严旭瑶
(浙江工业大学信息学院通信0602 杭州 310014)
摘要 自20世纪70年代一来，每隔几年光纤通信技术就上升到一个新的台阶。光纤传输容量几乎每年翻一番由最初的第一代用作城市局间中继的光纤通信系统，发展到了以DWDM与掺铒光纤放大器相结合的第四代光纤通信系统和以光弧子为信息载体的第五代光纤通信系统，传输速率已经由当初的每对光纤数十Mb/s发展到当今的10 Tb/s以上。仅仅30多年时间，其发展速度已大大超过人们的预料。光纤通信的众多优点，给通信领域的发展带来了蓬勃生机。简单介绍了光纤通信的发展现状、最新技术和发展趋势，着重在大容量、长距离、波分复用、光放大这几个技术方面做了论述，并简要阐述了未来的发展趋势及前景应用。 关键词 光纤通信；现况；发展；前景应用
1966年，被誉为“光通信之父”的英籍华人高锟博士发表了一篇名为《光频率的介质纤维表面波导》的论文之后，才使得长距离、大容量光通信得以实现。由于光通信的传输损耗低、带宽极大、抗电磁干扰、传输质量好、保密性能好等特点而广受人们青睐。计算机和多媒体通信的要求，无形中也促进了光通信技术的发展。目前，光通信已是通信网的主要传输方式，不同层次的光通信网几乎遍布全球。2003年3月23～28号，国际光纤通信学术会议在美国亚特兰大举行，各国报道的最新研究和实验进展表明大容量、长距离、波分复用、光纤技术、光放大等几个方面是目前光通信技术的热点。
1 光纤通信技术的现况
自1976年第一条光纤通信线路开通之后，经过20余年的发展，光纤通信已经成为屈全球性长途通信的干线，即所谓＂信息高速公路的骨干＂。
今天人类社会已经逐步向信息化社会进化，人们对信息容量的需求正在迅猛地增长，与卫星通信、微波接力等相比，光纤通信已成为扩大通信容量最有力的传输媒介。一条光纤总的传输量可以达到1Tb/s)以上。目前使用波分复用技术已经能使40～80个通道的2.5Gbit/s同时传送出去。2.5Gbit/s的传输系统已经大量商用化，而实验中可以做到单通道传送10～
20Gbit/s。
现今的大容量、高码率通信方面主要采用如下四方面新技术：
(1)用光电混合集成在一片半导体材料，可以构成分布反馈（DFB）激光器、电吸收调制器（electro-absorption modulators-EAM）以及驱动电路与单片光发射模块，集成在一起的、和光电探测器与其前置放大器等集成在一起的OEIC发射与接受模块。
(2)现在的DFB/ EAM组合器件发射的光谱带宽极窄，可达到∆v=3~5MHz以下。并且采用外调制技术使直接调制引入的频率啁啾量降到最小的程度。这样可以做到大约在300~500km之内不必采用散补偿技术。
(3)EDFA已经被大量、普遍的采用，在超过500km以上的通信线路中已有一套克服散和非线性影响的管理方法。
四、波分复用，特别是密集型波分复用（DWDM）技术，以及波分复用与时分复用（WDM+TDM）混合技术，可以将通信容量很方便地按需要迅速扩大。
2 光纤通信技术的发展历程
从1980年开始在数字光纤通信（PCM）方面一直用异步复接（PDH）方案，在美国以三次DS3标记，码率为44.7Mb/s，通672话路或一路电视。1987年美国已广泛使用36×DC3即码率为1.668Gb/s,通24192话路或36路电视。1988年，当时的CCITT组织开始颁布数字通信同步复接(SDH)系统的建议：G.707同步复接比特率体制；G.708同步复接系统的网络节点接口（NNI）方案；G.709同步复接系统的结构等等规定。从此在世界范围统一了同步复接方案，同步复接从4次开始即（OC—3或STM—1）码率为155.520 Mb/s，以后按N倍乘复接，如：OC—12或STM—4为4×OC—3=622.080 Mb/s；OC—24或STM—8为1244.160 Mb/s；OC—48或STM—16为2488.320 Mb/s等。1911年，美国已普遍采用OC—48为标准制式，可通32256话路或48路电视。1955年之后，在光通信技术中，采用了光纤放大器（EDFA）和波分复用WDM 技术，以N×OC—48方式复接，扩大通信容量，例如OC—192=为4×OC—48，可通129，024话路或192路电视，详见下表。
年代 | 数字体系 | 比特率 （Mb/s） | 信道数 |
语音 | 电视 |
