光纤通信技术在通信工程中的应用及发展方向探究

杜永建

（广州奥鑫通讯设备有限公司，广东 广州 510925）

0 引 言

光纤技术已经成为当前通信应用的主流技术，使得通信传输变得更加高效。新型光纤通信技术的革新促进了各个领域的发展，带来了新的机遇和挑战。基于光纤通信技术的各种优点，有必要加深对其的探究，以促进光纤通信技术获得更广泛的应用。

1 光纤通信技术概述

光纤通信技术是用光纤来传输信号，实现信息的传递，是当前最重要的通信传输方式之一。光纤通信技术利用光波作载波，以光纤作为传输媒质，将信息从一处传至另一处[1]。光纤材料通常由石英玻璃材料制成，具有优异的绝缘性能，可以有效避免发生电路接地和线串现象，因此光纤通信信号传输距离远，抗干扰能力突出。光纤作为一种传输信号的媒介，在日常生活中起到了重要作用，已逐渐成为重要的通信方式，也成为新的发展方向。光纤主要由外层与内层构成。外层保护光纤，主要包括外层绝缘保护层、中层包层以及涂层。在实际信息的传输中，纤芯的包层折射率差异能够反映通信信息的传输效率与能力。涂层能够有效提升光纤的韧性，同时承担着保护光纤的重要作用，使光纤能够在稳定的环境下进行大量数据的稳定输出与传导。而光纤最主要的便是内芯，一般直径只有几十微米或是几微米。

光纤通信系统中，具有传导作用的光纤光缆由大量光纤组成，具有单位时间内传输速率高、传输频带广阔以及传输量大等特点，对信息的快速传输具有重要作用。这种光纤具有体积小和重量轻的优点，同时对金属材料的依赖性少，与传统的铜线通信电缆相比更加环保节约。近年来，随着高速激光器技术的不断发展，光纤传输速率、带宽以及传输延时等技术指标不断改进，使得光纤通信技术在移动互联网、光纤到户以及数据中心等方面得到了广泛应用。在军事方面，光纤传输具有速率高、响应快以及抗干扰能力强等特点，有源光纤连接器将逐步取代目前的光电连接器，从而缩短军事装备的反应能力，极大提升作战能力，具有良好的军事应用前景。

2 光纤通信技术现状

2.1 光孤子技术

当前，光纤通信技术中的光孤子技术广为人知。孤子又称孤立波，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、幅度以及速度都维持不变的脉冲状行波。孤子与其他同类孤立波相遇后，能维持其幅度、形状以及速度不变。光孤子在全光网络、光通信以及光逻辑器件方面有着非常重要的应用，能够提高通信过程的稳定性、完整性以及运行效率。光孤子通信技术的革新为光纤通信提供了技术支持，通过信号的光学特性实现信号传输过程，消除了非线性方法，改善了信号运行的控制机制，并在信号传输过程中利用微波脉冲原理实现了有效的信号传输。光孤子技术保障了通信传输在运行效率和速度方面的稳定性，有效提高了传输工具的使用率[2]。

2.2 单模和多模光纤传输技术

单模和多模光纤在光网络中的应用非常普遍。单模光纤的中芯是直径为9 μm的玻璃芯，只可以传输一种单一模式的光纤频率，因此单模间的色散较小，通常应用在长距离传输通信中，但材料色散和波导色散存在问题。这种情况下，单模光纤对光源的谱宽和光源传输的稳定性提出了较高要求，规定光谱的谱宽要窄，稳定性要强。

多模光纤主要是指直径规格为62.5 μm/125 μm或50 μm/125 μm的光纤。按照折射率与分布情况，它可以大致分为渐变型和突变型两种。多模光纤维在传输中模式复杂多样，多种类下传导模式的传播速率与常数和传播群速率会有不同的表现。多模光纤宽带相对较窄，色散较大，同传输情况下的损耗也会很大，通常只适用于终端距离和小范围的光纤通信传输。根据单模和多模光纤传输技术的特点，光网络建设中可以根据应用场景选择不同的技术方案，从而实现光网络最大的传输容量和更低的铺设成本。

2.3 波分复用技术

波分复用技术是一种先将不同波长类型和不同系列信息的光信号源合为一种光束，后在接收段通过单根光纤的传输将不同波长信号分开的重要技术。这种技术可以在一根光纤上进行多路传输，通过每路信号的组合与传输的特殊波长信号进行信息传输。波长信道的变化可以使波分复用技术充分发挥光纤的宽带资源，即便是一根光纤也可以达到单波长传输容量下几十倍的增长与爆发[3]。对于早期铺设的光网络，只需增加波长信道，就可以轻易实现扩容操作，实现最经济的架设方式。目前，在建的5G基站前传网络采用了波分复用技术，可充分利用基站到机房铺设的有限的光纤资源，达到扩充光纤传输容量的目的。

3 光纤通信技术的发展前景

3.1 智能光网络技术的构建

智能光网络（Automatically Switched Optical Network，ASON）是在传送平面SDH和光传送网（Optical Transport Network，OTN）之上增加了独立控制平面的光网络，可以在两个客户网元之间提供具有固定带宽的传输通道，通道界定在光网络的输入接入点和输出接入点之间。智能光网络具有出色的灵活性和可扩展性，在实际应用中可以实现网络传输层和管理层之间的有效连接。该网络在控制层中具有特定的开发功能，有助于形成稳定的连接网络，在确保网络传输质量的同时，更好地满足应用场景的需要。智能光网络技术在实际应用过程中优势明显，具体应用于SDH业务、OTN业务、以太网业务、基于光纤连接（FICON）、企业系统连接（ESCON）以及光纤通道（FC）的存储域网络（SAN）业务等业务。ASON对新业务类型具有可扩展性，可以支持多种类型的业务模型，且每种业务模型都有自身的业务属性、目标市场以及业务管理需求[4]。

