光纤通信系统的发展与现状

第一篇：光纤通信系统的发展与现状

光纤通信系统的发展与现状

通信科学的发展历史悠久。近代通信技术分为电通信和光通信两类。电通信又分为有线通信和无线通信，是两种相当成熟的技术。通信技术发展过程中，围绕着增加信息传输的速率和距离，提高通信系统的有效性、可靠性和经济性方面进行了许多工作，取得了卓越的成就。光通信技术则是当代通信技术发展的最新成就，已成为现代通信系统的基石。

从广义的概念上说，凡是用光作为通信手段的都可称为光通信，则光通信的历史可追溯到远古时代，那时大部分文明社会已经用烟火信号传递单个信息，至18世纪末通过信号灯、旗帜和其他信号装置进行通信的类似方法已基本走到尽头。1792年，根据克劳特查普的建议，采用中继器使机械代码信号传送很长距离（约100km）。这种光通信系统速度很慢，其有效速率B<1b/s。

19世纪30年代电报的出现用电取代了光，开始了电信时代，利用新的代码技术，速率增加到3～10 b/s，采用中继站后允许进行长距离（约1000km）通信，1866年，第一条越洋电报电缆系统投入运营。电报也基本上使用数字法。1876年电话的发明引起了本质的变化，电信号通过连续变化电流的模拟形式传送，这种模拟电通信技术支配了通信系统达100年左右。

20世纪全球电话网的发展导致了电通信系统许多改进，使用同轴电缆代替双绞线大大提高了系统容量。第一代同轴电缆系统在1940年投入使用，是一个3MHz的系统，能够传输300路音频信号或1路视频信号，这种系统的带宽受到与频率相关的电缆损耗的影响，频率超过100MHz时，损耗迅速增加，这种限制导致了微波通信系统的发展。在微波系统中，利用1～10GHz的电磁波及合适的调制技术传递信号。最早的微波系统中，利用1～10GHz的电磁波及合适的调制技术传递信号。最早的微波系统工作于4GHz，1948年投入运营，从此以后，同轴和微波系统都得到了很大的发展，并都能工作于约100Mb/s。最先进的同轴系统于1975年投入运营，其速率达274Mb/s，但中继距离短（约1km），系统成本高。微波通通信系统速率亦受到载波频率的限制。

紧随研究与发展的步伐，经过许多现场试验后，于1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正式投入商业应用，其比特率在20～100 Mb/s之间，最大中继距离约10km，最大通信容量（BL）约500（Mb/s）·km。与同轴电缆相比，中继间距长，投资和维护费用低，是工程和商业运营的追求目标。

在1970年时人们就认识到，使光波系统工作于1.3μm时，损耗<1.0dB/km，且有最低色散，可大大增加中继距离，这推动了全世界努力发展1.3μm的InGaAs半导体激光器和检测器。1977年研制成功这种激光器。接着在80年代初，早期的采用多模光纤的第二代光波通信系统问世，其中继距离超过了20km，但由于多模光纤的模间色散，早期的系统的比特率限制在100Mb/s以下。采用单模光纤能克服这种限制，一个实验室于1981年演示了比特率为2Gb/s，传输距离为44km的单模光波实验系统，并很快引入商业系统，至1987年1.3μm单模第二代光波系统开始投入商业运营，其比特率高达1.7Gb/s，中继距离约50km。第二代光波系统中继距离受到1.3μm附近光纤损耗（典型值为0.5dB/km）限制。理论研究发现，石英光纤最低损耗在1.55μm附近，实验技术上于1979年就达到了0.2dB/km的低损耗。然而由于1.55μm处高的光纤色散，而当时多纵模同时振荡的常规InGnAsP半导体激光器的谱展宽问题尚未解决，这两个因素，推迟了第三代光波系统的问世。后来的研究发现，色散问题可以通过使用设计在1.55μm附近，具有最小色散的色散位移光纤（DSF）与采用单纵模激光器来克服。在80年代这两种技术都得到了发展，1985年的传输试验显示，其比

特率达到4Gb/s，中继距离超过100km。至1990年，工作于2.4 Gb/s，1.55μm的第三代光波系统已能提供通信商业业务。这样的第三代光波系统，通过精心设计激光器和光接收机，其比特率能超过10Gb/s。后来，10Gb/s的光波系统在一些国家得到了重点发展。

第四代光波系统以采用光放大器（OA）增加中继距离和采用频分与波分复用（FDM与WDM）增加比特率为特征，这种系统有时采用零差或外差方案，称为相干广播通信系统，在80年代在全世界得到了发展。在一次试验中利用星型耦合器实现100路622Mb/s数据复用，传输距离50km，其信道间串扰可以忽略。在另一次试验中，单信道速率2.5Gb/s，不用再生器，光纤损耗用光纤放大器（EDFA）补偿，放大器间距为80km，传输距离达2232km。光波系统采用相干检测技术并不是使用EDFA的先决条件。有的实验室曾使用常规非相干技术，实现了2.5Gb/s，4500km和10Gb/s，1500km的数据传输。另一实验曾使用循环回路实现了

2.4Gb/s，2100km和5Gb/s，14000km数据传输。90年代初期光纤放大器的问世引起了光纤通信领域的重大变革。

第五代光波通信系统的研究与发展经历了近20年历程，已取得突破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散展宽的新概念产生光孤子，实现光脉冲信号保形传输，虽然这种基本思想1973年就已提出，但直到1988年才由贝尔实验室采用受激喇曼散射增益补充光纤损耗，将数据传输了4000km，次年又将传输距离延长到6000km。EDFA用于光孤子放大开始于1989年，它在工程实际中有更大的优点，自那以后，国际上一些著名实验室纷纷开始验证通信作为高速长距离通信的巨大潜力。1990——1992年在美国与英国的实验室，采用循环回路曾将2.5与5Gb/s的数据传输 km。1995年，法国的实验室则将20Gb/s的数据 km，中继距离达140km。1995年线形试验也将20Gb/s的数据传输8100km，40Gb/s传输5000km。线形光孤子系统的现场试验也在日本东京周围的城域网中进行，分别将10Gb/s与20Gb/s的数据传输了2500km与1000km。1994年和1995年80Gb/s和160Gb/s的高速数据也分别传输500km和200km。

光波通信技术得到巨大发展，现在世界通信业务的60%需经光纤传输，至本世纪末将达85%。随着光波通信系统技术的发展，光波通信系统在通信网中的应用得到了相应的发展。现在世界上许多国家都将光波系统引入了公用电信网、中继网和接入网中。但是目前这种奇特媒质的真正应用还仅仅是在现有电信网络的骨架结构内用光纤代替铜线，是通信网的性能得到了某种改善，降低了成本，而网络的拓扑骨架结构基本上还是光波通信出现之前的模式，光波通信的潜力尚未完全发挥。在目前的通信网中光纤通信技术应用尚属于一种经典应用，在通信网的发展中属于第二代通信网（第一代为纯电信网）。进入90年代后，随着光纤与光波电子技术的发展，光放大器，波分复用器，光子开关，光逻辑门，路由器等许多新颖光纤与半导体功能光器件相继问世，在全世界范围内掀起了发展第三代通信网——全光通信网的潮流。这种通信网中，不仅用光波系统传输信号，交换、复用、控制与路由选择等亦全部在光域完成，由此构建真正的光波通信网。

