樊玥彤

摘 要 光纖通信可以說是人類通信歷史上一次深遠(yuǎn)的變革。光纖通信以光為信號(hào)傳輸介質(zhì)，具備抗電磁干擾、傳輸容量大、傳輸損耗小等諸多優(yōu)點(diǎn)。雖然光纖通信問世的時(shí)間比較短，但是它一問世便得到廣泛應(yīng)用并迅速發(fā)展。光纖本身受外力破壞性小，可靠性高，雖然其本身造價(jià)相比于金屬傳輸介質(zhì)要高，但施工建設(shè)成本低，穩(wěn)定性好。文章對(duì)光纖通信原理及其傳輸可靠性技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，從技術(shù)層面對(duì)光纖通信的穩(wěn)定性進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 光纖通信；原理；可靠性

中圖分類號(hào) TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）224-0128-03

光纖通信技術(shù)自問世以來，因?yàn)槠涮厥獾奈锢硖匦裕蛊湓趥鬏斝畔⒌倪^程中能夠具備較大的通信容量，其本身也具有遠(yuǎn)距離傳輸過程中損耗較小的優(yōu)點(diǎn)[ 1 ]。由于光波長(zhǎng)的不同，所以攜帶的信息也不同，因而能夠傳輸大量不同類型的信息數(shù)據(jù)，且光本身性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)[2-3]。所以光纖通信一經(jīng)問世便廣泛應(yīng)用于各種通信網(wǎng)絡(luò)，極大地滿足了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生活和業(yè)務(wù)溝通的需要。

光纖通信是利用光導(dǎo)纖維作為傳播載體傳輸光信號(hào)，通過不同波長(zhǎng)的光信號(hào)傳播以實(shí)現(xiàn)不同信息之間的傳遞交流?，F(xiàn)代的光纖通信傳輸系統(tǒng)的主要組成部分包括將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的發(fā)射器和傳遞光信號(hào)的光纖。除此之外系統(tǒng)中還包括各類光路放大器，以及將光信號(hào)再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光接收器[4-5]。

1 光纖通信技術(shù)概述

1.1 光纖通信結(jié)構(gòu)模型

光纖的主要組成部分包括內(nèi)芯和包層兩部分[5-6]，內(nèi)芯的成分主要就是傳輸光信號(hào)的石英玻璃，其寬度一般為幾微米到幾十微米；顧名思義，包層的作用自然就是保護(hù)內(nèi)芯。實(shí)際上，如今生活中規(guī)模龐大的光纖通信系統(tǒng)僅靠單根的光纖傳遞信息自然是不夠的，在一般情況下，是由大量的光纖緊密結(jié)合，由此組成光纜。光纖主要是由石英玻璃制成，石英玻璃具有電氣絕緣的特性，因此沒有必要考慮接地回路的問題。由于光纖寬度較小，所以光纜布設(shè)時(shí)占用的體積也很小，這也解決了光纜在布設(shè)過程中的空間問題。光纜的基本模型如圖1所示。

一整套的光纖通信系統(tǒng)主要由五大部分組成：信號(hào)的發(fā)射，信號(hào)的合波，信號(hào)的傳輸和放大，信號(hào)的分離，信號(hào)的接收[ 4 ]，其基本示意圖如圖2所示。

1.2 光纖通信原理分析[6]

光纖通信是通信技術(shù)與光電技術(shù)的結(jié)合，它涉及了光在光纖波導(dǎo)中傳輸?shù)姆绞郊靶盘?hào)傳輸時(shí)遵守的協(xié)議。

光纖的內(nèi)部組成是兩層光學(xué)性質(zhì)不同的石英玻璃。當(dāng)光線以一定的臨界角由光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，光纖通信就是利用這一現(xiàn)象以全反射的方式，在光纖中不斷向前傳輸。光本身也是一種電磁波，而電磁波就能夠滿足麥克斯韋方程組通解的表達(dá)式，帶入不同的數(shù)據(jù)就可以得到相應(yīng)的特解，每一種特解就能表示一種獨(dú)立的電磁波分布。因此光在傳輸?shù)倪^程中，不同分布的光信號(hào)也就代表了光所攜帶的信息的不同。

