光通信与光纤传输网

光通信与光纤传输网

唐洲

(国网西藏信通公司西藏自治区拉萨市850000)

摘要：从烽火传递信号，到信号灯﹑旗语等通讯方式，都是光通讯的范畴。而光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，但是极其迅速。本文简要介绍光纤通信的原理、光网络的结构。

关键词：光纤通信；光网络的结构

一、光纤通信的原理

在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

二、激光和激光器

激光是光通讯的最理想光源。现在能生产可产生多种功率和波长的激光器。由于激光是以受激辐射的光放大为基础的发光现象，同以自发辐射为基础的普通光源相比，具有单色性好、方向性好亮度高、相干性好的特点。

三、光网络的结构

光网络的基本结构类型有星形、总线形（含环形）和树形等3种，可组合成各种复杂的网络结构。光网络可横向分割为核心网、城域／本地网和接入网。①客户层：由各种不同格式的客户信号（如SDH、PDH、ATM、IP等）组成；②光通道层：为透明传送各种不同格式的客户层信号提供端到端的光通路联网功能，这一层也产生和插入有关光通道配置的开销，如波长标记、端口连接性、载荷标志（速率、格式、线路码）以及波长保护能力等，此层包含OXC和OADM相关功能；③光复用段层：为多波长光信号提供联网功能，包括插入确保信号完整性的各种段层开销，并提供复用段层的生存性，波长复用器和高效交叉连接器属于此层；④光传送段层：为光信号在各种不同的光媒体上提供传输功能，光放大器所提供的功能属于此层。从应用领域来看，光网络将沿着"干线网→本地网→城域网→接入网→用户驻地网"的次序逐步渗透。

四、光复用技术

为了进一步提高光通信的传输效率可以采用光复用技术。所谓光复用，是在光域上进行时分复用、频分复用和波分复用，而不是在无线电波段进行复用。

（1）光时分复用(OTDM)

光时分复用也是把信号的传输时间分成一个个时隙，不同路的光信号在不同的时隙中传输。锁模激光器产生激光脉冲，其频率(不是光信号的频率，而是单位时间内的光脉冲数)为5GHz，即光脉冲串中相邻光脉冲之间的间隔为200ps，而每个光脉冲的3dB宽度为14ps，说明相邻两个光脉冲之间的间隔较大，还可以用来传输其它光脉冲，这就为时分复用创造了条件。该脉冲串经过光纤放大器放大以后，由分光器分成四条支路，分别进入四个马赫一曾德尔干涉仪式调制器(M—z调制器)，被四个电信号调制，得到四个比特率为5Gb／s的光数字信号流，后面三个光信号经过不同的时间延迟进入光合路器，正好镶嵌在第一列光脉冲之间，合成为比特率20Gb／s的光数据流，完成了光的时分复用。复用后的信号经过光纤放大器放大，送入光纤传输。在接收端，经过相反的过程进行解复用、解调，又可得到四条支路的电信号。该系统在5GHz的频率上得到了20Gb／s的数据流，具有较高的传输效率。这就是采用光时分复用的优点。

（2）光波分复用(WDM)

所谓光波分复用，是将波长间隔为数十纳米的多个光源独立进行调制，让其在同一条光纤中传输。光的波分复用按传输方向可分为单向波分复用和双向波分复用。在单向波分复用系统中，发射端有N个发出不同波长光的激光器，把它们分别进行调制后，利用光的复用器合起来，耦合进一根光纤中传输。在接收端再利用解复用器把这N束波长不同的光载波分开，分别送至相应的光检测器得出各自的信息。

（3）光的频分复用

同波分复用一样，频分复用也是将多个光源独立进行调制，让其在同一条光纤中传输。但频分复用时，光载波之间的波长(或频率)间隔更小些(例如波长间隔小于1nm)，可以容纳更多的光载波。我们知道，在光纤的1．31um窗口中低损耗区为1．26um～1．36um，带宽约100nm，在1．55um窗口中低损耗区为1．48um～1．58um，带宽也是100nm。在这200nm带宽范围内，如果采用后面介绍的相干光通信技术，可使频分复用光载波之间的波长间隔小到0．1nm，则在200nm范围内可以安排2000个光载波，若每一光载波传输100套电视节目，则在一根光纤中可以传输20万套电视节目。

五、相干光通信

在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅(而不象强度检测那样只是改变光的强度)，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不象自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。激光就是一种相干光。所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输人的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。在发射端，频率稳定、具有确定相位的光载波在调制器中被数字信号调制成已调光，进入光匹配器，使已调光的空间分布与光纤基模相匹配，已调光的偏振状态与光纤本征偏振态相匹配。从光匹配器输出的已调光经过光纤传输到接收端，先要经过接收端的光匹配器，使信号光的空间分布和极化方向与本振光信号相匹配以便进人混频器与本振光信号混频时能获得尽可能大的混频增益。从混频器输出的中频信号一般属于微波频段，进人工作频率为数吉赫兹的中频放大器进行中频放大和滤波。然后进人解调器进行解调，得到基带信号，经过基带放大器放大、滤波，再进行判决再生，输至终端设备。若接收端选择本振光频率正好等于发射端调制时的光载波频率，混频后所得的差频载波的频率为零，直接得到基带信号。这种方式称为零差检测，它的灵敏度很高，但技术上困难较大。

六、宽带网接入技术

（1）光纤接入方式（FTTX）

光纤接入网可以有光纤到户（FTTH）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到路边（FTTC）、光纤到小区（FTTZ）等多种形式。

（2）高速数字环路（XDSL）技术

基于XDSL技术的铜线接入技术适应于已有的电话基础网络，通过2B1Q、CAP、DMT等频带编码技术，挖掘双绞线高频段带宽的资源，通过带宽倍增技术实现宽带接入，满足高数据通信需求，主要技术有ADSL、HDSL、VDSL﹑SDSL﹑DDN等。

（3）HFC（混合光纤同轴网络）CableModem接入

基于同轴电缆接入的HFC方式是在传统同轴CATV技术基础上发展起来的，利用频分复用技术实现模拟电视、数字电视、电话和数据同时传送。系统成本比光纤用户环路低，并有铜线及双绞线无法比拟的传输带宽，适合当前模拟制式的高质量视象业务市场和CATV网使用。

电缆调制解调器又名线缆调制解调器，英文名称CableModem，它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。CableModem是组建城域网的关键设备，混合光纤同轴网(HFC)主干线用光纤，光结点小区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户，其传输频率可高达550/750MHz。在HFC网中传输数据就需要使用CableModem。

结语：光纤通信已经成为有线传输的主要方式，在城市中光纤到户已经普及，随着光纤通信技术的进步和城市化进程的加快，光纤通信将会进一步普及、发展。

参考文献：

[1]钟桌新.因特网的现状、未来及中国的信息化,通信技术,2016（03）:36.

[2]张树京.多媒体通信技术综述.电信科学,2014（04）:03.

[3]金山.光纤用户传输网.北京:电子工业出版社,2013（10）.