光波通信发展至今不到30年，但其进展之快，对通信技术影响之大，始所未料，目前大量新的理论与技术研究和发展工作正在继续进行。

光纤通信的特点与应用

收

光纤通信技术的现状及发展趋势

http://.cn/20080308/ca464325.htm

(2008-05-12 15:54:56)

摘要 简要介绍了光纤通信的现状，总结了目前正在使用的波分复用技术和光纤接入技术的基本原理和发展状况，从超大容量、超长距离传输技术和光弧子通信技术，以及全光网络3个方面论述了光纤通信技术的发展趋势。

光纤通信自从问世以来，给整个通信领域带来了一场革命，它使高速率、大容量的通信成为可能。光纤通信由于具有损耗低、传输频带宽容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点而备受业内人士的青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年这20年间增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。目前，我国长途传输网的光纤化比例已超过80%，预计到2010午，全国光缆建设长度将再增加约105km，并且将有11个大城市铺设10G以上的大容量光纤通信网络[1]。

一、光纤通信技术的现状

光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。目前，光纤通信技术已有了长足的发展，新技术也不断涌现，进而大幅度提高了通信能力，并不断扩大了光纤通信的应用范围。

1.波分复用技术

波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率（或波长）不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器），将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。自从上个世纪末，波分复用技术出现以来，由于它能极大地提高光纤传输系统的传输容量，迅速得到了广泛的应用。

1995年以来，为了解决超大容量、超高速率和超长中继距离传输问题，密集波分复用DWDM（Dens Wavelength Division Multiplexing）技术成为国际上的主要研究对象。DWDM光纤通信系统极大地增加了每对光纤的传输容量，经济有效地解决了通信网的瓶颈问题。据统计，截止到2002年，商用的DWDM系统传输容量已达400Gbit/s。以10Gbit/s为基础的DWDM系统已逐渐成为核心网的主流。DWDM系统除了波长数和传输容量不断增加外，光传输距离也从600km左右大幅度扩展到2000km以上[2]。

与此同时，随着波分复用技术从长途网向城域网扩展，粗波分复用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）技术应运而生。CWDM的信道间隔一般为20nm，通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内（1260nm～1620nm）的波分复用，并大大降低光器件的成本，可实现在0km～80km内较高的性能价格比，因而受到运营商的欢迎。

2.光纤接入技术

光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用，统称FTTx。

FTTH（光纤到户）是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。我国从2003年起，在“863”项目的推动下，开始了FTTH的应用和推广工作。迄今已经在30多个城市建立了试验网和试商用网，包括居民用户、企业用户、网吧等多种应用类型，也包括运营商主导、驻地网运营商主导、企业主导、房地产开发商主导和政府主导等多种模式，发展势头良好。不少城市制订了FTTH的技术标准和建设标准，有的城市还制订了相应的优惠政策，这些都为FTTH在我国的发展创造了良好的条件。

在FTTH应用中，主要采用两种技术，即点到点的P2P技术和点到多点的xPON技术，亦可称为光纤有源接入技术和光纤无源接入技术。P2P技术主要采用通常所说的MC（媒介转换器）实现用户和局端的直接连接，它可以为用户提供高带宽的接入。目前，国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽，对大中型企业用户来说，是比较理想的接入方式。

xPON意味着包括多种PON的技术，例如APON（也称为BPON）、EPON（具有GE能力的称为GEPON）以及GPON。APON出现最早，我国的“863”项目也成功研发出了APON，但由于诸多原因，APON在我国基本上没有应用。目前用得比较多的是EPON中的GEPON，我国的GEPON依然属于“863”计划的成果，而且得到广泛的应用，还出口到日本、独联体、欧洲、东南亚等海外一些国家和地区。GPON由于芯片开发出来比较晚，相对不是很成熟。成本还偏高，所以，起步较晚，但在我国已经开始有所应用。由于其效率高、提供TDM业务比较方便，有较好的QoS保证，所以，很有发展前景。EPON和GPON各有优缺点，EPON更适合于居民用户的需求，而GPON更适合于企业用户的接入[3]。

二、光纤通信技术的发展趋势

对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。

1.超大容量、超长距离传输技术

波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有很大的应用前景，这几年波分复用系统发展也确实十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系统已经大量商用，同时，全光传输距离也在大幅度扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用（OTDM）技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。

仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分

复用，从而大大提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD）的适应能力较强，因此，现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。欧共体的RACE计划和美国正在执行的ARPA计划在发展宽带全光网中都部署了WDM和OTDM混合传输方式，以提高通信网络的带宽和容量。WDM/OTDM系统已成为未来高速、大容量光纤通信系统的一种发展趋势，两者的适当结合应该是实现Tbit/s以上传输的最佳方式。实际上，最近大多数超过3Tbit/s的实验都采用了时分复用（TDM、OTDM、ETDM）和WDM相结合的传输方式[4]。

2.光弧子通信

光弧子是一种特殊的ps数量级上的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而，经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光弧子通信就是利用光弧子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。

在光弧子通信领域内，由于其具有高容量、长距离、误码率低、抗噪声能力强等优点，光弧子通信备受国内外的关注，并大力开展研究工作。美国和日本处于世界领先水平。美国贝尔实验室已经成功实现了将激光脉冲信号传输5 920km，还利用光纤环实现了5Gbit/s、传输15 000km的单信道孤子通信系统和10Gbit/s、传输11 000km的双信道波分复用孤子通信系统；日本利用普通光缆线路成功地进行了超高20Tbit/s、远距离1 000km的孤立波通信，日本电报电话公司推出了速率为10 Gbit/s、传输12 000km的直通光弧子通信实验系统。在我国，光弧子通信技术的研究也有一定的成果，国家“863”研究项目成功地进行了OTDM光弧子通信关键技术的研究，实现了20Gbit/s、105km的传输。近年来，时域上的亮孤子、正色散区的暗孤子、空域上展开的三维光弧子等，由于它们完全由非线性效应决定，不需要任何静态介质波导而备受国内外研究人员的重视[5]。

光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使?a href=“http://.cn/cnii_zte/index.htm” class=“yt” >中兴俾?0～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然，实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使我们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。

3.全光网络

未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此，真正的全光网成为一个非常重要的课题。

全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。

全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性，并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率，网络结构简单，组网非常灵活，可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。当然，全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术之中，它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合[6]。

目前全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。

三、结束语

目前，光纤通信已成为一种最主要的信息传输技术，迄今尚未发现可以取代它的更好的技术。即使是在全球通信行业处于低迷时期，光纤通信的发展也从未停滞过，就我国而言，2002年的光通信市场相比2001年仍处增长状态。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。

第二篇：光纤通信发展现状

摘要：波分复用（WDM，WTBX Wavelength Division Multiplexing）、光纤接入网和全光网技术是当前发展较快的几项光纤通信技术，其中波分复用技术是在一根光纤上同时利用多个波长进行传输，发展前景很好。光纤用户接入网的发展将加速光纤到户的实现。全光网目前存在一些需要解决的技术问题，美国、日本和欧洲一些国家已建立全光网试验网。目前使用最多的G652单模光纤的缺陷限制了其进一步发展，G653色散位移光纤由于四波混频效应不适于在波分复用系统上的应用。G655非零色散位移单模光纤有较好的发展前景。用户光缆具有芯数多，采用带状结构和塑料光纤等特点。

