時(shí)間：2023-03-20 16:15:29
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相干光通信系統(tǒng)中的主要關(guān)鍵技術(shù)
實(shí)際中，主要采用以下關(guān)鍵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠、高效的相干光通信。
(1)穩(wěn)定頻率技術(shù)。相干光通信中，保持激光器的頻率穩(wěn)定性是一個(gè)重要的前提條件。在零差檢測(cè)相干光通信系統(tǒng)中，如果激光器的波長(zhǎng)或頻率隨著工作條件的變化而產(chǎn)生漂移，那就難以保證本振光信號(hào)與接收光信號(hào)頻率之間的相對(duì)穩(wěn)定。外差檢測(cè)相干光通信系統(tǒng)也是如此。為了保證相干光通信系統(tǒng)的正常工作，必須確保光載波和光本振蕩器的頻率穩(wěn)定性很高。
（2）調(diào)制外光技術(shù)。外光調(diào)制是利用某些光電、聲光或磁光特性的外調(diào)制器，完成對(duì)光載波的調(diào)制。相干光纖通信系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)光源和本振光源的要求較高，它要求較高的頻率穩(wěn)定度和較窄的光譜線(xiàn)。飛秒激光輸入頻率穩(wěn)定，可調(diào)諧范圍較寬，但所占帶寬相對(duì)較小，具有超強(qiáng)的能量和超短的時(shí)間，完全符合作為相干光纖通信系統(tǒng)光源的要求。
（3）壓縮頻譜技術(shù)。在相干光通信中，光源的頻譜寬度是一個(gè)重要參數(shù)。只有保證光波的頻譜寬度窄，才能使相伴漂移而產(chǎn)生的相位噪聲更小，從而得到大容量、高質(zhì)量的光傳輸。
飛秒激光器
1飛秒激光器的介紹
伴隨光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，利用超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離通信，一直是我們不斷追求的重要發(fā)展方向之一。如何獲取并采用超長(zhǎng)波長(zhǎng)光源，這是超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)中首先需要解決的技術(shù)問(wèn)題。飛秒激光就是這樣一種超長(zhǎng)波長(zhǎng)光源，將其應(yīng)用于相干光通信的光源，具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。飛秒激光是由激光發(fā)展起來(lái)的一種新型工具，其功能非常強(qiáng)大。飛秒脈沖短得令你無(wú)法想象，現(xiàn)在能夠達(dá)到4飛秒以?xún)?nèi)。1飛秒（fs），即10-15秒，這僅僅是1千萬(wàn)億分之一秒，所以也稱(chēng)為超短脈沖激光器。飛秒脈沖采用多級(jí)啁啾脈沖放大技術(shù)獲得的最大脈沖峰值功率，可以達(dá)到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量級(jí)，飛秒激光的能量強(qiáng)度如此之高，毫不夸張地說(shuō)，它比將太陽(yáng)照射到地球上的全部光聚集成繡花針尖般大小后的能量密度還高。
2飛秒激光器的工作原理
飛秒激光器的工作原理。第一，采用衍射光柵將一束飛秒激光分成兩束或更多束,通過(guò)一個(gè)共焦成像系統(tǒng)讓它相干。第二,將一個(gè)鍍有金屬薄膜的透明基體與一個(gè)接受基體疊放在一起。第三,利用相干的飛秒激光脈沖輻照透明基體上的金屬薄膜,激光瞬間加熱作用產(chǎn)生的壓力將會(huì)驅(qū)動(dòng)輻照區(qū)的金屬薄膜蒸發(fā)到與它接觸的接受基體上,蒸發(fā)的金屬將迅速重新固化，沉積到接受基體上,這樣在接受基體上就會(huì)得到由相干飛秒激光脈沖傳輸?shù)闹芷谖⒔Y(jié)構(gòu)。
3飛秒激光器的應(yīng)用
飛秒激光最直接的應(yīng)用就是作為超短超快光源。應(yīng)用泵浦探測(cè)技術(shù)和多種時(shí)間光譜分辨技術(shù)，作為飛秒固體激光放大器的種子光源。雖說(shuō)我們能夠使光脈沖寬度愈來(lái)愈窄，光脈沖能量愈來(lái)愈高，但最令人欣喜的進(jìn)展還是能夠輕易得到飛秒脈沖。飛秒激光的應(yīng)用研究領(lǐng)域大概分為兩種，一種是超快瞬態(tài)現(xiàn)象的應(yīng)用研究，另一種是超強(qiáng)現(xiàn)象的應(yīng)用研究。伴隨激光脈沖寬度的縮短和能量的增加，這兩種研究都得到了深入的發(fā)展。可以看到，飛秒脈沖激光的發(fā)展直接帶動(dòng)了生物醫(yī)療、材料工程與信息科學(xué)進(jìn)入超微觀(guān)超快速的研究領(lǐng)域,并開(kāi)創(chuàng)了一些如納米技術(shù)、立體三維存貯等全新的研究領(lǐng)域，此外，它還被應(yīng)用于信息的處理、傳輸和存貯方面，擁有廣闊的應(yīng)用前景。
飛秒激光作為相干光通信光源的廣泛應(yīng)用
相干光通信的研究和應(yīng)用均發(fā)展迅速，這對(duì)于超長(zhǎng)波長(zhǎng)(2～10m)光纖通信來(lái)說(shuō)，是非常好的選擇。在超長(zhǎng)波段，由瑞利散射引起的光纖固有損耗將進(jìn)一步大幅減少。理論上，在超長(zhǎng)波段可以實(shí)現(xiàn)光纖越洋跨海無(wú)中繼超長(zhǎng)距離通信；而實(shí)際上，在超長(zhǎng)波段，直接探測(cè)接收機(jī)的各項(xiàng)性能和表現(xiàn)都不盡人意，唯一的選擇，就是相干探測(cè)方式。以飛秒激光為光源，以超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖作為傳輸介質(zhì)，利用相干光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)需中繼站的超長(zhǎng)距離通信。超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)不但解決了普通光通信系統(tǒng)中距離和容量限制問(wèn)題，而且提高了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性，并使通信成本大幅降低，對(duì)跨海洋和沙漠地區(qū)的通信更具有非凡的意義。
考慮到高靈敏度的激光相干通信更適用于遠(yuǎn)距離的通信，這里以GEO軌道為例，綜合考慮文獻(xiàn)［8，12］的參數(shù)，以傳輸速率為2Gb／s的2PSK零差系統(tǒng)為例，選定的參數(shù)如表1所示。對(duì)信號(hào)光束與本振光束的要求按照文獻(xiàn)［7］執(zhí)行。為了更清晰地說(shuō)明像差對(duì)接收系統(tǒng)可靠性的影響，分兩步進(jìn)行討論，首先探討接收系統(tǒng)各種像差各自所產(chǎn)生的影響，然后再探討它們相互是否具有校正補(bǔ)償功能。
不同像差單獨(dú)作用時(shí)
先來(lái)考查傾斜、離焦、彗差及像散這4種像差對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響。把表1的數(shù)據(jù)代入（13）式，并對(duì)傾斜、離焦、彗差及像散的像差進(jìn)行歸一化處理，即令W1x，W20，W31，W22分別除以λ，以此作為自變量，依次把（9）～（12）式代入（13）式進(jìn)行運(yùn)算，并對(duì)所得誤碼率進(jìn)行以10為底的對(duì)數(shù)變換，得到圖1和表2所示的像差與誤碼率關(guān)系。
圖1橫坐標(biāo)表示歸一化的像差系數(shù)，縱坐標(biāo)是取對(duì)數(shù)后的誤碼率。從圖看到，對(duì)于星間相干光通信接收系統(tǒng)其可靠性容易受各種像差的影響。從圖1兩坐標(biāo)軸的起點(diǎn)和表2第1列數(shù)據(jù)可以看到，在表1設(shè)定的參數(shù)下，在沒(méi)有像差的影響的情況下，系統(tǒng)最小誤碼率接近10－8；當(dāng)有像差時(shí)，從圖中4條曲線(xiàn)并比較表格第2～5行的數(shù)據(jù)，可以看到，接收系統(tǒng)的誤碼率隨著像差的增加而遞增，其中傾斜像差對(duì)接收系統(tǒng)誤碼率的影響最大，離焦和彗差相當(dāng)，而像散的影響最小。若以εBER≤10－6為標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)能承受的最大傾斜像差W1x僅為0．2λ，最大離焦W20及彗差W31大約為0．32λ，最大像散W22不超過(guò)0．41λ。可能的原因是：系統(tǒng)一旦有傾斜像差，信號(hào)光束將完全偏離焦點(diǎn)，它與本振光束所形成的有效混頻區(qū)域銳減，從而混頻效率急降，使誤碼率快速攀升。離焦像差將使信號(hào)光束的聚焦光斑沿光軸在焦點(diǎn)前后變動(dòng)，從而改變焦點(diǎn)處的光斑質(zhì)量，影響它與本振光斑在焦點(diǎn)處的混頻效果，使誤碼率上升；與傾斜像差導(dǎo)致的混頻面積減少相比，這種信號(hào)光束聚焦特性的劣變是溫和的，所以離焦像差對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響比傾斜像差小。另外，考慮到接收光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)高階像差的優(yōu)化設(shè)計(jì)，且采取了抗擾動(dòng)措施，所以彗差與像散的影響將更小，這也從側(cè)面說(shuō)明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)無(wú)需考慮更高階像差的影響。
