載寬帶視頻等大容量業務,形成光纖接入,無線互聯的家庭網絡。FTTH+無線接入是未來的發展趨勢。也是智能時代隨時隨地享用寬帶網絡的一種最優搭配。
4 全光網絡――光纖通信發展的終極目標
FTTH解決了“最后一公里”的問題,但仍不是光纖通信的終極目標。光纖通信的極致是全光網絡,也是未來智能時代的寫照。全光網絡可以將速度、容量、距離做到極致,未來智能時代的高速通信網必將是全光網。傳統的光網絡雖然實現了節點間的全光化,但在網絡結點處卻仍采用電器件,限制了目前通信網干線總容量的進一步提高限制。
全光網絡以光節點代替電節點,節點之間也是全光化,交換機對用戶信息的處理將不再按比特進行,而是根據其波長來決定路由。信息自始至終以光的形式進行交換和傳輸。如今,全光網絡的發展還處于初期階段,但有非常良好的發展前景。建立純粹的全光網絡,消除電光瓶頸是智能時代信息網絡發展的核心和終極目標,也是未來光通信發展的必然趨勢。
5 結論
光纖通信作為全球新一代信息技術革命的重要標志之一,是在實際運用中相當有前途的一種通信技術,光纖通信技術已經成為當今信息社會中各種復雜信息的主要傳輸媒介,并深遠地改變了信息網架構,向世人展現了在智能時代其無限美好的發展前景。
參考文獻
[1]劉華君.物聯網技術[M].北京:電子工業出版社,2010.
【關鍵詞】光纖通信電信應用
伴隨著信息社會的到來,網絡信息技術迅速普及,人們對于信息的需求量也呈現爆發式增長,這就對帶寬提出了更大的要求。電信光纖技術傳輸距離長、傳輸速度快、帶寬高損耗低等一系列優點使其成為了各國電信行業發展的重點項目。
一、電信光纖通信技術的特點
光纖通信技術是一種新型通信技術,以光為信息載體,以光纖為傳輸介質來傳遞信息。包層和內芯是光纖的主要組成部分,其中,包層對內芯起到一定的保護作用。光纖通信中,許多光纖組合在一起形成玻璃材料的光纜,而光纜是絕緣體,不需要接地。不同的光纖只有小距離的中繞,信息也不會泄露,又因為體積小,所以具有很好的應用性,以下就是電信光纖技術的幾種特點。1.較長的中繼距離,傳輸損耗低。光纖通信目前采用的是石英光纖,損耗可低至0~20dB/km,隨著技術的進步,未來光纖通信的損耗還可進一步降低,這就意味著光纖通信的中繼距離更長,傳輸線路中的中繼減少,可大幅度的降低傳輸成本和傳輸難度。2.帶寬高,通信能力強。寬帶上的優勢使光纖具備了傳輸能力強的特點,其傳輸速度可以達到傳統的傳輸方式的幾十倍。光纖通信具有很大的寬帶擴展能力,這對于電信業務和網絡業務具有巨大的發展潛力。3.保密性良好,抗干擾能力強。在電磁波的傳輸過程中,由于存在傳輸通道的串擾,信息保密性不高,容易泄露。而采用光波傳輸的光纖相鄰信道不會出現串音干擾,信息無法被竊聽。光纖的原材料石英不易腐蝕,絕緣性好,不受電磁干擾,這就對軍事應用方面提供了保障。
二、電信光纖通信技術的發展及應用
通信技術的不斷發展帶動了光纖技術的發展,現如今,人們對光纖通信有著極大的需求量。以下簡單介紹幾種光纖通信技術應用的具體情況。1.電信光纖到戶接入技術。社會的進步和經濟的不斷發展帶動了人們物質生活水平的提高,高速的網絡信息傳遞逐漸成為了人們追求的目標,光纖接入技術就滿足了人們的這一需求。光纖接入技術可以實現寬帶波長的隨意變化,也可以允許多個用戶同時使用。這就實現了信息傳輸的高速化,讓高速信息傳輸及多媒體技術走進了千家萬戶。對于企事業單位來說高速的光纖通信接入為工作和資源共享也提供了幫助。2.波分復用技術。波分復用技術可以根據信道光波的頻率或者波長不同,將光纖的廣播作為信號載波,通過合波器合并,通過一根光纖進行傳輸,在接收端用分波器將不同光波分開,這就實現了復用傳輸。波分復用技術的應用,使光纖通訊實現了大容量的傳輸,大大節約了通訊的成本,同時使通信技術獲得了進一步的發展,也為運營商提供了巨大的便利。3.實現光聯網。波分復用技術是以點到點通信為基礎的,如果光路上也能實現交叉連接的話,就實現了光聯網。光聯網具有巨大的潛力,既擴展了網絡又增加了網絡透明性,必將成為各國進行電信網絡建設的重點項目。4.新一代光纖。由于ip業務量的提升,電信網絡構筑大傳輸量的光纖基礎設施就成了下一代網絡應用的基礎。傳統的一模光纖面對超高速長距離的傳輸已經開始吃力,新一代的光纖研發已經開始,全波光纖作為開發的重點。5.光接入網。解決光纖各種問題的重要舉措就是光纖入網。網絡交換和網絡傳輸已經歷時幾代,全數字化、軟件主宰的高度集成化和智能化的網絡開始成為新的研究熱點。6.光纖的空間應用。光纖通信技術也可應用于空間技術。光纖的通信介質具有很好的柔軟性,而且易于攜帶和鋪設,將其應用于人造衛星或者宇宙飛船及航天飛機上,能減少重量,方便安裝。
