光通信技術(shù)研究

張秦菲

摘 要：光通信是以光波作為載波，光纖作為傳輸媒質(zhì)的通信方式，本文在介紹了光通信發(fā)展和光通信系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，著重介紹了光通信的關(guān)鍵技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)包括SDH技術(shù)，光放大和色散補(bǔ)償技術(shù)以及波分復(fù)用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：光通信 SDH 波分復(fù)用

光通信是以光波作為載波，光纖作為傳輸媒質(zhì)的通信方式，它以頻帶寬，傳輸容量大，重量輕，體積小，抗電磁干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，并成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要支柱。

一、光通信的發(fā)展

1960年，美國(guó)人梅曼發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器，給光通信帶來(lái)了新的希望，在這個(gè)時(shí)期，美國(guó)麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和CO2激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn)；1966年，英籍華裔學(xué)者高錕和霍克哈姆發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)途徑和可能性，奠定了現(xiàn)代光通信的基礎(chǔ)。1970年，美國(guó)康寧公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖，使光纖的研制取得了重大的突破，同時(shí)在這一年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室，前蘇聯(lián)和日本電氣公司先后研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷半導(dǎo)體激光器，雖然它的壽命只有幾個(gè)小時(shí)，但它使得光纖通信用光源取得了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。小型光源和低損耗光纖的同時(shí)問(wèn)世，掀起了光纖通信發(fā)展的高潮。由于光纖和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要的里程碑。在光纖通信的發(fā)展過(guò)程中，其經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。第一個(gè)階段，從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了短波長(zhǎng)到低速率的多模光纖通信系統(tǒng)，其無(wú)中繼傳輸距離約為10km；第二個(gè)階段，光纖通信的大發(fā)展時(shí)期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從短波長(zhǎng)發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng)，傳輸波長(zhǎng)從0.85um發(fā)展到1.31um和1.55um，并且實(shí)現(xiàn)了1.31um的單100模光纖傳輸系統(tǒng)，其無(wú)中繼傳輸距離為50-100km；第三階段，全面深入開展新技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了1.55um單模光纖通信系統(tǒng)，即SDH通信系統(tǒng)，其無(wú)中繼傳輸距離為100km-150km，從1996年后，人們開始研究波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)和光波網(wǎng)絡(luò)。

二、光纖通信系統(tǒng)的組成

一個(gè)簡(jiǎn)化的光纖通信系統(tǒng)一般由電發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)，光纖，光接收機(jī)，電接收機(jī)等組成。電發(fā)射機(jī)將輸出的調(diào)制信號(hào)送入光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)一般包括驅(qū)動(dòng)電路和光源，光發(fā)射機(jī)的作用是將電發(fā)射機(jī)輸入的電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，是使光源產(chǎn)生出與電信號(hào)相對(duì)應(yīng)的光信號(hào)，然后將光信號(hào)傳入光纖實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳輸。光接收機(jī)的主要包括光電檢測(cè)器和放大電路，當(dāng)光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖到達(dá)光接收機(jī)時(shí)，光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，在經(jīng)過(guò)信號(hào)放大和信號(hào)處理后進(jìn)入電接收機(jī)。在遠(yuǎn)距離的光纖通信系統(tǒng)中，為了補(bǔ)償光纖的損耗和消除噪聲和失真對(duì)信號(hào)的影響，在光纖傳輸?shù)倪^(guò)程中必須加裝光中繼器。光中繼器一般有兩種形式，一種是光-電-光中繼器；另一種是用光纖放大器實(shí)現(xiàn)在線光信號(hào)放大。

三，光纖通信的主要技術(shù)

1.SDH技術(shù)。光纖通信之所以能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的通信，要?dú)w功于數(shù)字通信中廣泛使用的時(shí)分復(fù)用方式，隨著通信網(wǎng)的迅速發(fā)展，準(zhǔn)同步的數(shù)字體系（PHD）已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸要求，而同步數(shù)字體系（SDH）則變得日趨重要。SDH是一套可以進(jìn)行信息傳輸，復(fù)用，分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)。它的基本網(wǎng)元組成有終端復(fù)用器、分插復(fù)用器、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備以及再生中繼器，它們的功能各不相同，但是因?yàn)槎加薪y(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口，所以能夠在光路上實(shí)現(xiàn)橫向兼容。SDH是作為傳輸體系，它和PDH截然不同，它具有如下重要特點(diǎn)：

1.1新型的復(fù)用映射方式。SDH因?yàn)槭褂昧送瑫r(shí)重復(fù)使用的形式以及方便的復(fù)用映射構(gòu)成，能夠讓快捷的低速消息以及高速消息首次就可以成功，在一定方面讓儀器處置層面變得非常簡(jiǎn)單，節(jié)約了許多相關(guān)的路線程序、電銜接等。

