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光通信技術范文1
光通信在最近幾十年的發展
光通信技術中最有發展前景的當屬光纖通信技術了，在最近幾十年來發展最好最快的也是光纖通信技術。光纖通信技術的發展經歷了三代，從工作波長為0.85μm的多模光纖通信逐漸發展為工作波長為1.3μm的單模光纖通信，并在此基礎上發展到工作波長為1.55μm的光纖通信系統，這些年的進步很好的解決了光通信系統的色散問題。不僅如此在這些年光源也放上的很大的變化，發生了從發光二極管到半導體激光器的變化。半導體激光器的出現大大的提高了傳輸信息的效率，而且半導體激光器與二級發光體比較具有更高的功率和更長的使用壽命。光纖和光源的發展大大的緩解了信息衰減和色散的問題，加大了光纖的通信容量，提高了光纖通信的效率。另外在光網絡協議方面也有了很大的發展。目前的技術種為了方便用戶使用圖像、數據、語音等業務，目前的重點是寬帶接入網建設。寬帶接入包括光纖、無線、同軸電纜和xDSL這幾種方式，這些主要是基于分組交換方式的接入，其中以光纖接入為主。光纖接入分為有源方式接入和無源方式接入兩種，即利用SDH或PDH為傳輸通道和無源光網絡方式，光纖的非線性問題隨著光纖放大器的廣泛應用而逐漸顯現出來。光纖的非線性主要指四波混頻效應、自相位調制效應、交叉相位調制效應、受激喇曼效應、受激布里淵效應等。其中一些效應會使得系統的技術指標惡化，使得信號脈沖展寬、波型畸變、信號之間串擾。通過合理的使用某些非線性效應，我們可以研制出新型的光器件。
光通信技術的發展前景
1光纖通信技術的發展前景
為了更好的建設下一代網絡就必須得構建一個擁有巨大傳輸容量的光纖基礎設施，而由于光纜高達20年的壽命以及過高的造價，光纖基礎設施的設計和構建必須具有前瞻性，應該結合設備和系統技術的發展趨勢來設計。同時由于下一代電信網對容量的高要求以及頻率的高寬度，這一代的光纖性能已經無法滿足需求，必將被淘汰，那么開發新一代的光纖將勢在必行。在G.652.A光纖的基礎上進行改進并取得一定成果的G.652C/D光纖很好的解決了色散斜率的問題，減低系統成本，而且能實現更長距離和更大容量的傳輸?；谶@些原因，具有更長使用壽命的新一代光纖必將得到更好的發展。
2波分復用系統的發展前景
光通信技術范文2
一、目前光通信技術的發展現狀
1.1密集播分復用技術
密集波分復用技術簡稱DWDM，是光纖數據的一種傳輸技術，該種技術是利用激光的波長，按照比特位并行傳輸或字符串行傳輸方式在光纖內傳送數據。DWDM是光網絡的重要組成部分，它可以讓IP協議、ATM和同步光纖網絡、同步數字序列協議下承載的電子郵件、視頻、多媒體、數據和語音等數據都通過統一的光纖層傳輸。在被開發后，基于其能在很大的程度上提高了光纖系統對于信息數據的傳輸量，而被廣泛關注與應用。
1.2光纖接入網技術
光纖接入網，指的是在接入網過程中，利用光纖為核心的傳輸媒質，以此來實現用戶數據信息傳遞的形式。光纖接入網并不是傳統意義方面光纖傳輸系統，實際上是針對接入網環境中，所設計的較為特殊的光纖傳輸網絡。光纖接入網主要有以下幾方面的特點，其一是網絡覆蓋范圍一般較小，在實際應用過程中不需要中繼器，基于眾多用戶的信息數據共享光纖，導致光功率及波長的配比，存在需要利用光纖放大器來進行功率補償的狀況。其二是滿足各種寬帶業務的傳輸，并且傳輸質量好、數據信息傳遞的可靠性較高。其三是光纖接入網所應用的范圍較為廣闊。其四是，該項技術投放使用的過程中投資成本大，在網絡管理方面較為復雜，在遠端供電方面較難。
1.3 EDFA技術
EDFA是摻鉺光纖放大器的縮寫，是對數據信號光放大的有源光器件?；贓DFA工作時的波長為1550nm，與光纖的較低損耗波段較為一致，并且該種技術研發至今比較成熟，在實際中得到廣泛的應用。摻鉺光纖就是EDFA的核心元件，摻鉺光纖主要將石英光纖當做基質材料，在其纖芯當中融入了相應比例稀土原素鉺離子。在一定的泵浦光注入到摻鉺光纖中時，鉺離子從低能級直接被激發到高能級，基于鉺離子在高能級時壽命較短，這就使得較快以非輻射躍遷的狀態，直接到較高能級上，與此同時在該能級以及低能級間迅速形成粒子數反轉形式的分布。EDFA的特點是體積相對較小、功耗損耗較低、使用便捷等。能夠根據用戶實際使用的情況，安裝在不同的應用系統中。
