光纤通信未来发展前景及现状论文.doc

光纤通信的未来发展前景摘要：光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输介质所进行的信息传输的方式。自上世纪光纤通信技术在全球问世以来，整个的信息通讯领域发生了本质的、革命性的变革，光纤通信技术以光波作为信息传输的载体，以光纤硬件作为信息传输媒介，因为信息传输频带比较宽，所以它的主要特点是:通信达到了高速率和大容量，且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。关键词：光纤 通信 发展 未来 高速一、光纤通信概念 光纤通信是以光波为信息载体，通过光纤来传递的一种通信设施。因为它具有容量大，传输距离远，传输速度快，经济等特点，所以在当今被广泛应用。二、光纤通信的特点(1)光纤通信容量大；传输距离长;一根细细的光纤可以承载很多个光信息，而它的传输时以光速传播，并且损耗非常小。(2)由于光纤较细，质量轻，所以便于铺设和运输(3)光纤通信具有抗电磁干扰能力，传输信息不易丢失和失真。(4)信号串扰小、保密性能好;(5)光纤通信用材少，而且不污染环境(7)光缆适应性强,寿命比较长。三、发展概况 光纤通信是当今世界上发展最快的领域之一，也是我国与国际先进水平差距最小的一个领域。在国外光纤通信的研究起步不久，我国于70年代初就开始了光纤通信的基础研究。在光纤光缆、光电器件和光电端机取得阶段性研究成果的基础上，70年代末就进行了光纤通信系统现场试验。80年代主要进行实用化攻关，完成了武汉市话中继实用化工程，武汉荆州多模光缆34mbit/s省内干线工程，扬州高邮、成都灌县单模光缆34mbit/s省内干线工程和合肥芜湖140mbit/s单模光缆一级干线工程，为大规模推广应用打下了基础。90年代初期，我国就开始了光纤通信系统的大量建设，市话中继、省内干线、国家干线，包括农村通信都用光缆逐渐取代电缆，建设现代化的电信网，完成了“八纵八横”国家干线。这八纵八横干线主要是采用pdh140mbit/s系统。随着市场的需要和建设的进步，逐渐采用了sdh622mbit/s和2.5gbit/s系统。国产82.5gbit/sdwdm系统已用于济南青岛一级干线，322.5gbit/s系统也即将进入实用，10gbit/stdm系统也通过了实验室验收。在光纤研制方面，我国对国际上现有的光纤类型都在跟踪研究并有了成果，武汉邮科院和长飞公司研制的非零色散位移光纤已经实用。其它如色散补偿光纤、偏振保持光纤、掺铒光纤、数据光纤、塑料光纤等均能达到生产水平。光有源器件的研制在掺铒光纤激光器、主动锁模光纤环形激光器、被动锁模光纤环形激光器、光纤光栅激光器、增益平坦edfa、高增益低噪声edfa、掺铒光纤均衡放大器、dfb-ld与ea型外调制器的集成器件等方面都有显著进展。目前光无源器件研制的热点在于光纤光栅做成各种光无源器件等方面。如光纤光栅波分复用器、光纤光栅色散补偿器、光纤光栅分插复用器等。此外，在平面波导器件及常规光无源器件的研制上也有新的突破，如聚合物薄膜光波导、极化聚合物光波导、集成光波导器件、双芯sc光纤活动连接器、光环形器、高速光开关、混合集成光开关等。光传输设备和系统的研究相当快，在stm-1(155mbit/s)、stm-4(622mbit/s)、stm-16(2.5gbit/s)系列sdh产品研制成功之后，又成功地研制出82.5gbit/ssdh波分复用系统和波分复用网络管理系统。同时研制的stm-64(10gbit/s)系统也成功地进行了180km的传输实验。在dwdm的研究方面进展很快，除了42.5gbit/s和82.5gbit/s系统之外，162.5gbit/s系统也取得了单向传输600km的成绩。此外许多单位还开展了光时分复用(otdm)方面的研究，42.5gbit/s的otdm已初见成效，410gbit/s系统研究也拉开帷幕。对光cdma、光atm交换机、光孤子传输等研究也有很大进展。除了向高速大容量系统发展之外，在光接入网的研究方面也投入了很大力量。目前的研究目标是综合业务接入、宽带接入、降低成本等方面。在带v5接口的无源光网络、带v5接口的综合数字用户环路(idlc)、电信业务与广播电视的综合接入、宽带全业务接入网及降低光接入网的成本等方面都取得阶段性成果。用于接入网的sdh设备，如紧凑型stm-1设备、内置sdh系统的接入网已研制成功。pon、idlc等已开始有产品，应用于接入网的单纤收发集成器件亦能提供。同时，光纤通信技术还应用于catv、移动通信的光纤直放站、计算机网络的光纤联网、光纤图象监控系统等。在理论研究方面，主要是各大专院校和研究院所对光传输理论的分析研究，如光纤光缆方面的光纤翘曲特性、色散补偿光纤的折射率剖面、非线性的四波混频效应、光纤拉伸应变、色散和损耗的同时补偿等。光无源器件主要集中在光纤光栅方面和对光开关、滤光器、光耦合器、光隔离器、光环形器、光双稳态器件等的研究。光有源器件方面研究反射光对激光器线宽的影响、激光器的啁啾特性分析、应变量子阱激光器、光纤激光器、蓝绿光发光器件、半导体光放大器、泵浦激光器和高速收发模块等。