第一篇：光纖通信與系統設計(第一次作業)（共）

第一次作業（第二章）

1、光波從空氣中以 θ1=60°的角度入射到一平板玻璃上，此時一部分光束被反射，另一部分被折射。如果反射光束與折射光束之間的夾角正好為 90°，該玻璃板的折射率等于多少？又當光波從玻璃板入射到空氣中時，該玻璃板的全反射臨界角是多少？

答:（1）折射角β=30°，折射率n=sin60°/sin30°=√3

（2）sin90°/sinα=√3=>α=arcsin(√3/3)

2、一階躍光纖，其纖芯折射率 n1=1.52，包層折射率 n2=1.49。求：

（1）光纖放置在空氣中，光從空氣中入射到光纖輸入端面的最大接收角是多少？

（2）光纖浸在水中（n0=1.33），光從水中入射到光纖輸入端面的最大接收角是多少？答：(1)n0sinα=n1sinβ

n1sin(90°-β)=n2sin90,求得sinα=√1.52*1.52-1.49*1.49=0.3,求得α=17.5°

（2）公式同上n0sinα=n1sinβ

n1sin(90°-β)=n2sin90，其中n0=1.33，求得α=13.06°

3、某階躍光纖的纖芯折射率為 1.5，相對折射率差為 Δ=0.003，纖芯的直徑為 7μm，問：

（1）該光纖的 LP11 高階模的截止波長 λct 是多少？

（2）當纖芯內光波長 λ1=0.57μm和 0.87μm時，能否實現單模傳輸？

答：

(1)NA=(n12-n22)1/2可得歸一化頻率V=(2π/λ)·α·n1·(2⊿)1/2<2.405,可得第一高次模的截止波長為：λct=(2π/2.405)·α·n1·(2⊿)1/2=1.06μm

(2)λ1=0.57μm和0.87μm時均<λct,所以不能實現單模傳輸

4、已知 LD 發出的激光，其中心波長為 λ=1.31μm，譜線寬度 Δλ=0.002μm，將其入射到單模光纖內，問該單模光纖每千米產生的模內色散帶寬是多少？

答：⊿τ=D·⊿λ·L=3.5·2·1=7ps/km

F3db=0.44/(7·10-12)=63GHz

第二篇：光纖通信系統

第一章

1、實現光纖通信的關鍵器件與技術是什么？

答：（1）低損耗、寬帶寬的光纖。

（2）高可靠性、長壽命的光源及高響應的光檢測器件。

（3）光測量及光纖連接技術。

2、光纖通信使用光源的波長范圍是什么？

答：在近紅外區內，即0.8~1.8um。

第二章

5、光纖的損耗機理及危害是什么？

答：損耗機理：主要有吸收損耗、散射損耗及輻射損耗。

吸收損耗與光纖材料有關。散射損耗與光纖材料及光波導中的結構缺陷、非線性效應有關，這兩種損耗是光纖材料固有的。輻射損耗則與光纖幾何形狀的擾動有關。

危害：由于損耗的存在，在光纖中傳輸的光信號，不管是模擬信號還是數字脈沖，其幅度都要減小。光纖損耗是光纖傳輸系統中中繼距離的主要限制因素之一。

6、光纖的色散機理及危害是什么？

答：色散機理：由于光纖中所傳信號的不用頻率成分或不同模式成分，在傳播的過程中因群速度不同互相散開，并且造成它們到達光纖終端的時間各不相同，從而引起傳輸信號波形失真、脈沖展寬。光線的色散，主要有材料色散、波導色散和模式色散。

危害：由于信號的各頻率成分和各模式成分的傳輸速度不同，當它在光纖中傳輸一定的距離后，將互相散開，致使光脈沖展寬。若脈沖展寬過大將會造成碼間干擾，從而使誤碼率增加，通信質量下降。由于脈沖寬度與頻帶寬度成反比，脈沖展寬越大，表示帶寬能力越小。

7、光纜的主要結構是什么？答：光纖芯線、護套和加強部件。

第三章

3、半導體激光器發光的基本條件是什么？

答：向半導體P-N結注入電流，實現粒子數反轉分布，產生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實現光放大而產生激光振蕩輸出激光。