二、光通信技術未來的發展趨勢
2.1全光網絡的發展
全光網絡是指信號只在進出網絡時才進行電和光，以及光和電的轉換，在網絡數據信息傳輸的過程中，將會以光的形式存在。因為在整個傳輸過程中沒有電的處理，所以PDH、SDH、ATM等各種傳送方式均可使用，提高了網絡資源的利用率。全光網絡在未來的發展中，實際的應用中數據會以更快的速度進行傳輸，因為數據信息僅是以光的形式進行編碼。消除光電轉換是全光網絡技術的關鍵工作，將使數據信息傳輸速率要達到萬億位級。一個經常引用的統計數據說光纖具有25萬億到75萬億位/秒的理論容量，并把這個數據與其速率通常以百萬位計的銅線來進行比較，進而體現其優勢。所以，在未來的發展中實現全光網絡將會是提高信息數據傳輸技術的有效途徑。
2.2 WDM技術的發展
對于WDM技術的研發和研究發現，該項技術最大的優勢基于是資金成本較低。WDM是光域上的一種復用技術，形成光層的網絡既全光網，是光通訊當中相對較高的階段。建立一個以WDM和光交叉連接為基礎光網絡層，實現用戶終端到終端形式的全光網連接，利用純粹的全光網來消除光電轉換的阻礙，將是未來的趨勢。這種技術仍是基于點到點的形式，但是點到點的WDM通信技術，是實現全光網通信最重要的一步，其應用和實踐將對全光網的發展起到重要的作用。
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關鍵詞：數據中心 光通信技術 互聯網技術
中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）05-0007-01
在當前社會中，互聯網技術已經成為影響人們生活與工作的重要因素。在互聯網上，無論是游戲娛樂，還是商務與社交，都會產生大量的信息數據，這些信息數據量正以指數級不斷增長。大部分的互聯網業務及相應的信息處理與計算都是在數據中心內完成的。在數據中心內，網絡連接起成千上萬臺服務器，所有服務器共同協作，一起完成工作任務。截止到目前為止，光纖通信產業已經發展了50多年。1977年，首個商用光纖通信系統推出，其為45Mbit/s的容量，目前，單模光纖的容量已經超過了100Mbit/s，無論是長距離的信息傳輸還是短距離的信息傳輸嗎，都能夠見到光纖通信的身影。2008年，數據中心對于光纖的需求開始超越電信運營商，數據中心開始成為光纖通信的第一市場。
一、數據中心網絡架構狀況
一般來說，大型互聯網公司數據中心網絡架構涵蓋廣域網、城域網與數據中心內網。在廣域網的作用下，世界各地的數據中心能夠有效連接起來。根據架構方面的不同，可以進步將其劃分為外部通道進入的數據中心與公共互聯網進入的數據中心。為了避免出現用戶體驗差、訪問延時等問題，網絡運營商會在用戶集中點周邊構建起POP點，從而借助專線而與數據中心對接。
通常某一地區的數據中心由多個稻葜行墓餐構成，這樣能夠滿足備份的需求，同時也便于構建起超級化的虛擬數據中心，單個數據中心建設起來比較簡單，借助城域網，這些數據中心能夠有效對接。對了應對延時等問題，各個數據中心的距離應控制在80km內。
在各個數據中心內部，有成千上萬臺服務器在工作，這些服務器借助內網而有效連接。數據中心的服務器一般具有可擴展性，能夠增加服務器的數量，并且無須改變網絡架構。在實際網絡設計中，成本是必須要考慮的重要因素，在架構設計的過程中確保成本與性能平衡。就目前來看，多數數據中心都運用多層結構，網絡架構呈現出扁平化的發展趨勢。
二、廣域網下的光通信技術
光通信技術在長距離傳輸中具有顯著優勢，其能夠支持兩點間的大寬帶信息傳輸。在早期，該技術主要被應用于長途干線網。在長距離信息傳輸中，首要解決的問題是光纖損耗、光纖線性損傷與非線性損傷。目前，干線傳輸網中的最重要技術就是數字相干光通信技術，在這種技術的應用下，接收機的靈敏度得到了顯著提升。其借助正交香味與正交極化方向來對信號進行調制，在強度方面由一維增加到四維，頻譜效率有很大提升。在使用數字信號處理技術來處理發射與接收時，會帶來一定的損傷，可以在電領域中借助數字信號處理技術進行補償，從而使得整個系統的設計與管理更加簡單化。系統容量也與香農極限更為接近。在陸地與跨洋系統中，SD-FEC技術與光放大器技術的應用使得無電中繼傳輸距離能夠達到3000km與10000km。隨著網絡流量的不斷上升，但借助硬件已經難以滿足用戶的需求，尤其是光纖傳統容量已經要達到香農極限了。只有將軟件與硬件有效結合，才可以在廣域網內構建起具有開放性的光傳輸網，從而提升整個網絡效率。
