光纤网

光进行通信并不是一个新概念，我国古代使用的烽火台就是大气光通信的最好例子。那时候，大部分文明社会已经使用烟火信号传递单个信息，后来的旗语、灯光甚至交通红绿灯等均可划入光通信的范畴，但可惜它们所能传递的距离和信息量都十分有限。近代光通信的雏形可以追溯到1880年Bell发明的光电话，他用阳光作为光源，硒晶体作为光接受检测器件，通过200m的大气空间成功的传送了语音信号。虽然在以后的几十年中，科技工作者对Bell的光电话具有浓厚的兴趣，但由于缺乏合适的光源及光在大气中传输的严重衰减性，这种大气通信光电话未能像其他通信方式那样得到发展。

19世纪30年代电报的出现用电取代了光，开始了电信时代。1876年电话的发明引起了通信技术本质的变化，电信号通过连续变化的电流的模拟方式传送，这种模拟电通信技支配了通信系统达100年之久。

20世纪后半叶人们开始认识到，如果用光波作载波，通信网络的容量可能增加几个数量级。然而当时发展光通信技术存在两个难以攻克的难题：第一个难题是无法找到适合光通信的低损耗传输介质，第二个难题是无合适的相干光源，使得光通信技术发展停滞不前。

1966年7月是光纤通信发展历史中的一个里程碑，英籍华人高锟博士在Proc.IEE杂志上发表了一片十分著名的论文《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性，设计了通信用光纤的波导结构，更重要的是，他科学的预言了制造通信用低损耗光纤，即通过加强原材料提纯、加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数降低到20Db/km以下。

20世纪60年代激光技术的发明解决了第二个问题。随后，人们的注意力集中到寻找用激光进行通信的途径。1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续工作的砷化钾（GaAs）半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。

小型光源和低损耗光纤的同时问世，在全世界范围内掀起了发展光纤通信的高潮。

1、 通信容量大：从理论上将，一根仅有头发丝粗细的光纤可以传输100亿话路。虽然目前远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输50万话路（40Gb/s）的试验已经取得成功，它比传统的同轴电缆、微波等要高出几千乃至几十万以上。一根光纤的传输容量如此巨大，而一根光缆中可以包括几十、几百根光纤，其通信容量就更加惊人了。

2、 中继距离远：由于光纤具有极低的衰减系数(目前达0.25dB/km以下)，若配以适当的光发射、光接收设备，可使中继距离达100km以上，比同轴电缆大几十倍。如果采用光放大器实现在线光放大，可以实现数万千米的光波信号的传输。即使超高速光纤系统也能实现数千千米的光纤通信。如2007年10月，在德国召开的欧洲光通信会议(Europe Conference Optical Communications, ECOC)上，阿尔卡特朗讯研创中心公布的最新研究成果，利用密集波分复用技术在单根光纤上成功地实现了12.8Tb/s (160×80Gb/s)，这样的超高速系统实现了2550km的长途传输试验。

3、 抗电磁干扰，无串话：光纤是非金属的光导纤维，即使工作在强电磁场附近或处于核爆炸后强大的电磁干扰的环境中，光纤也不会产生感应电压和感应电流。这有利于传送动态图像(如可视电话和电视节目)，靠近高压输电线和与电气化铁道并行敷设，通信也不受干扰，适于在工厂内部的自动控制和监视系统应用，也有利于在多雷地区、飞机上以及保密性要求强的军政单位使用。由于光信号被限制在光纤内传输，不会逸出光纤，所以光缆内光纤之间不会“串话”，即没有纤间串扰，不易被窃听。

4、 体积小、重量轻：光纤直径一般只有几微米到几十微米，相同容量话路光缆，要比电缆轻90%～95%(光缆的质量仅为电缆的1/10～1/20)，直径不到电缆的1/5，故运输和敷设均比铜线电缆方便。光纤可以用于军用飞机的信号控制，也可以应用于航天领域。

