光纤通信传输技术在通信领域的应用与展望

樊玉俊

（河南大学 欧亚国际学院，河南 开封 475000）

0 引 言

纵观世界，科学技术的发展为这个时代的快速发展提供了强大的动力，便捷的新技术在人们的生活中得到了广泛的应用，从而给人们的生活带来了意想不到的便利，这是科学技术发展带来的福祉，也是人类进步的象征。当下，科技的快速发展离不开互联网技术的发展，同时一个国家的进步也离不开科技创新与发展。光纤通信技术的创新将为国家带来坚固的网络基础设施建设，进而推动国家整体科技水平的发展。我国发展多年以来，一直离不开科技的完善与创新。在现代信息传输的方式当中，光纤通信传输技术是关键的方式之一，它具备较大的传输带宽和传输速率，能应付各种信息通信，符合因特网技术的运用需求。因此，我国高度重视光纤通信，大力发展光纤通信传输技术，并将其运用于各个领域[1]。

1 光纤通信概述

目前，光纤通信快速发展，其所需传递信息的媒介为光纤，传输条件是利用光的全反射条件和相干加强条件。首先在发射端通过光发射机将要传送的携带信息的电信号转化成光信号，其次将其通过光纤进行传输，再次在接收端通过光接收机将传送过来产生畸变且微弱的光信号转化为电信号，最后将电信号进行调整并放大后输入到电接收端机经解调器解调恢复出原始信息。其系统流程如图1所示。近几十年来，光纤光缆行业快速发展，在全球范围内光纤已铺设3×109km以上。与此同时，我国与国际相比较而言，光纤通信技术的总体水平呈现上升趋势。未来，我国市场光纤光缆具有较大的发展空间，但光纤通信技术发展时间较短，因此需要不断进行探索，从而推动新一代通信技术与产业的发展。另外，光纤通信技术对大数据、云计算以及互联网等领域的发展起着至关重要的作用，这些领域的发展与壮大将促进我国社会及城市的进步。基于此，光纤通信技术在未来的技术发展中前途不可限量[2]。

图1 光纤通信系统

2 现代光纤通信传输技术特点

2.1 现代光纤通信传输技术优势

2.1.1 通信容量大

光纤通信传输技术的频带很宽，由香农公式可以推出光纤通信的传输容量很大。光纤通信传输设备的传输带宽与普通传输技术的带宽相对比，前者更宽一些[3]。光纤分单模光纤与多模光纤，单模光纤相对于多模光纤有着较大的传输容量且适合远距离通信。传输容量的扩大能够有效满足当下通信行业的发展。目前，信息传输量呈现上升趋势，因此需要更深入地研究通信传输技术，采取能够长距离及大容量传输的光纤通信技术很有必要。

2.1.2 信息传输耗损少

光纤的主要材料是SiO2，SiO2能很好地反射光信号，并能实现全反射，而且技术非常成熟，进行长距离传输损耗极小。通过光传输和光接收机的配合能够进行数百千米的中继传输，因此被广泛利用在长距离干线通信中。光导纤维在1.55 μm波长范围内的损耗可以降低到0.18 dB/km，比已知的其他通信线路的损耗要低得多。

2.1.3 具有抗电磁干扰能力

光纤是绝缘体，因此不怕雷电的影响，也不受高电压和电磁等外界环境的干扰[4]。各种干扰波的频率一般都比较低，而光纤中传输的是光波，光波具有很高的频率，所以一般环境下干扰波不能影响频率比它高的多的光波。光纤有着杰出的抗核辐射能力，由电绝缘的SiO2材料制成。

2.1.4 串音少保密性好

信息的实时性和保密性是信息传递的重要条件。在各类人际交往过程中，一旦发生信息泄露将对个人的隐私造成较大的影响，因此通信技术对于谈话隐私的保障，无论是商业还是政治活动都及其重要[5]。光纤通信技术无串音且保密性较好，可保障信息的安全性。光信号在管道内部进行传输，可增加信息的保密性和安全性，传输过程中保密性的增强，可有效防止窃听事件的发生。因为光纤的纤芯的折射率比包层的折射率高，光在光纤中的传播是全反射，因此信息在光纤中传输泄露非常微弱，就算是在弯曲位置也无法窃听。想要监听必须要使用光纤熔接机，否则光纤不能分接，无法进行窃听，所以信息在光纤中传输非常安全。

2.1.5 原材料价格实惠、安全性强

光纤是光纤通信技术中最为基础的设备，材料极细且新耗损较低，是一种高透明的电介质材料，由纤芯和包层组成，石英玻璃光纤使用频繁时在光纤通信技术的应用具有一定的促进作用。SiO2用于石英玻璃光纤的制造，此材料方便获取，且开采对环境所造成的伤害较小。光纤在光纤通信技术中使用的过程中，主要是由SiO2构成，但还应根据不同的条件置入剂量不同的物质，从而满足技术设计的要求[6]。