还有系统方面的调制不稳定性、edfa级联的各种问题、啁啾对传输的影响、光孤子传输、高速系统的色散补偿、dwdm系统的各种问题、otdm系统、光cdma系统、光传送网的探讨等。目前，我国对光通信研究走在前面的城市是武汉，武汉作为我国第一根光纤的发源地，是光通信产业重要的研发基地。光通信产业已成为支持武汉“中国光谷”发展的主导产业，同时也是我国为数不多的覆盖产业链各环节、基本与世界同步、拥有部分核心技术和自主知识产权的高科技产业。2006年，武汉市光通信产业规模以上企业41家，完成工业总产值119.6亿元，同比增长69%，实现销售收入98.4亿元，同比增长26.5%，实现利税9.75亿元，同比增长44%。生产光纤1185万芯公里（含预制棒），约占全国产量的45%，生产光缆697万芯公里，约占全国产量的35%。2007年光通信产业继续保持快速增长。上半年光纤生产550万公里，同比增长21.4%，实现销售477万公里，产销率86.7%；光缆生产138万芯公里，同比增长32.7%，实现销售275万芯公里，产销率199%。光通信产业重点企业武汉市邮电科学研究院2006年实现产值32.17亿元，增长40.7%，预计2007年全年可实现产值40亿元，增长25%。长飞光纤光缆2006年共实现产值20亿元，增长44%。预计2007年全年可实现产值25亿元，增长25%。武汉凡谷2006年实现销售收入8亿，税收7000万。2007年上半年已实现产值5.29亿元，同比44.68%。为了适应网络发展和传输流量提高的需求，传输系统供应商都在技术开发上不懈努力。富士通公司在150km、1.3m零色散光纤上进行了55x20gbit/s传输的研究，实现了1.1tbit/s的传输。nec公司进行了132x20gbit/s、120km传输的研究，实现了2.64thit/s的传输。ntt公司实现了3thit/s的传输。目前，以日本为代表的发达国家，在光纤传输方面实现10.96thit/s(274xgbit/s)的实验系统，对超长距离的传输已达到4000km无电中继的技术水平。在光网络方面，光网技术合作计划(ontc)、多波长光网络(monet)、泛欧光子传送重叠网(photon)、泛欧光网络(open)、光通信网管理(moon)、光城域通信网(mton)、波长捷变光传送和接入网(wotan)等一系列研究项目的相继启动、实施与完成，为下一代宽带信息网络，尤其为承载未来ip业务的下一代光通信网络奠定了良好的基础。(一)复用技术光传输系统中，要提高光纤带宽的利用率，必须依靠多信道系统。常用的复用方式有：时分复用(tdm)、波分复用(wdm)、频分复用(fdm)、空分复用(sdm)和码分复用(cdm)。目前的光通信领域中，wdm技术比较成熟，它能几十倍上百倍地提高传输容量。(二)宽带放大器技术掺饵光纤放大器(edfa)是wdm技术实用化的关键，它具有对偏振不敏感、无串扰、噪声接近量子噪声极限等优点。但是普通的edfa放大带宽较窄，约有35nm(15301565nm)，这就限制了能容纳的波长信道数。进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有：(1)掺饵氟化物光纤放大器(edffa)，它可实现75nm的放大带宽；(2)碲化物光纤放大器，它可实现76nm的放大带宽；(3)控制掺饵光纤放大器与普通的edfa组合起来，可放大带宽约80nm；(4)拉曼光纤放大器(rfa)，它可在任何波长处提供增益，将拉曼放大器与edfa结合起来，可放大带宽大于100nm。(三)色散补偿技术对高速信道来说，在1550nm波段约18ps(mmokm)的色散将导致脉冲展宽而引起误码，限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10gbit/s系统来说，色散限制仅仅为50km。因此，长距离传输中必须采用色散补偿技术。(四)孤子wdm传输技术超大容量传输系统中，色散是限制传输距离和容量的一个主要因素。在高速光纤通信系统中，使用孤子传输技术的好处是可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散，因而可以显著增加无中继传输距离。孤子还有抗干扰能力强、能抑制极化模色散等优点。色散管理和孤子技术的结合，凸出了以往孤子只在长距离传输上具有的优势，继而向高速、宽带、长距离方向发展。(五)光纤接入技术随着通信业务量的增加，业务种类更加丰富。人们不仅需要语音业务，而且高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已得到用户青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络，用户接人部分更是关键。传统的接入方式已经满足不了需求，只有带宽能力强的光纤接人才能将瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。