5G通信系統(tǒng)中光纖通信的有效應(yīng)用

趙玉超

（廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)系，福建 廈門(mén) 361100）

0 引 言

近年來(lái)，光纖通信發(fā)展迅猛，并隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和5G通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速走進(jìn)人們的日常生活，成為重要的通信方式之一。尤其是5G移動(dòng)通信技術(shù)的普及，加速了光纖通信的發(fā)展。事實(shí)上，光纖通信是傳統(tǒng)通信方式的發(fā)展成果之一，具有通信速率高、通信效率快以及可用于多終端數(shù)據(jù)交換等特點(diǎn)。但它與傳統(tǒng)通信方式不同：光纖通信用戶可以借助光纖終端的強(qiáng)大功能進(jìn)行高效通信，因?yàn)楣饫w通信可以擺脫帶寬的限制。在現(xiàn)代通信中，光纖通信成為一種新常態(tài)[1]。

1 光纖通信及其在5G通信系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

5G通信系統(tǒng)擁有較大的通信容量、較高的通信質(zhì)量以及良好的保密性，對(duì)通信帶寬和速度提出了更高要求，而光纖通信能夠很好地滿足這一要求。光纖通信發(fā)展突破了傳統(tǒng)通信技術(shù)各環(huán)節(jié)在時(shí)間和空間上的限制，通過(guò)構(gòu)建立體化和全方位的5G通信平臺(tái)體系，能夠顯著提高通信效率[2-3]。隨著光纖通信在5G通信中的應(yīng)用日益廣泛，光纖通信的應(yīng)用價(jià)值得到了相關(guān)領(lǐng)域的重視。但從實(shí)際情況來(lái)看，由于缺乏相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，光纖通信在5G通信中的應(yīng)用仍然處于探索和模仿階段。

1.2 光纖通信的相關(guān)技術(shù)

光纖通信是利用光波實(shí)現(xiàn)信息傳送的技術(shù)。光纖通信由三個(gè)板塊構(gòu)成，分別是光波的發(fā)射、光波的接收和光纖傳輸。在光纖通信系統(tǒng)中，不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的傳遞，還可以完成模擬信號(hào)的傳輸通信。因此，光纖通信有別于其他通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多媒體信息和話音圖像的高效率傳播。光纖通信具有如下兩個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是具有寬頻帶、大容量的特征。由于光源的調(diào)制方式、調(diào)制特性差異，使得色散特性得到最大化發(fā)揮，傳輸帶寬可以提升到50 000 GHz。例如，一些單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)中，密集波分復(fù)用技術(shù)的運(yùn)用可以突破瓶頸效應(yīng)問(wèn)題，使得光纖寬帶得到最大化的體現(xiàn)，能夠顯著增強(qiáng)光纖通信系統(tǒng)的信息量。另一個(gè)是光纖通信具有絕緣性、抗腐蝕性、抗干擾的優(yōu)勢(shì)。這主要是因?yàn)楣饫w的制作原料——石英，使得光纖通信不在受到外部電離效應(yīng)的影響，同時(shí)能夠有效抵抗雷電、太陽(yáng)黑子的活動(dòng)產(chǎn)生的電磁干擾。

正是因?yàn)楣饫w通信的優(yōu)勢(shì)十分明顯，促成了光纖通信系統(tǒng)在5G通信系統(tǒng)中得到十分廣泛的應(yīng)用，并且光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的范圍還在不斷的拓展。目前，光纖通信系統(tǒng)采取的技術(shù)主要包括色散補(bǔ)償技術(shù)、復(fù)用技術(shù)、寬帶放大器技術(shù)以及孤子WDM傳輸技術(shù)。

1.2.1 色散補(bǔ)償技術(shù)

通常情況下，在5G通信系統(tǒng)中使用常規(guī)光纖的10G系統(tǒng)，受色散的限制傳輸只能達(dá)到50 km，因此提升5G通信高速信道尤為關(guān)鍵。通過(guò)運(yùn)用色散補(bǔ)償技術(shù)，能夠降低信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)纳⑾拗啤?/p>

1.2.2 復(fù)用技術(shù)

光纖帶寬的利用率對(duì)于5G通信效率至關(guān)重要，通常會(huì)利用多信道系統(tǒng)提高帶寬利用率。常用的復(fù)用技術(shù)包括時(shí)分復(fù)用技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)以及空分復(fù)用技術(shù)等。

