波分复用：光通信中的多彩世界

什么是光通信

光通信是一种利用光波传输信息的通信方式。它主要通过光纤来传递光信号，这些信号可以携带大量的数据，从而实现高速度和大容量的通信。光通信的基本组成包括：

发送机：将电信号转换成光信号。

光纤：作为传输媒介，光信号在其中传播。

接收机：将光信号转换回电信号。

光通信的基本结构主要包括以下几个部分：

光发射机：负责将电信号转化为光信号，并将其注入光纤中进行传输。一般由光源、调制器和信道耦合器组成。

光纤信道：作为传输媒介，光信号在其中传播。光纤的基本特性参数包括损耗与色散，为了实现高速长距离传输，光纤需要具有低损耗和低色散特性。

光接收机：负责将从光纤输出的光信号转化为电信号。一般由信道耦合器、光电探测器和解调器组成。

光通信相对于传统的电信网络具有许多显著优点，主要包括：

更高的带宽：光波长更短，可以在同样的频段内传输更多的信息。

更远的传输距离：光在介质中传播时衰减更小，可以在更远的距离内进行传输。

更高的安全性：光信号不会像电信号一样通过电磁波被窃听，传输过程中更加安全可靠。

低功耗：得益于光纤的低衰减，在传输中可以用较小的功率消耗实现远距离的信号传输。

低干扰：光信号即使在电磁场下也能传输，光纤中的光信号几乎不受外界电磁场的影响。

体积更小，重量更轻：相对于同样功能的铜线，光纤占用的体积更小，重量也更轻。

1）传输距离长：光在介质中传播时衰减更小，可以在更远的距离内进行传输。

比如说，现在和国外的朋友通话或上网聊天时，感觉与在国内通话没什么两样。不像以前那样声音会滞后。在只有电通信的时代，一次能传输的距离短而且传输的信息量少，国际间的通信主要通过人造卫星作为中继传输。但是，使用光通信的话，一次性传输的距离长而且传输的信息量多，因此，通过使用铺设在海底的光纤光缆，就能实现与海外自然畅通的通信。（电波和光的速度相同。但是，由于经由卫星的话传输路径会变长，信号到达较慢。海底电缆的距离短很多，所以信号会更快达到。）

2）一次性传输海量信息

3）通信速度快：光信号即使在电磁场下也能传输，光纤中的光信号几乎不受外界电磁场的影响

光通信用在什么地方

光通信技术主要应用于数据通信领域，特别是在大数据、区块链、云计算、物联网、人工智能、5G等技术兴起的背景下，数据流量的迅猛增长使得数据中心和移动通信的光互连成为了光通信行业的研究热点。此外，光通信还广泛应用于以下几个方面：

数据中心：连接服务器和存储设备，支持大量数据的快速传输。

移动通信：提供高速的移动网络连接，支持5G等先进通信技术。

长途干线通信：替代传统的电缆和卫星通信，通过光纤实现更远距离、更高质量的通信。

城市有线电视网：提供高质量的电视信号传输。

局域网：在办公室、学校等场所内部连接各种网络设备。

特殊环境通信：如飞机、航天器、舰艇内部，以及矿井、电力部门、军事等特殊环境中的通信

光通信存在于身边乃至世界互联网、手机、IP电话等使用网络的设备，将每个人与其所在地区、与整个国家联系起来，甚至连接至全球通信网。比如说，电脑和手机发出的信号聚集在本地通信运营商的基站和网络供应商，再通过海底光缆中的光纤传输至世界各地。

连接网络的各种设备我们平常所使用的各种设备都能联网。网络的出现，让我们的生活变得更加舒适便捷。

为什么需要光通信

光通信技术之所以重要，是因为它具有以下几个显著优点：

高速传输：光通信能够以接近光速的速度传输数据，这意味着信息可以在极短的时间内跨越长距离。

大容量：光纤可以同时传输大量数据流，这使得它能够处理当前互联网和通信网络中日益增长的数据需求。

低损耗：与传统的电缆相比，光纤在传输过程中的信号衰减更小，这允许信号在不增加中继器的情况下传输更远的距离。

抗干扰性强：光通信不易受到电磁干扰，这对于保持通信的稳定性和安全性至关重要。

经济节能：由于光纤传输的高效性，它可以在较低的能耗下实现远距离的数据传输。

1秒钟内的国内通信量

据总务省统计，1秒钟内的通信量高达812.9GB（约为21张存储容量4.7GB的DVD）。与三年前相比，通信量增加了3倍。我们平时使用手机、短信、接收图像、网络（虚拟）商店时进行信息交流。设备性能逐年改善，使用方法也随之改变。我们可以想象，今后的通信量还会不断增大。光通信技术就运用于信息交流中。