5、 原材料丰富，节约有色金属：光纤的纤芯和包层的主要原料是二氧化硅，资源丰富且价格便宜，取之不尽。而电缆所需的铜、铝矿产则是有限的，采用光纤后可节省大量的铜材。

光纤还具有易于均衡、抗腐蚀、不怕潮湿的优点，因而经济效益非常显著。

人类社会现在已经发展到了信息社会，声音、图像和数据等信息的交流量非常大，而光纤通信正以其容量大、保密性好、体积小、质量轻、中继距离长等优点得到广泛应用。它的应用不仅仅在电信传输的领域，其应用领域遍及通信、交通、工业、医疗、教育、航空航天、计算机等行业，并正在向更广更深的层次发展。光纤网可以分成三个层次： 一是远距离的长途干线网；二是由一个大城市中的很多光纤用户组成城域网；三是局域网，比如一个单位、一个大楼、一个家庭组成的网络。光纤通信的应用主要体现在以下几个方面：

(1) 光纤在公用电信网间作为传输线

(2) 满足不同网络层面的应用

(3) 光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线

(4) 作为危险环境下的通信线

(5) 应用于专网

1、时分复用(TDM)方式向超高速系统发展：

从过去二十多年的电信发展看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用(TDM)方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30%～40%，因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。

高速光纤通信系统能够提高经济效益，光纤通信系统向着超高速方向发展也就是必然的发展趋势。随着技术的发展，电子瓶颈被一个个攻克，商用光纤通信系统传输码速率最初为44.736Mb/s，经过多年的逐步发展，码速率不断提高，现在码速率为2.5Gb/s的高速系统、码速率为10Gb/s的高速系统已经实验成功，已被大量装备到光纤通信网络。

采用外调制技术、色散补偿技术和放大自发辐射(ASE)滤波等技术，码速率可以达到40Gb/s，目前可靠且无误码地传输40Gb/s信号乃至40Gb/s以上的信号的技术已经实验成功，已经成为了商用系统。

目前已经实现了在单根光纤上传输80Gb/s光波信号的实验，随着技术的发展，不久的将来该技术就会投入商用。目前100Gb/s以上的超高速系统正在实验过程中，超高速系统发展仍然是行业的未来发展方向。

2、波分复用(WDM)方式向密集化方向发展：

采用电的时分复用(TDM)方式的扩容潜力已经接近极限，然而光纤的带宽资源仅仅利用了不到1%，还有99%的资源尚待发掘。如果将多个不同波长的光源信号同时在一根光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。

采用波分复用系统的主要好处是: ①可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍； ②在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，从而大大降低传输成本； ③与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段； ④利用WDM网络实现交换和恢复，可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。

按照ITU-T建议的WDM系统的技术规范，目前广泛从标准中心频率为196.10～192.10THz(波长为1528.77～1560.61nm)，信道间隔25GHz，可配置160个信道。考虑到多通道WDM受EDFA的可用带宽和窄带光滤器成本等各种技术上和经济上的限制，目前的实用水平广泛使用16波、32波、40波、64波、80波的系统，最高可达160波，构成的系统有32×2.5Gb/s、40×10Gb/s、80×10Gb/s，目前160×80Gb/s的实验系统也已经研制成功。在实验室里的研究水平还要高，更高水平光波系统也在不断地投入商用。

3、新型光纤不断发展：

光纤是构筑新一代网络的物理基础。传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传输网络的发展方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施工作的重要组成部分。

为了适应干线网和城域网的不同发展需要，非零色散光纤(G.655光纤)已经广泛地应用于WDM光纤通信网络。非零色散光纤(G.655光纤) 在1550nm附近的工作波长区呈现一定大小的色散值，足以压制四波混合和交叉相位调制等非线性影响，同时满足TDM和DWDM两种发展方向的需要。