像差間的相互校正
根據(jù)文獻(xiàn)［7］，傾斜像差與彗差之間、離焦與像散之間具有部分校正效應(yīng)，接下來(lái)將進(jìn)行比較分析。此時(shí)把（11）式改寫(xiě)成（14）式，而（12）式改寫(xiě)成（15）式。把（14），（15）式分別代入（13）式，并采用歸一化像差系數(shù)，令W31／λ和W22／λ分別取：0．00，0．25，0．50，0．75，1．00，得到圖2，3和表3，4所示結(jié)果。
圖2表示傾斜像差與彗差之間的校正效果。以εBER≤10－6為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)傾斜像差W1x／λ＝0，從縱坐標(biāo)軸上看，彗差W31／λ＝0．50時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率接近10－4，已超出標(biāo)準(zhǔn)2個(gè)數(shù)量級(jí)；當(dāng)W31／λ＝1．00時(shí)，誤碼率更是接近10－2。所以，若對(duì)彗差不進(jìn)行校正，隨著其數(shù)值的增大，誤碼率呈指數(shù)增長(zhǎng)。但是，從圖2也可看到，對(duì)于歸一化的彗差W31／λ，可以通過(guò)調(diào)整歸一化的傾斜像差W1x／λ來(lái)部分校正，從而降低系統(tǒng)誤碼率，提升系統(tǒng)可靠性。譬如，同樣是W31／λ＝0．50，但只要調(diào)整W1x，使W1x／λ大致在－0．34～－0．24之間，則可以維持誤碼率εBER≤10－6。不僅如此，從圖2來(lái)看，即便W31／λ＝1．00，只要W1x／λ大致在－0．44～－0．66之間，誤碼率依然可以小于等于10－6，而此時(shí)若不進(jìn)行校正，誤碼率已接近10－2。因此，當(dāng)W31／λ≤1．00時(shí)，為了保證系統(tǒng)誤碼率εBER≤10－6，通過(guò)調(diào)整W1x，傾斜像差與彗差之間能實(shí)現(xiàn)部分相互校正。
表3給出了通過(guò)調(diào)整傾斜來(lái)校正彗差而提升系統(tǒng)誤碼性能的效果。觀(guān)察第4～7行，單獨(dú)看每行時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著歸一化傾斜像差系數(shù)－W1x／λ絕對(duì)值的遞增，誤碼率會(huì)經(jīng)歷變小、穩(wěn)定、再變大的過(guò)程，這正是傾斜對(duì)彗差校正的體現(xiàn)，且對(duì)于不同取值的彗差，有相應(yīng)的最佳傾斜調(diào)整參數(shù)，譬如當(dāng)W31／λ＝0．25時(shí)，令－W1x／λ＝0．16，系統(tǒng)誤碼率由補(bǔ)償前的10－6．7降低至最小值10－7．7，系統(tǒng)誤碼性能提升一個(gè)數(shù)量級(jí)；而比較第4、5、6、7行的數(shù)據(jù)，可以看到，隨著彗差的增大，傾斜對(duì)其校正效果越來(lái)越弱。
回顧（8）與（14）式，可以發(fā)現(xiàn)，彗差W31ρ3cosθ（其中W31＝W131H）與x方向性的傾斜W1xρcosθ具有相似性。對(duì)于相同的θ，若令ρ取1，則彗差由W31決定，而傾斜由W1x決定，因此，只要兩者取值相反，便能相互抵消，從而提高混頻效率，降低誤碼率。對(duì)于W1yρcosθ有相同的結(jié)論。
圖3和表4表示了離焦與像散的相互校正作用。其變化趨勢(shì)與圖2相似，從圖3看到，當(dāng)W22／λ≥0．75后，不管離焦像差W20如何變化，系統(tǒng)的誤碼率不可能滿(mǎn)足εBER≤10－6，與之相比，即便是彗差W31／λ＝1．00，通過(guò)調(diào)整W1x，依然可以實(shí)現(xiàn)誤碼率εBER≤10－6的目標(biāo)。以誤碼率εBER≤10－6為標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算，此時(shí)的W22／λ＝0．53。因此，只有當(dāng)W22／λ≤0．53時(shí)，才能通過(guò)調(diào)整W20對(duì)W22進(jìn)行部分校正。
1類(lèi)平衡探測(cè)-正交頻分復(fù)用技術(shù)
類(lèi)平衡探測(cè)-正交頻分復(fù)用技術(shù)（QBD-OFDM）結(jié)合類(lèi)平衡探測(cè)編碼技術(shù)和OFDM技術(shù)[14]。OFDM信號(hào)數(shù)據(jù)被分為多個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊有兩個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)。在相同的數(shù)據(jù)塊，第二個(gè)符號(hào)中的信號(hào)是和第一個(gè)符號(hào)中的信號(hào)在運(yùn)算符號(hào)上是相反的。經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)二階互調(diào)制失真、直流電流、可以完全消除，而且接收機(jī)的靈敏度可以提高3dB，因此可以提高信噪比。我們采用QBD-OFDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可達(dá)到2.1Gb/s實(shí)際物理數(shù)據(jù)速率，并使傳輸距離達(dá)到2.5m。圖1為所提出的QBD-OFDM實(shí)驗(yàn)的原理。實(shí)驗(yàn)中，QBD-OFDM信號(hào)由任意波形發(fā)生器（AWG）產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)低通濾波（LPF）、電放大器（EA）和偏置樹(shù)（BiasTee）后調(diào)制到紅綠藍(lán)發(fā)光二極管（RGB-LED）不同顏色的芯片上。經(jīng)過(guò)自由空間傳輸后，在接收端由棱鏡聚光后，用濾光片將3個(gè)波長(zhǎng)的光分開(kāi)，最后采用雪崩光電二極管（APD）探測(cè)器接收。然后進(jìn)行后端的均衡與解調(diào)算法處理。結(jié)合波分復(fù)用（WDM）和類(lèi)平衡探測(cè)子載波復(fù)用，很好地利用了多色LED的波分復(fù)用，提供了更多的傳輸信道。利用類(lèi)平衡探測(cè)技術(shù)很好地避免了OFDM提供更多子載波時(shí)的峰均功率比（PAPR）限制，有效提升了多色LED傳輸速度，提高了系統(tǒng)誤碼率（BER）性能，同時(shí)增加了可見(jiàn)光通信的傳輸距離。圖2給出QBD-OFDM技術(shù)和直接探測(cè)光正交頻分復(fù)用（DDO-OFDM）技術(shù)的對(duì)比。兩個(gè)子信道帶寬為，Sub1：6.25~56.25MHz，Sub2：56.25~106.25MHz。每個(gè)子信道對(duì)應(yīng)的調(diào)制階數(shù)分別為，紅光：256正交幅度調(diào)制（256QAM）和128正交幅度調(diào)制（128QAM），綠光：128QAM和64QAM，藍(lán)光：128QAM和128QAM。因此，紅光、綠光和藍(lán)光的數(shù)據(jù)速率分別為750Mb/s、650Mb/s和700Mb/s，總數(shù)據(jù)速率達(dá)到2.1Gb/s，實(shí)驗(yàn)距離可以達(dá)到2.5m。在距離為0.5m時(shí)，紅綠藍(lán)3色對(duì)應(yīng)的Sub1、Sub2兩個(gè)子信道的BER提升為25.6dB、31dB、30.3dB、25.8dB、21.8dB和19.3dB。當(dāng)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的通信距離增加時(shí)，系統(tǒng)誤碼率會(huì)增加，這是因?yàn)榫嚯x增加導(dǎo)致系統(tǒng)接收到的光信號(hào)減弱，系統(tǒng)信噪比降低，誤碼率增加。繼續(xù)增加距離會(huì)使BER超過(guò)前向糾錯(cuò)碼的門(mén)限，為使距離增加，就要使系統(tǒng)的傳輸速率降低。藍(lán)光LED采用QBD-OFDM和DDO-OFDM的對(duì)應(yīng)的Sub1、Sub2兩個(gè)子信道的星座圖如圖2（d）的（i）、（ii）、（iii）和（iv）所示。
2無(wú)載波幅相調(diào)制技術(shù)