2.1.6 重量轻、体积小、节约金属资源

通信设备的体积和重量对于很多领域都有极其重要的作用，石英的比重是2.2，铜的比重是8.9，传输同量容量的光缆是电缆重量的1/30～1/10。对等重量的光纤和同轴电缆的长度进行比较，1 kg的高纯度石英玻璃可制成成千上万米的光纤，而120 t的铜和500 t铅可制成1 000 km的8管同轴电缆。光纤体积小、重量轻以及柔软易弯曲的特性可以广泛地应用于航空航天和汽车电子等领域。地球上金属资源的储量有限，而制造光纤的石英在地球上取之不尽、用之不竭。

2.2 光纤通信传输技术劣势

光纤线插头塑套内的光纤玻璃丝机械强度差且质地脆，在有外力破坏或者有生物啃咬时容易发生断裂，因此光纤需要实施切断处理和其他的处理工作，通过专业的技术进行维护，但成本非常高。光缆与电缆铺设在同一个坑道中，对光纤设备与管线进行管理的过程中则需重视此结构，否则容易造成光纤设备运行耗损，并给维修工作人员带来不必要的工作量，同时光纤光缆弯曲半径应适中，当光纤光缆的弯曲半径过大或过小超出所承受的范围时，光功率降低，导致通信质量降低。

3 光纤通信传输技术的应用与展望

3.1 用户网的光纤化

接入网是指骨干网络到用户终端之间的网络连接，其长度一般为几百米到几千米，因此被形象的称为“最后一公里”[7]。接入网的接入方式包括铜线接入、光纤接入（Fiber To The X，FFTx）、光纤同轴电缆混合接入以及无线接入等几种方式。FTTx是新一代的光纤用户接入网，用于对电信运营商和终端用户的连接[8]。根据光网络单元的位置，光纤的接入方式主要有光纤到楼（Fiber to The Building，FTTB）、光纤到路（Fiber To The Curb，FTTC）、光纤到户（Fiber To The Home，FFTH）3种形式。在未来，接入网的发展趋势是光纤到桌面（Fiber To The Desktop，FTTD），就是利用光纤替代传统铜线，将其延伸至用户电脑终端。

3.2 全光网络

光交换是指直接通过光纤传输的光信号的交换，在没有将光信号转换成电信号的情况下，可以从携带信息的光信号中直接提取有用信息。目前，光纤通信网络是一种光纤网，传输光信号，网络中没有全光交换机，必须将来自光纤网的光信号通过光接收机转换成电信号。这种方法复杂且浪费资源，需要开发可将光信号直接交换的光交换机。具有自动交换功能的光网络称为ASON，其关键技术是可重组光分插复用器（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers，ROADM），使线路可方便地调度，不但可作光线路的保护，还可满足线路调度和今后发展出租电路的需要[9]。

3.3 智能光网络

该技术的提出是近几年光组网思路的演进和变化。智能光网络最初的想法是来源于几年前提出的IP over WDM网络模型，该技术是对该模型的优化。

近几年来，随着IP等数据业务在骨干网上的飞速增长，WDM技术被广泛应用到网络中来，IP over WDM组网模型被提出，这种模型认为IP等数据包通过相应封装技术可以直接由WDM或OTN网络传送，从而省去了ATM甚至SDH/SONET层面，同时建设超大容量的光传输网，IP业务的业务质量可以得到提升。然而，这种网络模型的建网方式价格高，其主要原因是IP路由器、POS接口以及WDM系统的波长转换器价格都比较昂贵，采用过度建设的策略将导致网络成本很高。

目前，尽管IP数据业务所占用的带宽在某些运营商的网络中超出了传统语音业务所占用的带宽，但是从业务收入角度来说，语音业务费用仍是运营商最主要的收入。因此有必要建立一个新的网络体系结构来更经济、更有效地支撑未来大容量的数据业务。IP数据业务量具有突发性和不确定性，这为通过分配和调度光网络带宽实行动态以实现有效的网络优化提供了机会。对于同样的网络业务需求，这种优化可以减少全网中所需光接口和相应波长的数目，既可以大规模降低建网成本，又可以提高带宽利用率。

3.4 光孤子通信

光孤子通信系统由光孤子激光器与脉冲器进行编码调制，通过光功率放大器补偿传输过程中信号能力的衰耗。在一定条件下，光纤的非线性效应与色散效应相互抵消，从而保持光脉冲在传播过程中不变形，并在光纤中进行大容量和高速传播，到对端通过解码和解调等方式还原传输信号[10]。光孤子通信系统基本结构如图2所示。

图2 光孤子通信系统的基本结构示意图

4 结 论

科技的进步带动人民生活水平的提高，新技术在人们的日常生活中得到显著体现，为人们的生活带来意想不到的便捷。我国的光纤通信技术在快速发展，本文通过分析现代光纤通信传输技术的特点及应用与展望发现，光纤通信技术有着光明的发展前景，将为国家带来坚固的网络基础设施建设，进而推动国家整体科技水平的发展。