论文部分内容阅读
摘 要：光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用，在此概述国际和国内光纤通信技术发展的历史、现状和前景。
关键词：光纤通信；现状；发展
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0047－02
1 引言
1970年，美国康宁公司生产出了每公里衰减20 dB的光导纤维（简称光纤），同年美国贝尔实验室实现了GaAlAs半导体激光器室温下的连续工作。由于这两项重要科研成果的问世，揭开了光纤通信的序幕，并在以后的20多年里以极其惊人的速度向前发展，目前已遍及全球。光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。
2 光纤通信的历史和现状
2.1 光纤通信的发展历史
回顾光纤通信的发展历史，已经历了数代的变更。
2.1.1 第一代光纤通信系统
1973年－1976年，采用短波长（0.85 μm）多模光纤，其传输速率为50－100 Mb/s，中继距离为10 km。
2.1.2 第二代光纤通信系统
1976年－1982年，采用长波长（1.3 μm）多模和单模光纤，其传输速率为140 Mb/s，中继距离为20～50 km。
2.1.3 第三代光纤通信系统
1982年－1988年，采用波长（1.31 μm）单模光纤，其传输信号为PDH的各次群信号，传输距离约为50 km。
2.1.4 第四代光纤通信系统
1988年至今，采用波长（1.55 μm）单模光纤，其传输信号为SDH的各次群信号，传输速率达2.5 Gb/s，中继距离约为80 km，并开始采用光纤放大器（EDFA）、波分复用（WDM）等技术。
今后还将出现第五代、第六代光纤通信系统，将包括一些更为先进的系统，如超高速系统、相关光通信系统、全光通信系统、光纤到家庭通信系统、光孤子传输系统等，并从实验室的研究成果逐步走向商用，应用于实际。
2.2 我国光纤通信技术现状
我国的光纤通信研究起步较早（1974年），到70年代末期即取得阶段性成果，随后逐渐发展，不断充实，目前已形成了相当规模。从发展历程来看，主要经历了以下几个阶段：
2.2.1 初级研究阶段（1974年－1980年）
研制出了阶跃多模光纤、室温下连续工作的GaAlAs半导体激光器和8 Mb/s光端机等。
2.2.2 实用化研究阶段（1981年－1985年）
解决了市话中继多模光纤传输系统。
2.2.3 长途通信研究阶段（1986年－1990年）
单模光纤长途干线系统的成套技术，包括光纤、器件、系统、测试、仪表等。
2.2.4 光同步数字传送与研究阶段（1991年－1996年）
这一阶段的主要任务是巩固和发展PDH研究已取得的多项成果，引进、开发或自制SDH产品。
我国在国家“八五”计划期间，已建成了含有22条光缆干线，总长度达3.3万km的“八纵八横”大容量光纤通信干线传输网。从1994年开始，我国开始较大规模地建设SDH网络。
3 光纤通信技术的发展趋势
近年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的全面开放，光纤通信的发展再次呈现了蓬勃发展的新局面，以下对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。
3.1 向超高速系统的发展
从过去20多年的电信发展史来看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用（TDM）方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30%～40%；因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45 Mbps增加到10 Gbps，其速率在20年时间里增加了2 000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。
3.2 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200 nm可用带宽资源仅仅利用了不到1%，99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，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。采用波分复用系统的主要好处是：①可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；②在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低传输成本：③与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；④利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。
3.3 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，无疑将增加新一层的威力。根据这一思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设备（OXC）均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：①实现超大容量光网络；②实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；③实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；④实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；⑤实现快速网络恢复，恢复时间可达100 ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。
3.4 新一代的光纤
近年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。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，即非零色散光纤（G.655光纤）和无水吸收峰光纤（全波光纤）。
3.5 光接入网
过去几年，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。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。另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的（90%以上）、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是：减少维护管理费用和故障率；开发新设备，增加新收入；配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处；建设透明光网络，迎接多媒体时代。
21世纪以来，光通信技术取得长足的进步，以上我们主要讨论了光通信技术及其应用的现状和发展趋势，但这些进步的取得，是包括光传输媒质、光电器件、光通信系统以及网络应用等多方面技术共同进步的结果。随着光通信技术进一步发展，必将对21世纪通信行业的进步，乃至整个社会经济的发展产生巨大的影响。
参考文献
1 王永超、蔡栋栋、年玉桂.光传输设备故障浅略分析［J］.科技信息，2009（11）：714
2 鲁刚平、熊炼.华为SDH光传输设备维护［J］.重庆工学院学报，2004（2）：47～49
3 毛谦.我国光纤通信技术发展的现状和前景［J］.电信科学，2006（8）
The Application and Development of Optical Fiber Communication Technology
Zhang Jun
Abstract: The optical fiber communication regards light as information carrier, considers optical fiber as a communication way of transmission medium, thus it has become a main pillar of modern communication, and plays an important role in modern telecommunications network. The article outlines the history, ststus and prospect of international and domestic optical fiber communication technology’s development.
