【文章內(nèi)容簡介】 輸實驗，更高技術(shù)水平的 WDM 系統(tǒng)正在實驗當(dāng)中。國內(nèi) WDM 技術(shù)仍處于快速發(fā)展的階段，許多廠商的 1 32 通路的 WDM 系統(tǒng)已投入商用。目前數(shù)百吉比特每秒的 WDM 系統(tǒng)已近在網(wǎng)絡(luò)中實際運行， 2021 年 4 月 19 日，武漢郵電科學(xué)研究所承擔(dān)的國家 863 重大項目 32 10Gbit/s SDH 波分復(fù) 用系統(tǒng)在廣西南寧通過了國家驗收。該項目是國家 863 計劃的項目的重中之重，系統(tǒng)在 STM64 上現(xiàn)帶內(nèi)前向糾錯（ FEC）功能，提供 4個 SDH10Gbit/s 終端復(fù)用器設(shè)備， 2 個 32 10Gbit/s WDM 中繼機及 1 個網(wǎng)元管理系統(tǒng)，把系統(tǒng)應(yīng)用到實際工程 湖北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 8 第三章 光纖通信 技術(shù) 原理 存在的問題 光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息 (如話音 )變成電信號，然后調(diào)制到 激光器 發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度 (頻率 )變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息． 光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段，它的發(fā)展歷史只有一二十年，已經(jīng)歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖．采用光纖通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等 20多個國家已宣布不再建設(shè)電纜通信線路，而致力于發(fā)展光纖通信．中國光纖通信已進入實用階段． 光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并列為 20世紀 90 年代的技術(shù)。進入 21世紀后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長，對大容量（超高速和超長距離）光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。 光纖通信就是利用光波作為載波來傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實現(xiàn)信息傳輸，達到通信目的的一種最新通信技術(shù)。 通信的發(fā)展過程是以不斷提高載波頻率來擴大通信容量的過程，光頻作為載頻已達通信載波的上限，因為光是一種頻率極高的電磁波 ，因此用光作為載波進行通信容量極大，是過去通信方式的千百倍，具有極大的吸引力，光通信是人們早就追求的目標，也 是通信發(fā)展的必然方向。 光纖通信與以往的電氣通信相比，主要區(qū)別在于有很多優(yōu)點：它傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，有利于資源合理使用；絕緣、抗電磁干擾性能強；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優(yōu)點，可在特殊環(huán)境或軍事上使用。 光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域是很廣泛的，主要用于市話中繼線，光纖通信的優(yōu)點在這里可以充分發(fā)揮，逐步取代電纜，得到廣泛應(yīng)用。還用于長途干線通信過去主要靠電纜、微波、衛(wèi)星通信，現(xiàn)以逐步使用光纖通信并 形成了占全球優(yōu)勢的比特傳輸方法；用于全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)（如我國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線）；它還用于高質(zhì)量彩色的電視傳輸、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)視和調(diào)度、交通監(jiān)視控制指揮、城鎮(zhèn)有線電視網(wǎng)、共用天線（ CATV）系統(tǒng)，用于光纖局域網(wǎng)和其他如在飛機內(nèi)、飛船內(nèi)、艦艇內(nèi)、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。 光纖傳輸系統(tǒng)主要由：光發(fā)送機、光接收機、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無源 光器件 構(gòu)成。要實現(xiàn)通信，基帶信號還必須經(jīng)過電端機對信號進行處理后送到光纖傳輸系統(tǒng)完成通信過程。 它適合于光纖模擬通信系統(tǒng)中，而且也適用于光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。在光纖模擬通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進行放大、預(yù)調(diào)制等處理，而電信號反湖北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 9 處理則是發(fā)端處理的逆過程，即解調(diào)、放大等處理。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，電信號處理是指對基帶信號進行放大、取樣、量化，即脈沖編碼調(diào)制（ PCM ）和線路碼型編碼處理等，而電信號反處理也是發(fā)端的逆過程。對數(shù)據(jù) 光纖通信，電信號處理主要包括對信號進行放大，和數(shù)字通信系統(tǒng)不同的是它不需要碼型變換 。 以 WDM 技術(shù)為基礎(chǔ)的具有分插復(fù)用功能和交叉連接功能的光傳輸網(wǎng)具有易于重構(gòu)、良好的擴展性等巨大優(yōu)勢，已成為未來高速傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向，但在真正實現(xiàn)之前，還必須解決下列問題。 