基本介紹
- 中文名：光纖網路
- 外文名：fiber optic network
- 含義：光在玻璃中的全反射原理網路
- 下載：光傳導工具
- 優點：頻頻寬、損耗低等
- 學科：通信
發展史,世界,中國,發展趨勢,優點,頻頻寬,損耗低,重量輕,抗干擾強,保真度高,性能可靠,成本下降,通信原理,缺點,未來套用,光纖上網,
發展史
世界
光纖的發明，引起了通信技術的一場革命，是構成21世紀即將到來的信息社會的一大要素。
1966年出生在中國上海的英籍華人高錕，發表論文《光頻介質纖維表面波導》，提出用石英玻璃纖維(光纖)傳送光信號來進行通信，可實現長距離、大容量通信。
1970年損失為20db/km的光纖研製出來了。據說康寧公司花費3000萬美元，得到30米光纖樣品，認為非常值得。這一突破，引起整個通信界的震動，世界已開發國家開始投入巨大力量研究光纖通信。1976年，美國貝爾實驗室在亞特蘭大到華盛頓間建立了世界第一條實用化的光纖通信線路，速率為45Mb/s，採用的是多模光纖，光源用的是發光管LED，波長是0.85微米的紅外光。在上世紀70年代末，大容量的單模光纖和長壽命的半導體雷射器研製成功。光纖通信系統開始顯示出長距離、大容量無比的優越性。
中國
1973年，世界光纖通信尚未實用。郵電部武漢郵電科學研究院(當時是武漢郵電學院)就開始研究光纖通信。由於武漢郵電科學研究院採用了石英光纖、半導體雷射器和編碼制式通信機正確的技術路線，使我國在發展光纖通信技術上少走了不少彎路，從而使我國光纖通信在高新技術中與已開發國家有較小的差距。
我國研究開發光纖通信正處於十年動亂時期，處於封閉狀態。國外技術基本無法借鑑，純屬自己摸索，一切都要自己搞，包括光纖、光電子器件和光纖通信系統。就研製光纖來說，原料提純、熔煉車床、拉絲機，還包括光纖的測試儀表和接續工具也全都要自己開發，困難極大。武漢郵電科學研究院，考慮到保證光纖通信最終能為經濟建設所用，開展了全面研究，除研製光纖外，還開展光電子器件和光纖通信系統的研製，使我國至今具有了完整的光纖通信產業。
1978年改革開放後，光纖通信的研發工作大大加快。上海、北京、武漢和桂林都研製出光纖通信試驗系統。1982年郵電部重點科研工程“八二工程”在武漢開通。該工程被稱為實用化工程，要求一切是商用產品而不是試驗品，要符合國際CCITT標準，要由設計院設計、工人施工，而不是科技人員施工。從此中國的光纖通信進入實用階段。在20世紀80年代中期，數字光纖通信的速率已達到144Mb/s，可傳送1980路電話，超過同軸電纜載波。於是，光纖通信作為主流被大量採用，在傳輸幹線上全面取代電纜。經過國家“六五”、“七五”、“八五”和“九五”計畫，中國已建成“八縱八橫”幹線網，連通全國各省區市。中國已敷設光纜總長約250萬公里。光纖通信已成為中國通信的主要手段。在國家科技部、計委、經委的安排下，1999年中國生產的8×2.5Gb/sWDM系統首次在青島至大連開通，隨之瀋陽至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統開通。2005年3.2Tbps超大容量的光纖通信系統在上海至杭州開通，是至今世界容量最大的實用線路。
光纖收發器
光纖收發器中國已建立了一定規模的光纖通信產業。中國生產的光纖光纜、半導體光電子器件和光纖通信系統能供國內建設，並有少量出口。
有人認為，我國光纖通信主要幹線已經建成，光纖通信容量達到Tbps，幾乎用不完，再則2000年的IT泡沫，使光纖的價格低到每公里100元，幾乎無利可圖。因此不要發展光纖通信技術了。
實際上，特別是中國，省內農村有許多空白需要建設；3G移動通信網的建設也需要光纖網來支持；隨著寬頻業務的發展、網路需要擴容等，光纖通信仍有巨大的市場。每年光纖通信設備和光纜的銷售量是上升的。
發展趨勢
FTTH(光纖到家庭)是光纖通信進一步發展的方向，它被公認為理想的寬頻接入網。所謂寬頻業務，大多是500kbps的影視節目。運營商為了充分利用銅線資源，採用ADSL技術就可提供，這使FTTH成為接入網主流的時間有所推遲。不久的將來，在HDTV普及的情況下，ADSL不能滿足要求，而先進的ADSL2+也許可滿足1chHDTV/戶。如果4chHDTV/戶採用FTTH比較合理。在雙向業務廣泛套用的情況下，上下行不對稱的ADSL難以對應。已開發國家FTTH建設普遍開展，日本、韓國和美國比較發達，採用各種無源光網PON和乙太網技術。中國的運營商和房地產開發商已對FTTH進行了試點。出現了所謂的網路電視(IPTV)，電信運營商提出IPTV的初衷是考慮到有計算機的人少而有電視機的人多。提出的IPTV是採用專用的機頂盒連線電視機可直接瀏覽電信網的內容，而不要計算機。IPTV具有常規電視併兼有點播和時移電視的功能，可能會取代常規電視。由於IPTV的發展，影響光纖接入網和FTTH的構建。另外，也產生電信運營商和廣播運營商的利益衝突。儘管有限制發牌照政策以保護廣播運營商，但大勢所趨，不可阻擋。實際上，許多廣播運營商也開始改造其廣播網為數字雙向，也具備了發展IPTV的功能。廣播運營商和電信運營商的界限開始有些模糊。
