论光纤通信的新技术与潜力

论光纤通信的新技术与潜力

作者简介：程帅，山西长治，男，华中科技大学文华学院光电信息工程。

摘要：光纤通信的发展主要分为了四个阶段，从历史的发展来看，自光通信传输系统问世以来，一直都朝着不断提高系统容量的目标发展。在过去的几十年中更是突飞猛进，光纤通信系统的容量已经增长了几十万倍。光纤传递光脉冲来进行通信，有光脉冲相当于1，而没有光脉冲相当于0。由于可见光的频率非常高，约为10mhz 的量级，因此，一个光纤通信系统的传输带宽远远大于其他传输媒体通信系统，这也是光纤通信一直对容量要求极高的原因。然而，光纤的潜力有多少呢，笔者将通过具体分析来论述这一问题。

关键词：波分复用；差分正交相移键控；传输性能

一、从光纤通信的主要发展阶段分析。

光纤通信的第一阶段为二十世纪六十到七十年代，为光信的初始阶段，即开发研究进而进行初步的商业活动的时期，这个阶段实现了短波长0.85um，而低速率的多模光纤系统如45、34mb/s，无中继传输距离可达到10km。而到了第二，第三阶段，这个时期的光纤通信就是以提高传输速度和增加传输距离，传输容量为目标了，经过近20年的发展，逐步实现了1.55um色散位移单模光纤通信系统，传输速率可达2.5-10gb/s。

值得一提的是，光狐子通信在这一阶段得到飞速发展，在光纤

通信中，“损耗”，“色散”是阻碍传输距离增长和限制传输内存的重要原因。光信号在传输的过程中的能量的减弱称之为“损耗”；而光脉冲在传输过程中会逐渐脱离中心而产生的宽度的增加则称之为“色散”。光脉冲则是不同频率的光波运动所形成的一种电磁波的组合体。光纤在传播的过程中，不同的频率由于质量的不同，传播是速度也不同，因为到达终点的时间段就不同。这正是光纤的色散所导致的接受信号与原始信号的差别。由于光纤技术的发展已经十分的纯熟，其他损耗问题基本上已经解决。因此，色散问题由于其技术上障碍，就成为了阻碍光纤通信朝着更大容量和更高速率发展的重要问题。

最近有一种设想，因为不同的因素影响，光脉冲会变宽或者变窄，有科学家提出，如果能有办法使得这几种相反的效应在同一传输中相互抵消，那么光脉冲就会像鼓孤立的粒子一样，形成弧状，称之为光狐子。这样一来，就可以实现对光纤通信速度和宽度的各种设想。

不得不说，光弧子通信方式是一种非常完美的方式，从光纤折射率的自相位调制效应入手，使得其对光脉冲的作用刚好与群速色散所引发的作用相抵消进而达到平衡状态，当光纤的反常色散区域和脉冲光功率的密度达到一定的数值时，光弧子就能够在很长的的距离实现零损耗的传输，完全不需要考虑光纤色散这一难题对于传输效率提高的限制。光弧子的传输容量是当今最好的传输系统容量

的2个数量级以上。中继距离可突破两位数。因此，它被认为是当下最有发展前景和研究价值的传输方法。

第四阶段到如今，（dwdm：dense wavelength division multiplexing），是以密集波分复用dwdm技术为主要研究对象密集型光波复用这是能组合一组光波集合用一根光纤进行传送。这是一项高端的激光技术，用来在现有的光纤网络上上提高带宽。更准确的来讲，该技术是未能能够实现传输性能，采用多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距手段在一根指定的光纤中。这样，就能在固定的信息传输容量下减少所需要的光纤的总数量，以达到增加光纤带宽的目的。

二、从创造性的新技术来分析光纤容量的发展。

为了满足人们对更大的网络容量的需求，40gbit/s光通信系统商业化不断的深入发展。在国家自然科学基金网（nsfcnet）上，400km×10gbit/s传输链路直接升级的一路400km×40gbit/s光传输实验早已实现，他们采用自己研发的的40×40gbit c&rz码多波长光发送源，进行了160千米的1.6tbit/s波分复用（wdm）光的传输实验。其试验的结果显示，通常的中短距离10gbit/s传输链路直接升级至40gbit/s是没有任何问题的。但是由于传输光纤与色散补偿模块不相配的问题，同时存在40gbit/s传输系统的色散容量小于60ps/nm。所以必须要改进设计，或者研发新的传输路径，同时对多信道分别进行精确的色散补偿，才能实现要40通道

40gbit/s的传输。

对于这一技术面临的挑战，可以采用色散可调节的色散补偿模块，采用超强fec编码技术提高克服白噪声的纠错能力，降低系统osnr要求，采用先进的调制编码类型降低osnr，pmd，非线性效应，色散等方面的限制。而对于dqpsk的引入，很好的解决了这一问题。

差分正交相移键控，简称dqpsk，即differential quadrature phase shift keying.正交相移键控（qpsk）是一个调制数据的方法，它是通过转换来达到调制数据的目的的。基准信号载波的定相，有时候也称之为第四期或者四相psk或4-psk，差分正交相移键控在星状图中使用平均分布在一个圆周上的四个点。在这四个点上，qpsk可以在图形上显示最小的误码率，因为其每个符号都能进行两位编码。

在该发明中，使用的是dqpsk的光接收器和对应的光接收方法。该接收器的原理是，将所输入的信号光射到panda光纤上（该信号光经过差分正交相移键控（dqpsk）的信号光），大约以45度的线性偏振状态。在该dqpsk信号光中的正交偏振分量之间会产生一个延迟的时间差，该时间差将与一个码元相对应。进而该信号光会由半反射镜分为两支，分别传送到第一和第二不同的路径。之后，在这些路径上会设置四分之一波片，在路径传播光之间提供二分之π的相对双折射量差。然后不同路径传播的光束都将由偏振分束器分离为两个正交偏振分量，并由差分接收电路接收。用来进行差分正

交相移键控信号中的同相分量和正交分量的调试。根据这样的原理，就能够提供体积小，成本低的对差分正交相移键控进行调制的光接收器。

三、对今后光纤通信发展形势的探索。

全光网络，一直是人们对未来的期待和梦想。对于光纤通信技术来说，进一步的高速和容量的扩大正是人们在不断发展的信息时代中所需要的。

1.超容量超速度的光纤技术。

近几年来，波分复用技术的研究和发展十分迅猛，由于看到了该技术的运用前景，各相关机构纷纷加大了对该技术的研究力度。如今，波分复用技术已经极大的提高了光纤通信传播的容量和速率。特别是对于长距离的陆地传播和跨海传播。目前，随着全光传输技术的进步，1.6tbit/s的wdm系统已经大量运用于商业。还有另外一种途径来提高传输速率，那就是采用光时分复用（otdm）技术，otdm技术是通过提高单信道的速率提高传输容量，不同于wdm 的通过增加光纤中的传输信道数来提升其传输容量。根据数据显示，ptdm可以完成的单信道最高速率为640gbit/s。

2.光设备的更新换代。

科技的飞速发展对光传输设备和系统的影响是巨大的，其更新换代的速度越来越快。8×2.5gbit/ssdh波分复用以及波分复用网络管理系统在sdh产品系列[stm-1（155mbit/s）、stm-4