無(wú)載波幅度相位調(diào)制（CAP）是正交幅度調(diào)制的一個(gè)變種多階編碼調(diào)制技術(shù)，可以使用模擬或數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)靈活的子帶劃分和高階調(diào)制，減少了計(jì)算的復(fù)雜性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)路有著廣泛的應(yīng)用。無(wú)載波幅相調(diào)制信號(hào)可以表示如下:s(t)=a(t)?fI(t)-b(t)?fQ(t)（1）這里a（t）和b（t）是I路和Q路的原始比特序列經(jīng)過(guò)編碼和上采樣之后的信號(hào)。fI(t)=g(t)cos(2πf)ct和fQ(t)=g(t)sin(2πf)ct是對(duì)應(yīng)的整形濾波器的時(shí)域函數(shù)，它們形成一對(duì)希爾伯特變換對(duì)。假設(shè)傳輸信道是理想的，在接收機(jī)端兩個(gè)匹配濾波器的輸出可以表示如下：這里mI(t)=fI(-t)和mQ(t)=fQ(-t)是對(duì)應(yīng)的匹配濾波器的脈沖響應(yīng)。利用對(duì)應(yīng)的匹配濾波器在接收端就可以解調(diào)出原始信號(hào)。我們采用了無(wú)載波幅相調(diào)制技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)預(yù)均衡與后均衡算，后均衡算法采用改進(jìn)級(jí)聯(lián)多模算法（CMMA），實(shí)現(xiàn)了1.35Gb/s可見(jiàn)光傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[15]。實(shí)驗(yàn)原理圖和實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖3所示。圖4（a）到圖4（c）為采用改進(jìn)CMMA均衡算法所測(cè)得BER和距離的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)波長(zhǎng)上采用頻分復(fù)用技術(shù)，將不同用戶(hù)的信號(hào)分別調(diào)制到3個(gè)子載波上，每個(gè)子載波調(diào)制信號(hào)帶寬為25MHz，調(diào)制階數(shù)為64QAM，因此每個(gè)子載波的傳輸速率為150Mb/s，每個(gè)波長(zhǎng)的傳輸速率為450Mb/s。在發(fā)射和接收的距離為30cm時(shí)，經(jīng)過(guò)波分復(fù)用后該系統(tǒng)總的傳輸速率達(dá)到1.35Gb/s。圖4（d）對(duì)比了CMMA和改進(jìn)CMMA的性能，改進(jìn)CMMA性能要優(yōu)于CMMA，尤其是在第3個(gè)子帶更為明顯。
3頻域均衡單載波調(diào)制技術(shù)
基于頻域均衡的單載波調(diào)制技術(shù)（SC-FDE）是基于單載波的高頻譜效率調(diào)制技術(shù)，該調(diào)制技術(shù)頻譜效率和OFDM一致，復(fù)雜度一致。可見(jiàn)光通信系統(tǒng)是一個(gè)非線(xiàn)性非常嚴(yán)重的系統(tǒng)，OFDM存在PAPR的缺點(diǎn)，高PAPR對(duì)于可見(jiàn)光系統(tǒng)是一個(gè)非常大的缺點(diǎn)，而SC-FDE相比于OFDM具有一定優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镾C-FDE擁有更小的PAPR，其調(diào)制/解調(diào)原理如圖5所示。SC-FDE調(diào)制技術(shù)和OFDM過(guò)程基本一致，但SC-FDE技術(shù)把IFFT變換從系統(tǒng)發(fā)射端移到了系統(tǒng)接收端。采用SC-FDE技術(shù)，使用RGB-LED波分復(fù)用技術(shù)和高階調(diào)制格式，并在頻域采用預(yù)均衡和后均衡技術(shù)，可以在LED3dB帶寬只有10MHz的條件下取得3.25Gb/s的速率[16]。如圖6（a）所示。該速率是在發(fā)射和接收距離小于1cm條件下測(cè)得，預(yù)均衡后的帶寬為125MHz，紅光和綠光都采用512QAM，藍(lán)光則采用256QAM。圖6（b）、圖6（c）和圖6（d）分別為紅綠藍(lán)3色BER與距離的關(guān)系，并給出了每種顏色光有無(wú)預(yù)均衡的性能對(duì)比。
4結(jié)束語(yǔ)
論文摘要:光纖通信不僅可以應(yīng)用在通信的主干線(xiàn)路中,還可以應(yīng)用在電力通信控制系統(tǒng)中,進(jìn)行工業(yè)監(jiān)測(cè)、控制,而且在軍事領(lǐng)域的用途也越來(lái)越為廣泛。本文探討了光纖通信技術(shù)的主要特征及應(yīng)用。
1.光纖通信技術(shù)
光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｔ诠饫w通信系統(tǒng)中,作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多,而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或?qū)Рü艿膿p耗低得多,所以說(shuō)光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍。光纖是用玻璃材料構(gòu)造的,它是電氣絕緣體,因而不需要擔(dān)心接地回路,光纖之間的串繞非常小;光波在光纖中傳輸,不會(huì)因?yàn)楣庑盘?hào)泄漏而擔(dān)心傳輸?shù)男畔⒈蝗烁`聽(tīng);光纖的芯很細(xì),由多芯組成光纜的直徑也很小,所以用光纜作為傳輸信道,使傳輸系統(tǒng)所占空間小,解決了地下管道擁擠的問(wèn)題。
光纖通信在技術(shù)功能構(gòu)成上主要分為:(1)信號(hào)的發(fā)射;(2)信號(hào)的合波;(3)信號(hào)的傳輸和放大;(4)信號(hào)的分離;(5)信號(hào)的接收。
2.光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)
(1)頻帶極寬,通信容量大。光纖比銅線(xiàn)或電纜有大得多的傳輸帶寬,光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。對(duì)于單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng),由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應(yīng)而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢(shì)。通常采用各種復(fù)雜技術(shù)來(lái)增加傳輸?shù)娜萘?特別是現(xiàn)在的密集波分復(fù)用技術(shù)極大地增加了光纖的傳輸容量。目前,單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps。
(2)損耗低,中繼距離長(zhǎng)。目前,商品石英光纖損耗可低于0~20dB/km,這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低;若將來(lái)采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖,其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過(guò)光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無(wú)中繼距離;對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)途傳輸線(xiàn)路,由于中繼站數(shù)目的減少,系統(tǒng)成本和復(fù)雜性可大大降低。
(3)抗電磁干擾能力強(qiáng)。光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料,不易被腐蝕,而且絕緣性好。與之相聯(lián)系的一個(gè)重要特性是光波導(dǎo)對(duì)電磁干擾的免疫力,它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,還可用它與高壓輸電線(xiàn)平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。這一點(diǎn)對(duì)于強(qiáng)電領(lǐng)域(如電力傳輸線(xiàn)路和電氣化鐵道)的通信系統(tǒng)特別有利。由于能免除電磁脈沖效應(yīng),光纖傳輸系還特別適合于軍事應(yīng)用。
(4)無(wú)串音干擾,保密性好。在電波傳輸?shù)倪^(guò)程中,電磁波的泄漏會(huì)造成各傳輸通道的串?dāng)_,而容易被竊聽(tīng),保密性差。光波在光纖中傳輸,因?yàn)楣庑盘?hào)被完善地限制在光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中,而任何泄漏的射線(xiàn)都被環(huán)繞光纖的不透明包皮所吸收,即使在轉(zhuǎn)彎處,漏出的光波也十分微弱,即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多,相鄰信道也不會(huì)出現(xiàn)串音干擾,同時(shí)在光纜外面,也無(wú)法竊聽(tīng)到光纖中傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>