1980 1986 1987 1989 1991 1995年以后 | DS3 9×DS3 (FTsG) 12×DS3 36×DS3 72×DS3 (FTsG/WDM) OC-48/ STM-4 N×OC-48 (OA+WDM) OC-192 M×OC-192 (OA+WDM) | 44.7 417 565 1668 2×1668 2488 N×2488 9953 M×9952 | 672 6048 8064 24192 48384 32256 N×32256 129024 M×129024 | 1 9 12 36 72 真水无香电影48 N×48 192 M×192 |
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采用光－电－光中继器时，每个中继器只对一个波长的信道起中继放大的作用，因此对这一级就必须用ｎ个中继器来替代一个放大器。在WDM条件下，使用EDFA将大大降低通信网络的成本。
在系统中，使用三种类型放大器即后置的光纤功率放大器（booster-amplifier），中继的光纤放大器（line-amplifier）和置于光接收机前的前置光纤放大器（pre-amplifier）。光纤放大器最大的一个特点是光放大器是透明的，并没有哪一个波长特别优先，它允许不同波长的光信号同时通过并被放大。因此，可以用多个不同波长的光源将光信号同时输入光纤并同时被放大，这就是波分复用WDM技术。密集型DWDM技术大约每个波长的间隔为0.8nm。
光纤通信系统最大的特点是适用于作大容量长距离的传输，因此，世界各大洲之间的越洋通信就是光通信的重要领域。如下表。
系统 | 时间 | 类型 | 带宽或比特率 | 通道数 | 注释 |
基本的 | 数据控制多路转换系统 |
TAT-1/2 HAW-1 | 1955/1959 1957 | SB | 0.2MHz | 48 | 108 | 铜同轴 模拟 真空管 |
TAT-3/4 HAW-2 phhH-G-J | 1963/1965 1964 1964 | SD | 1.1 MHz | 140 | 315 |
TAT-5 HAW-3 H-G-O | 1970 1974 1975 | SF | 6MHz | 840 | 1,900 | 锗晶体管 |
TAT-6/7 | 1976/1983 | SG | 30MHz | 4,200 | 9,450 | 钓鱼岛的前世今生硅晶体管 |
TAT-8 HAW-4 TPC-3 | 1988 1989 1989 | SL280 | 280 Mb/s | 8,000 | 40,000 | 光纤 数字 波长１.３µｍ |
TAT-9 | 1991 | SL560 | 560Mb/s | 16,000 | 80,000 成温立交桥 | 波长： １.５µｍ |
TPC-4 TAT-10/11 | 1992 1992/1993 | 24,000 | 120,000 |
TAT-12 TPC-5 | 1995 1995 | SL2000 | 5Gb/s | 122,880 | 614,400 | 光放大器 波长１.５µｍ |
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从该表可以看出直到1955年之后，一条电缆经电子真空管的中继放大，还只能通过48话路，此后20年，由于锗、硅晶体管的发明应用，通过4200话路。1988年，光纤开始应用于越洋通信，一开始就达到通信码率280 Mb/s，话路8000。到1995，已经应用光纤放大器EDFA，其通信码率达到5Gb/s，通过话路122880。由此可以看出光纤通信发展之迅速。
3 光纤通信技术的前景应用
对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离一直是人们追求的目标，而光纤到户和全光网络也是人们不懈追求的梦想。
可以说光纤到户是光纤通信的一个亮点，伴随着相应技术的成熟与实用化，成本进一步降低到家庭能承受的水平，FTTH的大趋势是不可阻挡的。
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。
4总结
虽然目前全球主要主干线路都采取光纤通信，然而接入用户的“最后一公里”线路由于其性价比较低，所以现阶段还没全部实现光纤通信，但实现全光通信一直是人们追求的目标。从目前的情况来看，未来光纤通信的主要发展方向是：主干传输向高速率、大容量的OTN光传送网发展，不断降低接入网成本，最终实现光纤到家。人们期望的光纤用户和真正的全光网络的时代会在不远的将来如愿到来。
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