三、結束語
信息時代以來,電信通信技術發展取得了巨大成就,電信光纖通信技術的發展還在進行中,目前世界各國都在集中發展電信光纖通信技術,從現代通信技術的發展趨勢可得知,未來將是光纖通信技術的世界,光傳輸、多媒體通信、工業信息控制、家庭光網接入以及軍事空間技術的的應用將快速發展,從而引發整個經濟發展的技術革命,進入電信光纖通信技術時代。
參考文獻
[1]胡慶.光纖通信系統與網絡(修訂版)[J].電子工業出版社,2010-08.
(一)光纖通信技術的發展
光纖通信技術是指把光波作為信息傳輸的載波,以光纖作為信息傳輸的媒介,將信息進行點對點發送的現代通信方式,光纖通信的誕生與發展是電信史上的一次重要革命。從國外的發展歷程我們可以看出,20世紀60年代中期,所研制的最好的光纖損耗在400分貝以上,1966年英國標準電信研究所高錕及Hockham從理論上預言光纖損耗可降至20分貝/千米以下,并預言低損耗的光纖能夠用于通信,至此敲開了光纖通信的大門,引起了人們的重視。日本于1969年研制出第一根通信用光纖損耗為100分貝/千米,1970年康寧公司(Corning)采用“粉末法”先后獲得了損耗低于20分貝/千米和4分貝/千米的低損耗石英光纖,光纖通信時代由此開始。1974年貝爾實驗室(Bell)采用改進的化學汽相沉積法制出性能優于康寧公司的光纖產品。到1979年,摻鍺石英光纖在1.55千米處的損耗已經降到0.2分貝/千米,這一數值已經十分接近由Rayleigh散射所決定的石英光纖理論損耗極限。在短短幾十年里光線通信憑借其損耗低、傳榆頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點,備受業內人士青睞,發展非常迅速,其前景是非常可觀的。
(二)光纖通信技術的現狀
光纖通信的發展依賴于光纖通信技術的進步。目前,光纖通信技術已有了長足的發展,新技術也不斷涌現,進而大幅度提高了通信能力,并不斷擴大了光纖通信的應用范圍。目前的光纖通信主要依賴的光纖技術包括波分復用技術、寬帶放大器技術、色散補償技術、孤子傳輸技術、光纖接入技術。
二、光纖通信技術的趨勢及展望
目前在光通信領域有幾個發展熱點即超高速傳輸系統、超大容量WDM系統、光傳送聯網技術、新一代光纖以及光接入網技術。對光纖通信而言,超高速度、超大容量、超長距離一直都是人們追求的目標,光纖到戶和全光網絡也是人們的愿望。
(一)向超高速系統的發展
目前10Gbps系統已開始大批量裝備網絡,主要在北美,在歐洲、日本和澳大利亞也已開始大量應用。但是,10Gbps系統對于光纜極化模色散比較敏感,而已經鋪設的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbps系統的要求,需要實際測試,驗證合格后才能安裝開通。它的比較現實的出路是轉向光的復用方式。光復用方式有很多種,但目前只有波分復用(WDM)方式進入了大規模商用階段,而其它方式尚處于試驗研究階段。
(二)向超大容量WDM系統的演進
采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用率低于1%,還有99%的資源尚待發掘。如果將多個發送波長適當錯開的光源信號同時在一級光纖上傳送,則可大大增加光纖的信息傳輸容量,這就是波分復用(WDM)的基本思路。基于WDM應用的巨大好處及近幾年來技術上的重大突破和市場的驅動,波分復用系統發展十分迅速。目前全球實際鋪設的WDM系統已超過3000個,而實用化系統的最大容量已達320Gbps(2×16×10Gbps),美國朗訊公司已宣布將推出80個波長的WDM系統,其總容量可達200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實驗室的最高水平則已達到2.6Tbps(13×20Gbps)。預計不久的將來,實用化系統的容量即可達到1Tbps的水平。
(三)實現光聯網
