4.3 光纤通信系统

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年代的高新技术。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。

由铜缆构建的电信网络通信系统，现今虽然仍在广泛应用，但是它的信息带宽和传输速率远远不能满足高速发展的科技和市场经济的需求，必须用高速宽带的光纤通信系统逐步替代。

光导纤维通信简称光纤通信。可看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。基本原理是：在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制激光器发出激光束，使激光束的光强度随电信号的幅度（频率）变化而改变；在光导纤维接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，解调后恢复原信息。

光纤通信具有以下特点：

（1）通信容量大、传输距离远。一根光纤的潜在带宽可达20THz（1T=1000G）。采用这样的带宽，只需1s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，石英光纤的传输损耗可低于0.2dB/km，比任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继的传输距离可达几十、甚至上百千米。

（2）信号干扰小、保密性能好。

（3）抗电磁干扰、传输质量佳，电波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，便于铺设和运输。

（5）光缆适应性强，寿命长。

经国家“六五”至“十一五”开发建设，我国现已建成“八纵八横”、连通全国各省市的主要干线网，敷设光缆总长约250万千米。

毫无疑问，ATM与同步光纤网（SONFT）的结合将构成21世纪通信的主体。

4.3.1 光纤接入网

光纤传输系统主要由光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成（如光Modem，简称光猫）。

光纤接入网命名统称FTTx，以光网络单元（ONU）的所在位置可分为光纤进户FTTH、光纤到大楼FTTB、光纤到驻地FTTP（光纤进村或小区）和光纤到路边FTTC等几种情况。光纤接入网的正式名称是光纤用户环路（Fiber In The Loop，FITL）。图4-5是FTTH光纤进户原理。

对于住宅或者建筑物来讲，光纤连接到用户主要有两种方式：一种是用光纤直接连接到每个家庭或大楼；另一种是采用无源光网络（PON）技术，用分光器把光信号进行分支，使一根光纤能为多个用户提供服务。

至2010年年底，我国宽带接入的普及率为9.4%，“十二五”期间我国宽带接入用户规模仍会迅速增长。通过加速接入网络的“光进铜退”进程、全面推进光纤到楼（FTTB）、入户（FTTH/FiberTo TheHome）和进村等。

FTTH是指将光网络单元（ONU）安装到住家用户或企业用户处，是光接入系列中除FTTD（光纤到桌面）外最靠近用户的光接入网应用类型。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。

光纤进小区和光纤进大楼的最大优势就是扩展了带宽，降低了电信的运维成本，为IPTV等增值业务保留了带宽升级空间。

图4-5 FTTH光纤进户原理

到2012年年底，北京市民家庭和企业的入户宽带将超过20MB/s。WiFi等无线网络将覆盖全市范围；到2015年，全市统一建成物联基础网络，遍布城乡的无线网络将进一步升级成宽带，届时市民将充分享受信息化建设带来的安全、便利生活。

上海也在加快城市光纤宽带网建设，实现百兆宽带接入能力覆盖300万户家庭；加快“三网融合”，新建覆盖100万有线电视用户的下一代广播电视网络系统；加快新建亚太海底光缆系统，海底光缆国际通信容量继续保持全国50%以上。

HDTV（高清电视）已成为国内视频会议行业的重要发展趋势，由于网络带宽限制等原因，只能局限在大企业的会议室中，迟迟不能为国内众多中小企业服务。据调查显示，有近86%的中小企业希望能部署高清视频会议系统，全面提高相互沟通效率。

“光纤到户”的快速推进，有望彻底满足中小企业对高清视频会议的渴望。比现在快几十倍甚至百倍的“兆”级传输速度，不仅能发挥视频会议的实时、快速、方便的优势，还能突破限制画面质量的带宽瓶颈，令高清视频会议变得稳定流畅。中小企业部署高清视频会议不再是难事，普通民众在家中观赏HDTV也是轻而易举的事。

4.3.2 光交换技术

光纤只是解决传输问题，还需要解决光波的交换问题。过去，通信网都是由铜缆构成，传输的是电信号，信号交换采用程控数字交换机。

光交换技术的主要设备是光交换机，它将光技术引入传输回路，实现数字信号的高速传输和交换。

现在，通信网除了用户末端一小段外，都用光纤传输，合理的方法应该采用光交换。但目前由于光开关器件还不够成熟，只能采用“光—电—光”方式来解决光网的交换；即把光信号变成电信号，用程控数字交换机交换后，再变成光信号。显然这是不合理、效率低和不经济的办法。开发大容量的光开关，是实现光交换的关键。

在数据网中，电子交换有“空分”和“时分”两种方式。在光交换中有“空分”、“时分”和“波长交换”三种方式。光纤通信中很少采用光时分交换。

光空分交换一般采用光开关来完成，光开关可以把光信号从某一光纤转到另一光纤。空分光开关有机械的、半导体的和热光开关等。近来，采用集成技术，开发出微机电（MEM）光开关，其体积小到毫米。已开发出1296×1296光交换机。

光波长交换是对各交换对象赋予1个特定波长。发送某一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一种可变波长光源、光滤波器和低功耗、高可靠的光开关阵列等。已开发出640×640半导体光开关+AWG的光空分与光波长交换相结合的交叉连接试验系统（Corning），可构成非常灵活的光交换网。自动交换的光网，称为ASON，是进一步发展的方向。

4.3.3 光复用技术

光复用技术是当今光纤通信技术中最为活跃的一个领域，它的技术进步极大地推动光纤通信事业的发展，给传输技术带来了革命性的变革。

光复用技术种类很多，最为重要的是波分复用（WDM）技术和光时分复用（OTDM）技术。

波分复用（WDM）技术的当前商业水平是273个或更多的波长。研究水平是1022个波长（能传输368亿路电话），近期的潜在水平为几千个波长，理论极限约为15000个波长（包括OPDM偏振模色散复用）。

光时分复用（OTDM）是指在一个光波频率上，在不同的时刻传送不同的信道信息。这种复用的传输速度已达到320Gbit/s的水平。若将WDM与OTDM相结合，可获如虎添翼效果，使复用的容量大大增加。