Key words: optical fiber communication; status; development
关键词：光纤通信；现状；发展
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0047－02
1 引言
1970年，美国康宁公司生产出了每公里衰减20 dB的光导纤维（简称光纤），同年美国贝尔实验室实现了GaAlAs半导体激光器室温下的连续工作。由于这两项重要科研成果的问世，揭开了光纤通信的序幕，并在以后的20多年里以极其惊人的速度向前发展，目前已遍及全球。光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。
2 光纤通信的历史和现状
2.1 光纤通信的发展历史
回顾光纤通信的发展历史，已经历了数代的变更。
2.1.1 第一代光纤通信系统
1973年－1976年，采用短波长（0.85 μm）多模光纤，其传输速率为50－100 Mb/s，中继距离为10 km。
2.1.2 第二代光纤通信系统
1976年－1982年，采用长波长（1.3 μm）多模和单模光纤，其传输速率为140 Mb/s，中继距离为20～50 km。
2.1.3 第三代光纤通信系统
1982年－1988年，采用波长（1.31 μm）单模光纤，其传输信号为PDH的各次群信号，传输距离约为50 km。
2.1.4 第四代光纤通信系统
1988年至今，采用波长（1.55 μm）单模光纤，其传输信号为SDH的各次群信号，传输速率达2.5 Gb/s，中继距离约为80 km，并开始采用光纤放大器（EDFA）、波分复用（WDM）等技术。
今后还将出现第五代、第六代光纤通信系统，将包括一些更为先进的系统，如超高速系统、相关光通信系统、全光通信系统、光纤到家庭通信系统、光孤子传输系统等，并从实验室的研究成果逐步走向商用，应用于实际。
2.2 我国光纤通信技术现状
我国的光纤通信研究起步较早（1974年），到70年代末期即取得阶段性成果，随后逐渐发展，不断充实，目前已形成了相当规模。从发展历程来看，主要经历了以下几个阶段：
2.2.1 初级研究阶段（1974年－1980年）
研制出了阶跃多模光纤、室温下连续工作的GaAlAs半导体激光器和8 Mb/s光端机等。
2.2.2 实用化研究阶段（1981年－1985年）
解决了市话中继多模光纤传输系统。
2.2.3 长途通信研究阶段（1986年－1990年）
单模光纤长途干线系统的成套技术，包括光纤、器件、系统、测试、仪表等。
2.2.4 光同步数字传送与研究阶段（1991年－1996年）
这一阶段的主要任务是巩固和发展PDH研究已取得的多项成果，引进、开发或自制SDH产品。
我国在国家“八五”计划期间，已建成了含有22条光缆干线，总长度达3.3万km的“八纵八横”大容量光纤通信干线传输网。从1994年开始，我国开始较大规模地建设SDH网络。
3 光纤通信技术的发展趋势
近年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的全面开放，光纤通信的发展再次呈现了蓬勃发展的新局面，以下对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。
3.1 向超高速系统的发展
从过去20多年的电信发展史来看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用（TDM）方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30%～40%；因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45 Mbps增加到10 Gbps，其速率在20年时间里增加了2 000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不仅增加了业务传输容量，且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。
3.2 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200 nm可用带宽资源仅仅利用了不到1%，99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，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。采用波分复用系统的主要好处是：①可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；②在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低传输成本：③与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；④利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。
3.3 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，无疑将增加新一层的威力。根据这一思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设备（OXC）均已在实验室研制成功，前者已投入商用。实现光联网的基本目的是：①实现超大容量光网络；②实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；③实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；④实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；⑤实现快速网络恢复，恢复时间可达100 ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。光联网已成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。
3.4 新一代的光纤
近年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。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，即非零色散光纤（G.655光纤）和无水吸收峰光纤（全波光纤）。
3.5 光接入网
过去几年，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都已更新了好几代。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。另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的（90%以上）、原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。唯一能彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的是：减少维护管理费用和故障率；开发新设备，增加新收入；配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处；建设透明光网络，迎接多媒体时代。
21世纪以来，光通信技术取得长足的进步，以上我们主要讨论了光通信技术及其应用的现状和发展趋势，但这些进步的取得，是包括光传输媒质、光电器件、光通信系统以及网络应用等多方面技术共同进步的结果。随着光通信技术进一步发展，必将对21世纪通信行业的进步，乃至整个社会经济的发展产生巨大的影响。
参考文献
1 王永超、蔡栋栋、年玉桂.光传输设备故障浅略分析［J］.科技信息，2009（11）：714
2 鲁刚平、熊炼.华为SDH光传输设备维护［J］.重庆工学院学报，2004（2）：47～49
3 毛谦.我国光纤通信技术发展的现状和前景［J］.电信科学，2006（8）
The Application and Development of Optical Fiber Communication Technology
Zhang Jun
Abstract: The optical fiber communication regards light as information carrier, considers optical fiber as a communication way of transmission medium, thus it has become a main pillar of modern communication, and plays an important role in modern telecommunications network. The article outlines the history, ststus and prospect of international and domestic optical fiber communication technology’s development.
Key words: optical fiber communication; status; development