1． 網(wǎng)絡(luò)管理 目前， WDM 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理，特別是具有復(fù)雜的上 /下通路需求的 WDM 網(wǎng)絡(luò)管理仍處于不成熟期。如果 WDM 系統(tǒng)不能進行有效的網(wǎng)絡(luò)管理，將很難在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模采用。例如在故障管理方面，由于 WDM 系統(tǒng)可以在光通道上支持不同類型的業(yè)務(wù)信號，一旦 WDM 系統(tǒng)發(fā)生故障，操作系統(tǒng)應(yīng)能及時發(fā)現(xiàn)故障，并找出故障原因。但到目前為止，相關(guān)的運行維護軟件仍不成熟；在性能管理方面， WDM 系統(tǒng)使用模擬方式復(fù)用及放大光信號，因此常用的比特誤碼率并不適用于衡量 WDM 的業(yè)務(wù)質(zhì)量，必須尋找一個新的參數(shù)來準確衡量網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)質(zhì)量等。如果這些問題不及時解決，將阻礙 WDM 系發(fā) 2．互連互通 由于 WDM 是一項新生的技術(shù)，其行業(yè)標準制定較粗，因此不同商家的 WDM 產(chǎn)品互通性較差，特別是在上層的網(wǎng)絡(luò)管理方面。為了保證 WDM 系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模實施，需保證 WDM 系統(tǒng)間的互操作性以及 WDM 系統(tǒng) 與傳統(tǒng)系統(tǒng)間互連、互通，因此應(yīng)加強光接口設(shè)備的研究。 3．光器件 一些重要光器件的不成熟將直接限制未來光傳輸網(wǎng)的發(fā)展，如可調(diào)諧激光器等。對于一些大的運營公司來說，在網(wǎng)絡(luò)中處理幾個不同的激光器就已經(jīng)非常棘手了，更不用說幾十路光信號了。通常光網(wǎng)絡(luò)中需要采用 4～ 6個能在整個網(wǎng)絡(luò)中進行調(diào)諧的激光器，但目前這種可調(diào)諧激光器還無法進入商用。 任何一種 技術(shù) 體系都必須不斷的發(fā)展 ,來滿足用戶不斷的需求 ,光纖 通信 技術(shù) 也不例外。有人認為 :光纖 通信 的傳輸能力已經(jīng)達到 10Tbps,幾乎用不完 ,而且現(xiàn)在大干線已經(jīng)建設(shè)得差不多 ,埋地的剩余 光纖 還很多 ,光纖 通信 技術(shù) 不需要更多的發(fā)展 ,但我認為它還 具有很大的發(fā)展空間 ,會有很大的需求和市場。主要體現(xiàn)在 :單纖雙向傳輸 技術(shù) 、 光纖 到戶 (FTTH)接入技術(shù) 、骨干節(jié)點的光交換 技術(shù) 和研發(fā)集成光電子器件等方面。 1單纖雙向傳輸 技術(shù) 單纖雙向傳輸 技術(shù) 是相對于雙纖雙向傳輸來講的 ,雙纖傳輸時 ,收發(fā)信號分別在不同的兩根 光纖 里傳輸 ,而單纖傳輸時 ,收發(fā)信號被調(diào)制在不同的波段后在同一根 光纖 里傳輸。以湖北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 10 前為了節(jié)約 光纖 資源 ,我們不斷在 光纖 傳輸容量上下工夫 ,從 PDH 的 8M、 34M、 140M 到 SDH的 155M、 622M、 、 10G 再到 WDM 的 320G、 1600G 等 ，光纖的傳輸容量不斷增大，從理論上講光纖的傳輸容量是無限的，但受到設(shè)備器件的限制，傳輸容量大大降低，達不到理論效果。 目前光纖通信傳送網(wǎng)都是通過雙纖雙向傳輸?shù)?，假如改用單纖雙向傳輸技術(shù)就可以節(jié)約一半的光纖資源。對于現(xiàn)存的無數(shù)個龐大的光纖通信傳送網(wǎng)來說，可以節(jié)約的光纖資源是可像而知的。研發(fā)出成熟單纖雙向傳輸技術(shù)具有劃時代意義。目前單纖雙向傳輸技術(shù)已有實用，但主要用在光纖末端 接入設(shè)備 :PON 無源光網(wǎng)絡(luò) 單纖光收發(fā)器等設(shè)備，骨干傳送網(wǎng)上暫時還沒有用到這個技術(shù)。從這個方面來講，這也是光纖 通信技術(shù)發(fā)展的一個方向。 2 光纖到戶（ FTTH）接入技術(shù) 根據(jù)社會發(fā)展形勢， HDTV 高清數(shù)字電視是將來的主流業(yè)務(wù)，怎么實現(xiàn)，就要靠帶寬豐富的 FTTH 技術(shù)。 FTTH 是一種全透明全光纖的光接入王，適用于引進新業(yè)務(wù)，對傳輸制式，帶寬和波長等基本上沒有限制，并且 ONU 安裝在用戶處，供電維護升級更新都比較方便?？梢哉J為 HDTV 是 FTTH 的主要推動力，即 HDTV 業(yè)務(wù)到來時，非 FTTH 不可。而且在 FTTH建成后可以逐步實現(xiàn)三網(wǎng)合一，即寬帶上網(wǎng)接入，有線電視接入和傳統(tǒng)固定電話接入。 3 骨干節(jié)點的光交換技術(shù) 光交換實際上 可表示為：光纖通信傳輸 +J 交換。光纖只是解決傳輸問題，還需要解決光信號交換問題?，F(xiàn)在正在開發(fā)大容量的光開關(guān)器件，用來實現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò)，具有代表性的是 ASON———— 自動交換網(wǎng)絡(luò)。 目前，少通道大容量的光交換已有實用。如用于保護，下路和小量通路調(diào)度等，一般采用機械光開關(guān)，熱光開關(guān)來實現(xiàn)，通路數(shù)一般在 816 個。 采用光空分和光波分可構(gòu)成非常靈活的光交換網(wǎng)。技術(shù)成熟的自動交換的光網(wǎng)絡(luò)ASON，是光纖通信技術(shù)進一步發(fā)展的方向。 4 研發(fā)集成光電子器件 近幾年，集成光電子器件有比較大的改進，我國的集成光電子器件也有一 定進展。集成的小通道光開關(guān)和屬于 PLO 技術(shù)的 AWG 有所突破。但與發(fā)達國家尚有較大差距。如果我湖北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 11 們不迎頭趕上，就會重復(fù)如同微電子落后的被動局面。