全波光纤(无水吸收峰光纤)也在不断的开发与应用。所谓全波光纤是设法消除1385nm附近的水吸收峰，使光纤的可用频谱大大扩展，用来满足城域网面临复杂多变的业务环境。目前光纤通信提高最大传输量的方法主要有两种: 一种是提高传输码速率，另一种是增加传输的光波的数量。因为有效地使业务量进出光纤是网络设计至关重要的因素，采用具有数百个复用波长的DWDM技术将是一项很有前途的解决方案。因此开发具有尽可能宽的可用波段的光纤已成为关键，全波光纤就是在这种形势下诞生的。

使用全波光纤可以把波长扩展到1260～1675nm，共有415nm宽度。当前各国光纤通信大都运用在C(1530～1565nm)与L(1565～1625nm)波段，而且仅使用其中的一小部分，还有大部分频率未被使用。一般把这415nm宽度划分成O、E、S、C、L、U六个波段，如果在波长扩展的单模光纤的工作波长范围1260～1675nm的6个波段上，可以应用的波长范围达到415nm，按照波长间隔为50GHz(0.4nm)开通DWDM系统，允许复用的波长数可高达1000个波道以上，以目前单信道80Gb/s的速率计算，波长扩展的单模光纤的单纤通信的总容量为1000×80Gb/s以上。

随着新光纤、新光器件和新调制方式的陆续问世，DWDM的单信道传输速率、复用波长数、传输距离的最高纪录将会被不断地刷新。

4、Internet技术：

目前，国内各科研单位已纷纷投入IP over WDM的研究和开发，承担中国高速信息示范网(China Information Network, CAINONET)的各单位更把IP over WDM作为CAINONET建成以后的主要服务对象来研究。同时，CAINONET也使WDM向城域网和企业网更走近了一大步，它会向电信运营商展示其无与伦比的魅力，使电信运营商更多地考虑在最短的时间内将WDM技术应用于城域网和企业网中。

5、光纤用户接入网技术的发展：

接入网是信息高速公路的最后1公里。以铜线组成的接入网成为宽带信号传输的瓶颈。为适应通信发展的需要，我国正在加紧改造和建设接入网，逐渐用光纤取代铜线，将光纤向家庭延伸。实现宽带接入网有各种不同的解决方案，其中光纤接入是最能适应未来发展的解决方案。

所谓光纤用户接入网(OFSAN)是以光纤作为传输介质、以光作为信息载体的一类用户接入网络。OFSAN的特点是规模庞大、技术复杂、需要的投资巨大，世界各国光纤用户网的开发相差甚远。OFSAN是当前先进国家开发与建设的热点之一。OFSAN的建设是与干线传输网、交换网一起构成全光网络的必要条件。

6、光纤用户接入网的巨大优越性：

OFSAN与其他用户接入网相比，有下述优越性。

(1) 巨大带宽 由于光纤的巨大带宽潜力(通常至少可达Tb/s数量级)，使光纤用户接入网具有惊人的容量，可实现宽带交互式多媒体信息的高质量传输，从而消除了通常用户接入网的瓶颈效应；服务信息种类繁多，OFSAN将会从单一的传统电话服务(POTS)发展到宽带综合服务信息服务，包括各类资料、电话、图像等宽带交互式多媒体信息。

(2) 安全保密 OFSAN安全可靠，保密性强，目前还没有适当的手段窃听光缆中传输信息。

(3) 具有可扩展性 通过波分复用技术，可成倍增加使用的带宽而不必更换光缆线路。

(4) 传输距离长 网络覆盖的范围比较大，与其他类型接入网相比，网络传输信息的距离比较长。

(5) 通信协议相同 可采用与干线网络一样的光纤技术和通信协议。

因此因地制宜地发展宽带接入网，最终实现光纤到家庭，是接入网的发展方向。

7、新一代光网络：

传统的光传送网仅提供原始的带宽，缺乏上层业务所要求的智能性。带宽的提供大部分采用静态配置的固定光链路连接模式，无法根据业务的波动和网络拓扑的实时变化进行动态的资源分配。并且这种静态配置方式必须通过手工操作完成，不仅速度慢、效率低，还缺乏相应的适应网络拓扑结构变化的可扩展性，也不能适应数据业务的发展及其所固有的随机性和突发性，需要从根本上对网络的整体设计、组网方式、网络控制和管理进行全面彻底的调整和革新。