1.2.3 寬帶放大器技術(shù)

使用寬帶放大器具有偏振不敏感、沒(méi)有串?dāng)_、噪聲與量子噪聲的頂點(diǎn)相靠近等特點(diǎn)，能夠大幅提高5G通信效率。

1.2.4 孤子WDM傳輸技術(shù)

對(duì)于通信距離與容量較大的系統(tǒng)，經(jīng)常發(fā)生色散問(wèn)題。在高速光纖通信系統(tǒng)中，采用孤子WDM傳輸技術(shù)，能夠利用光纖的自身非線性平衡處理光纖色散，從而更好地向長(zhǎng)距離、寬帶以及高速的方向發(fā)展[4]。

1.3 5G通信系統(tǒng)與光纖通信的協(xié)同發(fā)展

光纖通信具有頻帶極寬、通信容量大的優(yōu)勢(shì)，使得光纖通信在5G通信時(shí)代得到十分廣泛的運(yùn)用。5G通信系統(tǒng)與光纖通信的協(xié)同發(fā)展更加注重通信中的互動(dòng)效率和應(yīng)用效率。例如，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（Enhance Moblie BroadBoand，e MBB）和大規(guī)模機(jī)器通信（massive Machnice Type Communication，m MTC）的應(yīng)用常見(jiàn)設(shè)置增強(qiáng)了5G通信模式的引導(dǎo)性功能，突破了傳統(tǒng)通信模式引導(dǎo)功能的界限。在開(kāi)展5G通信過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注光纖通信為5G通信發(fā)展帶來(lái)的技術(shù)革命和理念革命，依靠創(chuàng)新模式發(fā)展需求，不斷增強(qiáng)5G通信的應(yīng)用效果。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，隨著5G通信系統(tǒng)的發(fā)展，光纖通信在5G通信行業(yè)的投資回報(bào)率和行業(yè)資源共享效應(yīng)逐步提升，使得很多新企業(yè)借助互聯(lián)網(wǎng)渠道紛紛推出了一些類似的通信產(chǎn)品及服務(wù)。

2 光纖通信應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)存在的問(wèn)題

繼續(xù)擴(kuò)大本網(wǎng)用戶是光纖通信發(fā)展面臨的問(wèn)題之一。當(dāng)前5G通信系統(tǒng)時(shí)代視頻播放的流量正在迅速提升，而視頻播放技術(shù)升級(jí)也持續(xù)開(kāi)展?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的新視頻技術(shù)開(kāi)發(fā)對(duì)光纖數(shù)據(jù)容量提出更高的要求，如手游以及各類虛擬平臺(tái)的迅速發(fā)展，5G通信系統(tǒng)如何滿足這部分群體用戶的需求。對(duì)于這一問(wèn)題，繼續(xù)擴(kuò)容城域NFV是光纖通信發(fā)展必須解決的問(wèn)題。城域NFV不僅可以解決帶寬限制的問(wèn)題，還能夠擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模，迎合人們對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的需求。因此，制定科學(xué)性與整體性的5G通信系統(tǒng)應(yīng)用拓展規(guī)劃是一項(xiàng)重要工作。光纖通信未來(lái)發(fā)展必須要能夠滿足多網(wǎng)絡(luò)的需求，通過(guò)開(kāi)展多樣化的發(fā)展策略，并憑借自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、商業(yè)資源優(yōu)勢(shì)以及渠道優(yōu)勢(shì)，為傳統(tǒng)5G通信系統(tǒng)企業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)[5-6]。

實(shí)施差異化發(fā)展是光纖通信發(fā)展面臨的問(wèn)題之二。在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，光纖通信將處于高度的發(fā)展階段[7-8]。光纖通信進(jìn)入移動(dòng)端5G通信系統(tǒng)市場(chǎng)后，將面臨來(lái)自其他新興通信系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。究其原因，5G通信系統(tǒng)連接了各種信息業(yè)務(wù)，這也使得5G通信系統(tǒng)所提供的業(yè)務(wù)種類繁多，處理機(jī)制不盡相同，并且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)也存在差異性，必須采取差異性的處理措施才能確保5G通信系統(tǒng)的服務(wù)效率。而對(duì)于不同的業(yè)務(wù)類型，要有效利用管線通信功能完成不同板塊的構(gòu)建，并突出超帶寬、低時(shí)延、高可靠性的核心優(yōu)勢(shì)，而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)并不簡(jiǎn)單。雖然光纖通信雖然也開(kāi)始著手不斷進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新，實(shí)施差異化發(fā)展策略，如光纖通信推出的高可靠低時(shí)延通信（ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC），緊隨移動(dòng)端5G通信系統(tǒng)市場(chǎng)發(fā)展的步伐，但從市場(chǎng)反映來(lái)看，仍然難以迎合市場(chǎng)用戶需求，不利于自身綜合競(jìng)爭(zhēng)力的提高。