要實現(xiàn)單纖雙向傳輸也好， FTTH 也好， ASON 也好，都需要有新的，體積小的，廉價的，集成化的光電子器件來支撐，集成光器件的研發(fā)成為光纖通信技術(shù)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)。 湖北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 12 第四章 光纖通信技術(shù) 的研究現(xiàn)狀與 前景 光纖通信自從問世以來，給整個通信領(lǐng)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(yōu)點而備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，發(fā)展非常迅速。光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量從 1980年到 2021 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(wǎng)的光纖化比例已超過 80%，預(yù)計到 2021 午，全國光纜建設(shè)長度將再增加約 105km，并且將有 11 個大城市鋪設(shè) 10G 以上的大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)。 一、光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀 光纖通信的發(fā)展依賴于光纖通信技術(shù)的進步。目前，光纖通信技術(shù)已有了長足的發(fā)展，新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，進而大幅度提高了通信能力，并不斷擴大了光纖 通信的應(yīng)用范圍。 波分復(fù)用 WDM（ Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源。根據(jù)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(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器），將不同規(guī)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(fù)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(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。自從上個世紀末，波分復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)以來，由于它能極大地提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，迅速得到了廣泛的應(yīng)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(fù)用DWDM（ Dens Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)成為國際上的主要研究對象。 DWDM光纖通信系統(tǒng)極大地增加了每對光纖的傳輸容量，經(jīng)濟有效地解決了通信網(wǎng)的瓶頸問題。據(jù)統(tǒng)計，截止到 2021 年，商用的 DWDM 系統(tǒng)傳輸容量已達 400Gbit/s。以 10Gbit/s為基礎(chǔ)的 DWDM 系統(tǒng)已逐漸成為核心網(wǎng)的主流。 DWDM 系統(tǒng)除了波長數(shù)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 2021km 以上。 與此同時，隨著波分復(fù)用技術(shù)從長途網(wǎng)向城域網(wǎng)擴展，粗波分復(fù)用 CWDM（ Coarse Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)應(yīng)運而生。 CWDM 的信道間隔一般為 20nm，通湖北工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 13 過降低對波長的窗口要求而實現(xiàn)全波長范圍內(nèi)（ 1260nm～ 1620nm）的波分復(fù)用，并大大降低光器件的成本，可實現(xiàn)在 0km～ 80km 內(nèi)較高的性能價格比，因而受 到運營商的歡迎。 光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的 “最后一公里 ”。實現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩瑵M足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息流進千家萬戶的關(guān)鍵技術(shù)。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(yīng)用，統(tǒng)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 2021 年起 ，在 “863”項目的推動下，開始了 FTTH 的應(yīng)用和推廣工作。迄今已經(jīng)在30多個城市建立了試驗網(wǎng)和試商用網(wǎng)，包括居民用戶、企業(yè)用戶、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類型，也包括運營商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運營商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房地產(chǎn)開發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢頭良好。不少城市制訂了 FTTH 的技術(shù)標準和建設(shè)標準，有的城市還制訂了相應(yīng)的優(yōu)惠政策，這些都為 FTTH 在我國的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。 在 FTTH 應(yīng)用中，主要采用兩種技術(shù)，即點到