4、能級躍遷有那幾種形式？

答：熱躍遷、光躍遷（自發發射、受激輻射、受激吸收）。

5、半導體激光器的工作電壓是正向還是反向？

答：正向。

8、比較半導體激光器和發光二極管的異同。

答：不同之處：(1)工作原理不同，半導體激光器是受激輻射，再利用諧振腔的正反饋。而發光二極管是自發輻射，不需要光學諧振腔，沒有閾值。(2)發光二極管工藝簡單、成本低、可靠性好。適用于短距離、低碼速的數字光纖通信系統，或者是模擬光纖通信系統。半導體激光器適用于長距離大容量的光纖通信系統。

相同之處：使用的半導體材料相同，結構相似。

11、光電探測器的主要特性是什么？

答：（1）要有高的光電轉化效率，或者具有高的增益因子。

（2）對應于使用波長的光波，要有高的靈敏度，即響應度要高。

（3）要有足夠寬的帶寬，即檢測器輸出的電信號能不失真地反映出接受的光信號。

（4）要求穩定、可靠、便宜。

12、光電探測器的工作電壓是正向還是反向？

答：反向。

16、試說明APD和PIN在性能上的主要區別。

答：PIN光電二極管響應頻率高，可高達10GHZ，響應速度快，供電電壓低，工作十分穩定。

APD雪崩二極管靈敏度高，響應快，但需要上百伏的工作電壓，而且性能和入射光功率有關，當入射光功率大時，增益引起的噪聲大，帶來電流失真。

17、無源光器件的種類有哪些？

答：無源光器件大致可分為連接用的部件和功能性部件兩大類。

連接用的部件有各種光連接器，它們不僅可用做光纖和光纖的連接，而且還可以組成功能部件及設備的一部分，用于部件（設備）和光纖、或部件（設備）和部件（設備）的連接。

功能性部件有分路器、耦合器、光分波合波器、光衰減器、光開關和光隔離器等，它們主要用于光的分路、耦合、復用、衰減、開關、防反射等方面。

第四章

1、數字信號調制半導體激光器時，直流偏置應如何設置？

2、數字信號調制發光二極管時，直流偏置應如何設置？

4、在數字光纖通信中，線路編碼的基本要求是什么？

答：（1）要便于在不中斷通信業務的條件下進行誤碼檢測，這就要求碼型有一定的規律性。

（2）碼率增加要少，如碼速提高過多，會使系統信噪比因帶寬增大而減小，這對于高次群系統特別重要。

（3）盡量減少碼流中連0、連1碼的個數，便于定時信號的提取。

（4）要有利于減少碼流的基線漂移，即要求碼流中的“1”、“0”碼分布均勻，否則不利于接收端的再生判決。

（5）接收端將線路碼還原后，誤碼增值要小。

（6）電路簡單，體積小，耗電少。

6、現有碼流信號為***011110110，采用8B1P編碼方式，請分別給出P為奇校驗碼和偶校驗碼時的碼流信號。

（1）P為奇校驗碼：

8B碼***011110110

8B1P碼 ***101111101101

（2）P為偶校驗碼：

8B1P碼 ***1001111011007、現有碼流信號為***011110110，采用4B1C編碼方式，請給出編碼后的碼流信號。4B碼***011110110

