摘要:采用光纤接入网是光纤通信发展的必然趋势,尽管目前各国发展光纤接入网的步伐各不相同,但光纤通信技术以其突出的特点、发展过程中不断完善的技术优势成为通信领域不可替代的、最主要的信息传输方式。
关键词:光纤通信 特点 接入技术 新技术
光纤通信具有巨大的信息容量;光纤衰耗极低、传输距离长;光纤不受电磁干扰影响、信号串扰小、保密性能好;节约有色金属;光缆尺寸小、重量轻、便于敷设和运输等五大优点。经历了几十年的发展已经成为现代通信主要的传输方式。
1 光纤通信的特点
光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输媒介的通信方式。从原理上看,光纤通信的基本物质由光源、光纤和光检测器构成。光纤是用玻璃材料构造的光导纤维,绝缘体性非常好,不会有接地回路的问题;光纤之间基本没有串绕现象,信息传输安全性保密性好;光纤的芯很细,传输系统所占空间小,节省空间。在光纤通信系统中,光波频率的频率高,光纤的损耗低,故光纤通信的容量要非常大。概括起来说,光纤通信的特点体现在以下几点:
1.1 频带极宽,通信容量大。光纤大约可以利用50000GHz传输带宽,光纤通信系统的容许频带(带宽)是由光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性决定的。比如单波长光纤通信系统通常采用密集波分复用等复杂技术,来解决终端设备的电子瓶颈效应的问题,使光纤带宽发挥应有的优势,进而增加光纤传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到10Gbps。
1.2 损耗低,无中继设备,传输距离长。目前通信中使用的石英光纤损耗是所有传输介质中最低的,可低于0～20dB/km;而非石英系统光纤损耗更低,理论上损耗可低至10-9dB/km。因此,光纤通信系统跨越的无中继距离更远,使中继站数目的减少,这就降低了系统成本和复杂性。
1.3 抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成,绝缘性好,不易被腐蚀。故光波导对电磁干扰有很强免疫力,它不受雷电、电离层的变化和太阳黑子活动等自然电磁的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,这对于通信材料来说,是个很大的优势。除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、节约空间、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点,使其应用的范围也越来越广泛。
2 光纤接入技术
光纤接入网或称光接入网,是以光纤为传输介质,并利用光波作为载波传送信号的接入网,泛指本地交换机或远端交换模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。
2.1 光纤接入网的分类 光纤接入网可分为有源光网络(AON)和无源光网络((PON)。采用SDH技术、ATM技术、以太网技术在光接入网系统中称为有源光网络。若光配线网(ODN)全部由无源器件组成,不包括任何有源节点,则这种光接入网就是无源光网络。
现阶段,无源光网络(PON)技术是实现FT-Tx的主流技术。典型的PON系统由局侧OLT(光线路终端)、用户侧ONU/ONT(光网络单元)以及ODN-OrgnizationDevelopment Network(光分配网络)组成。
PON技术可节省主干光纤资源和网络层次,在长距离传输条件下可提供双向高带宽能力,接入业务种类丰富,运维成本大幅降低,适合于用户区域较分散而每一区域内用户又相对集中的小面积密集用户地区。
2.2 光纤接入的拓扑结构 通常的光纤接入的拓扑结构有点到点(P2P)方式和点到多点(P2MP)两种方式。在点到点(P2P)的接入方式中,交换局为每个用户分配一根光纤。在这种点到点光纤接入方式中每个用户可以使用这个根光纤的全部带宽,而且用户的升级容易实现。增加,光纤数量线形增加,成本很高;第二,每个光纤提供的传输带宽浪费严重,其他的用户无法共享光纤的带宽资源;第三,不利于开展多播和组播业务。因此这种点到点的光纤接入方式在实际中应用并不多。点到点接入方式的改进,中心局交换机和用户交换机之间通过光纤连接,用户交换机为每个用户提供点到点的光纤接入,相对于点到点光纤接入,这种改进方式可以节约光纤资源。
另一种是基于PON的点到多点(P2MP)接入方式。这种无源的点到多点的接入方式中在用户侧使用无源光功率分配器,从而实现点到多点的用户接入方式。相对于点到点光纤接入方式,点到多点接入的优点非常明显:第一,由于多个用户共享一根光纤的带宽资源,用户成本相对较低,而且可以充分利用光纤的带宽资源;第二,对于开展点到多点的多播、组播业务相对简单,适合开展视频广播和流媒体业务;第三,减小中心交换局一侧的光纤接头数目,安装和维护简单,易于实现用户网络的优化规划。正是由于这些优点,PON已经成为光纤接入的主流技术。
3 光纤通信系统中的新技术探究
目前,光纤通信技术在通信网、广播电视网与计算机网,以及其他数据传输系统中,都已经得到广泛应用,新技术也不断涌现,提高了通信能力,拥有很大的需求和市场。目前光纤通信新技术的发展趋势主要集中在以下几个方面:
3.1 光器件的集成化 光电子器件的发展趋势就是集成化、小型化。要实现全光通信网络,器件的集成必不可少。光子集成芯片的制造需要将将激光器、检测器、调制器和其他器件都集成到芯片中,这些集成需要在不同材料多个薄膜介质层上重复地沉积和蚀刻,这些材料包括砷化铟镓、磷化铟等。尽管这是一种复杂的技术,但是由于互联网语音和视频业务的不断增长,传统的1M～6M的互联网接入带宽变得不足,但是通过增加设备来提高速度扩大带宽已经不现实,因此光器件的集成是必须的,也是保证互联网持续增长的重要因素。
3.2 光交换技术 商用光纤通信系统,单信道传输速率已超过10 Gb/s,实验WDM系统的传输速率已超过3.28 Tb/s。现有网络中,高速光纤通信系统仅仅充当点对点的传输手段,网络中重要的交换功能还是采用电子交换技术。但是传统电子交换机的端口速率只有几Mb/s到几百Mb/s,因此成为了整个通信网速率提高的瓶颈。彻底解决这个问题的办法,就是实现全光交换。目前,光交换技术可分成光的电路交换(OCS)和光分组交换(OPS)两种主要类型。光的电路交换类似于现存的电路交换技术,采用OXC、OADM等光器件设置光通路,中间节点不需要使用光缓存,目前对OCS的研究已经较为成熟。但是OCS在光子层面的最小交换单元是整条波长通道上数Gb/s的流量,很难按照用户的需求灵活地进行带宽的动态分配和资源的统计复用,而光分组交换作为更加高速、高效、高度灵活的交换技术,其能够支持各种业务数据格式———计算机通信数据、话音、图表、视频数据和高保真音频数据的交换,成为研究的新热点。超大带宽的OPS技术可实现10Gb/s以上速率光信号的交换,对数据格式与速率完全透明,更能适应当今快速变化的网络环境,能为运营商和用户带来更大的收益。在更加实用化的光缓存器件和光逻辑器件产生以前,对二者要求不是很高的OBS以及OMPLS技术作为OPS的过渡性解决方案,将会成为市场的主流。
4 结语
光纤通信技术的快速发展促进了社会的信息化,而社会的信息化又进一步加速了光纤通信技术的发展,大容量、高速率是社会信息化的两个重要特征,新型光通信技术正是为了针对性的解决这些问题而孕育产生的,这必将使得光纤通信技术取的更大的发展。
参考文献:
[1]裘庆生《浅析我国光纤通信发展现状及前景》[J].信息与电脑(理论版) 2009(12).
[2]刘海军《浅析光纤通信技术的现状与发展》[J].科技信息 2009(31).
[3]白建春《光纤通信技术的发展及其应用》[J].中国新技术新产品 2010(3).
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