由此推动了一种新型的网络体系，这就是自动交换传送网(ASTN)。其中以OTN 为基础的ASTN又称自动交换光网络(Automatic Switched Optical Network, ASON)，是近代光传送网技术的重大突破，其核心在于引入了控制技术，实现了自动交换。

8、新型器件高新技术的应用和全光通信网络：

由于科学技术日新月异、新型器件不断研发成功、各种高新技术不断被研究出来，并且逐步被应用于光纤通信中，必将进一步提高光纤通信的容量。

近年来新技术和新型器件的发展使全光通信网络逐步成为现实。这些技术包括光放大技术、色散补偿技术、光交换技术、光互连技术、光处理技术等，以上技术的实现依靠近些年来光电子器件的迅速发展。因此必将带动光纤通信商用系统水平的提高，全光通信网络成为发展的必然趋势。

光纤通信的基本思想十分简单，下图二所示。输入信号调制光源产生光信号，经过光纤传输到达接收机，然后解码获得信息。

图二：

一个最简单的光纤网也是由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成，下图三所示，实际的光纤通信系统要比这复杂得多。

图三：

将电发射机输出的调制信号送入光发射机，光发射机主要有驱动电路和光源，其作用是把电发射机输入的电信号对光源进行调制，使光源产生出与电信号相对应的光信号进入光纤。由光纤构成的光缆实现光信号的传输。光信号传输结束后，通过光纤到达光接收机，光接收机主要由光电检测器、放大电路等组成。光信号进入光接收机后，光电检测器把光信号转换为相应的电信号，经过放大和信号处理后进入电接收机。即使是最简单的光纤通信系统也包括了发射机和接收机以及光纤。

如上所述的光纤通信系统虽然简单，但是在工程上也有广泛的应用。它可以构成广播系统、移动电话系统、局域网系统等。

图四：

光纤通信技术目前已经成为了我国科技领域的重要研发方向，其技术设备水平在不断的进步中。下面从光纤通信技术的全局出发，结合信息科技领域的技术发展方向，对光纤通信的未来发展趋势进行深入分析。

1、光网络智能化：

作为信息技术的两大载体，计算机技术和通信技术对人们生活的影响十分重大，在提倡智能化的现代社会，实现光纤通信技术的智能化是科技工作者一直致力研发的方向。在通信技术中接入智能化载体的计算机技术，促使通信技术向智能化的方向进步。 现代光网络系统在完成传输功能的同时，光网络智能化能够赋予其自动发现功能，连续控制功能和自我保护和恢复功能。未来，实现更高级高效的光网络智能化是光纤通信系统的重点研发防线之一。

2、全光网络：

光纤通信技术的最高发展阶段就是实现全光网络，这是光纤技术的最理想化实现形式。全光网络是光纤通信系统技术进步和革新的终极发展目标，未来的通信网络将会进入全光的阶段。

3.3 光器件集成化：

光器件集成化是光电子器件发展一直追求和实现的目标，将激光器、检测器、调制器等分散的芯片集成到一个芯片中，是实现光器件集成化的目标。光器件的集成化对全光网络的实现非常重要，是其核心技术之一。

SC接口光纤网卡名字的由来是根据光纤模块的接口定义而命名的。光纤模块按其接口可以分为：SC、LC、ST、FC、MTRJ等几种类型。

PCI SFP光纤网卡

由于SC接口光纤操作的便利性，从而使得带SC接口光模块的网卡，得到广泛运用，而经常被人们所提起，因为也诞生了：SC接口光纤网卡这个名词。近几年来，光纤到桌面（FTTD）的广泛运用，使得SC接口光纤网卡得到普及。