4B1C碼******

10、SDH幀結構可分為哪幾個部分？

答：（1）段開銷。（2）信息載荷。（3）管理單元指針。

17、數字光接收機的主要性能指標是什么？

答：（1）光接收機的靈敏度。（2）光接收機的噪聲。（3）數字光接收機的誤碼率。（4）模擬光接收機的性噪比。（5）動態范圍。（6）抖動。

18、設計數字光纖通信系統的中繼距離時，應該考慮哪些因素？

答：（1）發射光功率。（2）光接收機靈敏度。（3）光纖的每公里損耗。（4）光纖的色散。

第五章

1、什么叫做基帶—光強調制？

答：模擬信號沒有經過任何電的調制就是基帶信號如電視信號。基帶信號直接對光源進行強度調制就稱為基帶—光強調制。

2、什么叫做副載波調幅—光強調制？

答：原始的電信號先對某一電載波進行調幅，然后再對光源進行調制。

3、什么叫做副載波調頻—光強調制？

答：原始的電信號先對某一電載波調頻，然后再對光源調制。

4、什么叫做脈沖調制—光強調制？

答：首先用原始的模擬信號對脈沖副載波進行預調制，然后再對光源進行強度調制。

8、什么叫做調幅頻分多路技術？

答：首先將各頻道的視頻基帶信號對各自的副載波進行殘留邊帶調幅，組成頻分多路信號，然后對光源進行強度調制。

9、什么叫做調頻頻分多路技術？

答：首先是將各頻道的視頻基帶信號對各自的副載波進行調頻，組成頻分多路信號，再對光源進行強度調制。

10、什么叫做副載波復用（SCM）技術？

答：將數字視頻基帶信號對各自的副載波進行調制（如FSK、PSK、QAM等），組成頻分多路信號，再對光源進行強度調制。

第六章

1、EDFA的工作原理是什么？有哪些應用方式？

答：工作原理：在摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子(Er3+)有三個能級： 能級1代表基態，能量最低，能級2是亞穩態，處于中間能級，能級3代表激發態，能量最高，當泵浦(Pump, 抽運)光的光子能量等于能級3和能級1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光從基態躍遷到激發態(1→3)。但是激發態是不穩定的，Er3+很快返回到能級2。如果輸入的信號光的光子能量等于能級2和能級1的能量差，則處于能級2的Er3+將躍遷到基態(2→1)，產生受激輻射光，因而信號光得到放大。由此可見，這種放大是由于泵浦光的能量轉換為信號光的結果。為提高放大器增益，應提高對泵浦光的吸收，使基態鉺離子盡可能躍遷到激發態。

應用方式：線路放大、接收端前路放大、發射端放大。

3、EDFA的基本種類有哪些？

答：線路放大器、前置放大器、功率放大器。

4、半導體激光放大器的種類有幾種？主要原理分別是什么？

答：FP型（FPA）和行波型（TWA）

FPA：兩端的發射系數較高，在兩端面間產生正反饋諧振放大，因此要求輸入信號與FP腔間有嚴格的頻率匹配。在略低于閾值電流偏置時，設單次通過的增益為Gs，放大器的內增益可達20~30dB。只有靠近閾值時才能獲得高增益。由于FPA的高度諧振性，它必然是一個窄帶放大器。

TWA：雖然也是與FPA一樣的LD芯片構成，但其端面反射系數要低得多。只有當端面的反射系數為零時才能被稱作行波放大器。而實際情況下，只能說只能說工作在接近行波狀態。

第七章

1、什么是波分復用系統？

答：為了充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源，根據每一信道光波的頻率不同，可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器（合波器），將不同規定波長的信號光載波合并起來，送入一根光纖進行傳輸，在接收端再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看做互相獨立，從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。

2、WDM技術的主要特點是什么？

答：（1）可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。

（2）使N個波長復用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以大量節約光纖。另外，對于早期安裝的芯數不多的電纜，芯數較少，利用波分復用不必對原有系統作較大的改動即可比較方便的進行擴容。

（3）由于同一光纖中傳輸的信號波長彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業務信號的綜合和分離，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離。

（4）波分復用通道對數據格式是透明的，即與信號速率及電調制方式無關。一個WDM系統可以承載多種格式的“業務”信號，ATM、IP或者將來有可能出現的信號。WDM系統完成的是透明傳輸，對于“業務”層信號來說，WDM的每個波長就像“虛擬”的光纖一樣。

（5）在網絡擴充和發展中，是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業務的方便手段，增加一個附加波長即可引入任意想要的新業務或新容量。