缺乏整體發(fā)展規(guī)劃是光纖通信發(fā)展面臨的問(wèn)題之三。5G通信系統(tǒng)中光纖通信是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須要有個(gè)整體性、科學(xué)性的發(fā)展規(guī)劃。然而近年來(lái)光纖通信快速發(fā)展也暴露出一系列問(wèn)題。一方面，光纖通信規(guī)劃統(tǒng)一性不高，建設(shè)過(guò)程中容易耗費(fèi)資源。例如，近年來(lái)在光纖通信設(shè)施建設(shè)中傳統(tǒng)城域+干線的應(yīng)用范圍逐步縮窄，而專線接入+DCI云干線的模式越來(lái)越應(yīng)用到DC云互聯(lián)業(yè)務(wù)之中。但專線接入+DCI云干線的建設(shè)過(guò)程中存在耗費(fèi)過(guò)多資源的問(wèn)題，且干線網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)受限于光纖硬件，在效益和成本的協(xié)同控制上一直處于捉襟見(jiàn)肘的情況。當(dāng)前5G通信系統(tǒng)中光纖通信正向著超高速、超大容量的方向發(fā)展。而在這樣的發(fā)展驅(qū)使下，如何在滿足光纖通信的客戶群體需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本的控制，是未來(lái)光纖通信發(fā)展要尤為關(guān)注的問(wèn)題。另一方面，軟硬件建設(shè)跟不上。在硬件方面，光纖通信結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，增加了光纖通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和后期擴(kuò)頻方式的難度。在軟件方面，還有一系列涉及光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)需要繼續(xù)攻關(guān)，如調(diào)制技術(shù)、回波抵消技術(shù)等。近年來(lái)，我國(guó)光纖通信相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，一些科技公司研發(fā)的光纖通信自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)也在陸續(xù)得到市場(chǎng)應(yīng)用。例如，當(dāng)前三大通信運(yùn)營(yíng)商推出5G通信系統(tǒng)基于光纖通信載體，可以降低光纖通信的運(yùn)行費(fèi)用和技術(shù)設(shè)備售后維修壓力，使得光纖通信迎來(lái)更好的發(fā)展前景。但這種比例仍然是較小的。作為世界第二的光纜通信大國(guó)，應(yīng)將自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)開(kāi)發(fā)作為光纖通信發(fā)展的重中之重。在5G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展背景下，光纖通信不應(yīng)該停留在自身原有的行業(yè)壟斷優(yōu)勢(shì)之上，而是應(yīng)該積極開(kāi)展科研工作，才能夠在通信科技服務(wù)業(yè)務(wù)發(fā)展中脫穎而出。

3 5G通信系統(tǒng)中光纖通信運(yùn)用的對(duì)策

5G通信系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中如何充分利用光纖通信的優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大市場(chǎng)份額是其戰(zhàn)略發(fā)展的核心問(wèn)題[9]。

3.1 提高光纖通信創(chuàng)新力度，增加差異性服務(wù)

