西安邮电大学
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电子工程学院电子科学与技术
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2013-2014学年 第一学期
《光缆通信工程》
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光缆通信行业现状调查研究
摘要：从诞生光纤通信以来，人们所需的清晰、可靠、远距离、大容量通信能力，逐步变成现实。今天的光纤通信已经渗透到各种电信网络、数据网络、有线网络、有线电视网络和光互联网络等信息网络中，可以说，光纤通信已经成为信息传输最为重要的方式之一。本文对光缆通信的原理知识、发展历程、相关企业、应用领域、研究热点、行业展望等进行了学习和分析，光纤通信及其技术产业的快速发展，给通信技术带来划时代的革命。
关键词：光缆通信原理知识相关企业应用领域研究热点
一、光缆通信的原理
1.1光缆通信
光缆通信是指利用相干性和方向性极好的激光束作载波来携带信息，而以光缆作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。
光缆是由单根玻璃光纤、紧靠纤芯的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。
1.2光纤通信系统
光纤通信系统：在发送端首先要把传送信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出激光束上，使光强度随电信号幅度（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。
1.3光纤优点
1) 传输频带宽、通信容量大。
2) 光纤传输损耗低、中继距离长。
3) 光纤传输的信号不受电磁的干扰、保密性强、使用安全。
4) 光纤具有抗高温和耐腐蚀的性能，因而可以抵御恶劣的工作环境。
5) 光纤的体积小、重量轻，便于敷设。
6) 制作光纤的原材料丰富，石英光纤的主要成分是二氧化硅。
1.4光缆的种类
1) 按敷设方式分有：自承重架空光缆、管道光缆、铠装地埋光缆和海底光缆。
2) 按光缆结构分有：束管式光缆、层绞式光缆、紧抱式光缆、带式光缆、非金属光缆
和可分支光缆。
3) 按用途分有：长途通信光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。
二、光缆通信的发展
2.1光纤通信的诞生
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。1966年英籍华裔学者高锟（C.K.KA）和霍克哈母（C.K.HOCKHAM）发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。高锟先生也因此获得了2009年诺贝尔物理学奖。
1970年，光纤研制取得了重大突破，同时作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。1976年，美国在亚特兰大（ATLANTA）进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场实验，系统采用GAALAS激光器作为光源，多模光纤做传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。
2.2光纤通信的发展
光纤通信的发展史虽然只有二三十年，但由于它无比的优越性，使它成为了现代化通信网络中最为重要的传输媒介。
总体来说，光纤通信的发展大致分为4个阶段。
第一阶段（1966——1976年）是基础研究到商业应用的开发时期。这个时期中，出现了短波长（850nm）低速率（34或45Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约为10km。
第二阶段（1976——1986年）是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标的大力推
广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长（850nm）发展到长波长（1310nm和1550nm），实现了工作波长为1310nm，传输速率为140—565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50到100km。
第三阶段（1986——1996年）是以超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术研究的事情。在这个时期，出现了1550nm色散位移单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5—10Gb/s，无中继传输距离可达100—150km，实验室可以达到更高水平。
第四阶段（1996年至今）是采用光放大器，波分复用光纤通信系统的超长距离的光弧子通信系统的时期。
目前人们正涉足第五阶段光纤通信系统的研究和开发，其至少具有四大特征：超宽带——单根光纤传输容量Tbit/s以上；超长距离——光放大距离可达数千km；光交换——克服电交换瓶颈；智能化——智能光网络技术。
2.3国内外光纤通信发展状况
国外的发展状况：20世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400dB以上，1966年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下。日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB/km。1970年康宁公司（Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低于20dB/km和4dB/km的低损耗石英光纤。1974年贝尔实验室（Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。到1979年，掺锗石英光纤在1.55µm处的损耗已经降到0.2dB/km，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极限。
国内光纤通信的发展：1963年开始光通信的研究；1977年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗为300dB/km；1978年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤，即G.651光纤；1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7 km、8Mb/s光通信系统试验段；1980年 1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减为0.29dB/km。1981年多模光纤活动连接器进入实用；1984年 武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多模)；1990年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km；1992年降至0.26dB/km。