在通信信號(hào)由電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)后，信號(hào)中往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多傳輸信道卻不能傳輸?shù)皖l或者直流的信號(hào)。因此，必須先對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)經(jīng)過調(diào)制的光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，有光脈沖相當(dāng)于1，沒有光脈沖相當(dāng)于0。而在任何傳輸信道中，傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，如果傳輸速率過大就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的串?dāng)_問題，為了盡可能高地提高信道的利用率，在實(shí)際光纖傳輸?shù)倪^程中往往通過提高信噪比來實(shí)現(xiàn)這一目的。

1.2 光纖通信關(guān)鍵技術(shù)分析[7]

由于如今社會(huì)信息傳輸量十分巨大，所以除了在提高信噪比提高利用率之外。波分復(fù)用技術(shù)成為了光纖通信中提高傳播效率的重要技術(shù)手段。波分復(fù)用技術(shù)主要指在同一時(shí)刻，利用一根光纖同時(shí)傳輸多個(gè)光載波。如果這些光的波長(zhǎng)間有足夠的間隔，則每路光信號(hào)就可以在一根光纖上同時(shí)傳輸而不會(huì)相互干擾，這就是光纖通信使用的波分復(fù)用技術(shù)。如果一根光纖利用n路的分頻復(fù)用，每路光信號(hào)帶有10Gbit/s的數(shù)字信號(hào)，則光纖傳輸容量將為？n×l0Gbit/s，這樣就打破了電子瓶頸對(duì)傳輸速率的限制。由此可見，復(fù)用技術(shù)是在不改變光纖數(shù)量和規(guī)模的前提下擴(kuò)容的一種優(yōu)良方法。目前光纖的單波長(zhǎng)傳輸速率已經(jīng)能夠達(dá)到40Gbit/s。而經(jīng)過波分復(fù)用技術(shù)后，一條線路上的光纖在同一時(shí)間段內(nèi)能夠傳輸?shù)男畔⑷萘繉⑹蔷薮蟮摹?/p>

2 光纖傳輸可靠性技術(shù)分析

2.1 光纖傳輸可靠性的技術(shù)措施

2.1.1 光纜的可靠技術(shù)

正如前文所述，光纜本身可容許的頻帶極寬，通信容量大，光纜比其他材料制成的線纜的傳輸帶寬大得多，長(zhǎng)波長(zhǎng)窗口，目前單模光纖就已經(jīng)具有了50GHz/km～80GHz/km的帶寬。尤其是如今通信行業(yè)廣泛采用的密集波分復(fù)用技術(shù)，更是以幾何倍率增加了光纜在同一時(shí)刻的傳輸容量。除此之外，由于光通過全反射傳輸?shù)倪^程中損耗極低，中繼距離就能夠變得更長(zhǎng)。目前大部分光纖的損耗率已經(jīng)能夠低于0.2dB/km。因此對(duì)于國(guó)家干線，省際干線這樣的超長(zhǎng)途傳輸線路而言，由于中繼站數(shù)目的減少，傳輸線路的建設(shè)成本和維護(hù)成本大大降低。這對(duì)于提高信號(hào)傳輸過程中可靠性和穩(wěn)定性都具有十分重大的意義。

2.1.2 組網(wǎng)的可靠性技術(shù)

在光纖通信中，組網(wǎng)的方式多種多樣。如果按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分類的話光纖通信中組網(wǎng)結(jié)構(gòu)可分為星型結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)，總線型結(jié)構(gòu)，分布式結(jié)構(gòu)，樹形結(jié)構(gòu)幾大類。每一種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)都有自身的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍，對(duì)于不同的傳輸需求，可以選擇于其相匹配的光纖組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以此來保證傳輸效率和的最大化和傳輸信息的準(zhǔn)確性。