三、城域網下的光通信技術
從增長速度來看，城域網要比干線網絡的流量增速快很多，城域網將發展為光通信的第一市場。數據中心的城域網和電信運營商的城域網有顯著不同。前者的節點比較少，業務也單一化，多采用點對點的傳輸系統，然而由于對數據傳輸的需求非常大，所以對容量也有著極高的要求。作為當前最熱門的研究領域，數據中心城域網得到了學者們的廣泛關注。在檢測技術方面，能夠劃分為相干檢測與直接檢測，相干檢測運用的是數字相干光通信技術，與廣域網內的相干光通信技術極為相似。然而由于傳輸距離非常短，所以能夠被有效簡化，比方說采用低廉的硅光器件、HD-FEC等。在直接檢測方案中，則有多種技術，如OOK技術，其對器件的帶寬有很高的要求，并且對光纖色散匹配有著非常高的要求。針對此，人們使用高階強度進行調制，如四電平幅度調制等。DMT技術在直接檢測中也有著廣泛的應用，其其實為多載波技術的一種，對各個載波運用不同的調制格式，能夠最大限度地優化整個信道的頻譜效率。城域網數據中心光互聯采用交換機與路由器而實現。最近幾年來，一種新的設備形態出現，交換機與路由器能夠直接出采光，也就是說將彩光光模塊直接植入到交換機或路由器中。
四、數據中心內的光互聯技術
在數據中心內部，各個鏈路的距離都非常短，最多也不超過幾百米。即便是超大型的數據中心，也很少有超過2km的鏈路。然而隨著信息數據量的增加，以往的銅纜難以滿足實際工作的需要，大部分的數據中心都開始采用光互連技術。由于距離非常短，光纖鋪設起來非常容易，且多運用平行鏈路，這樣互聯的速率得到有效保障。在發射處。信號被分割成為多個平行的通道，在驅動電路的作用下，能夠借助光纖實現傳輸，抵達接收端，再轉換為電信號。隨著以太網技術的提出，光通道速率得到了進一步提升，成本與功耗都較之前低很多。在交換機速度提升的過程中，電子走線會給信號帶來很大損傷，針對此，可以將光模塊植入交換機中，形成板載光模塊，這樣能夠有效地避免信號損傷，并提升面板的密度。無論是板載光模塊還是光電集成模塊，均對器件有著非常高的要求，一旦出現問題，需要更換整個交換機電路板。
五、結束語
在本文中，筆者對廣域網、城域網與數據中心內網中光通信技術的應用情況進行介紹。無論是遠距離傳輸，還是近距離的連接，光通信技術都成為重要的信息傳輸載體。對于未來的數據中心來說，光通信技術將直接影響其發展走向。提升光傳輸通道的容量與效率將是提升整個數據中心運作效率的重要路徑。
參考文獻
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光通信技術范文4
摘要：基于發光二極管（LED）調制帶寬限制了可見光通信（VLC）系統傳輸速率這一問題，從VLC系統的先進調制技術出發，探討了類平衡-正交頻分復用、無載波幅相調制和頻域均衡單載波調制3種調制技術。對這3種調制技術原理和實驗結果的分析與討論，驗證了先進調制技術在提升VLC系統傳輸容量上的可行性。
關鍵詞： 可見光通信;正交頻分復用;無載波幅相調制;頻域均衡單載波調制;類平衡探測
Abstract：We introduce three formats， based on advanced modulation， that improve transmission. These formats are quasi-balanced detection orthogonal frequency-division multiplexing （OFDM）， carrier-less amplitude and phase modulation， and single carrier-frequency domain equalization （SC-FDE）. We determine the feasibility of these schemes for improving transmission in a VLC system. We analyze the principles of these three modulation formants and provide experimental results.