（摘自：总务省综合通信基盘局电气通信事业部数据通信科，2007年11月统计）

传输量

传输量通常指的是在单位时间内成功传输数据的数量。它可以用比特、字节或分组等单位来衡量。在计算机网络中，传输量与传输速率、带宽和信道容量等概念密切相关。传输速率指的是单位时间内传输的数据量，而带宽则是信道可以传输数据的能力。信道容量是指在特定的信噪比和带宽条件下，信道能够传输的最大数据量。
例如，如果一个网络连接的传输速率是100Mbps，那么在理想状态下，每秒可以传输100兆比特的数据。但实际的传输量可能会因为网络拥堵、信号质量、传输距离等因素而有所不同。传输量是评估网络性能和设备性能的一个重要指标。

光传输装置是做什么的呢

光通信网的关键部位装有光传输装置。这个装置发挥着许多作用。

光传输装置的主要作用是在发送方和接收方之间以光信号形态进行传输的技术。它通过将各种信号转换成光信号，并在光纤上传输这些信号。现代光传输装置通常包括以下几种设备：

光端机：可以同时将多个信号转变为光信号并传输出去。

光MODEM：用于调制和解调光信号。

光纤收发器：负责发送和接收光信号。

光交换机：用于路由光信号到正确的目的地。

PDH、SDH、PTN：这些是不同类型的光传输设备，用于同步传输信号。

光传输装置(例：FLASHWAVE 7500)

装置中安装了各种部件。

1.转换（发送信号）
将接收的电信号转换成光信号。

2.复用
复用多个信号同时发送。

3.中继
传输过程中，信号的波形和强度发生劣化，因此需要将波形复原到原信号那样整齐的波形，加大光强。
如果波形劣化严重，就需要暂时将光信号转换成电信号，波形错误修正后，重新转换成光信号进行传输。

4.转向
根据信号的去向，光开关切换光信号的传输方向。

5.解复用
将复用的信号分解成原来的单独信号。

6.转换（接收信号）
将接收的光信号转换成电信号。

通信方式（现在与将来）

下面通过汽车和车道来说明通信方式。假设汽车代表占有车道的时间（1区间）、货物代表每次搬运的信息量（比特数）、车道代表光的一个波长。

现在的通信速度：每波长传输10Gbps、40Gbps

・时分复用法（TDM: Time Division Multiplexing)

因为每次可以传输的信息有限，所以需要分时段传输。比如说，多个用户同时发送信息时，搬运信息的车道只有一条，因此装载不同信息包裹的货车需要排成一列进行搬运。车道出现堵塞时，传输速度就会变慢。

・波分复用法(WDM: Wavelength Division Multiplexing)

一次能传输的信息量较多，通过改变波长，可同时传输多位用户的信息。比如说，即使多位用户同时发送信息，只要分布着多条车道就不易造成堵塞，能够流畅地运送货物（比特数），而且传输速度比较平稳。

・多级调制法 (MM:Multi-level Modulation)

在1波长的1个区间传输多个信号的方法。通过改变光的波形，在同一波长上传输多位用户的信息。具有代表性的技术是四相差分相移键控调制法（DQPSK:Differential Quadrature Phase-Shift-Keying)。通常情况下，每辆货车装载的货物是1比特，但是，使用“DQPSK”时，每辆货车可装载2比特货物。

将来的通信速度：每波长传输100Gbps

100Gbps相当于约0.4秒传输一张DVD的速度。（假设换算成容量为4.7GB的DVD）

・偏振复用法(Polarization multiplexing)

光在振动的同时向前进。振动的方向叫做“偏波”，分成垂直振动前进的光（垂直偏波）和水平振动前进的光（水平偏波）两种。偏波中包含的信息不会互相干扰，可传输大量信息。比如说，1条车道上同时行驶着2辆货车，这2辆货车在传输信息时不会发生碰撞。

神通广大的光网络（实例介绍）

光纤遍布全世界，我们在各种场合都能获得高质量的服务。接下来介绍相关实例。

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审核编辑 黄宇