波分復用：光通信中的多彩世界

什么是光通信

光通信是一種利用光波傳輸信息的通信方式。它主要通過光纖來傳遞光信號，這些信號可以攜帶大量的數據，從而實現高速度和大容量的通信。光通信的基本組成包括：

發送機：將電信號轉換成光信號。

光纖：作為傳輸媒介，光信號在其中傳播。

接收機：將光信號轉換回電信號。

光通信的基本結構主要包括以下幾個部分：

光發射機：負責將電信號轉化為光信號，并將其注入光纖中進行傳輸。一般由光源、調制器和信道耦合器組成。

光纖信道：作為傳輸媒介，光信號在其中傳播。光纖的基本特性參數包括損耗與色散，為了實現高速長距離傳輸，光纖需要具有低損耗和低色散特性。

光接收機：負責將從光纖輸出的光信號轉化為電信號。一般由信道耦合器、光電探測器和解調器組成。

光通信相對于傳統的電信網絡具有許多顯著優點，主要包括：

更高的帶寬：光波長更短，可以在同樣的頻段內傳輸更多的信息。

更遠的傳輸距離：光在介質中傳播時衰減更小，可以在更遠的距離內進行傳輸。

更高的安全性：光信號不會像電信號一樣通過電磁波被竊聽，傳輸過程中更加安全可靠。

低功耗：得益于光纖的低衰減，在傳輸中可以用較小的功率消耗實現遠距離的信號傳輸。

低干擾：光信號即使在電磁場下也能傳輸，光纖中的光信號幾乎不受外界電磁場的影響。

體積更小，重量更輕：相對于同樣功能的銅線，光纖占用的體積更小，重量也更輕。

1）傳輸距離長：光在介質中傳播時衰減更小，可以在更遠的距離內進行傳輸。

比如說，現在和國外的朋友通話或上網聊天時，感覺與在國內通話沒什么兩樣。不像以前那樣聲音會滯后。在只有電通信的時代，一次能傳輸的距離短而且傳輸的信息量少，國際間的通信主要通過人造衛星作為中繼傳輸。但是，使用光通信的話，一次性傳輸的距離長而且傳輸的信息量多，因此，通過使用鋪設在海底的光纖光纜，就能實現與海外自然暢通的通信。（電波和光的速度相同。但是，由于經由衛星的話傳輸路徑會變長，信號到達較慢。海底電纜的距離短很多，所以信號會更快達到。）

2）一次性傳輸海量信息

3）通信速度快：光信號即使在電磁場下也能傳輸，光纖中的光信號幾乎不受外界電磁場的影響

光通信用在什么地方

光通信技術主要應用于數據通信領域，特別是在大數據、區塊鏈、云計算、物聯網、人工智能、5G等技術興起的背景下，數據流量的迅猛增長使得數據中心和移動通信的光互連成為了光通信行業的研究熱點。此外，光通信還廣泛應用于以下幾個方面：

數據中心：連接服務器和存儲設備，支持大量數據的快速傳輸。

移動通信：提供高速的移動網絡連接，支持5G等先進通信技術。

長途干線通信：替代傳統的電纜和衛星通信，通過光纖實現更遠距離、更高質量的通信。

城市有線電視網：提供高質量的電視信號傳輸。

局域網：在辦公室、學校等場所內部連接各種網絡設備。

特殊環境通信：如飛機、航天器、艦艇內部，以及礦井、電力部門、軍事等特殊環境中的通信

光通信存在于身邊乃至世界互聯網、手機、IP電話等使用網絡的設備，將每個人與其所在地區、與整個國家聯系起來，甚至連接至全球通信網。比如說，電腦和手機發出的信號聚集在本地通信運營商的基站和網絡供應商，再通過海底光纜中的光纖傳輸至世界各地。

連接網絡的各種設備我們平常所使用的各種設備都能聯網。網絡的出現，讓我們的生活變得更加舒適便捷。

為什么需要光通信

光通信技術之所以重要，是因為它具有以下幾個顯著優點：

高速傳輸：光通信能夠以接近光速的速度傳輸數據，這意味著信息可以在極短的時間內跨越長距離。

大容量：光纖可以同時傳輸大量數據流，這使得它能夠處理當前互聯網和通信網絡中日益增長的數據需求。

低損耗：與傳統的電纜相比，光纖在傳輸過程中的信號衰減更小，這允許信號在不增加中繼器的情況下傳輸更遠的距離。

抗干擾性強：光通信不易受到電磁干擾，這對于保持通信的穩定性和安全性至關重要。

經濟節能：由于光纖傳輸的高效性，它可以在較低的能耗下實現遠距離的數據傳輸。

1秒鐘內的國內通信量

據總務省統計，1秒鐘內的通信量高達812.9GB（約為21張存儲容量4.7GB的DVD）。與三年前相比，通信量增加了3倍。我們平時使用手機、短信、接收圖像、網絡（虛擬）商店時進行信息交流。設備性能逐年改善，使用方法也隨之改變。我們可以想象，今后的通信量還會不斷增大。光通信技術就運用于信息交流中。