除以上特點(diǎn)之外,還有光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè);光纖的原材料資源豐富,成本低;溫度穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)。由于光纖通信具有以上的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),其不僅可以應(yīng)用在通信的主干線(xiàn)路中,還可以應(yīng)用在電力通信控制系統(tǒng)中,進(jìn)行工業(yè)監(jiān)測(cè)、控制,而且在軍事領(lǐng)域的用途也越來(lái)越為廣泛。
3.光纖通信技術(shù)在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展極其迅速,特別是廣播電視網(wǎng)、電力通信網(wǎng)、電信干線(xiàn)傳輸網(wǎng)等的急速擴(kuò)展,促使光纖光纜用量劇增。廣電綜合信息網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加,全網(wǎng)的管理和維護(hù),設(shè)備的故障判定和排除就變得越來(lái)越困難。可以采用SDH+光纖或ATM+光纖組成寬帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)。該傳輸網(wǎng)可以采用帶有保護(hù)功能的環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng),鏈路傳輸系統(tǒng)或者組成各種形式的復(fù)合網(wǎng)絡(luò),可以滿(mǎn)足各種綜合信息傳輸。對(duì)于電視節(jié)目的廣播,采用的寬帶傳輸系統(tǒng)可以將主站到地方站的所需數(shù)字,通道設(shè)置成廣播方式,同樣的電視節(jié)目在各地都可以下載,也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)控制不同的站下載不同的電視節(jié)目。
有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)各地已基本形成,在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的基礎(chǔ)上,比較容易地實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體傳輸網(wǎng)絡(luò),因此在目前的情況下,不應(yīng)完全廢除現(xiàn)有的有線(xiàn)電視網(wǎng),而用少量的投資來(lái)完善和改造它,滿(mǎn)足人們的目前需要。很多地區(qū)的CATV已經(jīng)是光纖傳輸,到用戶(hù)端也是同軸電纜進(jìn)入千萬(wàn)家。但是現(xiàn)在建設(shè)的CATV大多是單向傳輸,上行信號(hào)不能在現(xiàn)有的有線(xiàn)電視網(wǎng)中傳送。可以通過(guò)電信網(wǎng)PSTN中語(yǔ)音通道或數(shù)據(jù)通道形成上行信號(hào)的傳送,也可以通過(guò)語(yǔ)音接入系統(tǒng)來(lái)完成。將電話(huà)接到各用戶(hù),這樣各用戶(hù)間即可以打電話(huà),也可以利用廣電自己的綜合信息網(wǎng)中的寬帶傳輸系統(tǒng)構(gòu)成廣電網(wǎng)中自己的上行信號(hào)的傳送,組成了雙向應(yīng)用的Internet網(wǎng)。
現(xiàn)在光通信網(wǎng)絡(luò)的容量雖然已經(jīng)很大,但還有許多應(yīng)用能力在閑置,今后隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展先導(dǎo)的信息需求也必然不斷增長(zhǎng),一定會(huì)超過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能力,推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的繼續(xù)發(fā)展。因此,光纖通信技術(shù)在應(yīng)用需求的推動(dòng)下,一定不斷會(huì)有新的發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。光纖從提出理論到技術(shù)實(shí)現(xiàn)和今天的高速光纖通信也不過(guò)幾十年的時(shí)間。從國(guó)外的發(fā)展歷程我們可以看出，20世紀(jì)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)電信研究所高錕及Hockham從理論上預(yù)言光纖損耗可降至20分貝/千米以下，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，1974年貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell)采用改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法制出性能優(yōu)于康寧公司的光纖產(chǎn)品。到1979年，摻鍺石英光纖在1.55千米處的損耗已經(jīng)降到0.2分貝/千米，這一數(shù)值已經(jīng)十分接近由Rayleigh散射所決定的石英光纖理論損耗極限。
目前國(guó)內(nèi)光纖光纜的生產(chǎn)能力過(guò)剩，供大于求。特種光纖如FTTH用光纖仍需進(jìn)口，但總量不大，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)光纖光纜價(jià)格與國(guó)際市場(chǎng)沒(méi)有差別，成本無(wú)法再降，已經(jīng)是零利潤(rùn)，在國(guó)際市場(chǎng)沒(méi)有太強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，出口量很小。二十年來(lái)的光技術(shù)的兩個(gè)主要發(fā)展，WDM和PON，這兩個(gè)已經(jīng)相對(duì)比較成熟。多業(yè)務(wù)傳輸發(fā)展平臺(tái)兩個(gè)方面，一方面是更有效承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，另一方面是向業(yè)務(wù)方面發(fā)展。AS0N的現(xiàn)狀是目前的系統(tǒng)只是在設(shè)備中，或是在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了一些功能，但是一些核心作用還沒(méi)有達(dá)到。
二、光纖通信技術(shù)的趨勢(shì)及展望
目前在光通信領(lǐng)域有幾個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)即超高速傳輸系統(tǒng)、超大容量WDM系統(tǒng)、光傳送聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新一代的光纖、IPoverOptical以及光接入網(wǎng)技術(shù)。
（一）向超高速系統(tǒng)的發(fā)展
目前10Gbps系統(tǒng)已開(kāi)始大批量裝備網(wǎng)絡(luò)，主要在北美，在歐洲、日本和澳大利亞也已開(kāi)始大量應(yīng)用。但是，10Gbps系統(tǒng)對(duì)于光纜極化模色散比較敏感，而已經(jīng)鋪設(shè)的光纜并不一定都能滿(mǎn)足開(kāi)通和使用10Gbps系統(tǒng)的要求，需要實(shí)際測(cè)試，驗(yàn)證合格后才能安裝開(kāi)通。它的比較現(xiàn)實(shí)的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。光復(fù)用方式有很多種，但目前只有波分復(fù)用(WDM)方式進(jìn)入了大規(guī)模商用階段，而其它方式尚處于試驗(yàn)研究階段。
（二）向超大容量WDM系統(tǒng)的演進(jìn)
采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)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(fā)掘。如果將多個(gè)發(fā)送波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)的光源信號(hào)同時(shí)在一級(jí)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(fù)用(WDM)的基本思路。基于WDM應(yīng)用的巨大好處及近幾年來(lái)技術(shù)上的重大突破和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。目前全球?qū)嶋H鋪設(shè)的WDM系統(tǒng)已超過(guò)3000個(gè)，而實(shí)用化系統(tǒng)的最大容量已達(dá)320Gbps(2×16×10Gbps)，美國(guó)朗訊公司已宣布將推出80個(gè)波長(zhǎng)的WDM系統(tǒng)，其總?cè)萘靠蛇_(dá)200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。實(shí)驗(yàn)室的最高水平則已達(dá)到2.6Tbps(13×20Gbps)。預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，實(shí)用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tbps的水平。