上述實用化的波分復用系統技術盡管具有巨大的傳輸容量,但基本上是以點到點通信為基礎的系統,其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話,無疑將增加新一層的威力。根據這一基本思路,光聯網既可以實現超大容量光網絡和網絡擴展性、重構性、透明性,又允許網絡的節點數和業務量的不斷增長、互連任何系統和不同制式的信號。由于光聯網具有潛在的巨大優勢,美歐日等發達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研,特別是美國國防部預研局(DARPA)資助了一系列光聯網項目。光聯網已經成為繼SDH電聯網以后的又一新的光通信發展。建設一個最大透明的、高度靈活的和超大容量的國家骨干光網絡,不僅可以為未來的國家信息基礎設施(NJJ)奠定一個堅實的物理基礎,而且也對我國下一世紀的信息產業和國民經濟的騰飛以及國家的安全有極其重要的戰略意義。
(四)新一代的光纖。
近幾年來隨著IP業務量的爆炸式增長,電信網正開始向下一代可持續發展的方向發展,而構筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網絡的物理基礎。傳統的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳送網絡的發展需要方面已暴露出力不從心的態勢,開發新型光纖已成為開發下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前,為了適應干線網和城域網的不同發展需要,已出現了兩種不同的新型光纖,即非零色散光纖(G.655光纖)和無水吸收峰光纖(全波光纖)。(五)光接入網一方面在近幾年,網絡的核心部分發生了翻天覆地的變化,無論是交換,還是傳輸都己更新了好幾代。不久,網絡的這一部分將成為全數字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網絡,而另一方面,現存的光接入網仍然是被雙絞線銅線主宰的(90%以上)、原始落后的模擬系統。兩者在技術上存在巨大的反差,制約全網的進一步發展。為了能從根本上徹底解決這一問題,光接入網憑借以下幾個優點:(1)減少維護管理費用和故障率;(2)配合本地網絡結構的調整,減少節點,擴大覆蓋;(3)充分利用光纖化所帶來的一系列好處;(4)建設透明光網絡,迎接多媒體時代。向世人證明要想從根本上解決制約全網發展的問題則應大力發展光接入網技術的必要性。
【關鍵詞】光纖網絡 傳輸容量 超高速 超長距離 全光網絡
一、我國光纖光纜發展的現狀
1.普通光纖。普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統的發展,光中繼距離和單一波長信道容量增大,G.652.A光纖的性能還有可能進一步優化,表現在1550rim區的低衰減系數沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數和零色散點不在同一區域。符合ITUTG.654規定的截止波長位移單模光纖和符合G.653規定的色散位移單模光纖實現了這樣的改進。
2.核心網光纜。我國已在干線(包括國家干線、省內干線和區內干線)上全面采用光纜,其中多模光纖已被淘汰,全部采用單模光纖,包括G.652光纖和G.655光纖。G.653光纖雖然在我國曾經采用過,但今后不會再發展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統容量,它在我國的陸地光纜中沒有使用過。干線光纜中采用分立的光纖,不采用光纖帶。干線光纜主要用于室外,在這些光纜中,曾經使用過的緊套層絞式和骨架式結構,目前已停止使用。
3.室內光纜。室內光纜往往需要同時用于話音、數據和視頻信號的傳輸。并目還可能用于遙測與傳感器。國際電工委員會(IEC)在光纜分類中所指的室內光纜,筆者認為至少應包括局內光纜和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機房內,布放緊密有序和位置相對固定。綜合布線光纜布放在用戶端的室內,主要由用戶使用,因此對其易損性應比局用光纜有更嚴格的考慮。
二、光纖通信技術的發展趨勢