2.2 光纖傳輸可靠性的管理措施

2.2.1 控制光纜接入端口

通過前文的分析可知，光纖傳輸過程中不易受到外界干擾，傳輸速率較快且信號(hào)的損耗極小。所以光信號(hào)的輸入段，即光纜的接入端口的穩(wěn)定可靠也就決定了光纖通信傳輸過程中的可靠性。通常端口在設(shè)置時(shí)通常選擇靠近光纖組網(wǎng)拓?fù)鋱D中的光節(jié)點(diǎn)附近，這樣進(jìn)入光纖通信系統(tǒng)的光信號(hào)可傳輸?shù)姆较蛞簿透鼜V。除此之外，為了便于對(duì)接入端口的日常維護(hù)，端口通常設(shè)置在便于維護(hù)人員維護(hù)的光纜出入口或者光纜的匯集點(diǎn)上，同時(shí)設(shè)置的位置應(yīng)該安全隱蔽，避免因施工維護(hù)，自然災(zāi)害等外部損傷而導(dǎo)致的端口損壞問題，從而導(dǎo)致該路光纖傳輸系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

以上是對(duì)光纜接入端口在技術(shù)和維護(hù)層面的管理措施分析。另一方面，出于通信保密性的需要，接入端口應(yīng)該設(shè)定專有的IP通信協(xié)議，在此基礎(chǔ)上靈活地選用不同的接入方式和信號(hào)輸入方式，以保證信號(hào)傳輸過程中的保密性。

該安全隱蔽，避免因施工維護(hù)，自然災(zāi)害等外部損傷而導(dǎo)致的端口損壞問題，從而導(dǎo)致該路光纖傳輸系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

以上是對(duì)光纜接入端口在技術(shù)和維護(hù)層面的管理措施分析。另一方面，出于通信保密性的需要，接入端口應(yīng)該設(shè)定專有的IP通信協(xié)議，在此基礎(chǔ)上靈活地選用不同的接入方式和信號(hào)輸入方式，以保證信號(hào)傳輸過程中的保密性。

2.2.2 建立科學(xué)的維護(hù)機(jī)制

光纖傳輸系統(tǒng)的維護(hù)主要分為硬件設(shè)備的維護(hù)和傳輸網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)。對(duì)硬件系統(tǒng)的維護(hù)顧名思義就是要建立科學(xué)的巡檢制度，在發(fā)現(xiàn)光纜或相關(guān)系統(tǒng)的故障后能夠及時(shí)進(jìn)行解決。

對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)主要依靠在傳輸網(wǎng)絡(luò)中建立并完善防火墻維護(hù)技術(shù)，以此避免通信信息的泄露，保證信息安全。光纖通信網(wǎng)絡(luò)防火墻必須做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)存在破壞系統(tǒng)的程序時(shí)要及時(shí)進(jìn)行查殺，防火墻的防御水平要不斷提升，彌補(bǔ)缺陷，使通信信息的保密性更高。

3 結(jié)論

光纖通信的發(fā)展掀起了人類社會(huì)通信方式的巨大變革。光纖通信的出現(xiàn)，直接推動(dòng)了人類社會(huì)進(jìn)入了信號(hào)系統(tǒng)高速發(fā)展的時(shí)代。光纖通信系統(tǒng)給我們的生活創(chuàng)造了許許多多的便利，電話，電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也在光纖通信發(fā)展的過程中不斷的發(fā)展，結(jié)合，達(dá)到新的高度。然而光纖通信系統(tǒng)帶來的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，就目前的發(fā)展形勢(shì)來看，光纖通信系統(tǒng)還有更為可觀的發(fā)展前景，它將在未來帶給人們一次又一次的震撼。

從光纖通信系統(tǒng)問世到現(xiàn)在僅僅經(jīng)過了四十年的時(shí)間，而光傳輸?shù)乃俾蕝s在這40年中以驚人的速度高速增長(zhǎng)[ 8 ]。在短短10年的發(fā)展過程中，光傳輸?shù)乃俾示驮鲩L(zhǎng)了幾乎百倍，令人驚嘆。在光纖通信系統(tǒng)誕生之后，各式各樣的光通信新技術(shù)也隨之誕生，成為了人類社會(huì)發(fā)展的新動(dòng)力。而人類對(duì)通信的無止境需求，將促使著光纖通信系統(tǒng)繼續(xù)向前迅速發(fā)展，這必將對(duì)電子通信行業(yè)的進(jìn)步，乃至整個(gè)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生十分深遠(yuǎn)的影響。

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