光通信技术

（一）用于通信的光

人们用光能看见东西，通信的开始是靠姿势或手势向对方传达意思的，之后靠烽火，旗舰的旗及旗语的通信也日益增多，靠自然界的光通信必然会受到信息量与传送距离的限制。

1876年，格雷厄姆发明了电话机，1896年，马可尼发明了无线电通信，100年后完成了以电为基础的现代化通信系统。20世纪的后半叶，人们掌握 T在自然界不存在的相干的光，进而想出传导光的光纤维结构，从而给通信技术带来巨大变革，从太古利用自然界的光通信经过电气通信，今天又回到了光通信的时代。

太古的光通信，现在的电气通信及高科技的光通信都是电磁波的一类。频率1 MH_z＞波长约300 m的中波无线的可用于调幅收音机；频率100 MH_z、波长约3 m的超短波可用于VHF频带电视机。如果把频率继续提高就是高超短波或微波，这时指的是红外线、可视光、紫外线及X射线。

太古时代的光通信。频率1 PH_z、波长是数的可视光；但利用高科技的光通信：频率300 TH_z、波长是约1 μm的近红外线。这是比可视光稍微频率低的波，严格地说来，这是人们看不见的光。

由于在用高科技的光通信中的波频率极高，仅一波就能发送非常大量的信息量，如在VHF频带的电视机，载波100 MH_z就能发送相当于拥有6 MH_z频带的映像一个通道的情报量，即其发送波的调制度达6%。因光通信的发送波为300 TH_z，假定调制度为6%时，18 TH_z就等于能发送18000 GH_z的巨大信息量。

（二）光通信技术带来的传送性能的革新

60年代后半期被发现的光纤维的传送损失，在约10年间竟达到0.2 db/km的理论界限。光纤维的传送损失到了70年代后半期起达到理论界限，从此就开始研究开发光通信的系统化问题。但每当要扩大传送容量及延长传送距离时，还要克服新出现的杂音。为此，把纤维的结构从多波型纤维改为单波型，把使用波长从1.3 μm改为1.55 μm。进而又运用相干的光技术及光增幅技术等后，完成了可达到10 Gb/s，传送距离1000 km的光传送系统。

如果以传送容量的平方根与其传送距离之积，即以×km来表示传送功能时，从70年代后半期到现在的约20年间，传送功能已提高了1000倍。现在有关科研所都在为进一步提高传送功能而在开发光通信技术。迄今，为止的通信技术基本上使用的光波长数几乎都是一波的，但光波通信是以最大限度地提高光频率的准确度，从而达到彻底利用光波性质的技术之目的，例如在1.55 μm频带运用100波或1000波的技术。

一旦到了这种状况，光通信将同现在的无线电通信一样，这光频率用于这种用途，那种光频率可用于那种用途。这时的用户就像转电视机的调谐器那样选择光波道来取得信息或映像。然而，光通信还有优于无线电通信之处，如把通信可塞进于光纤维这种封闭的空间里，再说光频率很高，可传送大量信息量。由此可见，只要各人都拥有一支光导纤维，或许实现把在无线空间中飞来飞去的几乎全部信息量传送给每个人已不再是梦想了。

（三）光存取技术

各都市都力争在中继站大量引进光通信系统，以此形成互联并谋求达到大容量远距离传送。然而在都市内连结用户与服务点之间的通路系统用的现在仍然都是金属电缆。当然现在的电话服务网使用金属电缆已经够用，但如果今后又要加上映像服务项目或计算机通信服务业务时，金属电缆的传送容量就显得很不够。

这就需要存取系统实现存取网的光化体系，面向多媒体时代，同设立中继站一样，对存取系统要求把传送的信息量大量增加。再说存取系统还要把分散在都市内的几万至几十万用户与服务点互联，为提高其收容率，还要向不在于中继站范围内的零散用户提供服务。

要扩大用户信息量与提高收容率，系统结构的技术也从单星形→有源双星形→无源双星形在变迁。

单星形结构的优点是能把光纤维延伸到用户住宅，并能确保提供大量信息，缺点是因为用户都必须拥有收发两用电路，以致其收容效率受到一定的限制。有源双星形结构的优点是对用户的信息能以多路进行光传送，其收容效率较好，缺点是由于末端线路用的是金属线，其信息量也受到限制。无源双星形结构的优点是能把光纤维延伸到用户住宅，向用户可提供多路的信息传送，其收容效率好，而且由于无源双星形结构是分路结构，所以在映像分配等方面具有亲和性。

光计测技术

（一）光传感技术

光通信系统一直都以中继站为轴开展，所以在其两端设置光源而进行收发信息，即大都使用对称形系统结构。但最近仅在一端设置光源而在相对的另一端放置光传感器传送信息，即正在研究非对称形的系统结构。例如在难于取得电源的山顶接收电视电波，以这微弱电场对从山脚来的光进行调制并再送往山脚检波，这种方式的检波实验结果已有报告。把电波、音响、电压等信息利用光传感的技术取得了进展，预料今后这种非对称形的光通信系统将会出现。