（6）利用WDM技術選路來實現網絡交換和恢復，從而可能實現未來透明的、具有高度生存性的光網絡。

（7）在國家骨干網的傳輸中，EDFA的應用可以大大減少長途干線系統SDH中繼器的數目，從而減少成本。距離越長，節省成本就越多。

5、光頻分復用系統和光波分復用系統的區別是什么？

答：在波分復用系統中，合波器與分波器實質上是一個光波的濾波器，它們是在光波波段上將各信道的光波分隔出來。但是，這種光波的濾波器實際上做出來的通帶較寬，因而兩個光源間的波長間隔不能靠的太近，所以光波的頻帶利用率較差。

光頻分復用系統在方案上恰恰避開了上述弱點，不在光波波段上將各信道分開，而在較低的波段上用電的濾波器將各信道分開。顯然，這個頻段上電的濾波器的選擇性能要較光波器件好得多。因而，在這種復用系統中相鄰信道的間隔就可取得小。所以，同樣帶寬的光纖就可容納更多的信道。

第八章

1、簡述什么是光交換？

答：光交換機中交換的信息是光信息，速率高，能抗電干擾，提供大的帶寬，能夠實現透明技術，便于擴展業務。很適合于高速、寬帶系統。

2、光交換系統分類有幾種？分別是哪些？

答：3種。空分光交換、時分光交換和波分光交換。

3、在全光網絡的中間節點中，為什么要進行波長轉換？

答：為了適應相應波長的信息傳輸模式，需要把攜帶有信息的一定波長信號通過處理，轉載到另外一個波長上去。

4、波長轉換技術主要有哪幾種？

答：光/電/光波長轉換技術、全光波長轉換技術。

5、什么是光孤子通信？

答：光孤子通信是一種全光非線性通信方案，其基本原理是光纖折射率的非線性效應導致對光脈沖的壓縮，可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。它完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制，其傳輸容量比當今最好的通信系統高出1~2個數量級，中繼距離可達幾百公里，它被認為是下一代最有發展前途的傳輸方式之一。

6、什么是相干光通信技術？

答：在發送端，采用外光調制方式將信號以調幅、調相或調頻的方式調制到光載波上，再經光匹配器送入光纖中傳輸。當信號光傳輸到達接收端時，首先與一本振光信號進行相干混合，然后由探測器進行探測。

第三篇：光纖通信作業

2-1光纖由哪幾部分組成？

答：光纖由纖芯、包層和涂覆層3部分組成。

2-2在光脈沖信號的傳播過程中，光纖的損耗和色散對其有何影響？

2-3單模光纖有哪幾種類型？各有何特點？

答：單模有G.652、G.653、G.654、G.655四種類型。

G.652光纖的特點是當工作波長在1310nm時，光纖色散很小，系統的傳輸距離只受光纖損耗的限制。

G.653光纖的特點是色散零點在1550nm附近。

G.654光纖的特點是降低1550nm波段的衰減，一般為0.15~0.19dB/km,典型值為0.185dB/km,其零色散點仍然在1310nm附近，但在1550窗口的色散較高，課達18ps/(nm·km)。