21世紀(jì)，要想增強(qiáng)5G通信系統(tǒng)中光纖通信的有效應(yīng)用，必須要開(kāi)展更加深入的光纖通信創(chuàng)新研發(fā)工作。5G通信系統(tǒng)中光纖通信的應(yīng)用發(fā)展其中重要的一項(xiàng)是需要將通信服務(wù)產(chǎn)品進(jìn)行分類，在能夠?qū)崿F(xiàn)高速度和低延時(shí)的同時(shí)，增加差異性服務(wù)內(nèi)容，避免同類的產(chǎn)品之間的過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)。首先，5G通信系統(tǒng)應(yīng)在此基礎(chǔ)上提升光纖通信的技術(shù)水平，提升光纖通信輻射功能。其次，5G通信系統(tǒng)應(yīng)加大服務(wù)內(nèi)容差異化建設(shè)，如使光纖通信深入到鄉(xiāng)村，5G通信系統(tǒng)可以依托大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等數(shù)據(jù)資源，在5G通信系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和推廣環(huán)節(jié)中更關(guān)注于特定用戶群體。再次，5G通信發(fā)展也應(yīng)基于客觀條件，充分發(fā)揮5G通信系統(tǒng)的現(xiàn)有資源優(yōu)勢(shì)，綜合衡量?jī)?yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，定位清晰且突出特色才能獲取穩(wěn)定的發(fā)展。最后，5G通信發(fā)展過(guò)程也應(yīng)該加強(qiáng)功能豐富、有影響力以及輻射范圍廣的創(chuàng)新服務(wù)項(xiàng)目的研究[10-12]。隨著5G通信規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的增強(qiáng)，對(duì)光纖通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的要求不斷提高，各大通信運(yùn)營(yíng)商也紛紛投入更多的人、財(cái)以及物用于推動(dòng)5G通信系統(tǒng)的發(fā)展。5G通信系統(tǒng)的光纖通信應(yīng)用建設(shè)還應(yīng)能夠有效推動(dòng)服務(wù)反饋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善，以助力5G通信系統(tǒng)的發(fā)展。

3.2 充分發(fā)揮光纖通信優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)5G用戶匯集效果

未來(lái)5G通信系統(tǒng)中光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用將孕育出更廣闊的市場(chǎng)空間，而巨大的機(jī)遇同樣產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)。而在這樣的背景下，5G通信系統(tǒng)應(yīng)創(chuàng)新發(fā)展道路，開(kāi)展關(guān)于關(guān)鍵融合技術(shù)的研發(fā)，采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等繼續(xù)推出特色服務(wù)，積極挖掘潛在用戶群體，使得光纖通信系統(tǒng)從以往的執(zhí)行命令式到自主決策式轉(zhuǎn)變。例如，充分依靠光纖通信在傳統(tǒng)通信行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，從提高通信服務(wù)入手，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略合作，滿足用戶的多元化需求，給用戶切切實(shí)實(shí)的服務(wù)體驗(yàn)效果，以提高用戶粘性。5G通信系統(tǒng)還應(yīng)積極探索充分發(fā)揮光纖通信優(yōu)勢(shì)的辦法，加強(qiáng)系統(tǒng)的構(gòu)建，加快大規(guī)模光纖通信基站的建設(shè)，拓展目標(biāo)用戶群體的范圍，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)用戶定位精細(xì)化和柔性化，全面提高5G通信的推廣效率。通信技術(shù)能力升級(jí)并不是從大處著手，而是從滿足尋常百姓的日常生活需求入手，針對(duì)不同用戶實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的通信服務(wù)，有助于用戶之間的口碑宣傳，擴(kuò)大5G通信系統(tǒng)的知名度和用戶群規(guī)模，實(shí)現(xiàn)資源共享和生態(tài)共建[13-15]。

3.3 注重5G通信用戶體驗(yàn)，增強(qiáng)用戶的滿意度

可以預(yù)測(cè)在不久的未來(lái)，5G通信系統(tǒng)將形成一個(gè)“有機(jī)生命體”，而光纖通信則是其中川流不息的血脈。要實(shí)現(xiàn)5G通信系統(tǒng)中光纖通信的有效應(yīng)用，必須要從現(xiàn)實(shí)發(fā)展需求入手，從應(yīng)用層面制定出光纖通信系統(tǒng)發(fā)展之路。而用戶體驗(yàn)是一種無(wú)形資產(chǎn)，基于光纖通信的5G通信系統(tǒng)可以為用戶提高更多元化的體驗(yàn)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)用戶的滿意度，必要時(shí)可以與其他機(jī)構(gòu)和企業(yè)合作，形成聯(lián)合業(yè)務(wù)，滿足多個(gè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)組件功能，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)通信的功能，提高用戶的滿意度[16]。

4 結(jié) 論

我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，人民群眾可支配收入不斷提高，帶動(dòng)了5G通信行業(yè)的快速發(fā)展。尤其是國(guó)家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略的實(shí)施，國(guó)內(nèi)居民消費(fèi)內(nèi)需被進(jìn)一步激發(fā)，為5G通信業(yè)務(wù)提供了良好的市場(chǎng)環(huán)境。5G通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊，而光纖通信是5G通信網(wǎng)絡(luò)中信號(hào)通信的重要方式，也必然會(huì)迎來(lái)更大的發(fā)展空間。