（三）實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)
上述實(shí)用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類(lèi)似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話(huà)，無(wú)疑將增加新一層的威力。根據(jù)這一基本思路，光光聯(lián)網(wǎng)既可以實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、重構(gòu)性、透明性，又允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)、互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào)。
由于光聯(lián)網(wǎng)具有潛在的巨大優(yōu)勢(shì)，美歐日等發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行預(yù)研，特別是美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局(DARPA)資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一新的光通信發(fā)展。建設(shè)一個(gè)最大透明的、高度靈活的和超大容量的國(guó)家骨干光網(wǎng)絡(luò)，不僅可以為未來(lái)的國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NJJ)奠定一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)，而且也對(duì)我國(guó)下一世紀(jì)的信息產(chǎn)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛以及國(guó)家的安全有極其重要的戰(zhàn)略意義。
（四）開(kāi)發(fā)新代的光纖
傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長(zhǎng)距離傳送網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已暴露出力不從心的態(tài)勢(shì)，開(kāi)發(fā)新型光纖已成為開(kāi)發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前，為了適應(yīng)干線(xiàn)網(wǎng)和城域網(wǎng)的不同發(fā)展需要，已出現(xiàn)了兩種不同的新型光纖，即非零色散光(G.655光纖)和無(wú)水吸收峰光纖(全波光纖)。其中，全波光纖將是以后開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，也是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，BPON技術(shù)無(wú)可爭(zhēng)議地將是未來(lái)寬帶接入技術(shù)的發(fā)展方向，但從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展、成本及應(yīng)用需求的實(shí)際狀況看，它距離實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于電信接入網(wǎng)絡(luò)這一最終目標(biāo)還會(huì)有一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。
（五）IPoverSDH與IpoverOptical
以lP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是當(dāng)前世界信息業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力，因而能否有效地支持JP業(yè)務(wù)已成為新技術(shù)能否有長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)壽命的標(biāo)志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分別稱(chēng)為IPoverATM和IPoverSDH兩者各有千秋。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，當(dāng)IP業(yè)務(wù)量逐漸增加，需要高于2．4吉位每秒的鏈路容量時(shí)，則有可能最終會(huì)省掉中間的SDH層，IP直接在光路上跑，形成十分簡(jiǎn)單統(tǒng)一的IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)(IPoverOptical)。三種IP傳送技術(shù)都將在電信網(wǎng)發(fā)展的不同時(shí)期和網(wǎng)絡(luò)的不同部分發(fā)揮自己應(yīng)有的歷史作用。但從面向未來(lái)的視角看。IPoverOptical將是最具長(zhǎng)遠(yuǎn)生命力的技術(shù)。特別是隨著IP業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)后，這種對(duì)JP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。
（六）解決全網(wǎng)瓶頸的手段一光接入網(wǎng)
近幾年，網(wǎng)絡(luò)的核心部分發(fā)生了翻天覆地的變化，無(wú)論是交換，還是傳輸都己更新了好幾代。不久，網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò)，而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線(xiàn)銅線(xiàn)主宰的(90％以上)、原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技術(shù)上存在巨大的反差，制約全網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。為了能從根本上徹底解決這一問(wèn)題，必須大力發(fā)展光接入網(wǎng)技術(shù)。因?yàn)楣饨尤刖W(wǎng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）減少維護(hù)管理費(fèi)用和故障率；（2）配合本地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大覆蓋；（3）充分利用光纖化所帶來(lái)的一系列好處；（4）建設(shè)透明光網(wǎng)絡(luò)，迎接多媒體時(shí)代。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：光纖通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)接入技術(shù)
近年來(lái)隨著傳輸技術(shù)和交換技術(shù)的不斷進(jìn)步，核心網(wǎng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了光纖化、數(shù)字化和寬帶化。同時(shí)，隨著業(yè)務(wù)的迅速增長(zhǎng)和多媒體業(yè)務(wù)的日益豐富，使得用戶(hù)住宅網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求也不只局限于原來(lái)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的需求已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢(shì)，現(xiàn)有的語(yǔ)音業(yè)務(wù)接入網(wǎng)越來(lái)越成為制約信息高速公路建設(shè)的瓶頸，成為發(fā)展寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的障礙。
一、光纖通信技術(shù)定義
