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《光纤小论文》word版通信2班20080820208刘乐光纤通信的回顾与应用展望摘要:
本文主要介绍了通信系统的发展,重点介绍光纤通信技术的分类、优缺点、应用领域及发展状况,指出光纤通信的优越性,并在未来几年中,光纤通信的发展前景。
关键词:
光纤通信光信息通信光纤入户1、概述:
光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。
从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。
光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。
传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。
光纤通信技术从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。
光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
光纤通信之所以发展迅猛,主要缘于它具有以下特点:
(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。
采用这样的带宽,只需一秒钟左右,即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。
目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。
光纤的损耗极低,在光波长为1.55μm附近,石英光纤损耗可低于0.2dB/km,这比目前任何传输媒质的损耗都低。
因此,无中继传输距离可达几十、甚至上百公里;
(2)信号串扰小、保密性能好;(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题,唯有光纤通信不受各种电磁干扰;(4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输;(5)材料来源丰富,环境保护好,有利于节约有色金属铜;(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外;(7)光缆适应性强,寿命长;(8)质地脆,机械强度差;(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术;(10)分路、耦合不灵活;(11)光纤光缆的弯曲半径不能过小(>20cm);(12)有供电困难问题。
利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式.由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点,光纤通信中的光波主要是激光,所以又叫做激光-光纤通信.2、光纤通信的原理:
光纤通信的原理是:
在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息.光纤通信是现代通信网的主要传输手段,它的发展历史只有一二十年,已经历三代:
短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤.采用光纤通信是通信史上的重大变革,美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路,而致力于发展光纤通信.中国光纤通信已进入实用阶段.光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的技术。
进入21世纪后,由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长,对大容量(超高速和超长距离)光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。
3、光纤通信技术今后如何发展?
发展阶段
(一)1966~1979年,从基础研究到商业应用的开发时期
(二)上世纪80年代早期,减少了光纤色散(三)上世纪80年代后期90年年代初,降低了光纤损耗四)上世纪90年代之后,引入了WDM和全光放大技术在1966年,人们首先提出用玻璃纤维作为光波导线用于通讯的理论。
简单点来说,就是用玻璃制造出比头发丝更细的光纤,取代铜导线作为长距离的通讯线路。
这个理论是世界通信技术的一次改革。
所谓光纤通信就是指利用激光作为信息的载波信号,并通过光纤来传送信息的通信系统。
如今,光纤通信已经成为信息社会的神经系统。
近来有人对光纤通信的发展情景,有些困惑。
其一,在2000年IT行业的泡沫,使光纤通信的生产规模投入过大,生产过剩,IT行业中许多小公司倒闭。
特别是光纤,国外对中国倾销。
其二,有人认为:
光纤通信的传输能力已经达到10Tbps,几乎用不完,而且现在大干线已经建设得差不多,埋地的剩余光纤还很多,光纤通信技术不需要更多的发展。
光纤通信的应用领域是很广泛的,主要在市话中继线中得到广泛的应用。
还应用与全球通信网、各地的公共电信网,高质量彩色的电视传输。
交通监视控制指挥、工业生产现场监视和调度,有限电视。
共用天线系统等。
同时也用在光纤局域网和其他如飞机、飞船、舰艇、矿井、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射中使用。
4、光纤通信的发展趋势:
传输体制全面转向传统的光纤通信是以准同步传输体制(PDH)为基础的,随着网络日趋复杂和庞大,以及用户要求的日益提高,这种传输体制正暴露出一系列不可避免的内在缺点,一种有机地结合高速大容量光纤传输技术和智能网元技术的新传输体制——光同步传送网应运而生,ITU-T将之称为同步数字体系(SDH)。