三、光缆通信的企业
光纤通信系统主要包含三大部分：光通信设备、光纤光缆、光器件，其中光通信设备约占到光通信系统总投资的80%左右。光通信系统主要由电信运营商部署，以满足其在固网、移动网络通信方面的需求。目前光通信设备产业已经很集中，国内的大部分市场份额为华为、中兴及烽火占有；光纤光缆产业的集中度也在提升，几大厂商的产能规模扩张较快，市场地位较高，形成了一定的行业壁垒；光器件行业亦在经历行业集中度提高的过程。
国内生产的光纤光缆企业包括：长飞、富通、烽火通信、中天科技、亨通光电、通光、康宁、住友电工、创合、深圳特发、法尔胜、永鼎、通鼎、西古等。光纤由于存在预制棒供应、生产工艺等壁垒，存在一定门槛；而光缆生产门槛很低，几乎处于完全竞争的格局。总体而言，光纤光缆行业的竞争程度较高，这也使得光纤光缆的价格近年来处于逐年下降的趋势。
海外光设备行业的主要提供商包括阿朗、泰乐和Ciena。而从国内光设备行业的竞争对手来看，主要的供应商为三家，包括中兴、华为、烽火；而其他的供应商包括：上海贝尔、北京瑞斯康达、UT 斯达康、青岛龙泰天翔、北京格林威尔
经历行业低潮期的洗牌后，中国光系统市场竞争格局已经稳定，国外光系统厂商逐渐淡出，华为、烽火和中兴已经占据了中国光传输市场90%以上市场份额。从当前国内光网络设备市场占有率上看，华为、中兴、烽火位列前三，紧随其后的是北电、阿朗。华为、中兴、烽火等国内厂商的占有率占绝对主导位置，达到近80%-90%的市场份额，光设备竞争市场可
以用三分天下去描述。分产品来看，在光传输领域，华为占据近40%的份额，是光传输设备市场当仁不让的领头羊，中兴通讯、烽火的份额则比较接近，共同分享其余近40%-50%的市场份额。
四、光缆通信的应用
光纤通信网络不仅适用于电信业务网，而且也广泛适用于有线电视网、计算机局域网、光互联网等信息网络。
4.1光纤通信在长途骨干网、本地网的应用
骨干网、本地网中继传输主要以光纤通信系统为主。
4.2光纤通信在用户接入网中的应用
光纤接入网是指用户接入网中采用光纤作为主要传输媒质来实现用户信息传送的应用形式。光纤接入网的主要优点是可以传输宽带业务，如高数据下载业务、IPTV业务和图像传达业务等，且传输质量好，可靠性高。网径一般较小，可不需要中继器等。
4.3光纤通信在电视、数据传输网中的应用
利用光纤作为有线电视的干线传输媒质，可大大提高信号的传输质量，为多功能、大容量的信息传送提供了基础。然而，目前做到光纤到户成本很高，难于大规模实现。因此，目前CATV网的最佳选择是光纤、同轴电缆混合传输方式。
4.4光纤通信在计算机校园网中的应用
利用光纤通信系统可容易地传输1000Mb/s计算机校园网的数据信号。
五、光缆通信的研究热点
对光缆通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。
5.1超大容量、超长距离传输技术
波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有很大的应用前景，这几年波分复用系统发展也确实十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系统已经大量商用，同时，全光传输距离也在大幅度扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用（OTDM）技术，与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率提高传输容量，其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大大提高传输容量。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。欧共体的RACE计划和美国正在执行的ARPA计划在发展宽带全光网中都部署了WDM和OTDM混合传输方式，以提高通信网络的带宽和容量。WDM/OTDM系统已成为未来高速、大容量光纤通信系统的一种发展趋势，两者的适当结合应该是实现Tbit/s以上传输的最佳方式。实际上，最近大多数超过3Tbit/s的实验都采用了时分复用和WDM相结合的传输方式。
5.2光弧子通信
光弧子是一种特殊的ps数量级上的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而，经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光弧子通信就是利用光弧子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。
在光弧子通信领域内，由于其具有高容量、长距离、误码率低、抗噪声能力强等优点，光弧子通信备受国内外的关注，并大力开展研究工作。美国和日本处于世界领先水平。在我国，光弧子通信技术的研究也有一定的成果，国家成功地进行了OTDM光弧子通信关键技术的研究，实现了20Gbit/s、105km的传输。近年来，时域上的亮孤子、正色散区的暗孤子、空域上展开的三维光弧子等，由于它们完全由非线性效应决定，不需要任何静态介质波导而
备受国内外研究人员的重视。
光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然，实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使我们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。
5.3全光网络
未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此，真正的全光网成为一个非常重要的课题。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理设备。当然，全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术之中，它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合。
目前全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。
六、光缆通信的行业展望
光通信行业经过多年竞争，格局已经稳定，国内厂商和国外厂商相比，在成本方面具有明显优势，且在技术方面差距已经较小；而且依靠本土优势，国外厂商想要改变目前的格局，困难较大。而对于国内厂商来说，华为、中兴、烽火在光通信领域积累深厚，其他厂商在技术方面与之差距较大，也难以改变三强为主的竞争格局。
加上光系统具备较高的技术壁垒，在位者较难受到新进入者的威胁。运营商对设备供应商的选择也从价格主导型转向全面合作能力，市场分额逐步向优势企业倾斜，这意味着新增的光系统市场仍将被目前的市场领先者瓜分，从而光系统厂商具备持续的发展空间。故在光通信设备领域三分天下的竞争格局，在未来仍将得以持续。
【参考文献】
[1]徐素妍主编.现代光纤通信系统.北京：科学出版社，2005.1
[2]胡庆，张德民，胡敏，王敏琦编著.光纤通信系统与网络.北京：电子工业出版社，2010.8
[3]张宝福，刘忠英，万谦编著.现代光纤通信与网络教程.北京：人民邮电出版社，2002.7