光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸?shù)耐ㄐ帕κ健Ｕ撐陌偈峦ㄔ诠饫w通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或?qū)Рü艿膿p耗低得多，所以說(shuō)光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍。光纖是用玻璃材料構(gòu)造的，它是電氣絕緣體，因而不需要擔(dān)心接地回路，光纖之間的中繞非常小，光波在光纖中傳輸，不會(huì)因?yàn)楣庑盘?hào)泄漏而擔(dān)心傳輸?shù)男畔⒈蝗烁`聽(tīng)，光纖的芯很細(xì)，由多芯組成光纜的直徑也很小，所以用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決了地下管道擁擠的問(wèn)題。
二、光纖通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)
2.1頻帶極寬，通信容量大光纖比銅線(xiàn)或電纜有大得多的傳輸帶寬，光纖通信系統(tǒng)的于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。散波長(zhǎng)窗口，單模光纖具有幾十GHz?km的寬帶。對(duì)于單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)，由于終端設(shè)備的電子瓶頸效應(yīng)而不能發(fā)揮光纖帶寬大的優(yōu)勢(shì)。通常采用各種復(fù)雜技術(shù)來(lái)增加傳輸?shù)娜萘浚貏e是現(xiàn)在的密集波分復(fù)用技術(shù)極大地增加了光纖的傳輸容量。采用密集波分復(fù)術(shù)可以擴(kuò)大光纖的傳輸容量至幾倍到幾十倍。目前，單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般在2.5Gbps到1OGbps，采用密集波分復(fù)術(shù)實(shí)現(xiàn)的多波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到單波長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)的數(shù)百倍。巨大的帶寬潛力使單模光纖成為寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的首選介質(zhì)。
2.2損耗低，中繼距離長(zhǎng)目前，實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)使用的光纖多為石英光纖，此類(lèi)光纖損耗可低于0.20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低，因此，由其組成的光纖通信系統(tǒng)的中繼距離也較其他介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)長(zhǎng)得多。如果將來(lái)采用非石英系統(tǒng)極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降的更低。這意味著通過(guò)光纖通信系統(tǒng)可以跨越更大的無(wú)中繼距離；對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)途傳輸線(xiàn)路，由于中繼站數(shù)目的減少，系統(tǒng)成本和復(fù)雜性可大大降低。目前，由石英光纖組成的光纖通信系統(tǒng)最大中繼距離可達(dá)200多km，由非石英系極低損耗光纖組成的通信系至數(shù)公里，這對(duì)于降低通信系統(tǒng)的成本、提高可靠性和穩(wěn)定性具有特別重要的意義。
2.3抗電磁干擾能力強(qiáng)我們知道光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯(lián)系的一個(gè)重要特性是光波導(dǎo)對(duì)電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線(xiàn)平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。它是一種非導(dǎo)電的介質(zhì)，交變電磁波在其中不會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，即不會(huì)產(chǎn)生與信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲。這樣，就是把它平行鋪設(shè)到高壓電線(xiàn)和電氣鐵路附近，也不會(huì)受到電磁干擾。這一點(diǎn)對(duì)于強(qiáng)電領(lǐng)域(如電力傳輸線(xiàn)路和電氣化鐵道)的通信系統(tǒng)特別有利。
2.4光纖徑細(xì)、重量輕、柔軟、易于鋪設(shè)光纖的芯徑很細(xì)，約為0.1mm，由多芯光纖組成光纜的直徑也很小，8芯光纜的橫截面直徑約為10mm，而標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜為47mm。這樣采用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決了地下管道擁擠的問(wèn)題，節(jié)約了地下管道建設(shè)投資。此外，光纖的重量輕，柔韌性好，光纜的重量要比電纜輕得多，在飛機(jī)、宇宙飛船和人造衛(wèi)星上使用光纖通信可以減輕飛機(jī)、輪船、飛船的重量，顯得更有意義。還有，光纖柔軟可繞，容易成束，能得到直徑小的高密度光纜。
2.5保密性能好對(duì)通信系統(tǒng)的重要要求之一是保密性好。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電通信方式很容易被人竊聽(tīng)，只要在明線(xiàn)或電纜附近設(shè)置一個(gè)特別的接收裝置，就可以獲取明線(xiàn)或電纜中傳送的信息，更不用去說(shuō)無(wú)線(xiàn)通信方式。光纖通信與電通信不同，由于光纖的特殊設(shè)計(jì)，光纖中傳送的光波被限制在光纖的纖芯和包層附近傳送，很少會(huì)跑到光纖之外。即使在彎曲半徑很小的位置，泄漏功率也是十分微弱的。并且成纜以后光纖在外面包有金屬做的防潮層和橡膠材料的護(hù)套，這些均是不透光的，因此，泄漏到光纜外的光幾乎沒(méi)有。更何況長(zhǎng)途光纜和中繼光纜一般均埋于地下。所以光纖的保密性能好。此外，由于光纖中的光信號(hào)一般不會(huì)泄漏，因此電通信中常見(jiàn)的線(xiàn)路之間的串話(huà)現(xiàn)象也可忽略。
三、光纖接入技術(shù)
隨著通信業(yè)務(wù)量的不斷增加，業(yè)務(wù)種類(lèi)也更加豐富，人們不僅需要語(yǔ)音業(yè)務(wù)，高速數(shù)據(jù)、高保真音樂(lè)、互動(dòng)視頻等多媒體業(yè)務(wù)也已經(jīng)得到了更多用戶(hù)的青睞。光纖接入網(wǎng)可分為有源光網(wǎng)絡(luò)A(ON)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)((PON。)采用SDH技術(shù)、ATM技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)在光接入網(wǎng)系統(tǒng)中稱(chēng)為有源光網(wǎng)絡(luò)。若光配線(xiàn)網(wǎng)(ODN全)部由無(wú)源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，則這種光接入網(wǎng)就是無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)階段，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)P(ON)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)FT－Tx的主流技術(shù)。典型的PON系統(tǒng)由局側(cè)OLT光(線(xiàn)路終端)、用戶(hù)側(cè)ONUO/NT(光網(wǎng)絡(luò)單元)以及ODN-OrgnizationDevelopmentNetwork(光分配網(wǎng)絡(luò))組成。PON技術(shù)可節(jié)省主干光纖資源和網(wǎng)絡(luò)層次，在長(zhǎng)距離傳輸條件夏可提供雙向高帶寬能力，接入業(yè)務(wù)種類(lèi)豐富，運(yùn)維成本大幅降低，適合于用戶(hù)區(qū)域較分散而每一區(qū)域內(nèi)用戶(hù)又相對(duì)集中的小面積密集用戶(hù)地區(qū)。
為實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩瑵M(mǎn)足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息流進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)的關(guān)鍵技術(shù)。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達(dá)置的不同，有FTB、FTTC，F(xiàn)TTCab和FTTH等不同的應(yīng)用，統(tǒng)稱(chēng)FTTx。
