光纤通信的发展与未来(精)

科技信息2009年第13期

SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 0. 前言

光纤通信自问世以来, 因其通信容量大、传输距离长、抗电磁干

扰、重量轻、资源丰富、污染环境少等优点, 已经广泛应用于公用通信网以及铁道、电力等专用通信网, 同时在公用电话、广播和计算机专用网中得到应用. 同时提供高质量的电视图像和高速数据等业务, 以满足人们广泛的生活和业务的需要。

1. 光纤通信的发展及发展方向

光波是人们最熟悉的电磁波, 其波长在微米级, 频率为100000亿

HZ 数量级. 由电磁波谱中可以看出, 紫外线、可见光、红外线均属于光波的范畴. 目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区内, 即波长为

0.8-1.8um 可分短波长波段和长波长波段, 短波长波段是指波长为

0.85um, 长波长波段是指1.31um 和1.51um, 这是目前采用的三个通信

窗口。

1.1光纤通信容量的发展过去，所有用户都是从总机通过电缆

一一对应，有多少对电缆芯线就只能安装多少用户。现在，通过光纤传输，2芯光纤通过交换机就可以代替1000对电缆甚至更多，而且传输质量更好。目前, 少通道大容量的光交换已有实用。如用于保护、下路和小量通路调度等。一般采用机械光开关、热光开关来实现。目前, 由

于这些光开关的体积、功耗和集成度的限制, 通路数一般在8—16个。

1.2光交换的发展光纤的发展不只是解决传输问题, 还需要解

决光的交换问题。过去, 通信网都是由金属线缆构成的, 传输的是电子

信号, 交换是采用电子交换机。现在, 通信网除了用户末端一小段外, 都

是光纤, 传输的是光信号。合理的方法应该采用光交换。但目前, 由于目

前光开关器件不成熟, 只能通过光电交换机采用的是“光-电-光”方式

来解决光网的交换, 即把光信号变成电信号, 用电子交换后, 再变还光

信号。显然是不合理的办法, 是效串不高和不经济的。现部分公司正在

开发大容量的光开关, 以实现光交换网络, 特别是所谓ASON-自动交

换光网络。2. 光纤到家庭(FTTH的发展FTTH 可向用户提供极丰富的带宽, 所以一直被认为是理想的接入方式, 对于实现信息社会有重要作用, 还需要大规模推广和建设。FTTH 所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2～3倍。过去由于FTTH

成本高, 缺少宽带视频业务和宽带内容等原因, 使FTTH 还未能提到日

程上来, 只有少量的试验。近来, 由于光电子器件的进步, 光收发模块和

光纤的价格大大降低; 加上宽带内容有所缓解, 都加速了FTTH 的实用

化进程。

发达国家对FTTH 的看法不完全相同:美国AT&T认为FTTH 市

场较小, 在0F62003宣称:FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商

Verizon 和Sprint 比较积极, 要在10—12年内采用FTTH 改造网络。日

本NTT 发展FTTH 最早, 现在已经有近200万用户。目前中国FTTH

处于试点阶段。

FTTH 遇到的挑战:现在广泛采用的ADSL 技术提供宽带业务尚

有一定优势。与FTTH 相比:①价格便宜②利用原有铜线网使工程建设

简单③对于目前1Mbps —500kbps 影视节目的传输可满足需求。FTTH

目前大量推广受制约。但是，对于的宽带业务, 如:网上教育, 网上办公,

会议电视, 网上游戏, 远程诊疗等双向业务和HDTV 高清数字电视, 上

下行传输不对称的业务,ADSL 就难以满足。尤其是HDTV, 经过压缩,

目前其传输速率尚需19.2Mbps 。

通常在光网里传输的信息, 一般速度都是xGbps 的, 电子开关不能

胜任。一般要在低次群中实现电子交换。而光交换可实现高速XGbDs

的交换。当然, 也不是说, 一切都要用光交换, 特别是低速, 颗粒小的信号

的交换, 应采用成熟的电子交换, 没有必要采用不成熟的大容量的光交换。当前, 在数据网中, 信号以“包”的形式出现, 采用所谓“包交换”。包的颗粒比较小, 可采用

电子交换。然而, 在大量同方向的包汇总后, 数量很大时, 就应该采用容量大的光交换。电子交换一般有“空分”和“时分”方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”。光纤通信很少采用光时分交换。光空分交换:一般采用光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分的光开关有机械的、半导体的和热光开关等。近来, 采用集成技术, 开发出MEM 微电机光开关, 其体积小到mm 。光波长交换:是对各

交换对象赋于1个特定的波长。于是, 发送某1特定波长就可对某特定对象通信。实现光波长交换的关键是需要开发实用化的可变波长的光源, 光滤波器和集成的低功耗的可靠的光开关阵列等。例如现阶段使用的铁道专线环网。采用光空分和光波

分可构成非常灵活的光交换网。日本曾在Chitose 市进行了采用波长路由交换的现场试验, 半径5公里, 共有43个终端节,(试用5个节点, 速率为2.5Gbps 。3. 改进光缆的施工和维护方法光缆线路, 是光纤通信系统组成的重要部分. 光缆线路的建设质量是确保光通信系统性能良好和长期稳定的关键, 而光缆开剥接续则是光缆线路施工中工程量大, 技术要求复杂的一道重要工序, 其质量好坏直接影响线路的传输质量和寿命, 光缆开剥、接续、封合的快慢将影响整个工期的进程, 对于20芯以上光缆的接续不仅要求施工人员技术熟练, 而且要求施工组织严密, 在保证质量的前提下, 确保施工的时间。目前，为了适应城市施工的特点，国际上较重视不挖沟的方式施工光、电缆，采用小地沟或微地沟技术安装光缆，同时对光缆网进行自动监测，保证光缆网络不中断通信维护。与此相适应的是需要开发相应的元器件、工具和设备，并且要在体制上作一些改进与之相适应。ITU 对NH 开发光缆用浸水传感器、光纤自动测试时的光纤选择器以及美国提出的1s 告警、3min 内定位的指标及意大利提出的光纤纤芯与光缆护套指标综合监测等方案都十分重视。在现代化的光网络中，

这些方式已经起到明显的作用。由此可见，为了保证光缆网络工作的

可靠性，在施工和维护中降低成本、节省劳力、节省时间，逐步推广新

的施工方法，逐步完善光缆网络的自动监测维护系统和提高光缆网络

的不中断维护水平已势在必行。4. 光纤通信的市场未来近十年光纤市场的发展：2001年下半年以来，光纤光缆需求下降，这与世界电信行业的整体下滑以及宽带网络泡沫的破灭有很大关系，但更多的则是受到从1999年下半年起由于光纤紧缺而各大公司扩产过多的影响。据资料介绍，在2000年，全球光纤厂商的投资额达到26亿美元，为1999年的6倍，到2002年全球光纤的产量达到1.65～1.75亿光纤公里，远远超过了实际需求。加上当前电信基础建设的不景气，导致光纤过剩，到2004年后方恢复。光纤光缆的市场走势受到国际经济大形势发展的影响，特别是与整个电信行业的发展有密切的关系，但随着光纤网络从骨干网的扩建到接入网、城域网的扩散以及向用户驻地网的不断延伸，光纤光缆的市场不断增长。近