Keywords： visible light communication; orthogonal frequency division multiplexing; carrier-less amplitude and phase modulation; single carrier-frequency domain equalization; quasi-balanced detection
可見光發光二極管（LED）具有高亮度、高可靠性、能量損耗低和壽命長等許多優良的特性，可用于全色顯示、交通信號指示和照明光源等，是公認的下一代綠色照明產品。此外，可見光LED還具有調制性能好、響應靈敏度高的優點，利用LED的這種特性，我們還可以將信號調制到LED所發出的可見光上進行傳輸。LED可以將照明與數據傳輸結合起來，促進了一種新型的無線通信技術，即可見光通信（VLC）技術的發展[1]。VLC利用的可見光波段是未受到管制的頻譜，無需授權即可使用。與傳統的射頻無線通信技術相比，VLC具有如下優點[2-4]：
（1）綠色通信，安全環保，沒有射頻電磁輻射，且LED發出的白光對于人眼安全。
（2）能夠同時實現通信與照明。
（3）白光不可穿透墻壁等物體，因此可見光通信具有高度的保密性。
（4）可見光不受射頻信號的電磁干擾，可以應用在電磁敏感環境中，如機艙、醫院等。
（5）由于頻譜無需授權即可使用，所以可見光通信應用靈活，可以單獨使用，也可以作為射頻無線設備的有效備份。
目前，VLC得到了全球研究者越來越多的關注[5-13]。VLC技術已經取得迅猛發展，傳輸速率從最開始的幾十兆比特每秒[5-6]到500 Mb/s[7]再到800 Mb/s[8]，目前已經突破了吉比特每秒[9-10]。隨著與VLC相關系統器件的開發，系統通信速率還會有更高的提升。
但是VLC技術通信速率的提高也存在著很多限制因素，其中最主要的挑戰是LED有限的調制帶寬。目前，普通商用白光LED的3 dB調制帶寬都低于10 MHz，這很大程度上限制了VLC系統的傳輸速率。為突破調制帶寬這一“瓶頸”，許多技術都被應用到VLC系統，如系統多維復用技術[11]、預均衡技術[12]、后均衡技術[13]等等，來提升VLC系統傳輸速率。采用先進調制技術，是克服可見光通信系統調制帶寬限制，提升系統傳輸容量的有效方法。在VLC系統中，可以采用的先進調制技術包括類平衡探測-正交頻分復用（OFDM）[14]、無載波幅相調制（CAP）[15]和頻域均衡單載波調制技術（SC-FDE）[16]。本文從提升VLC系統傳輸容量出發，分析這3種先進調制技術的特點與實現方式，實現了高速VLC傳輸系統。通過對這3種調制技術原理和實驗結果的分析與討論，驗證了先進調制技術在提升VLC系統傳輸容量上的可行性。
1 類平衡探測-正交頻分
復用技術
類平衡探測-正交頻分復用技術（QBD-OFDM）結合類平衡探測編碼技術和OFDM技術[14]。OFDM信號數據被分為多個數據塊，每個數據塊有兩個符號的數據。在相同的數據塊，第二個符號中的信號是和第一個符號中的信號在運算符號上是相反的。經過理論推導，發現二階互調制失真、直流電流、可以完全消除，而且接收機的靈敏度可以提高3 dB，因此可以提高信噪比。
我們采用QBD-OFDM技術，實現了可達到2.1 Gb/s實際物理數據速率，并使傳輸距離達到2.5 m。圖1為所提出的QBD-OFDM實驗的原理。實驗中，QBD-OFDM信號由任意波形發生器（AWG）產生，經過低通濾波（LPF）、電放大器（EA）和偏置樹（Bias Tee）后調制到紅綠藍發光二極管（RGB-LED）不同顏色的芯片上。經過自由空間傳輸后，在接收端由棱鏡聚光后，用濾光片將3個波長的光分開，最后采用雪崩光電二極管（APD）探測器接收。然后進行后端的均衡與解調算法處理。
結合波分復用（WDM）和類平衡探測子載波復用，很好地利用了多色LED的波分復用，提供了更多的傳輸信道。利用類平衡探測技術很好地避免了OFDM提供更多子載波時的峰均功率比（PAPR）限制，有效提升了多色LED傳輸速度，提高了系統誤碼率（BER）性能，同時增加了可見光通信的傳輸距離。圖2給出QBD-OFDM技術和直接探測光正交頻分復用（DDO-OFDM）技術的對比。兩個子信道帶寬為，Sub1：6.25～56.25 MHz，Sub2：56.25～106.25 MHz。每個子信道對應的調制階數分別為，紅光：256正交幅度調制（256QAM）和128正交幅度調制（128QAM），綠光：128QAM和64QAM，藍光：128QAM和128QAM。因此，紅光、綠光和藍光的數據速率分別為750 Mb/s、650 Mb/s和700 Mb/s，總數據速率達到2.1 Gb/s，實驗距離可以達到2.5 m。在距離為0.5 m時，紅綠藍3色對應的Sub1、Sub2兩個子信道的BER提升為25.6 dB、31 dB、30.3 dB、25.8 dB、21.8 dB和19.3 dB。當可見光通信系統的通信距離增加時，系統誤碼率會增加，這是因為距離增加導致系統接收到的光信號減弱，系統信噪比降低，誤碼率增加。繼續增加距離會使BER超過前向糾錯碼的門限，為使距離增加，就要使系統的傳輸速率降低。藍光LED采用QBD-OFDM和DDO-OFDM的對應的Sub1、Sub2兩個子信道的星座圖如圖2（d）的（i）、（ii）、（iii）和（iv）所示。