向超高速系统发展传统的光纤通信发展始终在按照电信号的时分复用(TDM)方式进行,每当传输速率提高4倍,传输每个比特的成本大约下降30%~40%,因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长,这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续提高的根本原因。
目前商用系统已从45Mb/s增加到10Gb/s,可以携带12万条话路,其速率在20年时间里提高了2000倍,比同期的微电子技术的集成度增长速度还要快得多。
高速系统的出现不仅增加了业务传输容量,而且也为各种各样的新业务,特别是宽带业务和多媒体业务提供了实现的可能。
目前10Gb/s系统已开始批量装备网络,全世界安装的终端已超过100O个,主要在北美、欧洲、日本和澳大利亚也有少量试验和商用系统。
向超大容量波分复用系统演进如前所述,采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽,然而光纤的20Onm可用带宽资源仅仅利用了不到1%,99%的资源尚待发掘。
如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一根光纤上传送,则可以大大增加光纤的信息传输容量,这就是波分复用(WDM)的基本思路。
鉴于近几年来技术上的重大突破和市场的驱动,波分复用系统发展十分迅速。
如果认为1995年是起飞年的话,其全球销售额仅仅为1亿美元,而2000年预计可超过40亿美元,2005年可达120亿美元,发展趋势之快令人惊讶。
目前全球实际敷设的WDM系统已超过2000个,而实用化系统的最大容量已达160Gb/s(16×10Gb/s),美国朗讯公司宣布年底将推出80个波长的WDM系统,其总容量可达200Gb/s(80×2.5Gb/s)或400Gb/s(40×10Gb/s)。
实验室的最高水平则已达到2.6THz(132×20Gb/s)。
可以认为近两年来超大容量密集波分复用系统的发展是光纤通信发展史上的又一次划时代的里程碑,为全球信息高速公路奠定了坚实的基础。
实现全光联网上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量,但基本上是以点到点通信为基础的系统,其灵活性和可靠性还不够理想。
如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话,无疑是如虎添翼,增加新一层的威力。
根据这一基本思路,光的分插复用器(OADM)和光的交叉连接设备(OXC)均已在实验室研制成功,即能直接在光路上对不同波长的信号实现上下和交叉连接功能。
(Ⅰ)、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宜采用。
而比较GPON和EPON,各有利弊。
GPON:
采用GFP技术网络效率高;可以有电话,适合SDH网络,与IP结合没有EPON好,但目前GPON技术不很成熟。
EPON:
与IP结合好,可用户电话,如用电话需要借助lAD技术。
目前,中国的FTTH试点采用EPON比较多。
FTTH技术方案的采用,还需要根据用户的具体情况不同而不同。
近来,无线接入技术发展迅速。
可用作WLAN的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,覆盖范围达100米以上,目前已可商用。
如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输,包括:
上下行数据和点播电视VOD的上行数据,对于一般用户其上行不大,IEEES02.11g是可以满足的。
而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,当然在需要时也可包含一些下行数据。
这就形成“光纤到家庭+无线接入”(FTTH+无线接入)的家庭网络。
这种家庭网络,如果采用PON,就特别简单,因为此PON无上行信号,就不需要测距的电子模块,成本大大降低,维护简单。
如果,所属PON的用户群体,被无线城域网WiMAX(1EEE802.16)覆盖而可利用,那么可不必建设专用的WLAN。
接入网采用无线是趋势,但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。
FTTH+无线接入是未来的发展趋势。
(Ⅱ)、我国FTTH接入技术选择1)无源光网络(PON)在我国FTTH应用面临的问题理想无源光网络(PON)网络结构与分布,其主要特点是:
光线路终端(OLT)置于电信运营商中心机房,无源光分器放置尽量靠近用户端的光网络单元(ONU)。
OLT与ONU之间的距离等于电信运营商中心机房到用户的距离,与目前固定电话的接入距离相仿,一般为几公里,光分器距ONU一般为几十米到几百米。
PON的这种结构和布局突出体现了PON的优势:
从中心机房至用户的整个网络为无源网络;大量节约中心机房至用户的光缆资源;因为是一点对多点,精简中心机房设备数量与规模,减少中心机房配线数量。
无源光网络(PON)在住宅小区的理想布局:
OLT置于电信运营商中心机房,根据光分器尽量靠近用户原则,光分器放置于楼层配线箱。
很显然,这一理想布局能突显PON的固有优势,但将不可避免带来以下问题:
第一,从中心机房至小区需要高芯数光缆,如3000户小区,按1:
16分支比计算,需要近200芯的光缆,而目前一般只有4-12芯,增加铺设光缆非常困难;第二,无源光分器置于楼层配线箱将使配线节点非常分散,导致放号、维护和管理非常困难,甚至几乎不可能;第三,无法提高网络设备及其接入端口的利用率,因为在单一PON的覆盖范围内,用户接入率很难做到100%。
2)我国住宅小区FTTH接入技术选择——小区有源交换光网络(AON)的点对点(P2P)接入技术很明显,PON的优势在高密度住宅小区中荡然无存。
在目前PON技术不十分成熟,我们认为FTTH接入选择AON技术更为科学和可行,因为:
小区普遍设有机房;AON的P2P技术成熟、成本低,能轻易提供100M或1G的带宽,与现有计算机网络实现无缝链接;无需增加铺设中心机房至小区的光缆;集中在小区机房配线,易于放号、维护和管理;设备端口利用率非常高,可以根据接入用户数增加而逐步扩容。
典型基于AON的FTTH网络结构,从电信运营商中心机房至小区机房沿用目前已有的低芯数光缆,在小区机房放置交换系统,从小区机房至用户端采用点对点(P2P)组网方式,接入设备和配线架统一放置小区机房,整个网络采用技术成熟、成本低廉的以太网协议,在目前全球500万线的FTTH用户中,95%以上采用有源交换的P2P技术。
其突出优势有:
高带宽:
轻易实现稳定双向100M宽带接入;可以支持Internet宽带接入、CATV接入和电话接入,在接入网实现三网合一;支持未来可预见的新业务:
可视电话、VOD、数字影院、远程办公、在线展览、电视教育、远程医疗、数据存储及备份等等;只有小区机房是有源节点,集中机房配线,降低维护成本,提高设备端口利用率;有效节约中心机房至小区的光缆资源,无需增加铺设中心机房至小区的光缆。
我们认为FTTH接入选择AON技术更为科学和可行,还因为PON在标准和技术上发展存在不确定性:
标准刚刚出现,多种版本(EPON目前光电器件远无法满足生产低成本PON系统要求。
(Ⅲ)、重视FTTH技术风险,切忌盲目要求支持全业务接入很多用户动轧要求FTTH支持全业务,要求同时支持宽带上网、有线电视(CATV)接入和传统固定电话接入,即所为三网合一接入,希望实现FTTH接入技术一步到位。
我们认为,能支持宽带上网、有限电视(CATV)接入和普通固定电话接入固然理想,但这实际上存在巨大技术风险。
目前全球500万线的FTTH用户中,97%以上的FTTH接入网络只提供Internet宽带接入业务,但EPON和GPON技术成熟尚需时日,EPON和GPON这两种标准相互竞争对未来推广也存在不确定性,由此可见,在现阶段盲目追求利用EPON或GPON的FTTH全业务接入将不可避免带来巨大的技术风险。
在接入网上,光纤替代各种铜质缆线是必然趋势,但任何技术的进步和应用都是循序渐进的,FTTH也不例外。
因此在FTTH发展和推广初期,光纤与铜质缆线共存是必然的,光纤与铜质缆线的共存能使用户和电信运营商有效避免FTTH的技术风险。
首先,可以在初期采用AON接入技术低成本实现FTTH的宽带接入,而CATV和传统固定电话仍然采用同轴线和双绞线接入,对别墅区也可以低成本通过光纤同时实现CATV接入,免铺同轴线;其次,由于光缆寿命可以达40年,而铜质缆线一般为10年,因此当铜质缆线因寿命出现通信质量下降时,不需再铺设任何缆线,只需升级光纤设备,就可以提供原铜质缆线提供的业务,实际上,任何时候只要技术成熟且成本能够被接受,就可以随时升级光纤设备,及时享受FTTH新技术带来的便捷和高带宽。
综上所述,目前选择光纤与铜质缆线共存,采用AON的FiberP2P的FTTH实现Internet宽带接入,CATV和传统固定电话仍然采用同轴线和双绞线接入,能有效避免FTTH技术风险同时,尽早享受FTTH新接入技术带来的便捷和高带宽,而在技术成熟且成本能够被接受,同时行业壁垒消除的时候,可以随时升级光纤设备,实现FTTH全业务接入。
(Ⅳ)、用发展眼光看FTTH网络建设的高投入人们一提到光纤通信,往往联想到其高成本,潜意识认为FTTH网络建设一定是高投入,而缺乏理性和发展的眼光分析FTTH投资效益。
这种光纤网络必然是高投入的潜意识主要表现在:
错误认为光缆价格高,3年前,光缆价格确实比铜缆价格贵,但今天,随着光纤生产技术的成熟和普及,光缆的市场价格已低于普通铜质缆线的价格,而且由于生产光纤的材料是大自然中用之不尽取之不竭的二氧化硅,其价格仍然会随时间推移继续下降,而铜质线缆则相反,随着铜材料的消耗其价格将随时间推移而上涨,光缆价格高于铜质缆线价格的时代已一去不复返。
再说,由于光缆寿命可以达40年,而铜质缆线一般为10年,光缆不需要定期更换和再铺设,可以一劳永逸,从发展的眼光看一次光缆铺设成本无疑远低于多次铜质缆线铺设的成本。
通信网络日后维护成本取决于网络的可靠性和可管理性,由于光纤通信具有不受电磁场干扰、通信内容绝对保密、几乎没有极限的带宽,在同样的物理需求和网络功能需求下,在结构上宽带接入的FTTH光纤网络一定比铜线网络简单,网络简单无疑也就更好管理和维护,显而易见,在日后维护管理支出方面,光纤网络应普遍低于铜线网络。
就目前设备价格而言,与传统宽带接入技术相比,建设FTTH接入网络初期投入确实稍高一些,但在分析投资效益时,如果把光缆40年折旧,FTTH光纤网络更低的日后维护管理成本,和FTTH光纤网络比铜线网络更高的可靠性多所带来的更高用户接入率等因素同时考虑进去,我们将发现光纤网络比铜线网络具有更高的投资收益。
可见,以发展的眼光、科学理性地分析FTTH投资效益显得非常重要。
4.结语随着我国经济的迅猛发展和人们生活水平的提高,人们对店里的需求也日益增长,同时对供电的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
自从激光器和低损耗光纤问世以来,光纤通信系统以其经济上和技术上的优越性快速崛起。
光纤通信技术从光通信中脱颖而出,已经成为现代通信的主要支柱之一了,在现代信息世界中有着举足轻重的地位。
光纤通信作为一门新兴的科学技术,在近几年来发展非常快,在未来的几十年内,光纤通信也必将有着更好的发展。
综上,我们认为FTTH接入选择AON技术更为科学和可行,当然这与今后通信技术的发展以及国家通信网络的政策是息息相关的。
参考文献:
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西安电子科技大学出版社,2001.3长飞光纤光缆有限公司.公司概况[EB/OL].4.赵梓森.光纤通信的回顾与展望,《光通信研究》2003.5.纪越峰.光纤通信技术的发展战略与实施策略,铁道通信信号,2003.6.黎正祥.浅谈光纤通信技术,科技资讯,2008.
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