淺析國內(nèi)外光纖通信技術的現(xiàn)狀及趨勢

回顧光纖通信的發(fā)展里程，在70年代，光纖通信由起步到逐漸成熟。到70年代末，第一代（速率為數(shù)十Mb/s、0.85μm波段、多模光纖通信系統(tǒng)）開始商用。在80年代，光纖通信得到長足的發(fā)展。在這個時期，光纖通信迅速由0.85μm波段轉(zhuǎn)向1.3μm波段，由多模光纖轉(zhuǎn)向單模光纖。第二代光纖通信系統(tǒng)（1.3μm波段單模光纖系統(tǒng)）如雨后春筍般在世界各地建立起來，顯示出光纖通信低損耗、大容量的優(yōu)勢和強大的競爭力，并很快替代電纜通信，成為電信網(wǎng)中主要的傳輸手段。而系統(tǒng)的傳輸速率幾乎以每五年提高九倍的速度在迅速增長，其增長速度超過了摩爾定律。
1973年，世界光纖通信尚未實用。我國郵電部武漢郵電科學研究院（當時是武漢郵電學院）就開始研究光纖通信。由于武漢郵電科學研究院采用了石英光纖、半導體激光器和編碼制式通信機正確的技術路線，使我國在發(fā)展光纖通信技術上少走了不少彎路，從而使我國光纖通信在高新技術中與發(fā)達國家有較小的差距。
一、光纖通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀
（1）符合ITU-TG.652.A規(guī)定的普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展，光中繼距離和單一波長信道容量增大，G.652.A光纖的性能還有可能進一步優(yōu)化，表現(xiàn)在1550nm區(qū)的低衰減系數(shù)沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數(shù)和零色散點不在同一區(qū)域。符合ITU-TG.654規(guī)定的截止波長位移單模光纖和符合G.653規(guī)定的色散位移單模光纖實現(xiàn)了這樣的改進。G.653光纖雖然可以使光纖容量有所增加，但是，原本期望得到的零色散因為不能抑制四波混頻，反而變成了采用波分復用技術的障礙。
（2）為了取得更大的中繼距離和通信容量，采用了增大傳輸光功率和波分復用、密集波分復用技術，此時，傳輸容量已經(jīng)相當大的G.652普通單模光纖顯得有些性能不足，表現(xiàn)在偏振模色散（PMD）和非線性效應對這些技術應用的限制。在10Gb／s及更高速率的系統(tǒng)中，偏振模色散可能成為限制系統(tǒng)性能的因素之一。光纖的PMD通過改善光纖的圓整度和／或采用“旋轉(zhuǎn)”光纖的方法得到了改善，符合ITU-TG.652.B規(guī)定的普通單模光纖的PMDQ通常能低于0.5ps／km1/2，這意味著STM-64系統(tǒng)的傳輸距離可以達到大約400km。G.652.B光纖的工作波長還可延伸到1600nm區(qū)。G.652.A和G.652.B光纖習慣統(tǒng)稱為G.652光纖。
（3）光纖的非線性效應包括受激布里淵散射、受激拉曼散射、自相位調(diào)制、互相位調(diào)制、四波混頻、光孤子傳輸?shù)?。為了增大系統(tǒng)的中繼距離而提高發(fā)送光功率，當光纖中傳輸?shù)墓鈴娒芏瘸^光纖的閾值時則會表現(xiàn)出非線性效應，從而限制系統(tǒng)容量和中繼距離的進一步增大。通過色散和光纖有效芯面積對非線性效應影響的研究，國際上開發(fā)出滿足ITU-TG.655規(guī)定的非零色散位移單模光纖。利用低色散對四波混頻的抑制作用，使波分復用和密集波分復用技術得以應用，并且使光纖有可能在第四傳輸窗口1600nm區(qū)（1565nm-1620nm）工作。目前，G.655光纖還在發(fā)展完善，已有TrueWave、LEAF、大保實、TeraLight、PureGuide、MetroCor等品牌問世，它們都力圖通過對光纖結(jié)構(gòu)和性能的細微調(diào)整，達到與傳輸設備的最佳組合，取得最好的經(jīng)濟效益。
（4）為了在一根光纖上開放更多的波分復用信道，國外開發(fā)出一種稱為“全波光纖”的單模光纖，它屬于ITU-T652.C規(guī)定的低水吸收峰單模光纖。在二氧化硅系光纖的譜損曲線上，在第二傳輸窗口1310nm區(qū)（1280nm-1325nm）和第三傳輸窗口1550nm區(qū)（1380nm-1565nm）之間的1383nm波長附近，通常有一個水吸收峰。通過新的工藝技術突破，全波光纖消除了這個水吸收峰，與普通單模光纖相比，在水峰處的衰減降低了2／3，使有用波長范圍增加了100nm，即打開了第五個傳輸窗口1400nm區(qū)（即1350nm-1450nm區(qū)），使原來分離的兩個傳輸窗口連成一個很寬的大傳輸窗口，使光纖的工作波長從1280nm延伸到1625nm。
二、光纖通信技術的發(fā)展趨勢
FTTH（光纖到家庭）是光纖通信進一步發(fā)展的方向，它被公認為理想的寬帶接入網(wǎng)。目前，所謂寬帶業(yè)務，大多是500kbps的影視節(jié)目。運營商為了充分利用銅線資源，采用ADSL技術就可提供，這使FTTH成為接入網(wǎng)主流的時間有所推遲。不久的將來，在HDTV普及的情況下，ADSL不能滿足要求，而先進的ADSL2+也許可滿足1chHDTV/戶。如果4chHDTV/戶采用FTTH比較合理。在雙向業(yè)務廣泛應用的情況下，上下行不對稱的ADSL難以對應。目前，發(fā)達國家FTTH建設普遍開展，日本、韓國和美國比較發(fā)達，采用各種無源光網(wǎng)PON和以太網(wǎng)技術。中國的運營商和房地產(chǎn)開發(fā)商已對FTTH進行了試點。近來出現(xiàn)了所謂的網(wǎng)絡電視（IPTV），電信運營商提出IPTV的初衷是考慮到有計算機的人少而有電視機的人多。提出的IPTV是采用專用的機頂盒連接電視機可直接瀏覽電信網(wǎng)的內(nèi)容，而不要計算機。IPTV具有常規(guī)電視并兼有點播和時移電視的功能，可能會取代常規(guī)電視。由于IPTV的發(fā)展，影響光纖接入網(wǎng)和FTTH的構(gòu)建。另外，也產(chǎn)生電信運營商和廣播運營商的利益沖突。盡管有限制發(fā)牌照政策以保護廣播運營商，但大勢所趨，不可阻擋。實際上，許多廣播運營商也開始改造其廣播網(wǎng)為數(shù)字雙向，也具備了發(fā)展IPTV的功能。廣播運營商和電信運營商的界限開始有些模糊。
由于寬帶業(yè)務的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的容量不足。對于運營商而言，最根本和實際有效的辦法是對城域網(wǎng)和接入網(wǎng)擴容。事實上，采用WDM技術擴容，投資不很大，而可適應今后寬帶業(yè)務的繼續(xù)發(fā)展。
無線接入技術發(fā)展迅猛。人需要移動，采用無線接入比較方便。無線接入可滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰珟捰邢?，寬帶的視頻特別是HDTV仍需要采用光纖通信。