G.655光纖的特點是色散點在1550nm附近，WDM系統在零色散波長處工作很容易引起四波混頻效應，導致信道間發生串擾，不利于WDM系統工作。

2-4光纖的歸一化頻率和各模式的歸一化截止頻率的關系是什么？光纖單模傳輸的條件是什么？

2-5光纖的特性有哪些？

答：幾何特性、傳輸特性、機械特性、溫度特性四種。

2-6光纜的結構有哪些？

答：光纜一般由纜芯、護層和加強芯組成。

2-7常用的光纜有哪幾種類型？

答：層絞式結構光纜、骨架式結構光纜、束管式結構光纜、帶狀結構光纜、單芯結構光纜、特殊結構光纜。

第四篇：光纖通信作業1

一、填空題

1、光纖通信中常用的三個低損耗窗口的中心波長為、。

2、光源的作用是將變換為光檢測器的作用是將

3、在光波系統中得到廣泛應用的兩種光檢測器是。

4、光傳輸設備包括

5、光纖通信是以為載頻，以

6、光發送機主要由、和組成。

7、被稱為“光纖之父”的是

8、中國第一條海底光纜建成于

二、簡答題

1、光纖通信主要有哪些優點？

2、簡述未來光網絡的發展趨勢及關鍵技術。

3、全光網絡的優點是什么？

第五篇：光纖通信系統的發展與現狀

光纖通信系統的發展與現狀

通信科學的發展歷史悠久。近代通信技術分為電通信和光通信兩類。電通信又分為有線通信和無線通信，是兩種相當成熟的技術。通信技術發展過程中，圍繞著增加信息傳輸的速率和距離，提高通信系統的有效性、可靠性和經濟性方面進行了許多工作，取得了卓越的成就。光通信技術則是當代通信技術發展的最新成就，已成為現代通信系統的基石。

從廣義的概念上說，凡是用光作為通信手段的都可稱為光通信，則光通信的歷史可追溯到遠古時代，那時大部分文明社會已經用煙火信號傳遞單個信息，至18世紀末通過信號燈、旗幟和其他信號裝置進行通信的類似方法已基本走到盡頭。1792年，根據克勞特查普的建議，采用中繼器使機械代碼信號傳送很長距離（約100km）。這種光通信系統速度很慢，其有效速率B<1b/s。

19世紀30年代電報的出現用電取代了光，開始了電信時代，利用新的代碼技術，速率增加到3～10 b/s，采用中繼站后允許進行長距離（約1000km）通信，1866年，第一條越洋電報電纜系統投入運營。電報也基本上使用數字法。1876年電話的發明引起了本質的變化，電信號通過連續變化電流的模擬形式傳送，這種模擬電通信技術支配了通信系統達100年左右。

20世紀全球電話網的發展導致了電通信系統許多改進，使用同軸電纜代替雙絞線大大提高了系統容量。第一代同軸電纜系統在1940年投入使用，是一個3MHz的系統，能夠傳輸300路音頻信號或1路視頻信號，這種系統的帶寬受到與頻率相關的電纜損耗的影響，頻率超過100MHz時，損耗迅速增加，這種限制導致了微波通信系統的發展。在微波系統中，利用1～10GHz的電磁波及合適的調制技術傳遞信號。最早的微波系統中，利用1～10GHz的電磁波及合適的調制技術傳遞信號。最早的微波系統工作于4GHz，1948年投入運營，從此以后，同軸和微波系統都得到了很大的發展，并都能工作于約100Mb/s。最先進的同軸系統于1975年投入運營，其速率達274Mb/s，但中繼距離短（約1km），系統成本高。微波通通信系統速率亦受到載波頻率的限制。

緊隨研究與發展的步伐，經過許多現場試驗后，于1978年工作于0.8μm的第一代光波系統正式投入商業應用，其比特率在20～100 Mb/s之間，最大中繼距離約10km，最大通信容量（BL）約500（Mb/s）·km。與同軸電纜相比，中繼間距長，投資和維護費用低，是工程和商業運營的追求目標。

在1970年時人們就認識到，使光波系統工作于1.3μm時，損耗<1.0dB/km，且有最低色散，可大大增加中繼距離，這推動了全世界努力發展1.3μm的InGaAs半導體激光器和檢測器。1977年研制成功這種激光器。接著在80年代初，早期的采用多模光纖的第二代光波通信系統問世，其中繼距離超過了20km，但由于多模光纖的模間色散，早期的系統的比特率限制在100Mb/s以下。采用單模光纖能克服這種限制，一個實驗室于1981年演示了比特率為2Gb/s，傳輸距離為44km的單模光波實驗系統，并很快引入商業系統，至1987年1.3μm單模第二代光波系統開始投入商業運營，其比特率高達1.7Gb/s，中繼距離約50km。第二代光波系統中繼距離受到1.3μm附近光纖損耗（典型值為0.5dB/km）限制。理論研究發現，石英光纖最低損耗在1.55μm附近，實驗技術上于1979年就達到了0.2dB/km的低損耗。然而由于1.55μm處高的光纖色散，而當時多縱模同時振蕩的常規InGnAsP半導體激光器的譜展寬問題尚未解決，這兩個因素，推遲了第三代光波系統的問世。后來的研究發現，色散問題可以通過使用設計在1.55μm附近，具有最小色散的色散位移光纖（DSF）與采用單縱模激光器來克服。在80年代這兩種技術都得到了發展，1985年的傳輸試驗顯示，其比