2 無載波幅相
調制技術
無載波幅度相位調制（CAP）是正交幅度調制的一個變種多階編碼調制技術，可以使用模擬或數字濾波器，實現靈活的子帶劃分和高階調制，減少了計算的復雜性和系統結構，在數字用戶線路有著廣泛的應用。
無載波幅相調制信號可以表示如下：
[st=at?fIt-bt?fQt] （1）
這里a（t）和b（t）是I路和Q路的原始比特序列經過編碼和上采樣之后的信號。[fIt=gtcos2πfct] 和[fQt=gtsin2πfct]是對應的整形濾波器的時域函數，它們形成一對希爾伯特變換對。
假設傳輸信道是理想的，在接收機端兩個匹配濾波器的輸出可以表示如下：
這里[mIt=fI-t] 和[mQt=fQ-t]是對應的匹配濾波器的脈沖響應。利用對應的匹配濾波器在接收端就可以解調出原始信號。
我們采用了無載波幅相調制技術，結合先進預均衡與后均衡算，后均衡算法采用改進級聯多模算法（CMMA），實現了1.35 Gb/s可見光傳輸系統實驗[15]。實驗原理圖和實驗裝置圖如圖3所示。
圖4（a）到圖4（c）為采用改進CMMA均衡算法所測得BER和距離的關系。實驗中，每個波長上采用頻分復用技術，將不同用戶的信號分別調制到3個子載波上，每個子載波調制信號帶寬為25 MHz，調制階數為64QAM，因此每個子載波的傳輸速率為150 Mb/s，每個波長的傳輸速率為450 Mb/s。在發射和接收的距離為30 cm時，經過波分復用后該系統總的傳輸速率達到1.35 Gb/s。圖4（d）對比了CMMA和改進CMMA的性能，改進CMMA性能要優于CMMA，尤其是在第3個子帶更為明顯。
3 頻域均衡單載波調制技術
基于頻域均衡的單載波調制技術（SC-FDE）是基于單載波的高頻譜效率調制技術，該調制技術頻譜效率和OFDM一致，復雜度一致。可見光通信系統是一個非線性非常嚴重的系統，OFDM存在PAPR的缺點，高PAPR對于可見光系統是一個非常大的缺點，而SC-FDE相比于OFDM具有一定優勢，因為SC-FDE擁有更小的PAPR，其調制/解調原理如圖5所示。SC-FDE調制技術和OFDM過程基本一致，但SC-FDE技術把IFFT變換從系統發射端移到了系統接收端。
采用SC-FDE技術，使用RGB-LED波分復用技術和高階調制格式，并在頻域采用預均衡和后均衡技術，可以在LED 3 dB帶寬只有10 MHz的條件下取得3.25 Gb/s的速率[16]。如圖6（a）所示。該速率是在發射和接收距離小于1 cm條件下測得，預均衡后的帶寬為125 MHz，紅光和綠光都采用512QAM，藍光則采用256QAM。圖6（b）、圖6（c）和圖6（d）分別為紅綠藍3色BER與距離的關系，并給出了每種顏色光有無預均衡的性能對比。
4 結束語
本文針對可見光通信系統的調制帶寬低問題，采用先進調制方式，突破帶寬限制，實現可見光通信系統大容量傳輸。本文分析了類平衡-正交頻分復用、無載波幅相調制和頻域均衡單載波調制技術。通過對這3種調制技術原理和實驗結果的分析與討論，驗證了先進調制技術在提升VLC系統傳輸容量上的可行性。因此，先進調制格式技術是實現高速VLC系統非常重要的途徑。
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光通信技術范文5
關鍵詞：自由空間；光通信技術；現狀；趨勢
中圖分類號：F623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）09-0263-02
1 自由空間光通信的研究現狀
1.1 基于光電探測器直接耦合的FSO系統
早在30多年前，自由空間光通信曾掀起了研究的熱潮，但當時的器件技術、系統技術和大氣信道光傳輸特性本身的不穩定性等諸多客觀因素卻阻礙了它的進一步發展。與此同時，隨著光纖制作技術、半導體器件技術、光通信系統技術的不斷完善和成熟，光纖通信在20世紀80年代掀起了熱潮，自由空間光通信一度陷入低谷。然而，隨著骨干網的基本建成以及最后一公里問題的出現，以及近年來大功率半導體激光器技術、自適應變焦技術、光學天線的設計制作及安裝校準技術的發展和成熟，自由空間光通信的研究重新得到重視。
在國外，FSO系統主要在美英等經濟和技術發達的國家生產和使用。到目前為止，FSO己被多家電信運營商應用于商業服務網絡，比較典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奧運會上，Terabeam公司成功地使用FSO設備進行圖像傳送，并在西雅圖的四季飯店成功地實現了利用FSO設備向客戶提供10OMb/s的數據連接。該公司還計劃4年內在全美建設100個FSO城市網絡。而Airfiber公司則在美國波士頓地區將FSO通信網與光纖網（SONET）通過光節點連接在一起，完成了該地區整個光網絡的建設。