（摘自：總務省綜合通信基盤局電氣通信事業部數據通信科，2007年11月統計）

傳輸量

傳輸量通常指的是在單位時間內成功傳輸數據的數量。它可以用比特、字節或分組等單位來衡量。在計算機網絡中，傳輸量與傳輸速率、帶寬和信道容量等概念密切相關。傳輸速率指的是單位時間內傳輸的數據量，而帶寬則是信道可以傳輸數據的能力。信道容量是指在特定的信噪比和帶寬條件下，信道能夠傳輸的最大數據量。
例如，如果一個網絡連接的傳輸速率是100Mbps，那么在理想狀態下，每秒可以傳輸100兆比特的數據。但實際的傳輸量可能會因為網絡擁堵、信號質量、傳輸距離等因素而有所不同。傳輸量是評估網絡性能和設備性能的一個重要指標。

光傳輸裝置是做什么的呢

光通信網的關鍵部位裝有光傳輸裝置。這個裝置發揮著許多作用。

光傳輸裝置的主要作用是在發送方和接收方之間以光信號形態進行傳輸的技術。它通過將各種信號轉換成光信號，并在光纖上傳輸這些信號?，F代光傳輸裝置通常包括以下幾種設備：

光端機：可以同時將多個信號轉變為光信號并傳輸出去。

光MODEM：用于調制和解調光信號。

光纖收發器：負責發送和接收光信號。

光交換機：用于路由光信號到正確的目的地。

PDH、SDH、PTN：這些是不同類型的光傳輸設備，用于同步傳輸信號。

光傳輸裝置(例：FLASHWAVE 7500)

裝置中安裝了各種部件。

1.轉換（發送信號）
將接收的電信號轉換成光信號。

2.復用
復用多個信號同時發送。

3.中繼
傳輸過程中，信號的波形和強度發生劣化，因此需要將波形復原到原信號那樣整齊的波形，加大光強。
如果波形劣化嚴重，就需要暫時將光信號轉換成電信號，波形錯誤修正后，重新轉換成光信號進行傳輸。

4.轉向
根據信號的去向，光開關切換光信號的傳輸方向。

5.解復用
將復用的信號分解成原來的單獨信號。

6.轉換（接收信號）
將接收的光信號轉換成電信號。

通信方式（現在與將來）

下面通過汽車和車道來說明通信方式。假設汽車代表占有車道的時間（1區間）、貨物代表每次搬運的信息量（比特數）、車道代表光的一個波長。

現在的通信速度：每波長傳輸10Gbps、40Gbps

?時分復用法（TDM: Time Division Multiplexing)

因為每次可以傳輸的信息有限，所以需要分時段傳輸。比如說，多個用戶同時發送信息時，搬運信息的車道只有一條，因此裝載不同信息包裹的貨車需要排成一列進行搬運。車道出現堵塞時，傳輸速度就會變慢。

?波分復用法(WDM: Wavelength Division Multiplexing)

一次能傳輸的信息量較多，通過改變波長，可同時傳輸多位用戶的信息。比如說，即使多位用戶同時發送信息，只要分布著多條車道就不易造成堵塞，能夠流暢地運送貨物（比特數），而且傳輸速度比較平穩。

?多級調制法 (MM:Multi-level Modulation)

在1波長的1個區間傳輸多個信號的方法。通過改變光的波形，在同一波長上傳輸多位用戶的信息。具有代表性的技術是四相差分相移鍵控調制法（DQPSK:Differential Quadrature Phase-Shift-Keying)。通常情況下，每輛貨車裝載的貨物是1比特，但是，使用“DQPSK”時，每輛貨車可裝載2比特貨物。

將來的通信速度：每波長傳輸100Gbps

100Gbps相當于約0.4秒傳輸一張DVD的速度。（假設換算成容量為4.7GB的DVD）

?偏振復用法(Polarization multiplexing)

光在振動的同時向前進。振動的方向叫做“偏波”，分成垂直振動前進的光（垂直偏波）和水平振動前進的光（水平偏波）兩種。偏波中包含的信息不會互相干擾，可傳輸大量信息。比如說，1條車道上同時行駛著2輛貨車，這2輛貨車在傳輸信息時不會發生碰撞。

神通廣大的光網絡（實例介紹）

光纖遍布全世界，我們在各種場合都能獲得高質量的服務。接下來介紹相關實例。

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審核編輯 黃宇