光纤通信原理及其传输可靠性技术分析

樊玥彤

摘 要 光纤通信可以说是人类通信历史上一次深远的变革。光纤通信以光为信号传输介质，具备抗电磁干扰、传输容量大、传输损耗小等诸多优点。虽然光纤通信问世的时间比较短，但是它一问世便得到广泛应用并迅速发展。光纤本身受外力破坏性小，可靠性高，虽然其本身造价相比于金属传输介质要高，但施工建设成本低，稳定性好。文章对光纤通信原理及其传输可靠性技术进行详细分析，从技术层面对光纤通信的稳定性进行探讨。

关键词 光纤通信；原理；可靠性

中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）224-0128-03

光纤通信技术自问世以来，因为其特殊的物理特性，使其在传输信息的过程中能够具备较大的通信容量，其本身也具有远距离传输过程中损耗较小的优点[ 1 ]。由于光波长的不同，所以携带的信息也不同，因而能够传输大量不同类型的信息数据，且光本身性能稳定，抗干扰能力强[2-3]。所以光纤通信一经问世便广泛应用于各种通信网络，极大地满足了人们日益增长的生活和业务沟通的需要。

光纤通信是利用光导纤维作为传播载体传输光信号，通过不同波长的光信号传播以实现不同信息之间的传递交流。现代的光纤通信传输系统的主要组成部分包括将电信号转换为光信号的发射器和传递光信号的光纤。除此之外系统中还包括各类光路放大器，以及将光信号再转换为电信号的光接收器[4-5]。

1 光纤通信技术概述

1.1 光纤通信结构模型

光纤的主要组成部分包括内芯和包层两部分[5-6]，内芯的成分主要就是传输光信号的石英玻璃，其宽度一般为几微米到几十微米；顾名思义，包层的作用自然就是保护内芯。实际上，如今生活中规模庞大的光纤通信系统仅靠单根的光纤传递信息自然是不够的，在一般情况下，是由大量的光纤紧密结合，由此组成光缆。光纤主要是由石英玻璃制成，石英玻璃具有电气绝缘的特性，因此没有必要考虑接地回路的问题。由于光纤宽度较小，所以光缆布设时占用的体积也很小，这也解决了光缆在布设过程中的空间问题。光缆的基本模型如图1所示。

一整套的光纤通信系统主要由五大部分组成：信号的发射，信号的合波，信号的传输和放大，信号的分离，信号的接收[ 4 ]，其基本示意图如图2所示。

1.2 光纤通信原理分析[6]

光纤通信是通信技术与光电技术的结合，它涉及了光在光纤波导中传输的方式及信号传输时遵守的协议。

光纤的内部组成是两层光学性质不同的石英玻璃。当光线以一定的临界角由光密介质入射到光疏介质时，产生全反射现象，光纤通信就是利用这一现象以全反射的方式，在光纤中不断向前传输。光本身也是一种电磁波，而电磁波就能够满足麦克斯韦方程组通解的表达式，带入不同的数据就可以得到相应的特解，每一种特解就能表示一种独立的电磁波分布。因此光在传输的过程中，不同分布的光信号也就代表了光所携带的信息的不同。

在通信信号由电信号转变为光信号后，信号中往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多传输信道却不能传输低频或者直流的信号。因此，必须先对信号进行调制。当经过调制的光信号在光纤中传输时，有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。而在任何传输信道中，传输的速率是有上限的，如果传输速率过大就会出现严重的串扰问题，为了尽可能高地提高信道的利用率，在实际光纤传输的过程中往往通过提高信噪比来实现这一目的。

1.2 光纤通信关键技术分析[7]

由于如今社会信息传输量十分巨大，所以除了在提高信噪比提高利用率之外。波分复用技术成为了光纤通信中提高传播效率的重要技术手段。波分复用技术主要指在同一时刻，利用一根光纤同时传输多个光载波。如果这些光的波长间有足够的间隔，则每路光信号就可以在一根光纤上同时传输而不会相互干扰，这就是光纤通信使用的波分复用技术。如果一根光纤利用n路的分频复用，每路光信号带有10Gbit/s的数字信号，则光纤传输容量将为？n×l0Gbit/s，这样就打破了电子瓶颈对传输速率的限制。由此可见，复用技术是在不改变光纤数量和规模的前提下扩容的一种优良方法。目前光纤的单波长传输速率已经能够达到40Gbit/s。而经过波分复用技术后，一条线路上的光纤在同一时间段内能够传输的信息容量将是巨大的。

2 光纤传输可靠性技术分析

2.1 光纤传输可靠性的技术措施

2.1.1 光缆的可靠技术

正如前文所述，光缆本身可容许的频带极宽，通信容量大，光缆比其他材料制成的线缆的传输带宽大得多，长波长窗口，目前单模光纤就已经具有了50GHz/km～80GHz/km的带宽。尤其是如今通信行业广泛采用的密集波分复用技术，更是以幾何倍率增加了光缆在同一时刻的传输容量。除此之外，由于光通过全反射传输的过程中损耗极低，中继距离就能够变得更长。目前大部分光纤的损耗率已经能够低于0.2dB/km。因此对于国家干线，省际干线这样的超长途传输线路而言，由于中继站数目的减少，传输线路的建设成本和维护成本大大降低。这对于提高信号传输过程中可靠性和稳定性都具有十分重大的意义。

