数字光纤通信系统传输特性的研究 第2页
光纤通信的发展正进入一个历史性的时期，这一时期的主要技术特征是高速化、联网化、长波长化和集成化.从网络运用上看，则正从长途网、中继网和馈线网向分配网推进。截至1992年底，全世界敷设的陆地光缆系统总长度已经超过4240万光纤公里，由于用户网市场的开发，在未来几年将会形成一个新的光通信发展高潮.
1966年，美籍华人高锟(C．K．Kao)和霍克哈姆(C．A．Hockham)发表论文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20 dB／km的光纤，光纤通信时代由此开始。光纤通信是以很高频率(1014 Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980年～2000年增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍.
为了适应网络发展和传输流量提高的需求，传输系统供应商都在技术开发上不懈努力。富士通公司在150 km、1310nm 零色散光纤上进行了55x20Gbit/s传输的研究，实现了1.1Tbit/s的传输。NEC公司进行了132x20Gbit/s、120 km传输的研究，实现了2.64Tbit/s的传输。NTT公司实现了3Tbit/s的传输。目前，以日本为代表的发达国家。在光纤传输方面实现了10.96Tbit/s(274x40Gbit/s)的实验系统，对超长距离的传输已达到4000 km无电中继的技术水平。在光网络方面，光网技术合作计划(ONTC)、多波长光网络(MONET)、泛欧光子传送重迭网(PHOTON)、泛欧光网络(OPEN)、光通信网管理(MOON)、光城域通信网(MTON)、波长捷变光传送和接入网(WOTAN)等一系列研究项目的相继启动、实施与完成，为下一代宽带信息网络，尤其为承载未来IP业务的下一代光通信网络奠定了良好的基础。
光传输系统中，要提高光纤带宽的利用率，必须依靠多信道系统。常用的复用方式有：时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、空分复用(SDM)和码分复用（CDM）。目前的光通信领域中，WDM技术比较成熟，它能几十倍上百倍地提高传输容量。
掺铒光纤放大器(EDFA)是WDM技术实用化的关键，它有对偏振不敏感、无串
扰、噪声接近量子噪声极限等优点。但是普通的EDFA放大带宽较窄，约有35 nm (1530～1565 nm)。这就限制了能容纳的波长信道数。进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有：1)掺铒氟化物光纤放大器(EDFFA)，它可实现75nm的放大带宽。2)碲化物光纤放大器，它可实现76 nm的放大带宽。3)控制掺铒光纤放大器与普通的EDFA组合起来，可放大带宽约80nm。4)拉曼光纤放大器(RFA)，它可在任何波长处提供增益，将拉曼放大器与EDFA结合起来，可放大带宽大于100 nm
对高速信道来说，在1550 nm波段约18ps/(nm·km)的色散将导致脉冲展宽而引起误码，限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10Gbit/s系统来说，色散限制仅仅为50km。因此，长距离传输中必须采用色散补偿技术。目前的色散补偿方法有：1)色散补偿光纤(DCF)，它在1550 nm波段有很大的负色散，可以补偿常规光纤的色散，但其不能在多个波长上同时精确补偿色散效应。有残余色散。2)啁啾光纤光栅，其插入损耗小，色散斜率可控制为与传输光纤相同。目前制作的啁啾光纤光栅相位特性还不是很平滑。3)色散管理，利用正、负色散系数的光纤交错连接。保持总净色散为零。4)在发射机引入预色散补偿。
超大容量传输系统中，色散是限制传输距离和容量的一个主要因素在高速光纤通信系统中，使用孤子传输技术的好处是：可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散，因而可以显著增加无中继传输距离。孤子还有抗干扰能力强、能抑制极化模色散等优点。色散管理和孤子技术的结合，突出了以往孤子只在长距离传输上具有的优势，继而向高速、宽带、长距离方向发展。
随着通信业务量的增加，业务种类更加丰富。人们不仅需要语音业务，而且
高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已得到用户青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键。传统的接入方式已经满足不了需求，只有带宽能力强的光纤接入才能将瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。光纤接人中极有优势的PON技术早就出现了，它可与多种技术相结合，例如ATM、SDH、以太网等，分别产生APON，GPON和EPON。由于ATM技术受到IP技术的挑战等问题，APON发展基本上停滞不前，甚至走下坡路，但有报道指出由于ATM交换在美国广泛应用，APON将用于实现FTTH方案。GPON对电路交换性的业务支持最有优势，又可充分利用现有的SDH，但是技术比较复杂，成本偏高。EPON继承了以太网的优势，成本相对较低，但对TDM类业务的支持难度相对较大。所谓EPON就是把全部数据装在以太网帧内传送的网络技术。现今95％的局域网都使用以太网，所以选择以太网技术应用于对IP数据最佳的接入网是很合乎逻辑的，并且原有的以太网只限于局域网，而且MAC技术是点对点的连接。在和光传输技术相结合后的EPON不再只限于局域网，还可扩展到城域网，甚至广域网，EPON众多的MAC技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用EPON技术。
对光纤通信而言，超高速度、超大容量、超长距离一直都是人们追求的目标，光纤到户和全光网络也是人们追求的梦想。
现在移动通信发展速度惊人，因其带宽有限，终端体积不可能太大，显示屏幕受限等因素，人们依然追求性能相对占优的固定终端，希望实现光纤到户。光纤到户的魅力在于它有极大的带宽，它是解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象的最佳方案。随着技术的更新换代，光纤到户的成本大大降低，不久可降到与DSL和HFC网相当，这使FTTH的实用化成为可能。据报道，1997年日本NTT公司就开始发展FTTH，2000年后由于成本降低而使用户数量大增。美国在2002年前后的12月中。FTTH的安装数量增加了200％以上。但对光纤到户的市场，各公司却各持己见：美国AT&T公司对FTTH并不看好，在0FC2004上该公司认为带宽不是万能．发展应用和内容才是关键，因此在相当的时间内，nT11H的市场可能很小。美国运营商Verizon、Sprint则比较积极，并在0FC2004上介绍了他们发展FTTH的计划和技术方案。在我国，光纤到户也是势在必行，光纤到户的实验网已在武汉、成都等市开展，预计2012年前后，我国从沿海到内地将兴起光纤到户建设高潮。可以说光纤到户是光纤通信的一个亮点，伴随着相应技术的成熟与实用化，成本降低到能承受的水平时，FTTH的大趋势是不可阻挡的。
传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍用电器件，限制了目前通信网干线总容量的提高，因此真正的全光网成为非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性，并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率，网络结构简单，组网非常灵活，可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处
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