关键词：光纤通信 波分复用 光纤接入网 全光网

一、发展较快的几项光纤通信技术

1.波分复用技术

光纤通信的多路复用技术，一开始是采用原来铜缆沿用的PCM脉冲编码调制方式，把模拟信号变换为数字信号，再应用时分多路（TDM，WTBX Time Division Multiplexing）技术组成一次群即基群2Mbit/s）、二次群（8Mbit/s）、三次群（34Mbit/s）和四次群（140Mbit/s)等，这种系列被称为准同步数字系列（PDH，WTBX Plesiochronous Digital Hierarchy）。各国现有的PDH有三种系列，互不兼容，而且没有统一的标准接口规范，各个厂家生产的设备不能互通，另外还存在上下电路困难等问题。后来改用新的同步数字系列（SDH，WTBX Sychronous Digital Hierarchy）,即STM--1（155Mbit/s），STM--4（622Mbit/s）和STM--16（2.5Gbit/s）等。SDH所采用的复用技术，仍然属于TDM技术。

目前，SDH系列在国内外已大量使用，我国干线上主要使用STM--16，相当于可复用3万多个话路。高于2.5Gbit/s以至更高速率的研究工作已在我国和其他许多国家展开，其间碰到的最大问题是光纤色散的限制，而要克服这些限制在技术上、成本上都十分困难。因此，当前实际应用的大都只限于2.5Gbit/s，不超过10Gbit/s的传输速率。

近年来，WDM技术的进展，为光纤通信的发展开辟了另一个十分广阔的前景。WDM是在一根光纤上同时利用多个波长进行传输的技术。比如，目前我国开发的在一根光纤上同时传送8个波长系统，每个波长的速率可达2.5Gbit/s，即所谓8×2.5Gbit/s系统。这样，一根光纤的总速率可达20Gbit/s。若每个波长的速率为10Gbit/s，则一根光纤的总速率就可达80Gbit/s。这将大量节省光纤的数量。最近我国正在全国长途骨干光缆网上进行升级改造，也就是利用WDM 8×2.5Gbit/s光传输系统使一对光纤可同时传送24万路电话或2400套电视节目。据报道，国外已出现206个波长的WDM系统试验样机。可见WDM技术的发展前景很好。

WDM技术的发展，不但大量节省光纤数目和以后扩容的工程费用，而且在长途干线上还可以大量节省掺铒光纤放大器(EDFA，Er--Doped Fiber Amplifier）的数目。因为目前掺铒光纤放大的带宽达30nm，足以使多个波长一起得到放大增益，不必每个波长配置单独的掺铒光纤放大器。当波长更多时，掺铒光纤放大器必须有更宽的平坦带宽增益。有资料介绍，把掺铒光纤放大器的平坦增益特性的波长宽度从原来的30nm加大到80nm的研究，其意义将更大。

2.光纤接入网（OAN，WTHX Optical Access Network）技术

十多年来，由于各种通信业务的迅猛发展，对通信容量的需求急剧增加，光纤干线的建设应运而起，各国先后建成全国的光缆骨干网。随后出现的问题是用户接入网仍保留着旧的铜缆网，不能适应发展需要，必须加以改造。改造的方案很多，首先考虑到的是开发利用铜缆的潜力，进一步提高其带宽来满足一定时期的需要，然后再过渡到光缆。比如，当前不少国家都在采用的线对增容系统、高比特率数字用户环路（HDSL，High—Bit--Rate Digital Subscriber Loop）、不对称数字用户环路（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Loop）、混合光纤与同轴电缆系统（HFC，WTBX Hybrid Fiber and coaxial Cable）等等都属于一些过渡性措施，应用广泛。

近年来，Internet的崛起大大超出人们原来的估计，目前它的年增长率已达300％，形成爆炸性的增长，并促使电信、计算机、有线电视等技术的融合，走向三网合一。三网合一意味着数据、话音、视像等各种业务都综合起来进行传送。这种综合必将大大促进在接入网中大量使用光纤，促进光纤用户接入网的发展，加速光纤到户(FTTH，Fiber to the Home）的实现。

在实现光纤到户前，首先采用交换式数字图像(SDV，WTBX Switched Digital Video）系统是一种较好的方案。数字图像系统由一个以光源光网络(PON，WTBX Passive Optical Network）为基础的数字光纤到路边(FTTC，WTBX Fiber to the Curb）系统与一个单向的混合光纤与同轴电缆有线电视系统叠加而成。数字图像系统主干传输部分采用共缆分纤的空分复用(SDM，WTBX Space Division Multiplexing)方式分别传送双向数字信号和单向模拟视像信号。上述两种信号由设置于路边的光网络单元(ONU，WTBX Optical Network Unit）分别恢复成各自的基带信号，其中语音信号经双绞线送往用户，数字和模拟视像信号经同轴电缆送往用户。光网络单元由同轴电缆负责供电。数字图像技术的优点是数字视像和模拟视像可以兼容，较好地解决光纤到路边的供电问题，能较可靠地传送电信业务，对已有的混合光纤与同轴电缆网不必加以改造。因此，采用数字图像技术作为实现光纤到户前的过渡方案是可行的。

3.全光网技术

光纤通信技术是以光纤代替电缆，以光波代替原来频率较低的电磁波发展起来的。因此，至今在光纤通信系统上仍需用大量的电信设备，甚至本来的光信号源也要变换成电信号源，然后进入光纤通信系统。在传输过程中的放大、交换及接入设备终端等基本上全是电设备。这是由于电系统比较成熟、应用比较方便所造成的。但这些电设备会带来许多限制和干扰因素，而这些因素在光的系统中原本是可以避免的。

建立全光网的设想很早就提出来了，但困难很多，最关键的技术问题是解决光信号在传输过程中的损耗和光的交换问题。80年代出现了光纤放大器以后，研究工作的进展就比较快了。目前，光的交换技术研究也有了很大的进展，其中进展较快、较实际的是基于WDM技术的全光网。

迄今比较成熟的光放大器是掺铒光纤放大器，它的带宽通常在1 530～1 560nm之间，在单模光纤上开通4，8，16个波长是比较方便的。

光路交换可以有：针对光纤在不同空间位置的空分交换方式；控制不同时延进行的时分交换方式；转换不同波长/频率的波分/频分交换方式；或综合其中两种及两种以上的综合交换方式。

近年来，美国、欧洲、日本等一些国家已先后建立全光网的现场试验。比如美国组成的多波长全光通信试验网（MONET），泛欧光纤传输迭加网（PHOTON）等，其中还用到一些光器件，如光的交叉连接器(OXC，Optical Cross Connector）；波长路由器（Wavelength Router）、波长转换器（Wavelength Convertor）、插分复接/分接复用器(ADM，Add--Drop Multiplexer--Demultiplexer）等。当波分复用系统的光纤进入本局的插分复接/分接复用器后，可以让部分波长从中分出，其它波长则直通；分出的部分波长负载上的信号进入本局，而由本局引出的信号荷载于同样波长进入插分复接/分接复用器。其工作原理与电的ADM原理相仿。随着各种光器件和光交换技术的不断完善，全光网技术也将日趋成熟。

二、光纤光缆发展的一些动向

1.光纤的类型

目前，使用最多的光纤是G.652单模光纤。这种光纤的零色散波长在1 310nm附近，但这个波长的衰减大，而在1 550nm处波长的衰减最小，但是其色散系数又很大（可达20ps/(km·nm)），因此限制了这种光纤的进一步发展。