1.超大容量。超長距離傳輸技術波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量,在未來跨海光傳輸系統中有廣闊的應用前景。近年來波分復用系統發展迅猛,目前1.6Tbit/的WDM系統已經大量商用,同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用(OTDM)技術,與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同,OTDM技術是通過提高單信道速率來提高傳輸容量,單信道最高速率達640Gbit/s。僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統的容量畢竟有限,可以把多個OTDM信號進行波分復用,從而大幅提高傳輸容量。偏振復用(PDM)技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零(RZ)編碼信號在超高速通信系統中占空較小,降低了對色散管理分布的要求,且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散(PMD)的適應能力較強,因此現在的超大容量WDM/OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統的關鍵技術中。
2.光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數量級的超短光脈沖,由于它在光纖的反常色散區,群速度色散和非線性效應相互平衡,因而經過光纖長距離傳輸后,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現長距離無畸變的通信,在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。 光孤子技術未來的前景是:在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信,時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上;在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE,光學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。當然實際的光孤子通信仍然存在許多技術難題,但目前已取得的突破性進展使人們相信,光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中,尤其在海底光通信系統中,有著光明的發展前景。
3.全光網絡。未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發展的最高階段,也是理想階段。傳統的光網絡實現了節點間的全光化,但在網絡結點處仍采用電器件,限制了目前通信網干線總容量的進一步提高,因此真正的全光網已成為一個非常重要的課題。 全光網絡以光節點代替電節點,節點之間也是全光化,信息始終以光的形式進行傳輸與交換,交換機對用戶信息的處理不再按比特進行,而是根據其波長來決定路由。目前,全光網絡的發展仍處于初期階段,但它已顯示出了良好的發展前景。從發展趨勢上看,形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層,建立純粹的全光網絡,消除電光瓶頸已成為未來光通信發展的必然趨勢,更是未來信息網絡的核心,也是通信技術發展的最高級別,更是理想級別。
三、結語
光通信技術作為信息技術的重要支撐平臺,在未來信息社會中將起到重要作用。雖然經歷了全球光通信的“冬天”但今后光通信市場仍然將呈現上升趨勢。從現代通信的發展趨勢來看,光纖通信也將成為未來通信發展的主流。人們期望的真正的全光網絡的時代也會在不遠的將來如愿到來。
參考文獻:
[1]辛化梅,李忠.論光纖通信技術的現狀及發展[J].山東師范大學學報(自然科學版).2003(04).
【關鍵詞】光纖通信技術 發展 應用
一、緒論
回顧光纖通信技術的發展歷程,人們大概是從上世紀五十年代開始探索光波通信,不過退后五十年來看的話,當時的條件不足以使得光纖技術得以充分發展。相較于其他的通信設備來說,光纖通信的優勢非常明顯,首先是容量大,其次傳輸的頻帶較寬,這就使得資源能夠得到充分而合理的利用;當然了,光纖本身的不導電,耐熱,耐腐蝕,抗輻射等各方面的能力都很突出,這樣就使得光纖通信技術在傳輸信息的過程中保密性好,在軍事安全領域有著非常廣闊的應用前景。光纖技術的發展是整個光纖通信領域前進的原動力。如今,在科研人員的不懈努力下,光纖通信技術獲得了長足的發展,而且更多的新技術也在不停地給這個領域注入新的活力,最終使得光纖的應用范圍越來越廣。