FTTH(光纖到戶(hù))是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶(hù)提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿(mǎn)足寬帶接入的需求。我國(guó)從2003年起，在“863”項(xiàng)目的推動(dòng)下，開(kāi)始了FTTH的應(yīng)用和推廣工作。迄今已經(jīng)在30多個(gè)城市建立了試驗(yàn)網(wǎng)和試商用網(wǎng)，包括居民用戶(hù)、企業(yè)用戶(hù)、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類(lèi)型，也包括運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢(shì)頭良好。不少城市制定了FTTH的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，有的城市還制門(mén)了相應(yīng)的優(yōu)惠政策，這此都為FTTH在我國(guó)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。
在FTTH應(yīng)用中，主要采用兩種技術(shù)，即點(diǎn)到點(diǎn)的P2P技術(shù)和點(diǎn)到多點(diǎn)的xPON技術(shù)，亦可稱(chēng)為光纖有源接入技術(shù)和光纖無(wú)源接入技術(shù)。P2P技術(shù)主要采用通常所說(shuō)的MC(媒介轉(zhuǎn)換器)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)和局端的自接連接，它可以為用戶(hù)提供高帶寬的接入。目前，國(guó)內(nèi)的技術(shù)可以為用戶(hù)提供FE或GE的帶寬，對(duì)大中型企業(yè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，是比較理想的接入方式。
1.1SDH光纖通信在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
SDH光纖通信在鐵路通信系統(tǒng)里的使用解決了PDH光纖通信使用存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上有所突破，讓鐵路通信系統(tǒng)更加穩(wěn)定和流暢。借助SDH設(shè)備構(gòu)成的具備自愈保護(hù)作用的環(huán)網(wǎng)形式，能在傳輸媒體主要信號(hào)中斷的時(shí)候自動(dòng)利用自愈網(wǎng)及時(shí)恢復(fù)正常的通信狀態(tài)。相較于與PDH技術(shù)，SDH技術(shù)有四個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：一是網(wǎng)絡(luò)管理能力更強(qiáng)；二是比特率和接口標(biāo)準(zhǔn)均統(tǒng)一，讓各個(gè)廠(chǎng)家設(shè)備間的互聯(lián)成為了可能；三是提出“自愈網(wǎng)”這一新理論，能在傳輸媒體主要信號(hào)中斷時(shí)及時(shí)恢復(fù)正常；四是運(yùn)用字節(jié)復(fù)接技術(shù)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)各個(gè)支路信號(hào)。鑒于SDH光纖通信技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，所以在鐵路通信網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃里，已經(jīng)明確提出了要著重發(fā)展基于同步數(shù)字系列（SDH）基礎(chǔ)上的傳送網(wǎng)[2]。就以xx鐵路為例，該鐵路基于新敷設(shè)20芯光纜里的其中4芯光纖基礎(chǔ)上，開(kāi)設(shè)SDH2.5Gb/s（1+1）光同步傳輸系統(tǒng)為長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)，在鐵路的相應(yīng)經(jīng)過(guò)點(diǎn)均設(shè)置了SDH2.5Gb/sADM設(shè)備，并借助622Mb/s光口同接入層傳輸設(shè)備相連，發(fā)揮上聯(lián)和保護(hù)作用。此外，還借助2芯光纖開(kāi)設(shè)了SDH622Mb/s（1+0）光同步傳輸系統(tǒng)，將其作為當(dāng)?shù)氐闹欣^網(wǎng)，并在鐵路相應(yīng)經(jīng)過(guò)點(diǎn)以及新開(kāi)設(shè)的各個(gè)中間站和線(xiàn)路新設(shè)置了SDH622Mb/s設(shè)備。
1.2DWDM光纖通信在鐵路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
DWDM光纖通信技術(shù)是借助單模光纖寬帶與損耗低的特點(diǎn)，由多個(gè)波長(zhǎng)構(gòu)成載波，許可各個(gè)載波信道能同時(shí)在同一條光纖里傳輸，如此一來(lái)，在給定信息傳輸容量的情況西夏，就能降低所需光纖的總量。使用DWDM技術(shù)，單根光纖能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)流量可以高達(dá)400Gb/s。DWDM技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是其協(xié)議與傳輸速度是沒(méi)有關(guān)聯(lián)的，以DWDM技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)可以使用IP協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議、ATM等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每秒處理數(shù)據(jù)流量在100Mb~2.5Gb之間。也就是說(shuō)，以DWDM技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)能在同一個(gè)激光信道上以各種傳輸速度傳輸各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)流量。當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)鐵路通信網(wǎng)里DWDM技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其中滬杭-浙贛鐵路干線(xiàn)就是國(guó)內(nèi)第一條使用DWDM光纖傳輸系統(tǒng)的鐵路。此外，京九、武廣等鐵路的DWDM光纖傳輸系統(tǒng)也在建設(shè)與使用中。就拿京九鐵路來(lái)說(shuō)，京九鐵路線(xiàn)使用的是具有開(kāi)放性的DWDM系統(tǒng)和設(shè)備，能兼容各種工作波長(zhǎng)以及廠(chǎng)商的SDH設(shè)備。波道數(shù)量為16，波道速率基礎(chǔ)為每秒2.5Gb，借助京九線(xiàn)20芯光纜里的2芯G.652單模光纖，使用單纖單向傳輸?shù)姆绞剑簿褪钦f(shuō)相同波長(zhǎng)在兩個(gè)方向上都能多次使用，光接口滿(mǎn)足ITU-TG.692協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。
2結(jié)語(yǔ)
光纖通信系統(tǒng)主要包括接收、發(fā)射以及基本光纖傳輸系統(tǒng)，詳見(jiàn)圖1。二、礦山通信(一)礦山通信的現(xiàn)狀自二十世紀(jì)80年代中期以來(lái)，世界各大廠(chǎng)商就推出了多種標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，在50多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中有十幾種常用的。例如工業(yè)以太網(wǎng)、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(FF)等。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的傳輸介質(zhì)有很多種，主要有視頻監(jiān)控支持信號(hào)線(xiàn)、人員定位支持雙絞線(xiàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)支持雙絞線(xiàn)、光纜、通信聯(lián)絡(luò)支持無(wú)線(xiàn)通信等。這些業(yè)務(wù)都有向以太網(wǎng)兼容發(fā)展的趨勢(shì)。例如基于工業(yè)以太網(wǎng)的各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于WIFI通信的信息傳輸系統(tǒng)，其中WIFI的使用范圍和發(fā)展尤為迅速且日益壯大。