光纤接入中极有优势的pon技术早就出现了，它可与多种技术相结合，例如atm、sdh、以太网等，分别产生apon、gpon和epon。由于atm技术受到ip技术的挑战等问题，apon发展基本上停滞不前，甚至走下坡路。但有报道指出由于atm交换在美国广泛应用，apon将用于实现fith方案。gpon对电路交换性的业务支持最有优势，又可充分利用现有的sdh，但是技术比较复杂，成本偏高。epon继承了以太网的优势，成本相对较低，但对tdm类业务的支持难度相对较大。所谓epon就是把全部数据装在以太网帧内传送的网络技术。现今95的局域网都使用以太网，所以选择以太网技术应用于对ip数据最佳的接入网是很合乎逻辑的，并且原有的以太网只限于局域网，而且mac技术是点对点的连接，在和光传输技术相结合后的epon不再只限于局域网，还可扩展到城域网，甚至广域网，epon众多的mac技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用epon技术。四、前景和发展空间目前在光通信领域有几个发展热点即超高速传输系统、超大容量wdm（波分复用技术）系统、光传送联网技术、新一代的光纤的光接入网技术。(1)向超高速系统的发展目前10gbps系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10gbps系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(wdm)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。(2)向超大容量wdm系统的演进采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用率低于1，还有99的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(wdm)的基本思路。基于wdm应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际铺设的wdm系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达320gbps(21610gbps)，美国朗讯公司已宣布将推出80个波长的wdm系统，其总容量可达200gbps(802.5gbps)或400gbps(4010gbps)。实验室的最高水平则已达到2.6tbps(1320gbps)。预计不久的将来，实用化系统的容量即可达到1tbps的水平。(3)实现光联网上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似sdh在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性，又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。由于光联网具有潜在的巨大优势，美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局(darpa)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继sdh电联网以后的又一新的光通信发展高潮。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络，不仅可以为未来的国家信息基础设施(njj)奠定一个坚实的物理基础，而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全有极其重要的战略意义。(4)开发新代的光纤新一代的光纤在光纤通信技术中的应用。传统意义上的g.652单模光纤已经在长距离且超高速的传送网络发展中表现出了力不从心的缺点，新一代光纤的研发己成为当今务实之需，它也构成了新一代网络基础设施建设工作的一个重要组成部分。在目前普遍需求的干线网和城域网的背景下，基于不同的发展需要，己经发展出了两种新一代光纤一非零色散光纤和全波光纤。（5）发展全光网所谓全光网络，是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，提高了网络资源的利用率。目前的通信网都用了光-电-光的转换。但是光-电-光的转换要消耗资源、延缓传输。而全光网络由于没有了这种转换，性能上将有明显的改进。加拿大蒙特利尔市mcgill大学在2005年启动了一项名为“敏捷全光网（aapn）的研究。其目的是要构建一种更高效的通信基础架构。aapn计划用全光交换机代替电交换机，用于快速传送数据。他们在研究更短时隙的快速时分复用(tdm)系统，使传输的延迟更短。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍用电器件，限制了目前通信网干线总容量的提高，因此真正的全光网络成为非常重要的课题