G653色散位移光纤把零色散波长移到1 550 nm附近，但由于其色散过小时，又会因非线性现象产生的新波长引起四波混频（Four--Wave Mixing Efficiency）效应使传输信号减弱，同时产生串音，这就限制了这种光纤在波分复用系统上的应用。

G655非零色散位移单模光纤的衰减小，在1 530～1 565nm间的色散系数为0.1～6.0ps/(km·nm)，可以避免出现四波混频效应，而色散系数值也不大，较适合波分复用系统的发展需要，估计这种光纤有较好的发展前景。为了尽可能减少非线性效应的影响，G.655光纤正趋向于开发大面积光纤，或称为大有效面积非零色散位移单模光纤（LEAF）。

2.接入网用光缆的特点

与长途干线光缆相比，用户接入网的用户平均距离比较短，传送信号的速率较低，用户分散，用户系统的成本要低，施工和维护工作要方便。因此，用户光缆的结构应具有一些特殊性。

(1)芯数多

每根光缆所需的芯数要根据用户分布情况、用户密度大小、用户的性质、城市的发展规划和光缆所处的位置而异。目前，日本首先提出要在2010年实现光纤到户，考虑的光缆芯数多达1 000～4 000芯的；其它一些发达国家，多考虑首先发展光纤到路边，所提出的用户光缆容量超过千芯的结构不多，大都在几百芯以内。

(2)带状结构

当接入网用光缆当芯数较少或用于室内配线时，多采用松套束管式或光纤带叠层嵌入松套管式；当芯数较多或用于馈线的时，则一般采用带状结构。这是由于带状光纤光缆作为大芯数光缆时，光纤的结构紧凑、集合度高且直径小，便于多芯连接。为了减少光缆的截面面积，目前光纤带的厚度都在300μm以下。

当采用骨架或U形带状结构成缆时，可采用S－Z绞，以便于在施工、维护中取出光纤带。

不少国家主张接入网用光缆采用干式光缆，即不填充油膏，而采用防潮纸作为阻水带进行包扎，以便于施工、维护工作。

(3)塑料光纤

过去由于塑料光纤的衰减太大、带宽太窄而没有考虑用于通信。近年来，通过日本、美国和欧洲一些国家的研究开发，降低了塑料光纤的的衰减、增大了带宽，使它用于短距离的接入网成为可能。

塑料光纤最主要的优点是成本低、易于加工、重量轻、可挠性好、芯径和数值孔径都比较大，耦合效率较高，对施工和维护都比较方便。

目前，塑料光纤大都用在短波长，GI结构。据报道，日本和美国研制出的塑料光纤在100m上可以达到吉比特级。目前其市场正逐步上升，年增长率约为20％，这很值得注意。

第三篇：光纤通信系统发展综述

光纤通信系统发展综述

摘要： 光纤通信技术（optical fiber communications）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。光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

仅在过去5年中，光纤技术领域取得了大量突破性进展，其中包括10Gbit/s网络的构建和单根光纤上每秒太比特容量的成功演示。不久前，业内成功演示了40Gbit/s和80Gbit/s网络。这些演示进一步突出了对速度更高、容量更大的网络的需求和期望。

一、光纤通信的发展史

世界光纤通信发展史

光纤的发明，引起了通信技术的一场革命，是构成21世纪即将到来的信息社会的一大要素。

1966年出生在中国上海的英籍华人高锟，发表论文《光频介质纤维表面波导》，提出用石英玻璃纤维（光纤）传送光信号来进行通信，可实现长距离、大容量通信。

于1970年损失为20db/km的光纤研制出来了。据说康宁公司花费3000万美元，得到30米光纤样品，认为非常值得。这一突破，引起整个通信界的震动，世界发达国家开始投入巨大力量研究光纤通信。1976年，美国贝尔实验室在亚特兰大到华盛顿间建立了世界第一条实用化的光纤通信线路，速率为45Mb/s，采用的是多模光纤，光源用的是发光管LED，波长是0.85微米的红外光。在上世纪70年代末，大容量的单模光纤和长寿命的半导体激光器研制成功。光纤通信系统开始显示出长距离、大容量无比的优越性。

按理论计算：就光纤通信常用波长1.3微米和1.55微米波长窗口的容量至少有25000GHz。自然会想到采用多波长的波分复用技术WDM（WavelengthDivisionMultiplex）。1996年WDM技术取得突破，贝尔实验室发展了WDM技术，美国MCI公司在1997年开通了商用的WDM线路。光纤通信系统的速率从单波长的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地发展到多波长的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)传输。当今实验室光系统速率已达10Tb/s，几乎是用之不尽的，所以它的前景辉煌。

中国光纤通信发展史

1973年，世界光纤通信尚未实用。邮电部武汉邮电科学研究院（当时是武汉邮电学院）就开始研究光纤通信。由于武汉邮电科学研究院采用了石英光纤、半导体激光器和编码制式通信机正确的技术路线，使我国在发展光纤通信技术上少走了不少弯路，从而使我国光纤通信在高新技术中与发达国家有较小的差距。

我国研究开发光纤通信正处于十年**时期，处于封闭状态。国外技术基本无法借鉴，纯属自己摸索，一切都要自己搞，包括光纤、光电子器件和光纤通信系统。就研制光纤来说，原料提纯、熔炼车床、拉丝机，还包括光纤的测试仪表和接续工具也全都要自己开发，困难极大。武汉邮电科学研究院，考虑到保证光纤通信最终能为经济建设所用，开展了全面研究，-1-

除研制光纤外，还开展光电子器件和光纤通信系统的研制，使我国至今具有了完整的光纤通信产业。

1978年改革开放后，光纤通信的研发工作大大加快。上海、北京、武汉和桂林都研制出光纤通信试验系统。1982年邮电部重点科研工程“八二工程”在武汉开通。该工程被称为实用化工程，要求一切是商用产品而不是试验品，要符合国际CCITT标准，要由设计院设计、工人施工，而不是科技人员施工。从此中国的光纤通信进入实用阶段。

在20世纪80年代中期，数字光纤通信的速率已达到144Mb/s，可传送1980路电话，超过同轴电缆载波。于是，光纤通信作为主流被大量采用，在传输干线上全面取电缆。经过国家“六五”、“七五”、“八五”和“九五”计划，中国已建成“八纵八横”干线网，连通全国各省区市。现在，中国已敷设光缆总长约250万公里。光纤通信已成为中国通信的主要手段。在国家科技部、计委、经委的安排下，1999年中国生产的8×2.5Gb/sWDM系统首次在青岛至大连开通，随之沈阳至大连的32×2.5Gb/sWDM光纤通信系统开通。2005年3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通，是至今世界容量最大的实用线路。

中国已建立了一定规模的光纤通信产业。中国生产的光纤光缆、半导体光电子器件和光纤通信系统能供国内建设，并有少量出口。

有人认为，我国光纤通信主要干线已经建成，光纤通信容量达到Tbps，几乎用不完，再则2000年的IT泡沫，使光纤的价格低到每公里100元，几乎无利可图。因此不要发展光纤通信技术了。

实际上，特别是中国，省内农村有许多空白需要建设；3G移动通信网的建设也需要光纤网来支持；随着宽带业务的发展、网络需要扩容等，光纤通信仍有巨大的市场。现在每年光纤通信设备和光缆的销售量是上升的。

二、光纤通信的原理及其优点

光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．

光纤即为光导纤维的简称。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。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信之所以发展迅猛,主要缘于它具有以下特点:

(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几

十、甚至上百公里。

(2)信号串扰小、保密性能好;

(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。

(4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输;

(5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。

(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。

(7)光缆适应性强,寿命长。

(8)质地脆，机械强度差。

(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。

(10)分路、耦合不灵活。

(11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）

(12)有供电困难问题。

利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信．

光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤．采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信．中国光纤通信已进入实用阶段．

光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，而以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。

通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程，光频作为载频已达通信载波的上限，因为光是一种频率极高的电磁波，因此用光作为载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。

光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网（如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。

三、近几年技术大突破

要全面发挥互联网的潜力，我们必须不断提高网络可靠性、速度和灵活性。这就要求我们构想一种非常可靠、可以灵活地支持新应用和业务而且成本低廉的网络。有一套真正的端到端

解决方案，对于构建更可靠、速度更高而且更灵活的互联网也至关重要。

此外，我们还需要智能网络，它必须提供动态的带宽管理、集成的分组和光纤联网以及通过一体化解决方案实现的协调一致的故障排除功能。将来的网络还必须提供可扩展、可实现业务的多太比特连接管理解决方案，它应该可以集合和整理（groom）波长和子波长（sub wavelength）业务并提供灵活的恢复机制来满足业务需要。

超高容量和超远距离（4000km）解决方案对于演进长途网络也很关键，而先进的DWDM系统则是城域解决方案的一个重要组成部分。可靠性不再是一个业务差分因素，它已成为一项必备要求，而光纤层保护和恢复则是它的一部分。光纤和分组层上采用的经过实践验证的功能恢复方法可以更可靠、智能地根据根本原因处理网络性能下降情况。

要在一个业务要求瞬息万变的环境中提供灵活性，模块化光纤系统是一项必备条件。从收集层到高速核心网之间，我们需要提供多样化的上高速路（OnRamp）手段，使得我们能处理不同的协议和不同的传输速率。这是收集层波分复用设备非常重要的要求。

时分复用（TDM）和密集波分复用（DWDM）技术的发展帮助我们顺利演进了网络以处理业务容量问题。这两种技术可以提高光纤吞吐量模块性，而DWDM还可以提供一种解决容量问题的方法，因为它使服务供应商可以在一根光纤上合并和发送多个光信号。这样，服务供应商便可以灵活地增加专为增加光纤容量而设计的下一代TDM技术，以便通过将时间划分为更短的时间段和增加每秒传输的比特数量来处理比特率。

然而，寻求实现2.5Gbit/s和10Gbit/s以上线路速率的服务供应商还必须满足这一要求。服务供应商们正在寻求可以支持更高光纤核心传输速率的解决方案，以便实现高性能骨干太比特容量并有效管理带宽增长，同时降低在光纤上将每比特业务传输1英里所需的成本。下一代技术的发展可以提高光纤层的容量和效率，而且还可以在一根传输线路速率为40Gbit/s的光纤上支持高达64Tbit/s的容量。这种结构可以扩展到80Gbit/s甚至更高。与DWDM网络设备协同使用时，全新的40G解决方案实现的太比特容量可以实现一种非常优化的解决方案来缓解网络核心的业务拥塞和瓶颈。

40Gbit/s平台可以提高网络的经济高效性，扩大光纤覆盖范围，同时降低对传统网络单元的需求。它在每英里上传输1比特业务的成本最低而且设计小巧，可以减少在中心局中所需的空间。一个完整的40Gbit/s平台将可以集成一个智能ASON（自动交换式光纤网络），以提供在传输层管理容量的功能，同时实现将带宽设置和多种端到端业务迅速重新路由至网络任何地方的灵活性。这有助于确保需求可以得到经济高效的满足。

光纤组件的其它进步和一体化网状体系结构的建立将为服务供应商带来更高效的解决方案。网状网的灵活性可以提高网络效率，同时降低总投资成本。网状体系结构允许进行多种灵活的网络配置，每一种配置都可以支持基于智能光纤交换机的电路设置和所请求保护级别上对不同多级别业务的路由。

多重路由功能允许经济高效的业务设置，而且可以通过缩短恢复时间提高网络的整体可靠性。灵活的带宽管理还使服务供应商可以在必要时租用不同波长。另外，可调谐的发射机将为光纤核心带来更大的灵活性，并通过在所有波长上使用相同激光器来降低库存成本。

四、光通信器件的介绍

光通信器件是光通信的关键部分，对光通信的发展起到了制约的作用，直接影响到整个光纤通信系统设备的技术水平和市场竞争力。随着密集波分复用系统、光传送网和光纤接入网的发展，对器件的质量要求越来越高，并且不断向交换、无线通信、光互连和传感器等领域扩展。

光纤通信器件分为有源器件、无源器件，其中有源器件包括激光器及组件、光纤放大器（以掺铒光纤放大器为主）、发送器、接收器等；无源器件可分为波分复用器、光开关、连接器、衰减器、准直器 隔离器等。

随着目前全光网络、太比特速率以及密集波分复用技术等光纤通信新技术的涌现，由光电集成和光子集成组成的光纤通信器件在整个光纤通信系统中所起的作用越来越重要，用量大增，其占据光纤通信市场份额迅速上升。在2000年，有源器件在整个光通信市场份额占40%，无源器件占9%。同时，光纤通信技术能否持续发展，很大程度取决于器件水平。可以说光纤通信进步的基础在于光器件。

五、光通信材料的介绍

一般而言，新材料的研制开发大多来源于新兴器件技术的需求，对于光纤（Optical Fiber）材料也有类似情形，玻璃作为传输介质的研制探索已有近一个世纪的历史，目的主要在于改善宽频带（Broadband）的长途通信（Teleconmunication），使得借助玻璃纤维传输的光信号优于通过金属电线传导的电信号．

早期的电话是通过电线传输的直流信号，它的强度（音量大小）由碳话筒（Car－fon Microphone）产生的电阻变化而调制．随着真空管（Vacuum Tube）的出现，声信号通过交流载波器（Carrier）而调幅，并建立起间隔为4000Hz的十二个交流载波器组成的频率体系（Frequency Hierarchy）．越高的载波频率允许越大的信息承载容量．由于金属电线的阻抗随频率增高而变大，该系统在高于IMHk频率就不能使用．这种限制在二战后被克服，采用单边带微波无线电（Single Sideband MicrowaveRadio）明显地增大了单个传输通道的带宽容量，它们早先通过塔杆而后使用卫星进行传送．后来，可用的频带限制了其增长，人们的汪意力转向波导（Waveguide）以及同轴电缆（Coaxial Cable）的研制开发。

不久同轴电缆就用在大容量的中继主干线路（Trunk Line），但因高损耗而在间距

一、两公里就需放大处理．寻求更有效的系统导致了毫米波导的开发．相比起同轴系统传输600对声音信号，每个波导可提供多达238，000对声音回路．但是，波导系统的复杂性和调节的紧密性使得系统非常昂贵，光通信设想早已被注意，原因在于 10 12 Hz频率的光可提供几乎无限的带宽．然而，主要的障碍在于获得透明的传输介质．最早的实验利用空气来传输，但因雾。烟、雨等干扰而未能实用化．然后，尝试用铝管中的压缩空气来传输，纯净的空气透光性好，不过用于补偿光束发散的透镜会导致高的反射损耗．一种巧妙发明的气体透镜，可对称地加热管中的气体引起密度因而折射率（Refractiv Index）的梯度变化，从而起到聚焦作用，这种通过加热金属管的传输系统同样不大经济．