2.1.2 组网的可靠性技术

在光纤通信中，组网的方式多种多样。如果按照拓扑结构进行分类的话光纤通信中组网结构可分为星型结构，环形结构，总线型结构，分布式结构，树形结构几大类。每一种组网结构都有自身的特点和适应范围，对于不同的传输需求，可以选择于其相匹配的光纤组网结构，以此来保证传输效率和的最大化和传输信息的准确性。

2.2 光纤传输可靠性的管理措施

2.2.1 控制光缆接入端口

通过前文的分析可知，光纤传输过程中不易受到外界干扰，传输速率较快且信号的损耗极小。所以光信号的输入段，即光缆的接入端口的稳定可靠也就决定了光纤通信传输过程中的可靠性。通常端口在设置时通常选择靠近光纤组网拓扑图中的光节点附近，这样进入光纤通信系统的光信号可传输的方向也就更广。除此之外，为了便于对接入端口的日常维护，端口通常设置在便于维护人员维护的光缆出入口或者光缆的汇集点上，同时设置的位置应该安全隐蔽，避免因施工维护，自然灾害等外部损伤而导致的端口损坏问题，从而导致该路光纤传输系统无法正常运行。

以上是对光缆接入端口在技术和维护层面的管理措施分析。另一方面，出于通信保密性的需要，接入端口应该设定专有的IP通信协议，在此基础上灵活地选用不同的接入方式和信号输入方式，以保证信号传输过程中的保密性。

该安全隐蔽，避免因施工维护，自然灾害等外部损伤而导致的端口损坏问题，从而导致该路光纤传输系统无法正常运行。

以上是对光缆接入端口在技术和维护层面的管理措施分析。另一方面，出于通信保密性的需要，接入端口应该设定专有的IP通信协议，在此基础上灵活地选用不同的接入方式和信号输入方式，以保证信号传输过程中的保密性。

2.2.2 建立科学的维护机制

光纤传输系统的维护主要分为硬件设备的维护和传输网络的维护。对硬件系统的维护顾名思义就是要建立科学的巡检制度，在发现光缆或相关系统的故障后能够及时进行解决。

对传输网络的维护主要依靠在传输网络中建立并完善防火墙维护技术，以此避免通信信息的泄露，保证信息安全。光纤通信网络防火墙必须做到实时监控，发现存在破坏系统的程序时要及时进行查杀，防火墙的防御水平要不断提升，弥补缺陷，使通信信息的保密性更高。

3 结论

光纤通信的发展掀起了人类社会通信方式的巨大变革。光纤通信的出现，直接推动了人类社会进入了信号系统高速发展的时代。光纤通信系统给我们的生活创造了许许多多的便利，电话，电视网络系统和计算机网络系统也在光纤通信发展的过程中不断的发展，结合，达到新的高度。然而光纤通信系统带来的优势远远不止这些，就目前的发展形势来看，光纤通信系统还有更为可观的发展前景，它将在未来带给人们一次又一次的震撼。

从光纤通信系统问世到现在仅仅经过了四十年的时间，而光传输的速率却在这40年中以惊人的速度高速增长[ 8 ]。在短短10年的发展过程中，光传输的速率就增长了几乎百倍，令人惊叹。在光纤通信系统诞生之后，各式各樣的光通信新技术也随之诞生，成为了人类社会发展的新动力。而人类对通信的无止境需求，将促使着光纤通信系统继续向前迅速发展，这必将对电子通信行业的进步，乃至整个人类社会经济的发展产生十分深远的影响。

参考文献

[1]陈鑫.通讯工程中有线传输技术的应用及改进探讨[J].中国新通信，2017，19（6）：102-103.

[2]李广群.浅议光纤通信的特征与运用[J].农村实用科技信息，2014（8）：45.

[3]朱小龙.浅论光纤通信技术的特点和发展趋势[J].通讯世界，2016（14）：47.

[4]谭明威.浅谈电信光纤通信技术[J].信息通信，2014（7）：240-241.

[5]方跃生，陈皓，曾凡兴.光纤技术发展及其在电力通信中的应用[J].电力信息与通信技术，2014，12（8）：20-26.

[6]何葆丰.通信系统中的光纤通信技术分析[J].中国新通信，2017，19（14）：36-37.

[7]蒋辉.浅谈光纤移动通信技术的特点及发展前景分析[J].信息记录材料，2017，18（9）：12-13.

[8]张煦.光通信技术快速发展的历程和趋向[J].光纤与电缆及其应用技术，2001（1）：1-6.