目前商用的FSO系統（見圖1）通常采用光源直接輸出、光電探測器直接耦合的方式，這種系統有以下幾點缺點：
（l）半導體激光器出射光束在水平方向和垂直方向的發散角不同，且出射光斑較粗，因此我們需要先將出射光束整形為圓高斯光束再準直擴束后發射，這樣發射端的光學系統就較為復雜，體積也會相應增大。
（2）在接收端，光斑經光學天線會聚之后直接送入PD轉化為電信號。通常，我們需要提供點到點的，雙向的通信系統，這樣，FSO系統的每個終端都包括了激光器，探測器，光學系統，電子元器件和其中有源器件所需要的電源。這種系統的體積通常比較大，重量大，成本也比較高。從FSO系統終端的內部結構圖中可以看出，完成一個簡單的點到點的鏈路需要6個OE轉換單元。隨著人們對帶寬的需求越來越高，PD的成本也越來越高，6個OE轉換單元大大增加了成本閉。
（3）FSO終端設備一般安裝于樓頂，如果終端中含有大量的有源設備，會給我們的安裝帶來了很多不方便。
（4）系統的可擴展性很小。如果用戶所需要的帶寬增加，那么封裝在一起的整個FSO系統終端都需要被新的終端取代，安裝新設備的過程需要再次對準，整個升級過程所需要的時間很長，給人們帶來巨大的損失。
1.2 基于光纖耦合技術的FSO系統
光纖輸出、光纖輸入的自由空間光通信系統（見圖2），激光器輸出的高斯光束耦合至光纖再經準直出射，傳輸一定距離后，光束通過合適的聚焦光學系統聚焦在光纖纖芯上，沿著光纖傳輸后經PD接收還原信號。這樣我們通過在發射和接收端都采用光纖連接的方式，只需要在樓頂放置光學天線系統，而將其他的控制系統通過光纖放置于室內就可以實現點到點的連接，整個系統結構簡單，易于安裝。
這種新型的FSO系統具有以下優點：①減少了不必要的E一O轉換，一條鏈路現在只需要2個OE接口即可，大大降低了成本。②光學系統較為簡單，光纖出射的光束一般為圓高斯光，不需要整形，簡化了光學系統，減小了體積，易于安裝。③易于升級及維護，當用戶的帶寬增加時，我們只需要對放置在室內的系統進行升級即可，免去了復雜繁瑣的對準過程。④基于光纖耦合的空間光通信系統能夠很好的與現有的光纖通信網絡結合，利用現有的比較成熟的光纖通信系統中的器件如發射接收模塊，EDFA和WDM中所用到的復用器和解復用器。⑤可以與光碼分多址復用技術（OCDMA）相結合，構成自由空間OCDMA系統，進一步擴大系統的帶寬。
對于一個基于光纖耦合技術的FSO系統而言，以下2個因素必不可少：①體積小，重量輕的光學天線系統一個最佳的光學天線的設計首先必須使盡可能多的光耦合進單模光纖，獲得最大的耦合效率；其次要能通過粗跟蹤系統測出入射光的角度；另外，必須滿足盡可能高的通信速率和穩定性。②性能良好的跟蹤系統要使光學接收天線接收到的光能夠有效的耦合進纖芯和數值孔徑都極小的單模光纖，我們必須為系統加上雙向的跟蹤系統。
2 國內空間光通信系統研究現狀和進展
我國衛星間光通信研究與歐、美、日相比起步較晚。國內開展衛星光通信的單位主要有哈爾濱工業大學（系統模擬和關鍵技術研究）、清華大學（精密結構終端和小衛星研究）、北京大學（重點研究超窄帶濾波技術）和電子科技大學（側重于APT技術研究）。目前已完成了對國外研究情況的調研分析，進行了星間光通信系統的計算機模擬分析及初步的實驗室模擬實驗研究，大量的關鍵技術研究正在進行，與國外相比雖有一定的差距，但近些年來在光通信領域也取得了一些顯著的成就。
2002年哈爾濱工業大學成功地研制了國內首套綜合功能完善的激光星間鏈路模擬實驗系統，該系統可模擬衛星間激光鏈路瞄準、捕獲、跟蹤、通信及其性能指標的測試。所研制的激光星間鏈路模擬實驗系統的綜合功能、衛星平臺振動對光通信系統性能的影響及對光通信關鍵單元技術的攻關研究有創新性，其技術水平為國內領先，達到國際先進水平，目前該項研究已進入工程化研究階段。上海光機所研制出了點對點155M大氣激光通信機樣機，該所承擔的“無線激光通信系統”項目也在2003年1月份通過了驗收，該系統具有雙向高速傳輸和自動跟蹤功能，其傳輸速率可達622Mb/s，通信距離可以達到2km，自動跟蹤系統的跟蹤精度為0.1mrad，響應時間為0.2s。中科院成都光電所于2004年在國內率先推出了10M碼率、通信距離300m的點對點國產激光無線通信機商品。桂林激光通信研究所也在2003年正式推出FSO商品，最遠通信距離可達8km，速率為10~155M。武漢大學于2006年在國內首先完成42M多業務大氣激光通信試驗，2007年3月又在國內率先完成全空域FSO自動跟蹤伺服系統試驗，這為開發機載、星載激光通信系統和地面帶自動目標捕獲功能的FSO系統創造了條件。另外在光無線通信系統設計、以太網光無線通信、USB接口光無線通信、大氣激光傳輸、大氣光通信收發模塊和信號復接/分接技術等方面都取得了多項成果。
