摘要: 研究光纤通信系统的基本原理及发展现状,分析光纤系统的特点与应用,给出光纤通信的实际应用价值。
关键词: 光纤通信;基本原理;特点;应用
中图分类号:TM93文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0310020-01
0 引言
现代社会已经进入了信息时代,随着通信技术的飞速发展,从中国古代用的“烽火台”报警,欧洲人用的旗语传送信息到现代的光纤通信,都表明人类对于通信的需求在不断增加,尽管光纤通讯系统呈几何倍数的增长,但是还远远没有达到光纤通信的通量极限,所以人们还在不断研究光纤通信,挖掘光纤通信技术的潜力,提升通讯的质量和容量。
1 光纤通信的基本原理及发展现状
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。
光纤通信是利用光纤和激光的特性来实现,利用激光的相干性和方向性,使用激光作为信息的载体在光纤中进行传输的通信方式。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。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。
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验,标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后,光纤通信技术不断创新。光纤从多模发展到单模,工作波长从0.85μm发展到1.31μm和1.55μm,传输速度从几十Mb/s发展到几十Gb/s。
另一方面,随着技术的进步和大规模产业的形成,光纤价格不断下降,应用范围不断扩大。从初期的市话局间中继到长途赶先进一步延伸到用户接入网,从数字电话到有线电视(CCTV),从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息光带传输的主要媒质,光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。下面是当今发展较快的迹象光纤通信技术。
1)光纤接入网(OAN,WTHX Optical Access Network)技术。10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生,各国先后建设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,进一步提高其宽带来满足一定时期的需要,然后再过度到光缆。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、不对称数字用户环路、混合光纤与同轴电缆系统等都属于一些过渡性措施,应用广泛。
2)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,儿这些因素在光的系统中原来是可以避免的。
2 光纤通信的特点和应用
2.1 光纤通信的特点。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。光纤光缆的弯曲半径不能过小。
总之,光纤通信不仅在技术上具有很大的优越性,而且在经济上具有巨大的竞争能力,因此其在信息社会中奖发挥越来越重要的作用。
2.2 光纤通信的应用。光纤通信首先应用于市内电话局之间的光纤中继线路,继而广泛的用于长途干线网上,成为宽带通信的基础。光纤通信尤其适用于国家之间大容量、远距离的通信,包括国内沿海通信和国际间长距离海底光纤通信系统。目前,各国还在进一步研究、开发用于广大用户接入网上的光纤通信系统。
光纤可以传输数字信号,也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网,以及在其他数据传输系统中,都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速,是当前研究开发应用的主要目标。
光纤通信的各种应用可以概括如下:
通信网,包括全球通信网(如横跨大西洋的太平洋的海底光缆和跨越欧洲大陆的洲际光缆干线)、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)、特殊通信手段(如石油、化工、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的光缆,以及飞机、军舰、潜艇、导弹和宇宙飞船内部的光缆系统)。构成因特网的计算机局域网和广域网,如光纤以太网,路由器之间的光纤告诉传输链路。有线电视网的干线和分配网,工业电系统,如工厂、银行、商场、交通和公安部门的监控,自动控制系统的数据传输。综合业务光纤接入网,分为有缘接入网和无源接入网。可实现电话、数据、视频(会议电视、可视电话等)及多媒体业务综合接入核心网,提供各种各样的社区服务。
3 结束语
在人类的生活中通讯占有不可或缺的位置,光纤通信在通讯技术领域的普及,已经成为最主要的信息传输技术,并且无论通讯技术发展的高峰还是低估,光纤通信都没有体制其发展的脚步,并且其未来发展的前景也十分广阔。
参考文献:
[1]刘增基、周洋溢、胡辽林、周绮丽编著,《光纤通信》,西安:西安电子科技大学出版社,2001.
[2]黄一平、赵彦晓、姚伟编著,《光纤通信》,北京:北京理工大学出版社,2008.1.
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