二、礦山通信的制約因素
礦山通信企業(yè)的特點(diǎn)主要是設(shè)備更新速度慢、建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)等。由于每個(gè)時(shí)期的通信設(shè)備都一起運(yùn)行，所以會(huì)有信息孤島現(xiàn)象的問(wèn)題存在。且其內(nèi)部系統(tǒng)有不少不同來(lái)源的信息。例如礦山系統(tǒng)和外部環(huán)境間有信息流動(dòng)和交換的現(xiàn)象，其中包括礦產(chǎn)品銷(xiāo)售、人力供應(yīng)、電力供應(yīng)等。這類(lèi)信息相互制約、相互影響。礦山井下施工建設(shè)中，由于井下結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小、接收不到信號(hào)等因素，急需先進(jìn)的礦山通信技術(shù)，以便在施工過(guò)程中能準(zhǔn)確、及時(shí)的傳輸信息，為優(yōu)化方案提供參考的依據(jù)。
三、光纖通信與礦山通信系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際應(yīng)用
(一)礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)中的應(yīng)用
光纖的高寬帶、低成本等特點(diǎn)能滿(mǎn)足礦山信息傳輸日益增長(zhǎng)的需求［2］。國(guó)家已經(jīng)制定了光纜使用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，很多礦山企業(yè)也投入生產(chǎn)使用。目前一些普通光纜線(xiàn)、架空地線(xiàn)復(fù)合光纜以及阻燃光纜等都被礦山企業(yè)利用，以連接各礦山建筑設(shè)施和采礦點(diǎn)。這類(lèi)光纜的使用大大提高了施工的便捷性和線(xiàn)路的穩(wěn)定性，同時(shí)還能有效節(jié)約施工建設(shè)的成本。因?yàn)樵黾庸饫w芯數(shù)并對(duì)光纖價(jià)格的影響不大，所以在需要光纖芯數(shù)的基礎(chǔ)上再適當(dāng)預(yù)留一點(diǎn)，以免日后需要時(shí)能及時(shí)提供，以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)多樣性的需求。由于光纖通信技術(shù)具有一致性傳輸系統(tǒng)介質(zhì)的特點(diǎn)，所以，現(xiàn)代礦山通信系統(tǒng)的建設(shè)中，可以將光纖以太網(wǎng)作為介質(zhì)，其傳輸距離遠(yuǎn)，損耗低，承載力強(qiáng)，其接入方法即介質(zhì)轉(zhuǎn)換，光纖兩端都是光貓，從光貓出來(lái)有的需要接入光端轉(zhuǎn)換設(shè)備，把光纖帶的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)線(xiàn)攜帶的數(shù)字信號(hào)，有些光貓集成的轉(zhuǎn)換功能，可以直接轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號(hào)。利用光纖線(xiàn)路構(gòu)建一個(gè)礦山骨干通信網(wǎng)，再加入無(wú)線(xiàn)設(shè)備和該通信網(wǎng)配合使用，為礦區(qū)提供無(wú)線(xiàn)設(shè)備或有線(xiàn)光纜的雙重信息傳輸和接收口。圖2礦業(yè)光纖以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型例如，某礦業(yè)根據(jù)礦區(qū)的實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)建設(shè)和相關(guān)系統(tǒng)的整合，建立了光纖以太網(wǎng)，該組網(wǎng)可以全面覆蓋整個(gè)礦區(qū)的建筑。其中工業(yè)環(huán)網(wǎng)的整個(gè)線(xiàn)路連接選用變電所、兩個(gè)大車(chē)間以及辦公樓，礦區(qū)的地表到井下被全部覆蓋;其分支線(xiàn)路覆蓋了所有生活區(qū)域。光纜可以傳輸人員定位、電力調(diào)度、視頻監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有線(xiàn)電視等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一條光纜線(xiàn)的多種業(yè)務(wù)同時(shí)使用，既節(jié)約施工費(fèi)用又節(jié)約工程建設(shè)的成本。關(guān)于該礦山企業(yè)的光纖以太網(wǎng)的構(gòu)建結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。將光纖通信技術(shù)運(yùn)用到礦山企業(yè)工程中，建設(shè)完整的光纖骨干網(wǎng)，為各種業(yè)務(wù)傳輸信息數(shù)據(jù)，以解決數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的鏈路問(wèn)題。
(二)礦區(qū)電力中的應(yīng)用
當(dāng)前，礦山電力系統(tǒng)中很多自動(dòng)化設(shè)備只應(yīng)用于漏電保護(hù)、防爆開(kāi)關(guān)和配電網(wǎng)等相關(guān)功能，它們之間沒(méi)有互相連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，都是單獨(dú)運(yùn)行的狀態(tài)。礦井復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)供電系統(tǒng)的工程量提出更高要求，配電供電服務(wù)系統(tǒng)以及變電所建設(shè)的主要目的是保障開(kāi)挖采掘運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程是暢通的。但在實(shí)際井下挖掘作業(yè)時(shí)，由于井下復(fù)雜的地質(zhì)條件，供電系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障，一旦失去電力服務(wù)，井下的挖掘工作就沒(méi)有辦法進(jìn)行，這將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，從而降低礦井開(kāi)采的生產(chǎn)量。利用特種光纖技術(shù)能有效改善井下的供電現(xiàn)狀，在礦山供電系統(tǒng)中應(yīng)用復(fù)合電線(xiàn)可以為井下施工的機(jī)械設(shè)備提供源源不斷的穩(wěn)定電力，保證這些設(shè)備的正常操作和運(yùn)行，利用光纖技術(shù)建立完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，合理使用和分配電力資源，確保礦山施工區(qū)域供電的穩(wěn)定性。同時(shí)，還可以在一定程度上節(jié)省建設(shè)供電系統(tǒng)的成本，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，也能有效縮減成本，從而有效提高礦山企業(yè)工程建設(shè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。在完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)基礎(chǔ)上，再采用以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建更加完善的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。除此之外，光纖技術(shù)還可以結(jié)合多媒體顯像技術(shù)，對(duì)井內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在很大程度上提高了礦井開(kāi)采的工作效率。工作人員通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以充分掌握礦井內(nèi)部的實(shí)際施工情況。如果井下有設(shè)備故障等問(wèn)題，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)準(zhǔn)確地反映故障的實(shí)際情況和具置，并第一時(shí)間切斷故障發(fā)生的局部電源，同時(shí)發(fā)出警報(bào)，提示工作人員，以便在第一時(shí)間實(shí)施具體可行的解決措施，并在最快時(shí)間內(nèi)恢復(fù)井內(nèi)供電，將故障帶來(lái)的影響和損失降到最低。
四、結(jié)束語(yǔ)