（二）光频率的测定技术

因在光波通信系统中大部分用光频率，最受人们关注的是光频率的稳定性问题。为此，利用原子的光吸收线对氪（kr）、乙炔（C₂H₂）、氰基（HCN）及（Rb）等的分子稳定化做实验的人多起来。现在有报告说，在波长1.5 μm频带已取得10^-9（约200 KH_z）以下的稳定度实验数据。今后要进一步提高稳定度或准确度的同时，对光基准频率的分配法的议论将是百花齐放。

（三）光通信系统的监视技术

为使光通信系统经常能维持在良好状态，有必要经常计测所用的光纤维的状态。由于从一端测定简便，一般用的是OTDR法。这方法是这样，发射同从测定一端发射的通信波长不同的短脉冲在脉冲通过光纤维过程中，因散乱等原因而被送回后方，测定这些脉冲的大小及延误时间来判定出毛病的程度与出毛病的位置。

如果缩小被发射的脉冲宽度，就必须提高测定的灵敏度，这将使得出毛病的位置测得更准确。如果继续这样测定下去，就出毛病的时间经过更有把握，而且还能预测到损失劣化以及机械方面的歪斜变化等情况。

（四）光通信系统的设计准确度

光通信系统同使用金属的通信系统不同，其通信媒体的平均单位距离的传送损失约为1/10，因传送损失小，具有能把宽频带的大量信息传送到远处的特点。有线通信系统的单位距离的平均的线路传送损失可用db/km表示，即传送损失的倒数可决定其传送距离。当db/km接近于零时，由媒体的传送损失之误差而造成的传送距离之变化将是巨大的。如假定系统收益为30 db时，在传送损失10 db/km的金属系统中，0.1 db/km的误差只不过会造成传送距离30 m之变化而已，但在传送损失1 db/km的光系统中，由0.1 db/km的误差将会造成传送距离3 km的变化。

由于有关线路损失的传送距离敏感度将是（传送损失）^-2的函数，所以光系统与金属系统相比，大体上具有100倍之敏感度。

数字情报处理技术

（一）ATM技术

因仅是电话的通信只处理单一的信息，不会引起混乱，但到了多媒体业务时代就有必要去处理大大小小的信息。在电话网只能处理大小一定的书信，但在多媒体网就有必要去处理书信、照片、录像磁带、杂志及广告等各种大小的信息。

为此而出现的就是ATM技术，ATM是把各种大小的信息划分为叫做网眼的基本信息单位，并把信息的大小换算为有多少网眼的方法。从表面上看，这与现行的一样似乎在网内处理单一信息，但从原理方面看，这是分组通信，同计算机通信的亲和性高，是未来多媒体通信时代的宠儿。

（二）超高速计算机技术

1991年，为保持美国的经济实力和技术力量而发表HPCC计划，是以具有兆兆（10¹²）位运算能力的下一代计算机与具有千兆位（10⁹）比特的下一代通信网为旗手的庞大工程，兆兆位运算争取其运算处理能力达到现在的1000倍，千兆位比特争取把现在的通信能力提高100倍。

在多媒体时代，离开了计算机就寸步难行，只有通信技术与计算机技术融合在一起时，才能真正地理解多媒体究竟是什么东西。依映像系统的处理能力为例来说，原有电视机的扫描线约500条、高清晰度电视机的高精细图像的扫描线约1000条，未来想象中的超高密度电视机的超高精细图像的扫描线将达到约2000条。

今后也有必要引进及加工处理一些应用软件的交互图像。在高度化通信网的运筹方面，为使信息处理机与软件能同步提高，现在积极地研究开发与目标相一致的总体结构以及能适合于各种因素的总体结构。

多媒体与光通信网

光通信系统拥有宽频带的传送波段，对各种复数信息能加以归纳与传送，但这还不是多媒体的全部含义。驱使高速演算能力检索各种信息，并同其它信息组合起来加以传送，这同样也不是多媒体的全部工作。

光通信技术、光计测技术及数字信息处理技术都是各自独立发展起来的，只有把这些不同性质的技术融合起来成立的新技术体系才是多媒体的本质，要到这步还要走较长一段路。多媒体通信网的必须条件是要具有向用户提供各种大小信息服务的通路。还要具有能把大小信息在一起的混合处理，时时刻刻飞来的信息与积蓄的信息混合处理，在生活圈内的接线形网的服务等能力。

光通信、光计测及数字信息处理都是技术，但多媒体是商品，不过在它的后面却有严密的理论与计算在支撑着。创造多媒体并为之探索其所必要的技术仍是技术人员之梦，对于技术人员而言，这也是极为难得的机会。

［计量与控制，（日），1996年1月号］