光纤通信关键技术研究综述

【摘要】随着二十一世纪这个信息爆炸时代的到来，人们对信息的渴求深刻刺激着通信行业的发展。在追求高速度高质量通信的当今，光纤技术的发展给人类社会信息的传播带来了新的革命，越来越多的人开始重视和研究光纤通信的核心技术。本文讲述了光纤通信中的一些关键技术并对其美好的发展前景作出了展望。

【关键词】光纤相干光光孤子光交换全光通信

一、概述

1.1光纤通信原理概述

顾名思义，光纤通信是以光波为信息载体进行的通信。利用光纤进行通信需要先把传送的信息变成电信号，然后将其调制到由激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号幅度或频率的变化而变化，并通过光纤发送出去。信息接收端将接收到的光信号再变成电信号，经解调后即可得到恢复出的原信息。

1.2光纤通信的特点

当今世界，已有不少国家开始宣布不再建设电缆通信线路，而是致力于发展光纤通信。目前使用光的频率比微波频率还要高103～104倍，传输频带得到了明显的拓宽，通信容量也因此增加约103～104倍，同时也实现了更快的数据传输速率，允许信道中复用更多的信号。由于用于传输的载体是光信号，那么较电流载体而言，线缆之间就不会出现串扰。其实最常使用的光纤就是一根很细的玻璃或塑料线，因此光缆的质地十分的轻，运用起来也十分方便。而且光纤通信无中继的直通距离比金属线缆要远的多，所以它的中继距离远，故传输同样的距离它所需要的中继站少，从而减少了工程量。综上可以看出利用光纤通信具有很高的经济效益，其发展前景非常好。

1.3光纤通信系统

光纤通信系统主要由光发送设备，光传输设备和光接收设备三大部分组成。光发送设备主要有驱动器和光源，其作用是把电端机输入的电信号对光源进行调制，使光源产生随电信号幅度或频率变化而变化的光信号进入光纤。光接收设备主要有光检测器和放大器，光检测器把由光纤传输过来的光信号转化成相应的电信号，经放大后再进入电端机变为相应的电信号。远距离通信时，为了补偿光纤的损耗并消除信号失真与噪声的影响，光缆经过一定的距离需要加装中继器。其工作原理图如图1所示。

二、光纤通信系统关键技术

2.1相干光通信

通常我们采用的光纤通信系统都是通过电信号对光波进行强度的调制，然后在接收端直接检测光信号的强度，再转化成相应的电信号，这种方法称为光强度调制-直接检测方式（IM-DD）。尽管这种方式十分简单方便，但其接收机检测灵敏度，传输容量和中继距离受限制等弊端却不容忽视。为了更加优化通信系统，人们很自然地想到采用单一频率的相干光做光源，不仅可以通过电信号对光载波的振幅参量进行调制，还可以对其频率或相位进行调制，然后在接收端利用本振光与信号光进行相干，最后再通过零差或外差检测技术实现对调制电信号的恢复。同时为保证接收机具有较高的灵敏度，需要信号光和本振光混频时满足严格的匹配条件。相干光通信技术的优点显而易见，其市场前景不可估量。基于相干光技术的相干光通信系统如图2所示。

2.2光孤子通信

为了增大传输中继距离，不仅需要克服光纤的传光损耗和光接收机灵敏度方面的障碍，还需要克服光纤色散使脉冲展宽方面的障碍。光孤子通信运用而生。孤子是物质非线性效应的一种特殊产物，光孤子便是非线性光学研究中提出的问题。光孤子通信便是利用提高输入光脉冲功率产生的非线性压缩，补偿由光纤色散效应导致的脉冲展宽，以保持脉冲幅度和形状不变。发送端由孤子激光器产生一串光孤子序列，电脉冲源通信通过调制器对光孤子流进行调制，将信号加载于光孤子上，被调制的光孤子流经过EDEA放大和光隔离器后进入光纤传输。传输途中要增加若干个光放大器，以补偿光脉冲的能量损失，来克服因光纤损耗而引起的光孤子减弱。

2.4光交换技术

在传统的光纤通信中，为解决长距离传输光纤的损耗和色散，需要在特定距离中继站采用电子中继器进行光-电转换，电放大和电-光转换。正是由于在光纤通信系统中加入了这些电子线路，极大限制了光纤通信优势的充分发挥。而光交换技术正是针对这一问题发展而来。其是指对送来的光信号直接进行交换，不需要经过光-电-光的变换方式，并且还能在交换的过程中充分发挥光信号的高速，宽带，并行处理，抗干扰能力强等突出优点。近些年，随着光交换的新型结构和交换技术的逐渐成形，还有与IP技术融合的光标记交换，兼顾电路交换与分组交换的光突发交换，有在光域中实现的光子IP路由，基于分布式网管的软交换及基于GMPLS的多粒光交换，智能光交换等等。

2.5全光网络技术

为了使光网络的信息量进一步增加，在采用光交换与选路的同时，进一步采用其他的光信息处理技术，如全光再生和全光波长转换等，就可以实现全光网络通信，即信息网在网络中传输时，从源点到目的节点的过程中不需要再经过光-电-光转换，始终以光的形式存在。它可以让光信号处理过程完全摆脱对电处理的依赖，极大的提高网络的性能。要构成这样一个成熟可以运用实际的网络体系涉及多种技术的综合，不仅需要漫长的时间，还需要更多通信人的共同努力。

三、光纤通信的发展展望

毋庸置疑，光纤通信的出现改变了以往的通信格局，形成了以光纤通信为主，微波，卫星，电缆通信为辅的通信格局，而且它的地位也会在未来通信领域中得到进一步提升。目前，它的应用领域已有长途网进入局域网并进一步向接入网延伸，全光网络的研究与应用得到了人们普遍的重视，智能光网的概念也被提出，同时人们也在想将光通信引入到宇宙空间站中。新的技术还处于研究，发展阶段，其距实用化商用化还有很长一段路要走，但它对人类生活的进一步改变的力量却不可估量。

参考文献

[1]李履信，沈建华编著.光纤通信系统.机械工业出版社，2003.7

[2] Royblake著，张晋峰译.现代通信系统.电子工业出版社，2003.8

[3]王秉钧，王少勇编著.通信系统.西安电子科技大学出版社，2004.5

[4]邱琪编著.光纤通信技术.科学出版社，2011.6

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