3.2 高速移动无线网络建设

随着平板电脑和智能手机等移动终端的大量涌现，用户对移动无线网络建设的要求越来越高，催生了3G、4G、5G以及移动互联网技术的出现。移动通信从最早期的文字传输为主，变成了高清画面和实时直播的视频信号传输为主。其中，移动无线网已经成为新一代通信网络建设的重点，甚至被列入国家重点投资的新基建项目。未来，随着人工智能、无人驾驶、云计算以及VR/AR等新应用场景的不断发展，人们对移动无线网络的带宽、延时以及传输速率等指标提出了更高的技术要求，将不断推进高速移动无线网络技术的发展。

3.3 大规模云网络建设

云网络是云时代互联网技术整合和应用的总称。光纤通信技术不断发展，催生了5G移动网络、工业互联网以及物联网等新型应用，使得光纤网络无处不在，信息容量呈现指数级增长。要实现这些信息的共享，必须有专门的网络对其进行存储，以保证能够随时高效地获取信息。因此，近年来数据中心得到了蓬勃发展，共享经济模式也不断推陈出新，未来将实现万物互联。可见，云网络建设势必将得到更快发展。

4 光纤通信技术的具体应用

4.1 在通信方面的应用

现阶段，在通信领域，光纤传导技术利用光导纤维作为传播媒介，在一些城际通信、异地通信以及国际通信中发挥了举足轻重的作用。从光纤通信技术的发展可以看出，光纤技术的有效应用是今后通信行业发展的重要导向。光纤维技术的不断进步能体现新通信模式下光纤传输的重要意义，为城市间的沟通构架重要的信息桥梁，为智慧城市和AI城市的发展做出重要贡献，为城市的和谐发展打下基础。

4.2 在电力通信方面的应用

在人们常常接触的生活能源中，电力能源的比例已经超过了70%。在我国现代建设与发展过程中，经济的迅速发展离不开电力的重要支持。国家电网对国家电力具有重要作用，承受的负荷随着经济的发展不断提高。以往电力系统传输与远程通信结合的方式已经不能满足人们的需要，人工调节的通信方式也已经无法满足现代化发展的要求。新型电力系统的引进是电气化自动技术有效应用的重要前提与基础。电力系统的通信网络在不断发展的情况下，希望以安全稳定的发展趋势保证电力系统与电气化自动设备的正常运作与传输。在此要求下，光纤维通信技术成为当下最合理的选择。

目前，我国大部分电力系统中的主要干线与区域的接入网络依旧采用光纤通信技术。随着技术的不断发展，光纤技术不仅提升了电网系统的效率、传输能力、稳定性以及可靠性，而且减少了电力系统花费的资金成本，促进了国家电力系统和企业的发展，实现了节能减排的目的。

4.3 在传媒行业的具体应用

在传媒行业，为了确保传输信号的稳定与高效，人们对信号的稳定性与传播速度提出了极高的要求。光纤技术的高速率和高稳定性能满足传媒信息传播的需求，能够使电视信号在传输过程中不发生损耗，确保媒体画面与声音的品质与要求。如今，大部分媒体公司应用光纤技术进行大规模的建设，使得信号传输更加稳定快捷。传媒事业的发展为光纤维通信技术的广泛应用提供了有利环境，光纤维通信技术的发展则为传媒的高品质音频视频提供了重要的传输平台。

4.4 在互联网中的具体应用

由于互联网领域的特殊性，光纤技术的出现促进了互联网信息传输的发展。光纤通信技术不仅为互联网时代的快速发展打下了重要的信息基础，而且提升了用户上网速度。在数字化信息传输时代，传播形式不断变化，传统转化数字信号传输的质量与内容不是十分清晰与稳定，且传输信号损耗较大，而光信号的传输不会造成太多损耗，传输更稳定，传输质量更加优质和清晰。此外，光纤通信能够有效优化家庭网络环境，使网络更加便捷。网速的提升使得互联网的发展迅猛，使得与互联网相关的物流网、电子商务网以及网上电子银行等行业不断兴起。网上用户通过电脑或手机客户端便可以使网络产品与物联网相结合，而且网速的提升使得产品跟踪与物流情况更加具有时效性。

4.5 在军事方面的具体应用

在现代战争与军事化不断进步和发展的前提下，先进的军事装备对信息信号的精确度与准确度要求较高。世界各国在深入研究信息战略的同时，对信息的保密及安全措施也进行了研究。光纤通信信号在战争中具有较高的保密性，难以被窃取和破解。不仅具有强大的稳定性和可靠性，而且具有巨大的信息容量，能够满足各种需求。战争信息化时代，光纤技术将被应用于更加广阔的舞台。因此，各国将会加大对光纤通信技术的研究力度，实现技术的创新与发展，以提升国家的军事实力。

5 结 论

光纤通信技术的应用广泛，包括移动通信领域、固网通信领域、广播电视领域、计算机应用领域以及国防军事领域等方面，也证明了光纤通信技术发展是通信构架的重要基础。借助光纤通信技术的发展，人们的生活、生产以及工作质量得到了极大改善。通过持续改进光纤通信技术和更新光纤通信网络来提高信息传输水平，对各行业可持续发展具有重要的现实意义。