特率達到4Gb/s，中繼距離超過100km。至1990年，工作于2.4 Gb/s，1.55μm的第三代光波系統已能提供通信商業業務。這樣的第三代光波系統，通過精心設計激光器和光接收機，其比特率能超過10Gb/s。后來，10Gb/s的光波系統在一些國家得到了重點發展。

第四代光波系統以采用光放大器（OA）增加中繼距離和采用頻分與波分復用（FDM與WDM）增加比特率為特征，這種系統有時采用零差或外差方案，稱為相干廣播通信系統，在80年代在全世界得到了發展。在一次試驗中利用星型耦合器實現100路622Mb/s數據復用，傳輸距離50km，其信道間串擾可以忽略。在另一次試驗中，單信道速率2.5Gb/s，不用再生器，光纖損耗用光纖放大器（EDFA）補償，放大器間距為80km，傳輸距離達2232km。光波系統采用相干檢測技術并不是使用EDFA的先決條件。有的實驗室曾使用常規非相干技術，實現了2.5Gb/s，4500km和10Gb/s，1500km的數據傳輸。另一實驗曾使用循環回路實現了

2.4Gb/s，2100km和5Gb/s，14000km數據傳輸。90年代初期光纖放大器的問世引起了光纖通信領域的重大變革。

第五代光波通信系統的研究與發展經歷了近20年歷程，已取得突破性進展。它基于光纖非線性壓縮抵消光纖色散展寬的新概念產生光孤子，實現光脈沖信號保形傳輸，雖然這種基本思想1973年就已提出，但直到1988年才由貝爾實驗室采用受激喇曼散射增益補充光纖損耗，將數據傳輸了4000km，次年又將傳輸距離延長到6000km。EDFA用于光孤子放大開始于1989年，它在工程實際中有更大的優點，自那以后，國際上一些著名實驗室紛紛開始驗證通信作為高速長距離通信的巨大潛力。1990——1992年在美國與英國的實驗室，采用循環回路曾將2.5與5Gb/s的數據傳輸 km。1995年，法國的實驗室則將20Gb/s的數據 km，中繼距離達140km。1995年線形試驗也將20Gb/s的數據傳輸8100km，40Gb/s傳輸5000km。線形光孤子系統的現場試驗也在日本東京周圍的城域網中進行，分別將10Gb/s與20Gb/s的數據傳輸了2500km與1000km。1994年和1995年80Gb/s和160Gb/s的高速數據也分別傳輸500km和200km。

光波通信技術得到巨大發展，現在世界通信業務的60%需經光纖傳輸，至本世紀末將達85%。隨著光波通信系統技術的發展，光波通信系統在通信網中的應用得到了相應的發展。現在世界上許多國家都將光波系統引入了公用電信網、中繼網和接入網中。但是目前這種奇特媒質的真正應用還僅僅是在現有電信網絡的骨架結構內用光纖代替銅線，是通信網的性能得到了某種改善，降低了成本，而網絡的拓撲骨架結構基本上還是光波通信出現之前的模式，光波通信的潛力尚未完全發揮。在目前的通信網中光纖通信技術應用尚屬于一種經典應用，在通信網的發展中屬于第二代通信網（第一代為純電信網）。進入90年代后，隨著光纖與光波電子技術的發展，光放大器，波分復用器，光子開關，光邏輯門，路由器等許多新穎光纖與半導體功能光器件相繼問世，在全世界范圍內掀起了發展第三代通信網——全光通信網的潮流。這種通信網中，不僅用光波系統傳輸信號，交換、復用、控制與路由選擇等亦全部在光域完成，由此構建真正的光波通信網。