采用头发丝细的玻璃纤维可以代替气体作为传输质．这种圆柱形纤维中高折射率的内芯，被低折射率的包覆层围绕，从而使光线芯子与包覆层的界面发生全反射，并且无反射损耗地传输．由这种光学特性可以预计，光纤能在比金属波导低的生产和安装成本下达测望的适应性能．若低于lppm的过渡金属杂质，则透明石英光纤能达到小于20 dB／km的损耗．

六、光纤通信的发展前景

FTTH（光纤到家庭）是光纤通信进一步发展的方向，它被公认为理想的宽带接入网。目前，所谓宽带业务，大多是500kbps的影视节目。运营商为了充分利用铜线资源，采用ADSL技术就可提供，这使FTTH成为接入网主流的时间有所推迟。不久的将来，在HDTV普及的情况下，ADSL不能满足要求，而先进的ADSL2+也许可满足1chHDTV/户。如果4chHDTV/户采用FTTH比较合理。在双向业务广泛应用的情况下，上下行不对称的ADSL难以对应。目前，发达国家FTTH建设普遍开展，日本、韩国和美国比较发达，采用各种无源光网PON和以太网技术。中国的运营商和房地产开发商已对FTTH进行了试点。近来出现了所谓的网络电视（IPTV），电信运营商提出IPTV的初衷是考虑到有计算机的人少而有电视机的人多。提出的IPTV是采用专用的机顶盒连接电视机可直接浏览电信网的内容，而不要计算机。IPTV具有常规电视并兼有点播和时移电视的功能，可能会取代常规电视。由于IPTV的发展，影响光纤接入网和FTTH的构建。另外，也产生电信运营商和广播运营商的利益冲突。尽管有限制发牌照政策以保护广播运营商，但大势所趋，不可阻挡。实际上，许多广播运营商也开始改造其广播网为数字双向，也具备了发展IPTV的功能。广播运营商和电信运营商的界限开始有些模糊。

七、总结：

光纤通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。用户要传输的信息多种多样，一般有话音、图像、数据或多媒体信息。光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。在任何一种通信网络中，光纤是核心和关键。现代通信系统的发展日新月异，新技术、新产品的不断出现，它迅速改善和提高了人们的生活水平

参考文献： 光纤通信 刘增基 周洋溢西安电子科技大学出版社

光纤光学刘明德中国科学出版社

光纤通信系统欣婉仪北京邮电大学出版社

第四篇：光纤通信系统

第一章

1、实现光纤通信的关键器件与技术是什么？

答：（1）低损耗、宽带宽的光纤。

（2）高可靠性、长寿命的光源及高响应的光检测器件。

（3）光测量及光纤连接技术。

2、光纤通信使用光源的波长范围是什么？

答：在近红外区内，即0.8~1.8um。

第二章

5、光纤的损耗机理及危害是什么？

答：损耗机理：主要有吸收损耗、散射损耗及辐射损耗。

吸收损耗与光纤材料有关。散射损耗与光纤材料及光波导中的结构缺陷、非线性效应有关，这两种损耗是光纤材料固有的。辐射损耗则与光纤几何形状的扰动有关。

危害：由于损耗的存在，在光纤中传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小。光纤损耗是光纤传输系统中中继距离的主要限制因素之一。

6、光纤的色散机理及危害是什么？

答：色散机理：由于光纤中所传信号的不用频率成分或不同模式成分，在传播的过程中因群速度不同互相散开，并且造成它们到达光纤终端的时间各不相同，从而引起传输信号波形失真、脉冲展宽。光线的色散，主要有材料色散、波导色散和模式色散。

危害：由于信号的各频率成分和各模式成分的传输速度不同，当它在光纤中传输一定的距离后，将互相散开，致使光脉冲展宽。若脉冲展宽过大将会造成码间干扰，从而使误码率增加，通信质量下降。由于脉冲宽度与频带宽度成反比，脉冲展宽越大，表示带宽能力越小。

7、光缆的主要结构是什么？答：光纤芯线、护套和加强部件。

第三章

3、半导体激光器发光的基本条件是什么？

答：向半导体P-N结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡输出激光。

4、能级跃迁有那几种形式？

答：热跃迁、光跃迁（自发发射、受激辐射、受激吸收）。

5、半导体激光器的工作电压是正向还是反向？

答：正向。

8、比较半导体激光器和发光二极管的异同。

答：不同之处：(1)工作原理不同，半导体激光器是受激辐射，再利用谐振腔的正反馈。而发光二极管是自发辐射，不需要光学谐振腔，没有阈值。(2)发光二极管工艺简单、成本低、可靠性好。适用于短距离、低码速的数字光纤通信系统，或者是模拟光纤通信系统。半导体激光器适用于长距离大容量的光纤通信系统。

相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似。

11、光电探测器的主要特性是什么？

答：（1）要有高的光电转化效率，或者具有高的增益因子。

（2）对应于使用波长的光波，要有高的灵敏度，即响应度要高。

（3）要有足够宽的带宽，即检测器输出的电信号能不失真地反映出接受的光信号。

（4）要求稳定、可靠、便宜。

12、光电探测器的工作电压是正向还是反向？

答：反向。

16、试说明APD和PIN在性能上的主要区别。

答：PIN光电二极管响应频率高，可高达10GHZ，响应速度快，供电电压低，工作十分稳定。

APD雪崩二极管灵敏度高，响应快，但需要上百伏的工作电压，而且性能和入射光功率有关，当入射光功率大时，增益引起的噪声大，带来电流失真。

17、无源光器件的种类有哪些？

答：无源光器件大致可分为连接用的部件和功能性部件两大类。

连接用的部件有各种光连接器，它们不仅可用做光纤和光纤的连接，而且还可以组成功能部件及设备的一部分，用于部件（设备）和光纤、或部件（设备）和部件（设备）的连接。

功能性部件有分路器、耦合器、光分波合波器、光衰减器、光开关和光隔离器等，它们主要用于光的分路、耦合、复用、衰减、开关、防反射等方面。

第四章

1、数字信号调制半导体激光器时，直流偏置应如何设置？

2、数字信号调制发光二极管时，直流偏置应如何设置？

4、在数字光纤通信中，线路编码的基本要求是什么？

答：（1）要便于在不中断通信业务的条件下进行误码检测，这就要求码型有一定的规律性。

（2）码率增加要少，如码速提高过多，会使系统信噪比因带宽增大而减小，这对于高次群系统特别重要。

（3）尽量减少码流中连0、连1码的个数，便于定时信号的提取。

（4）要有利于减少码流的基线漂移，即要求码流中的“1”、“0”码分布均匀，否则不利于接收端的再生判决。

（5）接收端将线路码还原后，误码增值要小。

（6）电路简单，体积小，耗电少。

6、现有码流信号为***011110110，采用8B1P编码方式，请分别给出P为奇校验码和偶校验码时的码流信号。

（1）P为奇校验码：

8B码***011110110

8B1P码 ***101111101101

（2）P为偶校验码：

8B1P码 ***1001111011007、现有码流信号为***011110110，采用4B1C编码方式，请给出编码后的码流信号。4B码***011110110

