◎王文強(qiáng)

光纖傳輸技術(shù)在電信領(lǐng)域的應(yīng)用

◎王文強(qiáng)

光纖傳輸技術(shù)在電信領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。本文從光纖通信的概況出發(fā)，介紹了光纖通信系統(tǒng)的基本組成部分，闡述了光纖傳輸?shù)幕驹?，重點(diǎn)研究了光纖傳輸技術(shù)在電信領(lǐng)域的應(yīng)用方向。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，電信網(wǎng)業(yè)務(wù)也在不斷地向各個(gè)領(lǐng)域延伸，這對(duì)電信網(wǎng)的傳輸容量和帶寬提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電纜通信已不能滿足電信運(yùn)營(yíng)的技術(shù)要求。為了滿足電信業(yè)務(wù)的發(fā)展需要和人們對(duì)高效通信的日常需求，一種更高效的有線通信技術(shù)開(kāi)始得到重視并廣泛應(yīng)用，這就是光纖通信技術(shù)。本文將介紹光纖通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用現(xiàn)狀、基本原理，并重點(diǎn)闡述光纖通信技術(shù)的電信網(wǎng)中的應(yīng)用，以闡明光纖通信技術(shù)在電信網(wǎng)中的重要地位。

光纖通信概述

光纖通信技術(shù)是一種以光信作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的信息傳輸技術(shù)。光纖傳輸屬于有線通信的范疇，必須借助光纖才能完成信息的傳遞。利用光纖進(jìn)行通信首先要將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)制光信號(hào)，然后注入光纖中進(jìn)行傳輸，最后再轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而完成了信號(hào)的傳輸。從上世紀(jì)80年代起，光纖通信技術(shù)對(duì)電信的發(fā)展起到了革命性的推動(dòng)作用。隨著光纖制造技術(shù)的進(jìn)步，光纖的傳輸損耗已經(jīng)可以控制在0.20dB/km以下，這使光纖遠(yuǎn)距離傳輸成為了現(xiàn)實(shí)。與其它傳統(tǒng)的電纜、銅線等有線通信技術(shù)相比，光纖通信技術(shù)有著傳輸容量大、通信距離長(zhǎng)、傳輸損耗低、信號(hào)頻帶寬、保密性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。直到現(xiàn)在為止，光纖通信已逐漸成為有線通信領(lǐng)域的主流技術(shù)。

光纖傳輸原理

光纖的核心組成部分是纖芯和包層，它們組成了可供光波傳遞的介質(zhì)光波導(dǎo)。光在光纖中傳播的物理依據(jù)是全反射原理。如果光線在光纖端面的入射角滿足條件時(shí)，就可以在光纖內(nèi)形成全反射。

本文以階躍型光纖為例闡述光波在光纖中的傳播過(guò)。假設(shè)纖芯的折射率為n1，包層的折射率為n2，并且要求n1＞n2，而空氣折射率為n0。光波被耦合到光纖后，當(dāng)?shù)竭_(dá)纖芯與包層的分界面時(shí)，若其入射角θi大于θc時(shí)，就可以保證光波在后續(xù)的路線中多次反射，即達(dá)到了全反射條件。該角度θc稱為全反射臨界角。而這個(gè)入射角θi大小又與由空氣中入射到光纖端面時(shí)的折射角θ2有關(guān)，因此，光波能否在光纖中傳播主要取決于入射角θi與臨界角θc的關(guān)系。臨界角θc可以由下式來(lái)計(jì)算：

光纖通信系統(tǒng)一般由光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、光纖、中繼器以及光無(wú)源器件等部分構(gòu)成。光發(fā)信機(jī)的作用是把需要傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行調(diào)制并耦合到光纖中；光纖的作用是為光信號(hào)提供傳輸通道；光收信機(jī)的作用是接收光纖傳過(guò)來(lái)的光信號(hào)并將信息復(fù)原。中繼器主要光信號(hào)進(jìn)行功率補(bǔ)償；光無(wú)源器件主要是指光纖連接器和光纖耦合器，它們可以完成光纖之間的互連，以及光纖與電路的耦合。

電信網(wǎng)中的光纖傳輸技術(shù)

