光纤通信技术与光纤传输系统探讨

李鑫庭

摘 要 通信行业作为第三次科技革命后新兴的产业，在二十一世纪后计算机的兴起而飞速发展，随着世界全球化脚步的加快，有通信需求用户数量伴随着海量数据传输的需求日益增加，“网上冲浪”也越来越成为人们日常生活的刚需。随着科技的进步，大带宽、高传输速率、高可靠性的光纤传输系统也越来越重要。本文对光纤通信及相关技术逐一进行阐述，希望通过本文对通信行业做出一些贡献，使通信行业向着更好的方向发展。

关键词 光纤通信;传输系统;通信技术

1光纤传输系统的结构

1.1 传输介质

在光纤通信技术大规模普及之前，城镇与城镇之间、甚至国家与国家之间的超长距离通信普遍采用铜质的双绞线或同轴电缆传输电信号。但由于距离过长，且电缆经过的地区环境产生噪声的影响，这种电信号传输方式的可靠性始终不能满足人们的需求。在数字通信技术被利用和开发后，人们通过在信源对模拟信号进行抽样、量化、编码，将其变更为数字信号，通过传输高低电平的方式，来满足对通信可靠性的需求。但随着通信需求爆炸式的增长和传输数据的多元化，以电信号为基础的电介质传输系统也越发无法满足用户对通信时效性的要求。于是乎，以光介质为基础的光纤传输系统走上历史的舞台。

（1）光传输特性。根据光的波长和功率的特点，制约光纤传输系统带宽的两个光的特性指标：色散和衰耗。由于复合光波由于波长不同，在光纤纤芯的玻璃介质传播时发生不同角度的折射，使得原本承载了有用信息的光波频谱被展宽，造成信宿无法识别光信号，造成误码甚至传输失真。不仅如此，同电信号的电压特性相同，传输系统中的光波同样带有能量，而传播过程中的能量损失也会导致通信可靠性的损失。因此，选择传输介质需要根据现场情况因地制宜。

（2）光传输标准。现行的光传输标准中，一般选择850nm、1310nm、1550nm几种制式，其中1310nm制式状态下传播衰耗最低，1550nm制式下传播色散为0。根据对应的传播波长，采用不同标准的光缆，其中G.652对应于1310nm波长，适用于各种中短距离传输和波分复用技术，G.653对应于1310nm波长，适用于各种长距离传输，但由于其色散特性，不能应用于波分复用技术。G.655标准应用于超长距离的海底光缆等。

1.2 组网结构

根据不同网络承载不同的业务，组网结构也以情况而各不相同，一般而言，常见组网结构包括星型结构、环形结构、树形结构、网状结构等。然而不论开局者从经济角度考虑，還是从安全冗余性角度考虑，光传输系统以功能划分都会出现骨干层和接入层。

（1）骨干层。顾名思义，用于承载所有业务，起到连接大型局站之间的通道，其特点是带宽大，可达10Gbit/s以上，对可靠性要求较高，DWDM技术要求误码率不可高于1%。由于对可靠性高度敏感，一般骨干层都采用环形组网，并以1+1的双向四纤复用段保护的方式进行冗余。

（2）接入层。接入层介于骨干层与用户终端之间，现行网络中，双绞线、同轴电缆、光纤并存。因此出现一种混合光纤同轴电缆的技术（HFC），是一种综合数字、模拟和射频技术的高分布式网络，可以传输包括视频信号、图像信号、音频信号的综合型网络，不但兼容FTTC旧有的ADSL网络，也能跟进一步，完成“最后一公里”的FTTH规划，实现光纤入户[1]。

2光纤通信所需的相关技术

根据传输网络结构的不同，对应的可靠性、有效性也不同，骨干层网络要求可靠性高，传输速度也更快，而接入层由于用量庞大，对经济性更加敏感，且由于能够分配的带宽有限，接入层更强调对带宽的充分利用，以确保可以为更多的用户提供服务。

2.1 骨干层传输网络应用技术

（1）DWDM技术。DWDM即密集型波分复用通过在同一条光纤物理通道上传输多个互相独立且互不影响的波长光信号，来实现带宽的重复利用，并增加带外（或占用带内带宽）的监控信道以保证可靠性的技术。DWDM通常采用C波段（1510～1565nm），以193.1THz作为基准，以50Hz为间隔划分复用波长。

（2）ASON技术。ASON又称自动光交换网络，是根据ITU-T G.8080框架要求，通过控制平面自动完成交换和交叉连接智能光网络，它的特点是在DWDM光传输网络基础上增加信令，引入了控制平面，实现了在控制平面、管理平面、传输平面三个层次加强网络连接管理，使其故障恢复能力大大增强。

2.2 接入层网络技术

（1）SDH技术。当骨干层的某种业务需要下发到某终端用户时，即将DWDM中相应波段，通过分叉复用器以过滤噪声波长的方式将目标波长下发至传输设备，及通过同步传输（SDH）技术、异步通信技术（ATM）等将光波长中的有用时隙分离，在通过终端复用器根据时隙序列码按顺序排列组合为消息发送给终端用户。

在SDH网络体系中，用于装载业务时隙的最小单元带宽为2M（VC12），即64*64kbps，通过3次复用为TUG-2，在此基础上继续复用7次为TUG-3，再次复用3次变成VC-4，在加上管理单元指针合成STM-1帧作为最小复用带宽进行传输。因此每个STM-1帧都可以承载3*7*3（63外加1个管理单元指针）种业务。不仅如此，STM-1还可以进一步复用为STM-4、STM-16、STM-64、STM-256等，随着复用层级的增加，完全可以满足更多用户的接入需求。

（2）无源光网络技术。无源光网络分为以太网无源光网络Gbit无缘光网络，俗称EPON与GPON，EPON采用上下行对称的1.25Gbps带宽，通过上下行波分复用（WDM）方式实现单线双向功能，上行采用TDMA技术工作波长1310nm，下行以1490nm波长进行广播，GPON是一种将信息封装成GEM格式进行传输，同EPON相同，上行传输采用时分复用技术（TDMA），下行采用广播方式传输。

参考文献

[1] 姚鑫.光纤通信技术与光纤传输系统探讨[J].通信世界，2019，（5）：139-140.