4B1C码******

10、SDH帧结构可分为哪几个部分？

答：（1）段开销。（2）信息载荷。（3）管理单元指针。

17、数字光接收机的主要性能指标是什么？

答：（1）光接收机的灵敏度。（2）光接收机的噪声。（3）数字光接收机的误码率。（4）模拟光接收机的性噪比。（5）动态范围。（6）抖动。

18、设计数字光纤通信系统的中继距离时，应该考虑哪些因素？

答：（1）发射光功率。（2）光接收机灵敏度。（3）光纤的每公里损耗。（4）光纤的色散。

第五章

1、什么叫做基带—光强调制？

答：模拟信号没有经过任何电的调制就是基带信号如电视信号。基带信号直接对光源进行强度调制就称为基带—光强调制。

2、什么叫做副载波调幅—光强调制？

答：原始的电信号先对某一电载波进行调幅，然后再对光源进行调制。

3、什么叫做副载波调频—光强调制？

答：原始的电信号先对某一电载波调频，然后再对光源调制。

4、什么叫做脉冲调制—光强调制？

答：首先用原始的模拟信号对脉冲副载波进行预调制，然后再对光源进行强度调制。

8、什么叫做调幅频分多路技术？

答：首先将各频道的视频基带信号对各自的副载波进行残留边带调幅，组成频分多路信号，然后对光源进行强度调制。

9、什么叫做调频频分多路技术？

答：首先是将各频道的视频基带信号对各自的副载波进行调频，组成频分多路信号，再对光源进行强度调制。

10、什么叫做副载波复用（SCM）技术？

答：将数字视频基带信号对各自的副载波进行调制（如FSK、PSK、QAM等），组成频分多路信号，再对光源进行强度调制。

第六章

1、EDFA的工作原理是什么？有哪些应用方式？

答：工作原理：在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 能级1代表基态，能量最低，能级2是亚稳态，处于中间能级，能级3代表激发态，能量最高，当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。

应用方式：线路放大、接收端前路放大、发射端放大。

3、EDFA的基本种类有哪些？

答：线路放大器、前置放大器、功率放大器。

4、半导体激光放大器的种类有几种？主要原理分别是什么？

答：FP型（FPA）和行波型（TWA）

FPA：两端的发射系数较高，在两端面间产生正反馈谐振放大，因此要求输入信号与FP腔间有严格的频率匹配。在略低于阈值电流偏置时，设单次通过的增益为Gs，放大器的内增益可达20~30dB。只有靠近阈值时才能获得高增益。由于FPA的高度谐振性，它必然是一个窄带放大器。

TWA：虽然也是与FPA一样的LD芯片构成，但其端面反射系数要低得多。只有当端面的反射系数为零时才能被称作行波放大器。而实际情况下，只能说只能说工作在接近行波状态。

第七章

1、什么是波分复用系统？

答：为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率不同，可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器），将不同规定波长的信号光载波合并起来，送入一根光纤进行传输，在接收端再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看做互相独立，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。

2、WDM技术的主要特点是什么？

答：（1）可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。

（2）使N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以大量节约光纤。另外，对于早期安装的芯数不多的电缆，芯数较少，利用波分复用不必对原有系统作较大的改动即可比较方便的进行扩容。

（3）由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，以及PDH信号和SDH信号的综合与分离。

（4）波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号，ATM、IP或者将来有可能出现的信号。WDM系统完成的是透明传输，对于“业务”层信号来说，WDM的每个波长就像“虚拟”的光纤一样。

（5）在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。

（6）利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。

（7）在国家骨干网的传输中，EDFA的应用可以大大减少长途干线系统SDH中继器的数目，从而减少成本。距离越长，节省成本就越多。

5、光频分复用系统和光波分复用系统的区别是什么？

答：在波分复用系统中，合波器与分波器实质上是一个光波的滤波器，它们是在光波波段上将各信道的光波分隔出来。但是，这种光波的滤波器实际上做出来的通带较宽，因而两个光源间的波长间隔不能靠的太近，所以光波的频带利用率较差。

光频分复用系统在方案上恰恰避开了上述弱点，不在光波波段上将各信道分开，而在较低的波段上用电的滤波器将各信道分开。显然，这个频段上电的滤波器的选择性能要较光波器件好得多。因而，在这种复用系统中相邻信道的间隔就可取得小。所以，同样带宽的光纤就可容纳更多的信道。

第八章

1、简述什么是光交换？

答：光交换机中交换的信息是光信息，速率高，能抗电干扰，提供大的带宽，能够实现透明技术，便于扩展业务。很适合于高速、宽带系统。

2、光交换系统分类有几种？分别是哪些？

答：3种。空分光交换、时分光交换和波分光交换。

3、在全光网络的中间节点中，为什么要进行波长转换？

答：为了适应相应波长的信息传输模式，需要把携带有信息的一定波长信号通过处理，转载到另外一个波长上去。

4、波长转换技术主要有哪几种？

答：光/电/光波长转换技术、全光波长转换技术。

5、什么是光孤子通信？

答：光孤子通信是一种全光非线性通信方案，其基本原理是光纤折射率的非线性效应导致对光脉冲的压缩，可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件下，光孤子能够长距离不变形地在光纤中传输。它完全摆脱了光纤色散对传输速率和通信容量的限制，其传输容量比当今最好的通信系统高出1~2个数量级，中继距离可达几百公里，它被认为是下一代最有发展前途的传输方式之一。

6、什么是相干光通信技术？

答：在发送端，采用外光调制方式将信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经光匹配器送入光纤中传输。当信号光传输到达接收端时，首先与一本振光信号进行相干混合，然后由探测器进行探测。

第五篇：光纤通信技术系统组成、运用与发展论文

光纤通信技术系统组成、运用与发展

光纤通信技术系统组成、运用与发展

李伟涛

（单位：江苏正欣和通信发展有限公司邮编：210008）

[论文摘要]：光纤通信作为现代通信的主要通信方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。光纤是用二氧化硅为基本原材料制成，利用光波作为信息载体达到通信的目的，它具有价格低廉，体积小，重量轻，保密性高，传输系统所占空间小，解决了地下通道拥挤的问题，备受业内人士的青睐，在现代社会发展非常迅速，正向着更高水平、更高阶段发展，为人们的生活带来了更大的方便。

[关键字]：光纤通信组成分类发展

1、光纤通信系统组成：

光纤通信作为现代通信的主要通信方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。随着社会的不断进步，通信向大容量，长距离方向发展是必然趋势。光通信是以电通信发展而来的，是成熟的电通信技术与先进光子技术的结合，是利用光作为信息载体，以二氧化硅为基本原材料来传输携带信息的光波达到通信的目的。其系统组成（如图1所示）：光发射机、光纤与光接受机组成。

在发射端，电端机把模拟信息（如话音）进行模/数转换，转换后的数字信号复用后再去调制发射机中的光源器件，一般是半导体激光器（LD），则光源器件就会发出携带信息的光波。如当数字信号为“1”时，光源器件发射一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发射一个“空号”（不发光）。光发射机的作用就是进行电/光转换把数字化的电脉冲信号码流（如PCM话音信号）转换成光脉冲信号码流并输入到光纤中进行传输。光波经光纤传输后到达接受端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机解复后再进行数/模转换，恢复成原来的模拟信息。光接收机的作用就是进行光/电转换，把数字电信号（通信信息）经过放大、均衡后在生出波形整齐的电脉冲信号，这样便完成了一次通信全过程。