IPTV在國外開始高速發展。在國內，上海、河南等地也開始發展。
有人考慮到IPTV的發展，會使現有的城域網和接入網不勝負擔，所以提出所謂的P2P(peer-對等)方法。P2P最初的概念是：所有用戶都是信息接收者，又是信息傳送者。即某用戶把收到的節目用流媒體方法向其他用戶轉發出去(通常是讓用戶下載一個軟體使其具備P2P功能)。這樣便可減免都由中心向用戶播發，以節省網路頻寬。事實上，沒有中心是不行的，網上至少要有1箇中心伺服器來管理。經過少量試行，發現IPTV流量太大，而用戶的接入網根本無法滿足P2P的傳輸，特別是ADSL原來就沒有考慮到大量的上行，用戶接入網負荷過重而崩潰。有人認為P2P是惡魔。
光纖通信需要發展光交換——採用電纜通信的網是金屬網，傳輸的是電信號，在網路節點採用電子交換機進行交換。光纖通信的網是光纖網，傳輸的是光信號，在網路節點還沒有全光交換機，在網路上只好採用“光-電-光”方式進行交換，即先把來自光纖網的光信號轉變為電信號，用電子交換機進行交換，之後，又把電信號轉變為光信號，再進入光纖網。這種方法是不經濟的，需要開發可把光信號直接交換的光交換機。已經有小規模的光交換，它是作光線路保護的。通常這種光交換的通路是固定而不是可改變的，對於線路的調度不利。現正在開發具有自動交換的光網路稱為ASON。ASON的關鍵技術是可重組光分插復用器ROADM，使線路可方便地調度。ASON不但可作光線路的保護，還可滿足線路調度和今後發展出租電路的需要。已經有非全光的ASON產品。
光電子器件和集成光器件需要大力發展，因為光纖通信技術的發展，依賴光器件的進步。
由於網路的速率不斷提高，單波長電子速率為40Gbps的光通信系統已經商用，速率為160Gbps的電子系統在試驗室開發。因此，光電子器件要與之相適應，包括高速調製雷射器等需要開發。實現ROADM需要發展波長可調的光濾波器、波長可調雷射器和光開關等，其中有許多可創新的空間。
把許多分立的光電子器件集成在一起成為集成的光電子器件，其優點是功能豐富、體積小、速度高、可靠。已經有小規模集成的光電子器件，需要開發更大規模的光電子集成器件。混合集成可降低難度，提高成品率。混合集成的關鍵技術是平面光波導線路PLC，它是一塊具有光波導的線路板，可把分立的光器件安裝在上面。商用的光電子集成器件有8波長雷射器模組、100波長以上的AWG光濾波器、AWG+光衰減器和32×32光開關等。光集成器件的工藝有單片集成和混合集成兩種。集成光電子器件處於初級階段，我國應迎頭趕上，否則就會吃大虧。
光纖通信的優勢是容量大和傳輸距離遠。無線通信的優勢是可移動，但頻寬小。可以想像，近距離小容量的數據接入趨向採用無線接入，而大容量的視頻影視採用光纖傳輸。衛星傳輸距離也很長，唯容量和壽命有限。無線和光纖通信是互補的，它們是永存的兩個物理網。
最佳化寬頻網路性能、提高寬頻網路速率已經是現階段提速降費趨勢下的網路重點課題，作為"寬頻中國"戰略最底層的資源，光纖基礎網路發展重心正在逐步轉移，運營商正逐步從城市區域轉向農村區域拓展。但農村地廣人稀，光纖外線覆蓋成本高而初期滲透率比較低，從解決方案層面看，運營商亟需一種更加適合農村區域光纖基礎網路的建設和管理方式，讓農村寬頻建設能夠既省錢又高效地推進。
從技術演進趨勢來看，光纖基礎網路的長遠發展應同時兼顧建設和管理兩個階段：建設階段將以"快"為關鍵字，向接入靈活化、預製化方向發展；而管理階段將以"準"為關鍵字，向智慧型化、自動化方向發展。
優點
頻頻寬
頻帶的寬窄代表傳輸容量的大小。載波的頻率越高，可以傳輸信號的頻頻寬度就越大。在VHF頻段，載波頻率為48．5MHz～300Mhz。頻寬約250MHz，只能傳輸27套電視和幾十套調頻廣播。可見光的頻率達100000GHz，比VHF頻段高出一百多萬倍。儘管由於光纖對不同頻率的光有不同的損耗，使頻頻寬度受到影響，但在最低損耗區的頻頻寬度也可達30000GHz。單個光源的頻寬只占了其中很小的一部分(多模光纖的頻帶約幾百兆赫，好的單模光纖可達10GHz以上)，採用先進的相干光通信可以在30000GHz範圍內安排2000個光載波，進行波分復用，可以容納上百萬個頻道。