光波通信發展至今不到30年，但其進展之快，對通信技術影響之大，始所未料，目前大量新的理論與技術研究和發展工作正在繼續進行。

光纖通信的特點與應用

收

光纖通信技術的現狀及發展趨勢

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

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

摘要 簡要介紹了光纖通信的現狀，總結了目前正在使用的波分復用技術和光纖接入技術的基本原理和發展狀況，從超大容量、超長距離傳輸技術和光弧子通信技術，以及全光網絡3個方面論述了光纖通信技術的發展趨勢。

光纖通信自從問世以來，給整個通信領域帶來了一場革命，它使高速率、大容量的通信成為可能。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點而備受業內人士的青睞，發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980年到2000年這20年間增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。目前，我國長途傳輸網的光纖化比例已超過80%，預計到2010午，全國光纜建設長度將再增加約105km，并且將有11個大城市鋪設10G以上的大容量光纖通信網絡[1]。

一、光纖通信技術的現狀

光纖通信的發展依賴于光纖通信技術的進步。目前，光纖通信技術已有了長足的發展，新技術也不斷涌現，進而大幅度提高了通信能力，并不斷擴大了光纖通信的應用范圍。

1.波分復用技術

波分復用WDM（Wavelength Division Multiplexing）技術可以充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源。根據每一信道光波的頻率（或波長）不同，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器（合波器），將不同規定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。自從上個世紀末，波分復用技術出現以來，由于它能極大地提高光纖傳輸系統的傳輸容量，迅速得到了廣泛的應用。

1995年以來，為了解決超大容量、超高速率和超長中繼距離傳輸問題，密集波分復用DWDM（Dens Wavelength Division Multiplexing）技術成為國際上的主要研究對象。DWDM光纖通信系統極大地增加了每對光纖的傳輸容量，經濟有效地解決了通信網的瓶頸問題。據統計，截止到2002年，商用的DWDM系統傳輸容量已達400Gbit/s。以10Gbit/s為基礎的DWDM系統已逐漸成為核心網的主流。DWDM系統除了波長數和傳輸容量不斷增加外，光傳輸距離也從600km左右大幅度擴展到2000km以上[2]。

與此同時，隨著波分復用技術從長途網向城域網擴展，粗波分復用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）技術應運而生。CWDM的信道間隔一般為20nm，通過降低對波長的窗口要求而實現全波長范圍內（1260nm～1620nm）的波分復用，并大大降低光器件的成本，可實現在0km～80km內較高的性能價格比，因而受到運營商的歡迎。

2.光纖接入技術

光纖接入網是信息高速公路的“最后一公里”。實現信息傳輸的高速化，滿足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網絡，用戶接入部分更是關鍵，光纖接入網是高速信息流進千家萬戶的關鍵技術。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應用，統稱FTTx。

FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需求。我國從2003年起，在“863”項目的推動下，開始了FTTH的應用和推廣工作。迄今已經在30多個城市建立了試驗網和試商用網，包括居民用戶、企業用戶、網吧等多種應用類型，也包括運營商主導、駐地網運營商主導、企業主導、房地產開發商主導和政府主導等多種模式，發展勢頭良好。不少城市制訂了FTTH的技術標準和建設標準，有的城市還制訂了相應的優惠政策，這些都為FTTH在我國的發展創造了良好的條件。

在FTTH應用中，主要采用兩種技術，即點到點的P2P技術和點到多點的xPON技術，亦可稱為光纖有源接入技術和光纖無源接入技術。P2P技術主要采用通常所說的MC（媒介轉換器）實現用戶和局端的直接連接，它可以為用戶提供高帶寬的接入。目前，國內的技術可以為用戶提供FE或GE的帶寬，對大中型企業用戶來說，是比較理想的接入方式。

xPON意味著包括多種PON的技術，例如APON（也稱為BPON）、EPON（具有GE能力的稱為GEPON）以及GPON。APON出現最早，我國的“863”項目也成功研發出了APON，但由于諸多原因，APON在我國基本上沒有應用。目前用得比較多的是EPON中的GEPON，我國的GEPON依然屬于“863”計劃的成果，而且得到廣泛的應用，還出口到日本、獨聯體、歐洲、東南亞等海外一些國家和地區。GPON由于芯片開發出來比較晚，相對不是很成熟。成本還偏高，所以，起步較晚，但在我國已經開始有所應用。由于其效率高、提供TDM業務比較方便，有較好的QoS保證，所以，很有發展前景。EPON和GPON各有優缺點，EPON更適合于居民用戶的需求，而GPON更適合于企業用戶的接入[3]。