二、光纖通信技術的應用
在當今的社會,隨著科技的進步和發展,我國之前不成系統的電信管理體制也有了逐步的改革和完善,電信的應用主要通過以下幾個方式來充分實現。
(一)波分復用技術
首先應該明確波分復用技術的概念,即充分利用單模光纖損耗較輕的區域,使得其擁有較大的帶寬,這樣的話可以充分利用寬帶資源。每個通道的波長不同,利用光纖的低耗區域可以劃分通道,這樣的話,光載波信號發送端波分復用,最終形成完整的光纖傳輸線路。與此同時,在接收端將波長不同的載波信號進行分離,使之成為相對獨立的信號,從而最終在不考慮非線性特性的前提下,實現光纖的多路傳輸功能。
(二)光纖接入技術
這一特性直接加快了信息的傳輸速度,充分滿足了用戶對于信息傳輸速度的需求。不光如此,光纖技術也使得寬帶主干網和用戶訪問部分相結合,組成了光纖接入網,實現了光纖通信技術領域質的突破。在FTTB.FTTC.FTTCAB和各種光纖到戶位置不同,簡稱為FTTX。其中FTTH是光纖寬帶接入的簡稱,其功能是提供給用戶完整訪問的無線帶寬,這樣的話光纖的特質才會充分施展。就目前情況來看,國內的技術發展現狀可以提供的帶寬已經很客觀了。國內的很多企業在實際應用中,最合理快捷的方式非光纖接入莫屬了。
(三)單纖雙向傳輸技術
這種技術的另一種應用方向是雙纖雙向,雙纖說白了就是信息收發在不同的信息傳輸信道里進行,而單纖則是信息收發是在同一個信息傳輸信道里,只是人為地被調到了不同的頻段加以區分。目前來看,基本上光纖通信都是采用雙線雙向的,對于光纖材料來說是一種浪費,如果加以改進采用單纖雙向技術,信道架設的成本就節省了一半。社會發展至今,節約材料早已成為我們做很多事必須要考慮的因素,所以單纖技術的研制必然具有非凡的意義,可以成為里程碑一樣的事件,尤其是現在已有的光纖通信網如此龐大,這樣算來節省的光纖材料也是巨大的。目前來看,單纖技術的應用并不是很廣泛,主要還是集中于分支網絡或者PON等,骨干傳送網暫時還沒有應用。
三、光纖通信技術發展前景
(一)由光入網
這是未來光纖技術發展的一個重要方向,也必然會很快成為網絡的重要部分,如果這個得以成功應用,那么未來網絡必能實現集成化和智能化。現在的網絡接入方式90%以上還是采用雙絞線,跟光纖相比有著很大的差別。接入網絡是未來網絡進一步發展的一個先決條件。從實踐的角度來看,光纖接入可以有效的解決這個問題。而且,由光入網能夠減少與網絡結構適應,使得網絡中節點盡量少的同時擴大網絡的覆蓋率,當然了,這同時也使得網絡的故障率有效減少,維護的費用相對也會降低。
(二)光聯網
點對點的傳輸方式是目前比較普遍的信息傳遞方式,但這種方式的效率低、靈活性低,最重要的是可靠性低,也稱為三低。盡管采用了波分復用技術緩解了一部分問題,但是終歸是沒有完全根治,所以光聯網的概念就應運而生了,其實就是在信息傳輸的疊加層又多放置了一個威力層。這個概念現在還處在萌芽階段,并沒有在現實生活中得到大規模應用。不過,實驗室中倒是可以實現光分插復用器和光交叉連接設備,在實驗室驗證可行性和穩定性之后就會很快應用到現實生活中了。光網絡的特點主要是容量大、更加靈活也可以方便擴展以實現更新的功能。
(三)實現波分復用系統
波分復用技術已經在之前的闡述中提到過,它將代替傳統的電分復用技術,成為未來光纖通信中的主流技術。但是,事情都有兩面性,波分復用也有自己不可避免的劣勢。舉個例子來說,200納米的光纖采用波分復用技術就會充分提高帶寬利用率,不僅如此,還能實現不同光信號的同時傳輸,提高了傳輸的容量。波分復用系統的優勢主要是:使得系統與信號功率的調制脫離,以前影響通信的因素將不再那么重要;配合光纖技術,使得大容量傳輸成為可能,帶寬資源有效利用;光纖材料得到有效節省,降低了成本。
四、結束語
從目前來預測光纖通信技術的發展前景,目前正式發展的黃金時間,未來的發展也必然會蓬勃突出的。其實從20世紀中葉開始,光纖通信技術就已經開始起步發展,到如今,其發展的已經到來,處在一個快速上升的階段,并且日益滲透到人們生活的方方面面,對人們生活的影響越來越徹底,也成為了通信和信息產業的支柱技術,使得信息產業真正成為了社會發展經濟繁榮的最強勁的推動力。
參考文獻:
[1]胡慶.《光纖通信系統與網絡(修訂版)》.電子工業出版社,2010-08