摘要：波分复用（WDM， WTBX Wavelength Division Multiplexing）、光纤接入网和全光网技术是当前发展较快的几项光纤通信技术，其中波分复用技术是在一根光纤上同时利用多个波长进行传输，发展前景很好。光纤用户接入网的发展将加速光纤到户的实现。全光网目前存在一些需要解决的技术问题，美国、日本和欧洲一些国家已建立全光网试验网。目前使用最多的G652单模光纤的缺陷限制了其进一步发展，G653色散位移光纤由于四波混频效应不适于在波分复用系统上的应用。G655非零色散位移单模光纤有较好的发展前景。用户光缆具有芯数多，采用带状结构和塑料光纤等特点。
关键词：光纤通信 波分复用 光纤接入网 全光网
一、发展较快的几项光纤通信技术
1.波分复用技术
光纤通信的多路复用技术，一开始是采用原来铜缆沿用的PCM脉冲编码调制方式，把模拟信号变换为数字信号，再应用时分多路（TDM， WTBX Time Division Multiplexing）技术组成一次群即基群2Mbit/s）、二次群（8Mbit/s）、三次群（34Mbit/s）和四次群（140Mbit/s)等，这种系列被称为准同步数字系列（PDH，WTBX Plesiochronous Digital Hierarchy）。各国现有的PDH有三种系列，互不兼容，而且没有统一的标准接口规范，各个厂家生产的设备不能互通，另外还存在上下电路困难等问题。后来改用新的同步数字系列（SDH，WTBX Sychronous Digital Hierarchy）,即STM--1（155Mbit/s），STM--4（622Mbit/s）和STM--16（2.5Gbit/s）等。SDH所采用的复用技术，仍然属于TDM技术。
目前，SDH系列在国内外已大量使用，我国干线上主要使用STM--16，相当于可复用3万多个话路。高于2.5Gbit/s以至更高速率的研究工作已在我国和其他许多国家展开，其间碰到的最大问题是光纤色散的限制，而要克服这些限制在技术上、成本上都十分困难。因此，当前实际应用的大都只限于2.5Gbit/s，不超过10Gbit/s的传输速率。
近年来，WDM技术的进展，为光纤通信的发展开辟了另一个十分广阔的前景。WDM是在一根光纤上同时利用多个波长进行传输的技术。比如，目前我国开发的在一根光纤上同时传送8个波长系统，每个波长的速率可达2.5Gbit/s，即所谓8×2.5Gbit/s系统。这样，一根光纤的总速率可达20Gbit/s。若每个波长的速率为10Gbit/s，则一根光纤的总速率就可达80Gbit/s。这将大量节省光纤的数量。最近我国正在全国长途骨干光缆网上进行升级改造，也就是利用WDM 8×2.5Gbit/s光传输系统使一对光纤可同时传送24万路电话或2400套电视节目。据报道，国外已出现206个波长的WDM系统试验样机。可见WDM技术的发展前景很好。
WDM技术的发展，不但大量节省光纤数目和以后扩容的工程费用，而且在长途干线上还可以大量节省掺铒光纤放大器(EDFA，Er--Doped Fiber Amplifier）的数目。因为目前掺铒光纤放大的带宽达30nm，足以使多个波长一起得到放大增益，不必每个波长配置单独的掺铒光纤放大器。当波长更多时，掺铒光纤放大器必须有更宽的平坦带宽增益。有资料介绍，把掺铒光纤放大器的平坦增益特性的波长宽度从原来的30nm加大到80nm的研究，其意义将更大。
2.光纤接入网（OAN， WTHX Optical Acce Network）技术
十多年来，由于各种通信业务的迅猛发展，对通信容量的需求急剧增加，光纤干线的建设应运而起，各国先后建成全国的光缆骨干网。随后出现的问题是用户接入网仍保留着旧的铜缆网，不能适应发展需要，必须加以改造。改造的方案很多，首先考虑到的是开发利用铜缆的潜力，进一步提高其带宽来满足一定时期的需要，然后再过渡到光缆。比如，当前不少国家都在采用的线对增容系统、高比特率数字用户环路（HDSL，High—Bit--Rate Digital Subscriber Loop）、不对称数字用户环路（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Loop）、混合光纤与同轴电缆系统（HFC， WTBX Hybrid Fiber and coaxial Cable）等等都属于一些过渡性措施，应用广泛。
近年来，Internet的崛起大大超出人们原来的估计，目前它的年增长率已达300％，形成爆炸性的增长，并促使电信、计算机、有线电视等技术的融合，走向三网合一。三网合一意味着数据、话音、视像等各种业务都综合起来进行传送。这种综合必将大大促进在接入网中大量使用光纤，促进光纤用户接入网的发展，加速光纤到户(FTTH，Fiber to the Home）的实现。