3 自由空間光通信技術的應用與未來發展趨勢
自由空間光通信和其他無線通信相比，具有不需要頻率許可證、頻率寬、成本低廉、保密性好，低誤碼率、安裝快速、抗電磁干擾，組網方便靈活等優點。正是由于這些特點，FSO系統正受到電信運營商越來越多的關注與青睞。對于有線運營商，FSO可以在城域光網之外提供高帶寬連接，而其成本只有地下埋設光纜的五分之一，而且不需要等6個月才能拿到施工許可證。對于無線運營商，在昂貴的E1/T1租用線路和帶寬較低的微波解決方案之外，FSO在流量回輸方面提供了一個經濟的替代選擇。在目前這個競爭激烈的環境中，FSO無疑為電信運營商以較低的成本加速網絡部署，提高“服務速度”并降低網絡操作費用提供了可能。而且FSO技術結合了光纖技術的高帶寬和無線技術的靈活、快速部署的特性，可以在接入層等近距離高速網的建設中大有用武之地，在目前許多企業和機構都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高）的情況下，FSO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問題的有效途徑。
FSO產品目前最高速率可達2.5G，最遠可傳送4km，在本地網和邊緣網等近距離高速網的建設中大有用武之地，主要應用于一些不宜布線或是布線成本高、施工難度大、經市政部門審批困難的地方，如市區高層建筑物之間、公路（鐵路）兩側的建筑物之間、不易架橋的河流兩岸之間、古建筑、高山、島嶼以及沙漠地帶等。另外，FSO設備也可用于移動基站的環路建設、場所比較分散的企業局域網子網之間的連接和應急通信。對于銀行、證券、政府機關等需要穩定服務的商業應用來說，FSO產品可以作為預防服務中斷的光纖備份設備。
當然，FSO在應用過程中也存在一定的瓶頸，主要是會受到大氣狀況或物理障礙的影響，比如其光束在傳輸中極易受大霧等惡劣天氣，物理阻隔或建筑物的晃動/地震的影響。在惡劣的天氣下，光束傳輸的距離會下降，從而降低通信的可靠性，嚴重的甚至會造成通信中斷。
盡管存在不少問題，但自由空間光通信的技術優勢更為明顯，其自身的特點決定了在一定的環境下，它可以最大發揮自身優勢，比如可以用于不便鋪設光纖的地方和不適宜使用微波的地方；又由于光纖成本過高，用戶無法在短期內實現光纖接入，而他們卻渴望享受寬帶接入帶來的便利， 結合我國現階段寬帶網絡的實際情況――許多企業和機構都不具備光纖線路，但又需要較高速率（如STM-1或更高），FSO不失為一種解決“最后一公里”瓶頸問題的有效途徑。FSO系統解決了寬帶網絡的“最后一公里”的接入，實現了光纖到桌面，完成語音、數據、圖像的高速傳輸，拉動了聲訊服務業和互動影視傳播，實現了“三網融合”，有利于電子政務、電子商務、遠程教育及遠程醫療的發展，并產生了巨大的效益，具有廣闊的應用領域和市場前景。
參考文獻：
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光通信技術范文6
關鍵詞 光纖通信 技術 發展
近年來，光纖通信技術得到了長足的發展，新技術不斷涌現，這大幅提高了通信能力，并使光纖通信的應用范圍不斷擴大。
1 光纖通信技術的發展現狀
1.1普通光纖
普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統的發展，光中繼距離和單一波長信道容量增大，G.652.A光纖的性能還有可能進一步優化，表現在1550rim區的低衰減系數沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數和零色散點不在同一區域。符合ITUTG.654規定的截止波長位移單模光纖和符合G.653規定的色散位移單模光纖實現了這樣的改進。
1.2核心網光纜
我國已在干線(包括國家干線、省內干線和區內干線)上全面采用光纜，其中多模光纖已被淘汰，全部采用單模光纖，包括G.652光纖和G.655光纖。G.653光纖雖然在我國曾經采用過，但今后不會再發展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統容量，它在我國的陸地光纜中沒有使用過。干線光纜中采用分立的光纖，不采用光纖帶。干線光纜主要用于室外，在這些光纜中，曾經使用過的緊套層絞式和骨架式結構，目前已停止使用。
1.3接入網光纜
接入網中的光纜距離短，分支多，分插頻繁，為了增加網的容量，通常是增加光纖芯數。特別是在市內管道中，由于管道內徑有限，在增加光纖芯數的同時增加光纜的光纖集裝密度、減小光纜直徑和重量，是很重要的。接入網使用G.652普通單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。低水峰單模光纖適合于密集波分復用，目前在我國已有少量的使用。