下面以LREC9220PFPCI-E千兆光纤网卡（SC接口）为例，分析SC接口光纤网卡功能特点：

LREC9220PF——第二代PCI-E千兆光纤网卡（SC接口）

第二代千兆光纤网卡产品简介LREC9220PF是一款支持PCI-E总线、可管理的第二代千兆光纤以太网网卡。也是市场上唯一一款采用INTEL方案的PCI-E千兆SC接口光纤网卡。其兼容性和稳定性在同类网卡中是最高的，支持所有芯片组主板，支持所以操作系统。

该网卡能够为用户快速的构建千兆网络提供可靠的光纤连接，特别适合于接入信息点的距离超出五类线接入距离（100m）的场所，可彻底取代普遍采用RJ45接口以太网卡外接光电转换器的网络结构，为用户提供可靠的光纤到户和光纤到桌面的解决方案。用户可根据使用场合选择光纤接口参数（包括连接头、单/多模光纤、工作距离等）。

高性能主控高性能保障

采用ITNEL高性能主控制芯片，Broadcom高性能光电控制器，为光纤网卡高性能提供的可靠保障。

SC接口千兆光纤网卡主要特性﹡即插即用(plugandplay)

﹡PCI-EX1标准兼容

﹡采用INTEL主控制器，兼容性，可靠性高

﹡板载1X9千兆光纤模块，SC接口，单模或多模可选

﹡与IEEE802.3z1000Base-SX/1000Base-LX以太网标准兼容﹡1000Mbps以太网光纤接入，可工作于全/半双工模式，全双工模式下可提供2000Mbps的带宽

﹡支持IEEE802.3x流量控制﹡支持IP单播、广播、多播地址过滤机制﹡支持优先级队列﹡支持IEEE802.1Q/VLAN标记﹡支持IP多播包过滤，降低了CPU占有率

SC接口千兆光纤网卡改进地方：﹡主板采用四层PCB、2倍铜厚、5OZ沉金

﹡优化设计，改善差分布线及整体布局

﹡增加高效大功率电源管理控制器

﹡采用美国BroadCom原厂光电控制器

﹡性能及品质得到大幅度提升，其品质和稳定性远高于同行产品

SC接口千兆光纤网卡产品支持的网络协议和标准﹡IEEE802.3Z1000Base-SX/1000Base-LX以太网标准﹡IEEE802.3x流量控制协议﹡IEEE802.1qVLAN标记﹡GVRPVLAN注册协议﹡IEEE802.1p优先级控制﹡ACPI2.0高级配置及电源管理界面﹡PCI-E1.0标准

SC接口千兆光纤网卡驱动程序﹡MicrosoftWindowsXP/2000/Vista/2003/2008/Win732bitor64bit﹡MicrosoftNT3.51/4.0﹡MicrosoftWindowsforWorkgroups3.11﹡MicrosoftWindowsCE.NET4.0/4.2﹡MicrosoftClientforDOS﹡NDIS2/3/4/5driver﹡ODIforDOSdriver﹡32bitODILANdriver

一种光纤网络单元，其包括一收容本体及扣合到收容本体上的上盖，收容本体中设有若干个信号指示灯，上盖的一侧形成一切削斜面，信号指示灯位于该切削斜面与上盖形成的棱上，用户可以在多个角度看到信号指示灯。光纤网络单元可放置到支架上，该支架包括一平板以及沿平板的一侧面垂直向上伸出的一对挡板，于其中一个挡板的内侧向内伸出一凸块；收容本体的背面的两侧设有两个收容孔，支架的两个挡板分别将光纤网络单元夹在中间，并且凸块伸入收容孔中并卡扣在收容本体上。光纤网络单元也可以安装到墙式安装架上。于收容本体一侧形成一U型槽，电源线绕在U型槽中并通过一电源插口伸入到收容本体中。2100433B