2、光纤通信系统的分类与特点：

光纤通信系统可以根据系统所使用的传输信号形式、传输光的波长和光纤的类型进行不同的分类。

2.1按传输信号分类：

通信工程师论文-1-李伟涛

按传输信号的不同，光纤通信系统可以分为：模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统。

2.1.1模拟光纤通信系统：

模拟光纤通信最主要的优点是不需要数字通信系统中的模/数转换和数/模转换，故比较经济。而且一个电视信号如采用数字通信方式，可不用频带压缩，140Mbit/s的系统只能通一路电视。在目前的技术情况下，为了在用户网传送多路宽带业务（如CATV），采用频率调制的频分多路复用的模拟光纤通信方式。

2.1.2数字光纤通信系统：

数字光纤通信系统是光纤通信的主要通信方式。其优点是抗干扰能力强，使用再生技术时噪声积累少，易于集成以减少设备的体积和功耗，转接交换方便，利于与计算机结合等。数字通信的缺点是所占的频率宽，而光纤的带宽比金属传输线要宽许多，弥补了数字通信所占频带宽的缺点。采用数字通信，中继器采用判决再生技术，噪声积累少，是最有利的光纤通信技术。目前各国在公用通信网中的长途干线和市内局间中继线路均纷纷采用数字光纤通信系统作为主要传输方式，以便实现传输网的数字化。

2.2按波长和光纤类型分类：

按波长和光纤类型分类，光纤通信系统分为四类：(1)、短波长（0.85μm左右）多模光纤通信系统；（2）、长波长（1.31μm）多模光纤通信系统；（3）、长波长（1.31μm）单模光纤通信系统；（4）、长波长（1.55μm）单模光纤通信系统。

2.3光纤通信的特点：

光纤通信与其他通信手段相比，其特点在于：

2.3.1频带宽，通信容量大：

光纤比铜线（明线）或电缆有大得多的传输带宽，光纤通信系统与光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性有关。理论上其一根头发丝粗细的光纤可同时传输100亿个话路，虽目前远没有达到如此高的传输容量，但一根光纤同时传输50万个话路（40Gbit/s），比同轴电缆、微波等要高出几千乃至几十万倍以上。如果加上波分复用技术将一根光纤当作几

十、几百根光纤使用，其通信容量是非常惊人的。

2.3.2损耗低、中继距离长：

由于光纤具有极低的衰减系数现已达到0.25db/km以下，配以适当的光发射机、光接收设备以及光放大器，可使其中继距离达到数百、数千公里，而且降低了通信系统传输设备的成本与复杂性，减少了许多的人力与物力，这是传统电缆无法相比的。

2.3.3无串音干扰，保密性好：

在电波传输的过程中，电磁波的泄露会造成各传输通道的串扰，而且容易被窃听，保密性差。光波在光纤中传输时只是在其芯区内进行，而任何泄露的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收，即使在拐弯处，漏出的光波也十分微弱，哪怕光缆内的纤芯数很多，相邻信道也不会出现串音干扰，在光缆的外面，也无法窃听到光纤中的传输信息。

2.3.4 适应能力强、体积小、重量轻、便于施工与维护、原材料来源丰富，价格低廉：光纤通信适应能力强，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀、可挠性强（弯曲半径大于250mm时其性能不受任何影响）等；光缆在施工时方式灵活、多样，可直接埋设、管道布放，水、海底敷设、架空；制造光缆的原材料来源丰富，石英光纤的最基本原材料是二氧化硅，在大自然界中几乎是取之不尽的，因此随着科技的不断发展，光缆价格将十分的低廉，这也是传统电缆无法相比的。

虽然光纤还存在光放大难，电力传输困难，纤芯质地脆弱，弯曲半径不宜太小，机械强度低等一些缺陷，但这些问题都不是严重的，随着科技的发展这些问题将一一获得解决。

由于光纤通信具有其独特的优点，不仅可以在通信住干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监控、控制。其保密性能优越的特点在军事领域得到了广泛的运用。

3、光纤通信的应用与发展趋势：

人类社会已经发展到了信息社会，声音、图象和数据等信息的交流量非常大。以往的通信手段已不能满足人们的需要，而光纤通信以其通信容量大、保密性能高、体积小、重量轻、原材料资源丰富、造价低廉、施工手段多样、灵活、方便、无再生中继距离长等一系列优点。其应用领域普及通信、交通、工业、医疗、教育、航天航空和计算机等各个行业，并向着更广更深的层次发展。

3.1 光纤在公用电信网间作为传输线：由于光纤损耗低、通信容量大、直径小、重量轻和敷设容易，所以特别适用于市内电话中继线路及长途干线线路。

3.2 局域网中的应用：这是一种把计算机和智能终端通过光纤连接起来，实现工厂、办公室、家庭自动化的局部地区数字信息网。

3.3 满足不同网络层面的应用：为适应光传送网向更高速率、更大容量、更长距离方向发展，光纤通信不同层次网络对光纤要求也不尽相同。在核心网、城域网、局域网层面都得到了广泛的应用。

3.4 应用于专网：光纤通信主要应用于电力、公路、铁路、矿山等通信专网，例如电力系统是我国专网中规模较大、发展较为完善的专网。随着通信网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通信网在很多地区已经基本完成了住干线到接入网向光纤过渡的过程。目前，电力系统光纤通信承载的业务主要有语音、数据、宽带业务和IP等常规电信业务；电力生产专业业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。可以说，光纤通信已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分。

3.5 作为危险环境下的通信线：诸如发电厂、化工厂、石油库等场所，对于防强电、防腐蚀、防危险化工产品流散、防火灾、防爆炸是非常重要的。因为光纤的不导电、不短路等优点在这些领域得到广泛的运用。

3.6发展的趋势：

3.6.1光纤到户：现在移动通信发展速度惊人，因其带宽有限，终端体积不可能太大，显示屏幕有限等因素，人们依然追求相对固定终端，希望实现光纤到户。其魅力在于它有极大的带宽，是解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象的最佳方案。随着技术的更新换代，光纤到户的成本将大大降低，不久可降到与DSL和HFC网相当，这使FTTH的实用化成为可能，其趋势将会得到很大的发展。

3.6.2全光网络：传统的光网络实现了节点的全光化，但在网络节点处仍用电器件，限制了目前通信网干线总容量的提高。而全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不在按比特进行，而是根据其波长来决定路由。全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性等，并能提供巨大的带宽、超大的容量、极高的处理速度、较低的误码率，网络结构简单，组网灵活，可随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。虽然全光网络具有许多的优点，但并不能独立于众多通信技术，还要与因特网、ATM网、移动通信网等融合。目前，它的发展虽还处于初级阶段，但具有良好的发展空间。

4、结语：

光及光纤的应用正给人类的生活带来深刻的影响与变革,光纤通信是当今世界上发展最快的领域之一,它的发展将成为未来通信发展的主流。光纤通信系统中存在的一些不足与缺陷，将会随着科学技术的不断发展被一一克服。实现光纤到户、全光网络的时代将不会遥远了。

参考文献：

1、乔桂红主编光纤通信人民邮电出版社2005年5月（4-11）

2、王雷光纤通信的发展现状和未来中国科技信息2006年4月（58-60）

3、吴重庆光通信导论清华大学出版社2008年

作者简介：姓名：李伟涛；性别：男；出生年月：1980年6月；毕业日期与学校：2007年1月毕业江苏省广播电视大学大专（行政管理专业）；工作单位：江苏正欣和通信发展有限公司；职务职称：通信助理工程师；通信地址：南京市中山北路26号新晨国际大厦17层；邮编：210008；联系电话：***。