1.4室內光纜
室內光纜往往需要同時用于話音、數據和視頻信號的傳輸。并且還可能用于遙測與傳感器。國際電工委員會(IEC)在光纜分類中所指的室內光纜，筆者認為至少應包括局內光纜和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機房內，布放緊密有序和位置相對固定。結合布線光纜布放在用戶端的室內，主要由用戶使用，因此對其易損性應比局用光纜有更嚴格的考慮。
1.5電力線路中的通信光纜
光纖是介電質，光纜也可作成全介質，完全無金屬。這樣的全介質光纜將是電力系統最理想的通信線路。用于電力線桿路敷設的全介質光纜有兩種結構：即全介質自承式(ADSS)結構和用于架空地線上的纏繞式結構。ADSS光纜因其可以單獨布放，適應范圍廣，在當前我國電力輸電系統改造中得到了廣泛的應用。ADSS光纜在國內的近期需求量較大，是目前的一種熱門產品。
2 光纖通信技術的發展趨勢
對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。
2.1超大容量、超長距離傳輸技術波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有廣闊的應用前景。近年來波分復用系統發展迅猛，目前1.6Tbit／的WDM系統已經大量商用，同時全光傳輸距離也在大幅擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用(OTDM)技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率來提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit／s。
僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分復用，從而大幅提高傳輸容量。偏振復用(PDM)技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零(RZ)編碼信號在超高速通信系統中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散(PMD)的適應能力較強，因此現在的超大容量WDM／OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM／OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統的關鍵技術中。
2.2光孤子通信。光孤子是一種特殊的ps數量級的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。
光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10-20 Gbit／s提高到100Gbif／s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時、整形、再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000km以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當然實際的光孤子通信仍然存在許多技術難題，但目前已取得的突破性進展使人們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統中，有著光明的發展前景。
2.3全光網絡。未來的高速通信網將是全光網。全光網是光纖通信技術發展的最高階段，也是理想階段。傳統的光網絡實現了節點間的全光化，但在網絡結點處仍采用電器件，限制了目前通信網干線總容量的進一步提高，因此真正的全光網已成為一個非常重要的課題。
全光網絡以光節點代替電節點，節點之間也是全光化，信息始終以光的形式進行傳輸與交換，交換機對用戶信息的處理不再按比特進行，而是根據其波長來決定路由。
目前，全光網絡的發展仍處于初期階段，但它已顯示出了良好的發展前景。從發展趨勢上看，形成一個真正的、以WDM技術與光交換技術為主的光網絡層，建立純粹的全光網絡，消除電光瓶頸已成為未來光通信發展的必然趨勢，更是未來信息網絡的核心，也是通信技術發展的最高級別，更是理想級別。
小結
光通信技術作為信息技術的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到重要作用，雖然經歷了全球光通信的“冬天”，但今后光通信市場仍然將呈現上升趨勢。從現代通信的發展趨勢來看，光纖通信也將成為未來通信發展的主流。人們期望的真正的全光網絡的時代也會在不遠的將來到來。
參考文獻：
1 王磊，裴麗，光纖通信的發展現狀和未來，中國科技信息，2006，(4)：59-60