二、光纖通信技術的發展趨勢

對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。

1.超大容量、超長距離傳輸技術

波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有很大的應用前景，這幾年波分復用系統發展也確實十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系統已經大量商用，同時，全光傳輸距離也在大幅度擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用（OTDM）技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit/s。

僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分

復用，從而大大提高傳輸容量。偏振復用（PDM）技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應能力較強，因此，現在的超大容量WDM/OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統的關鍵技術中。歐共體的RACE計劃和美國正在執行的ARPA計劃在發展寬帶全光網中都部署了WDM和OTDM混合傳輸方式，以提高通信網絡的帶寬和容量。WDM/OTDM系統已成為未來高速、大容量光纖通信系統的一種發展趨勢，兩者的適當結合應該是實現Tbit/s以上傳輸的最佳方式。實際上，最近大多數超過3Tbit/s的實驗都采用了時分復用（TDM、OTDM、ETDM）和WDM相結合的傳輸方式[4]。

2.光弧子通信

光弧子是一種特殊的ps數量級上的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而，經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光弧子通信就是利用光弧子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。

在光弧子通信領域內，由于其具有高容量、長距離、誤碼率低、抗噪聲能力強等優點，光弧子通信備受國內外的關注，并大力開展研究工作。美國和日本處于世界領先水平。美國貝爾實驗室已經成功實現了將激光脈沖信號傳輸5 920km，還利用光纖環實現了5Gbit/s、傳輸15 000km的單信道孤子通信系統和10Gbit/s、傳輸11 000km的雙信道波分復用孤子通信系統；日本利用普通光纜線路成功地進行了超高20Tbit/s、遠距離1 000km的孤立波通信，日本電報電話公司推出了速率為10 Gbit/s、傳輸12 000km的直通光弧子通信實驗系統。在我國，光弧子通信技術的研究也有一定的成果，國家“863”研究項目成功地進行了OTDM光弧子通信關鍵技術的研究，實現了20Gbit/s、105km的傳輸。近年來，時域上的亮孤子、正色散區的暗孤子、空域上展開的三維光弧子等，由于它們完全由非線性效應決定，不需要任何靜態介質波導而備受國內外研究人員的重視[5]。

光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使?a href=“http://.cn/cnii_zte/index.htm” class=“yt” >中興俾?0～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當然，實際的光孤子通信仍然存在許多技術難題，但目前已取得的突破性進展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統中，有著光明的發展前景。

3.全光網絡

未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發展的最高階段，也是理想階段。傳統的光網絡實現了節點間的全光化，但在網絡結點處仍采用電器件，限制了目前通信網干線總容量的進一步提高，因此，真正的全光網成為一個非常重要的課題。

全光網絡以光節點代替電節點，節點之間也是全光化，信息始終以光的形式進行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，而是根據其波長來決定路由。

全光網絡具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性、可擴展性，并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率，網絡結構簡單，組網非常靈活，可以隨時增加新節點而不必安裝信號的交換和處理設備。當然，全光網絡的發展并不可能獨立于眾多通信技術之中，它必須要與因特網、ATM網、移動通信網等相融合[6]。

目前全光網絡的發展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發展前景。從發展趨勢上看，形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層，建立純粹的全光網絡，消除電光瓶頸已成未來光通信發展的必然趨勢，更是未來信息網絡的核心，也是通信技術發展的最高級別，更是理想級別。

三、結束語

目前，光纖通信已成為一種最主要的信息傳輸技術，迄今尚未發現可以取代它的更好的技術。即使是在全球通信行業處于低迷時期，光纖通信的發展也從未停滯過，就我國而言，2002年的光通信市場相比2001年仍處增長狀態。從現代通信的發展趨勢來看，光纖通信也將成為未來通信發展的主流。人們期望的真正的全光網絡的時代也會在不遠的將來如愿到來。