在实现光纤到户前，首先采用交换式数字图像(SDV， WTBX Switched Digital Video）系统是一种较好的方案。数字图像系统由一个以光源光网络(PON， WTBX Paive Optical Network）为基础的数字光纤到路边(FTTC， WTBX Fiber to the Curb ）系统与一个单向的混合光纤与同轴电缆有线电视系统叠加而成。数字图像系统主干传输部分采用共缆分纤的空分复用(SDM，WTBX Space Division Multiplexing) 方式分别传送双向数字信号和单向模拟视像信号。上述两种信号由设置于路边的光网络单元(ONU， WTBX Optical Network Unit）分别恢复成各自的基带信号，其中语音信号经双绞线送往用户，数字和模拟视像信号经同轴电缆送往用户。光网络单元由同轴电缆负责供电。数字图像技术的优点是数字视像和模拟视像可以兼容，较好地解决光纤到路边的供电问题，能较可靠地传送电信业务，对已有的混合光纤与同轴电缆网不必加以改造。因此，采用数字图像技术作为实现光纤到户前的过渡方案是可行的。
3.全光网技术
光纤通信技术是以光纤代替电缆，以光波代替原来频率较低的电磁波发展起来的。因此，至今在光纤通信系统上仍需用大量的电信设备，甚至本来的光信号源也要变换成电信号源，然后进入光纤通信系统。在传输过程中的放大、交换及接入设备终端等基本上全是电设备。这是由于电系统比较成熟、应用比较方便所造成的。但这些电设备会带来许多限制和干扰因素，而这些因素在光的系统中原本是可以避免的。
建立全光网的设想很早就提出来了，但困难很多，最关键的技术问题是解决光信号在传输过程中的损耗和光的交换问题。80年代出现了光纤放大器以后，研究工作的进展就比较快了。目前，光的交换技术研究也有了很大的进展，其中进展较快、较实际的是基于WDM技术的全光网。
迄今比较成熟的光放大器是掺铒光纤放大器，它的带宽通常在1 530～1 560nm之间，在单模光纤上开通4，8，16个波长是比较方便的。
光路交换可以有：针对光纤在不同空间位置的空分交换方式；控制不同时延进行的时分交换方式；转换不同波长/频率的波分/频分交换方式；或综合其中两种及两种以上的综合交换方式。
近年来，美国、欧洲、日本等一些国家已先后建立全光网的现场试验。比如美国组成的多波长全光通信试验网（MONET），泛欧光纤传输迭加网（PHOTON）等，其中还用到一些光器件，如光的交叉连接器(OXC，Optical Cro Connector）；波长路由器（Wavelength Router）、波长转换器（Wavelength Convertor）、插分复接/分接复用器(ADM，Add--Drop Multiplexer--Demultiplexer）等。当波分复用系统的光纤进入本局的插分复接/分接复用器后，可以让部分波长从中分出，其它波长则直通；分出的部分波长负载上的信号进入本局，而由本局引出的信号荷载于同样波长进入插分复接/分接复用器。其工作原理与电的ADM原理相仿。随着各种光器件和光交换技术的不断完善，全光网技术也将日趋成熟。
二、光纤光缆发展的一些动向
1.光纤的类型
目前，使用最多的光纤是G.652单模光纤。这种光纤的零色散波长在1 310nm附近，但这个波长的衰减大，而在1 550nm处波长的衰减最小，但是其色散系数又很大（可达20ps/(km·nm)），因此限制了这种光纤的进一步发展。
G653色散位移光纤把零色散波长移到1 550 nm附近，但由于其色散过小时，又会因非线性现象产生的新波长引起四波混频（Four--Wave Mixing Efficiency）效应使传输信号减弱，同时产生串音，这就限制了这种光纤在波分复用系统上的应用。
G655非零色散位移单模光纤的衰减小，在1 530～1 565nm间的色散系数为0.1～6.0ps/(km·nm)，可以避免出现四波混频效应，而色散系数值也不大，较适合波分复用系统的发展需要，估计这种光纤有较好的发展前景。为了尽可能减少非线性效应的影响，G.655光纤正趋向于开发大面积光纤，或称为大有效面积非零色散位移单模光纤（LEAF）。
2.接入网用光缆的特点
与长途干线光缆相比，用户接入网的用户平均距离比较短，传送信号的速率较低，用户分散，用户系统的成本要低，施工和维护工作要方便。因此，用户光缆的结构应具有一些特殊性。
(1)芯数多
每根光缆所需的芯数要根据用户分布情况、用户密度大小、用户的性质、城市的发展规划和光缆所处的位置而异。目前，日本首先提出要在2010年实现光纤到户，考虑的光缆芯数多达1 000～4 000芯的；其它一些发达国家，多考虑首先发展光纤到路边，所提出的用户光缆容量超过千芯的结构不多，大都在几百芯以内。
(2)带状结构
当接入网用光缆当芯数较少或用于室内配线时，多采用松套束管式或光纤带叠层嵌入松套管式；当芯数较多或用于馈线的时，则一般采用带状结构。这是由于带状光纤光缆作为大芯数光缆时，光纤的结构紧凑、集合度高且直径小，便于多芯连接。为了减少光缆的截面面积，目前光纤带的厚度都在300μm以下。
当采用骨架或U形带状结构成缆时，可采用S－Z绞，以便于在施工、维护中取出光纤带。
不少国家主张接入网用光缆采用干式光缆，即不填充油膏，而采用防潮纸作为阻水带进行包扎，以便于施工、维护工作。
(3)塑料光纤
过去由于塑料光纤的衰减太大、带宽太窄而没有考虑用于通信。近年来，通过日本、美国和欧洲一些国家的研究开发，降低了塑料光纤的的衰减、增大了带宽，使它用于短距离的接入网成为可能。
塑料光纤最主要的优点是成本低、易于加工、重量轻、可挠性好、芯径和数值孔径都比较大，耦合效率较高，对施工和维护都比较方便。
目前，塑料光纤大都用在短波长，GI结构。据报道，日本和美国研制出的塑料光纤在100m上可以达到吉比特级。目前其市场正逐步上升，年增长率约为20％，这很值得注意。
