4.3 光纖通信系統

光纖通信的誕生和發展是電信史上的一次重要革命，與衛星通信、移動通信并列為20世紀90年代的高新技術。進入21世紀后，由于因特網業務的迅速發展和音頻、視頻、數據、多媒體應用的增長，對大容量（超高速和超長距離）光波傳輸系統和網絡有了更為迫切的需求。

由銅纜構建的電信網絡通信系統，現今雖然仍在廣泛應用，但是它的信息帶寬和傳輸速率遠遠不能滿足高速發展的科技和市場經濟的需求，必須用高速寬帶的光纖通信系統逐步替代。

光導纖維通信簡稱光纖通信。可看成是以光導纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。基本原理是：在發送端首先要把傳送的信息（如話音）變成電信號，然后調制激光器發出激光束，使激光束的光強度隨電信號的幅度（頻率）變化而改變；在光導纖維接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，解調后恢復原信息。

光纖通信具有以下特點：

（1）通信容量大、傳輸距離遠。一根光纖的潛在帶寬可達20THz（1T=1000G）。采用這樣的帶寬，只需1s左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統已經投入商業使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖的傳輸損耗可低于0.2dB/km，比任何傳輸媒質的損耗都低。因此，無中繼的傳輸距離可達幾十、甚至上百千米。

（2）信號干擾小、保密性能好。

（3）抗電磁干擾、傳輸質量佳，電波通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。

（4）光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設和運輸。

（5）光纜適應性強，壽命長。

經國家“六五”至“十一五”開發建設，我國現已建成“八縱八橫”、連通全國各省市的主要干線網，敷設光纜總長約250萬千米。

毫無疑問，ATM與同步光纖網（SONFT）的結合將構成21世紀通信的主體。

4.3.1 光纖接入網

光纖傳輸系統主要由光發送機、光接收機、光纜傳輸線路、光中繼器和各種無源光器件構成（如光Modem，簡稱光貓）。

光纖接入網命名統稱FTTx，以光網絡單元（ONU）的所在位置可分為光纖進戶FTTH、光纖到大樓FTTB、光纖到駐地FTTP（光纖進村或小區）和光纖到路邊FTTC等幾種情況。光纖接入網的正式名稱是光纖用戶環路（Fiber In The Loop，FITL）。圖4-5是FTTH光纖進戶原理。

對于住宅或者建筑物來講，光纖連接到用戶主要有兩種方式：一種是用光纖直接連接到每個家庭或大樓；另一種是采用無源光網絡（PON）技術，用分光器把光信號進行分支，使一根光纖能為多個用戶提供服務。

至2010年年底，我國寬帶接入的普及率為9.4%，“十二五”期間我國寬帶接入用戶規模仍會迅速增長。通過加速接入網絡的“光進銅退”進程、全面推進光纖到樓（FTTB）、入戶（FTTH/FiberTo TheHome）和進村等。

FTTH是指將光網絡單元（ONU）安裝到住家用戶或企業用戶處，是光接入系列中除FTTD（光纖到桌面）外最靠近用戶的光接入網應用類型。FTTH的顯著技術特點是不但提供更大的帶寬，而且增強了網絡對數據格式、速率、波長和協議的透明性，放寬了對環境條件和供電等要求，簡化了維護和安裝。

光纖進小區和光纖進大樓的最大優勢就是擴展了帶寬，降低了電信的運維成本，為IPTV等增值業務保留了帶寬升級空間。

圖4-5 FTTH光纖進戶原理

到2012年年底，北京市民家庭和企業的入戶寬帶將超過20MB/s。WiFi等無線網絡將覆蓋全市范圍；到2015年，全市統一建成物聯基礎網絡，遍布城鄉的無線網絡將進一步升級成寬帶，屆時市民將充分享受信息化建設帶來的安全、便利生活。

上海也在加快城市光纖寬帶網建設，實現百兆寬帶接入能力覆蓋300萬戶家庭；加快“三網融合”，新建覆蓋100萬有線電視用戶的下一代廣播電視網絡系統；加快新建亞太海底光纜系統，海底光纜國際通信容量繼續保持全國50%以上。

HDTV（高清電視）已成為國內視頻會議行業的重要發展趨勢，由于網絡帶寬限制等原因，只能局限在大企業的會議室中，遲遲不能為國內眾多中小企業服務。據調查顯示，有近86%的中小企業希望能部署高清視頻會議系統，全面提高相互溝通效率。

“光纖到戶”的快速推進，有望徹底滿足中小企業對高清視頻會議的渴望。比現在快幾十倍甚至百倍的“兆”級傳輸速度，不僅能發揮視頻會議的實時、快速、方便的優勢，還能突破限制畫面質量的帶寬瓶頸，令高清視頻會議變得穩定流暢。中小企業部署高清視頻會議不再是難事，普通民眾在家中觀賞HDTV也是輕而易舉的事。

4.3.2 光交換技術

光纖只是解決傳輸問題，還需要解決光波的交換問題。過去，通信網都是由銅纜構成，傳輸的是電信號，信號交換采用程控數字交換機。

光交換技術的主要設備是光交換機，它將光技術引入傳輸回路，實現數字信號的高速傳輸和交換。

現在，通信網除了用戶末端一小段外，都用光纖傳輸，合理的方法應該采用光交換。但目前由于光開關器件還不夠成熟，只能采用“光—電—光”方式來解決光網的交換；即把光信號變成電信號，用程控數字交換機交換后，再變成光信號。顯然這是不合理、效率低和不經濟的辦法。開發大容量的光開關，是實現光交換的關鍵。

在數據網中，電子交換有“空分”和“時分”兩種方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”三種方式。光纖通信中很少采用光時分交換。

光空分交換一般采用光開關來完成，光開關可以把光信號從某一光纖轉到另一光纖。空分光開關有機械的、半導體的和熱光開關等。近來，采用集成技術，開發出微機電（MEM）光開關，其體積小到毫米。已開發出1296×1296光交換機。

光波長交換是對各交換對象賦予1個特定波長。發送某一特定波長就可對某特定對象通信。實現光波長交換的關鍵是需要開發一種可變波長光源、光濾波器和低功耗、高可靠的光開關陣列等。已開發出640×640半導體光開關+AWG的光空分與光波長交換相結合的交叉連接試驗系統（Corning），可構成非常靈活的光交換網。自動交換的光網，稱為ASON，是進一步發展的方向。

4.3.3 光復用技術

光復用技術是當今光纖通信技術中最為活躍的一個領域，它的技術進步極大地推動光纖通信事業的發展，給傳輸技術帶來了革命性的變革。

光復用技術種類很多，最為重要的是波分復用（WDM）技術和光時分復用（OTDM）技術。

波分復用（WDM）技術的當前商業水平是273個或更多的波長。研究水平是1022個波長（能傳輸368億路電話），近期的潛在水平為幾千個波長，理論極限約為15000個波長（包括OPDM偏振模色散復用）。

光時分復用（OTDM）是指在一個光波頻率上，在不同的時刻傳送不同的信道信息。這種復用的傳輸速度已達到320Gbit/s的水平。若將WDM與OTDM相結合，可獲如虎添翼效果，使復用的容量大大增加。