PDH技術(shù)。準(zhǔn)同步數(shù)字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）技術(shù)是一種基于異步復(fù)用傳輸?shù)耐ㄐ欧桨福彩且环N用于傳送高速信號(hào)的傳輸制式。它可以根據(jù)逐級(jí)碼速來(lái)解復(fù)用并完成異步復(fù)用功能的。PDH技術(shù)在電信網(wǎng)起步時(shí)起到了非常重要的作用，傳輸速率可達(dá)140M，對(duì)于電信網(wǎng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸有很大的優(yōu)勢(shì)，大大推動(dòng)了電話業(yè)務(wù)的發(fā)展。然而，這種技術(shù)沒(méi)有業(yè)內(nèi)統(tǒng)一光接口和電接口標(biāo)準(zhǔn)的支持，各廠家生產(chǎn)的設(shè)備之間無(wú)法進(jìn)行自由連接。另外，PDH技術(shù)在通信過(guò)種中很難進(jìn)行有效控制和信息的管理，并且?guī)Y(jié)構(gòu)的有效利用率很低，無(wú)論從系統(tǒng)管理還是從運(yùn)行效率來(lái)看，都是不夠經(jīng)濟(jì)實(shí)用的。隨著通信技術(shù)要求的提高，這些缺點(diǎn)日益突顯，因此PDH技術(shù)已經(jīng)逐漸被SDH技術(shù)所取代。

SDH技術(shù)。同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）是一種由不同速度的數(shù)位信號(hào)提供相應(yīng)等級(jí)的信息結(jié)構(gòu)（復(fù)用和映射）及其相關(guān)的同步方法構(gòu)成的技術(shù)體制，非常適用于光纖通信。SDH能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)接、線路傳輸和交換功能的集成統(tǒng)一的綜合型信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，它不但適用于光纖通信，還能很好地用于微波和衛(wèi)星通信，能很方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、設(shè)備互連等任務(wù)，使資源利用率大大提高、維護(hù)費(fèi)用大大減少，成為目前通信技術(shù)研究熱點(diǎn)。SDH具有全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行一次復(fù)用，集成了分插復(fù)用器和數(shù)字交叉連接，網(wǎng)絡(luò)重組能力顯著。SDH拓?fù)潇`活，特別適用于光纖通信傳輸高速數(shù)據(jù)。由于以上優(yōu)點(diǎn)，SDH已成逐漸成為傳輸網(wǎng)發(fā)展的主流方向，應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。SDH的不足之處在于其有效性和可靠性不能同時(shí)滿足，指針調(diào)整相對(duì)復(fù)雜，且系統(tǒng)安全存在一定的隱患。

WDM技術(shù)。密集波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing。WDM）是一種光域復(fù)用技術(shù)，旨在提高光纖的傳輸帶寬。通過(guò)WDM技術(shù)，對(duì)于相同的傳輸容量能夠大大減少光纖需求。端到端的全光網(wǎng)以光網(wǎng)絡(luò)層為基礎(chǔ)，而后者又以WDM為基礎(chǔ)，全光網(wǎng)可以消除光電轉(zhuǎn)換帶來(lái)的信號(hào)失真，是未來(lái)光通信發(fā)展的最高目標(biāo)。把WDM技術(shù)應(yīng)用于電信網(wǎng)中，可以大大提高電信網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的傳輸效率和通信容量。另一方面，基于WDM的電信網(wǎng)可以很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，使光纖帶寬資源利用率大大提高，還支持多種信號(hào)的同時(shí)傳輸，從而完成多種業(yè)務(wù)的同時(shí)接入，是電信網(wǎng)發(fā)展的主要方向之一。

OTN技術(shù)。光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network ，OTN）是在WDM和SDH的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種傳輸技術(shù)，它綜合了WDM和SDH的優(yōu)點(diǎn)，因而比它們都更智能化，是將來(lái)傳送網(wǎng)發(fā)展的重要方向之一。OTN技術(shù)在電信網(wǎng)中的波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)具的很好的適用性和保護(hù)性，使得幀結(jié)構(gòu)不易受損，方便維護(hù)，電層和光層協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，對(duì)電信網(wǎng)的寬帶傳輸效率和適配性都有重要意義。

光纖通信技術(shù)的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)未來(lái)全光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和前提，也是推動(dòng)電信網(wǎng)發(fā)展的重要方式?？梢灶A(yù)見(jiàn)，電信網(wǎng)中的光纖通信將朝著光網(wǎng)絡(luò)智能化、全光網(wǎng)絡(luò)、光弧子通信、光器件集成化的方向發(fā)展。積極推進(jìn)光纖傳輸技術(shù)的研究，對(duì)于提高電信網(wǎng)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量的提高有著重要意義。

（作者單位：四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院）