光纖
光纖損耗低
在同軸電纜組成的系統中，最好的電纜在傳輸800MHz信號時，每公里的損耗都在40dB以上。相比之下，光導纖維的損耗則要小得多，傳輸1、31um的光，每公里損耗在0．35dB以下若傳輸1．55um的光，每公里損耗更小，可達0．2dB以下。這就比同軸電纜的功率損耗要小一億倍，使其能傳輸的距離要遠得多。此外，光纖傳輸損耗還有兩個特點，一是在全部有線電視頻道內具有相同的損耗，不需要像電纜幹線那樣必須引人均衡器進行均衡；二是其損耗幾乎不隨溫度而變，不用擔心因環境溫度變化而造成幹線電平的波動。
重量輕
因為光纖非常細，單模光纖芯線直徑一般為4um～10um，外徑也只有125um，加上防水層、加強筋、護套等，用4～48根光纖組成的光纜直徑還不到13mm，比標準同軸電纜的直徑47mm要小得多，加上光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有直徑小、重量輕的特點，安裝十分方便。
抗干擾強
因為光纖的基本成分是石英，只傳光，不導電，不受電磁場的作用，在其中傳輸的光信號不受電磁場的影響，故光纖傳輸對電磁干擾、工業干擾有很強的抵禦能力。也正因為如此，在光纖中傳輸的信號不易被竊聽，因而利於保密。
保真度高
因為光纖傳輸一般不需要中繼放大，不會因為放大引入新的非線性失真。只要雷射器的線性好，就可高保真地傳輸電視信號。實際測試表明，好的調幅光纖系統的載波組合三次差拍比C/CTB在70dB以上，交調指標cM也在60dB以上，遠高於一般電纜幹線系統的非線性失真指標，失真性大大降低。
英特爾稱光纖傳輸接口將取代USB
英特爾稱光纖傳輸接口將取代USB性能可靠
我們知道，一個系統的可靠性與組成該系統的設備數量有關。設備越多，發生故障的機會越大。因為光纖系統包含的設備數量少(不像電纜系統那樣需要幾十個放大器)，可靠性自然也就高，加上光纖設備的壽命都很長，無故障工作時間達50萬～75萬小時，其中壽命最短的是光發射機中的雷射器，最低壽命也在10萬小時以上。故一個設計良好、正確安裝調試的光纖系統的工作性能是非常可靠的。
成本下降
有人提出了新摩爾定律，也叫做光學定律（Optical Law）。該定律指出，光纖傳輸信息的頻寬，每6個月增加1倍，而價格降低1倍。光通信技術的發展，為Internet寬頻技術的發展奠定了非常好的基礎。這就為大型有線電視系統採用光纖傳輸方式掃清了最後一個障礙。由於製作光纖的材料(石英)來源十分豐富，隨著技術的進步，成本還會進一步降低；而電纜所需的銅原料有限，價格會越來越高。顯然，今後光纖傳輸將占絕對優勢，成為建立全省、以至全國有線電視網的最主要傳輸手段。
通信原理
光纖通信是利用光波在光導纖維中傳輸信息的通信方式。由於雷射具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優點，光纖通信中的光波主要是雷射，所以又叫做雷射-光纖通信。
光纖通信的原理是：在傳送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號，然後調製到雷射器發出的雷射束上，使光的強度隨電信號的幅度(頻率)變化而變化，並通過光纖傳送出去；在接收端，檢測器收到光信號後把它變換成電信號，經解調後恢復原信息。
光纖通信是現代通信網的主要傳輸手段，它的發展歷史只有一二十年，已經歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖。採用光纖通信是通信史上的重大變革，美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設電纜通信線路，而致力於發展光纖通信。中國光纖通信已進入實用階段。
缺點
光纖易斷。質地脆、機械強度低，連線比較困難，技術要求較高，分路、藕合不方便，彎曲半徑不宜太小等。另外，無論是光纜布線還是光纖設備，價格仍過於昂貴。
未來套用
按理論計算：就光纖通信常用波長1.3微米和1.55微米波長視窗的容量至少有25000GHz。自然會想到採用多波長的波分復用技術WDM(WavelengthDivisionMultiplex)。1996年WDM技術取得突破，貝爾實驗室發展了WDM技術，美國MCI公司在1997年開通了商用的WDM線路。光纖通信系統的速率從單波長的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1024Gb/s)傳輸。當今實驗室光系統速率已達10Tb/s，幾乎是用之不盡的，所以它的前景輝煌。