1.2接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，并對(duì)各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的規(guī)定，從而使得任何網(wǎng)絡(luò)單元在光路上得以互通，反映了其橫向兼容性。

1.3組網(wǎng)與自愈能力強(qiáng)。SDH網(wǎng)絡(luò)采用了先進(jìn)的分插復(fù)用器（ADM）、數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）等，既能夠讓組網(wǎng)能力和自愈能力大大增強(qiáng)，也降低了網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理費(fèi)用。

1.4兼容性好。SDH網(wǎng)不僅能與現(xiàn)有的PDH網(wǎng)實(shí)現(xiàn)完全兼容，導(dǎo)致PDH的1.544Mbit/s與2.048Mbit/s兩大程序（3個(gè)地域性規(guī)范）在STM-1層次上變得統(tǒng)一，達(dá)成了數(shù)字運(yùn)輸體系的世界性規(guī)范。同時(shí)還可容納各種新的數(shù)字業(yè)務(wù)信號(hào)（如ATM信元、IP包等）。因此SDH網(wǎng)具有完全的前向兼容性和后向兼容性。

1.5系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。SDH已經(jīng)制定出一整套標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)規(guī)范各個(gè)生產(chǎn)單位以及使用單位行為，與此同時(shí)也讓各廠家能夠進(jìn)行直接產(chǎn)品互通，此外也有利于國(guó)際方面互連互通。

2.光放大和色散補(bǔ)償技術(shù)。通信容量的大小通常用BL積表示，其中B為比特率，L為通信距離，BL積越大，通信容量越大。采用新技術(shù)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理，通信容量將會(huì)上一個(gè)新臺(tái)階。光放大技術(shù)會(huì)增加光通信的距離，通信距離增加后后色散會(huì)加劇，這就需要進(jìn)行色散補(bǔ)償?，F(xiàn)在使用的光放大器有半導(dǎo)體光放大器，光纖放大器。其中半導(dǎo)體光放大器由半導(dǎo)體材料組成，其主要問(wèn)題是與光纖的耦合損耗比較大，放大器的增益受偏振影響較大，噪聲和串?dāng)_也比較大；光纖放大器又分為非線性光纖放大器和摻雜光纖放大器，非線性光纖放大器是利用強(qiáng)的光源對(duì)光纖進(jìn)行激發(fā)，使光纖產(chǎn)生非線性效應(yīng)，包括受激喇曼散射光纖放大器，受激布里淵散射光纖放大器等，摻雜光纖放大器是利用稀土金屬離子作為激光工作物質(zhì)的一種放大器，目前最成功的是參鉺光纖放大器。色散的補(bǔ)償技術(shù)包括無(wú)源色散補(bǔ)償技術(shù)，色散前補(bǔ)償?shù)?，無(wú)源色散補(bǔ)償是指在光纖線路中加上無(wú)源光器件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)哪康?，其分為色散補(bǔ)償光纖和光纖光柵兩種方法；色散前補(bǔ)償是指在光信號(hào)進(jìn)入光纖線路前，在發(fā)射端對(duì)輸入的光脈沖的特性進(jìn)行修正，主要有預(yù)啁啾補(bǔ)償技術(shù)和色散支持傳輸技術(shù)。針對(duì)在高速傳輸光纖通信系統(tǒng)中的偏振模色散可以采用多種補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

3.波分復(fù)用技術(shù)。光放大技術(shù)和色散補(bǔ)償技術(shù)解決了傳輸距離問(wèn)題，要解決光波承載信息容量問(wèn)題，就要求我們研究多信道復(fù)用技術(shù)。從光信號(hào)和光波兩個(gè)方面考慮，服用技術(shù)主要有光時(shí)分復(fù)用技術(shù)，光碼分復(fù)用技術(shù)，波分復(fù)用技術(shù)等，下面主要介紹一下波分復(fù)用技術(shù)。光波復(fù)用技術(shù)是指在一根光纖中同時(shí)傳輸兩種或多種不同波長(zhǎng)的光波信號(hào)，多個(gè)光發(fā)送機(jī)發(fā)送出由不同波長(zhǎng)承載的光信號(hào)，通過(guò)光復(fù)用器耦合到同一根單模光纖中，然后經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)竭_(dá)光接收端后，再由解復(fù)用器將不同波長(zhǎng)信號(hào)在空間上分開，分別進(jìn)入各自的光接收機(jī)。WDM系統(tǒng)具有充分利用光纖帶寬資源，同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào)，節(jié)約線路投資，降低器件的超高速要求以及高度的組網(wǎng)靈活性，經(jīng)濟(jì)性和可靠性等特點(diǎn)。WDM技術(shù)從傳輸方向上分為雙向結(jié)構(gòu)和單向結(jié)構(gòu)兩種基本的應(yīng)用形式。

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