摘要：光纤是现代通信技术划时代的力作，推动了通信创业的不断发展。“超高速”“超大容量”“超长距离”是光纤技术发展的起点，也是这一技术探索中的重要导向。本文就光纤传输网络的发展的电光再生技术、光放大和色散管理技术、相关通信技术、空间复用技术进行分析，并就其中的空间复用技术的发展进行了展望。个人认为基于光放大的波分复用×空间复用矩阵上的拓展将是光纤通信扩容提速的重要解决路径。
关键词：光纤通信；技术；趋势；路径
光纤技术无疑是人类通讯史上划时代意义的发明。这一技术经过四十多年的发展，在传输速率、信息容量及传输距离层面不断地突破，推动的通讯的一次又一次升级与革命。相关资料显示，2019年，新建光缆线路长度434万公里，全国光缆线路总长度达4750万公里[1]。技术研究上的提速扩容的价值效益十分可观。本次研究中将从时间的维度，以20年为技术的分水岭，透过前20年光纤的发展历程来推断后20年光纤技术发展的趋势，并通过这一展望来实现对可行性路径的找寻。
1.光纤传输网络的发展
纤技术首次长距离传输应用可以追述到上世纪的70年代末。以GTE（通用电话和电子公司）、AT&T（美国电话电报公司）及英国邮局为代表的三大通讯巨头率先开始了通讯应用，通过对MMF（多模光纤）技术的使用，实现了长距离的电话信号传输。自此，人类的通讯正式步入了光纤时代。回顾光纤技术发展的40多年，其大致经历了四次主流技术的变革，也因此多数研究者将光纤的发展划分为电光再生技术、光放大和色散管理技术、相关通信技术、空间复用技术四个时代[2]。
光纤技术应用的初期，对于再生技术的依赖程度相对较大，在传输的过程中，每经过一段光纤就需要利用电学技术进行信号再生。收发器能够支持的比特率成为了决定光纤传输容量的重要卡口。而这一技术问题困扰了光纤通讯很长的一段时间，直到上世纪的90年代，随着EDFA技术的发明及WDM（基于光放大的波分复用）技术的出现才得到有效的扩容。
在上世纪的90年代，通用的光纤技术主要有SSMF（标准单模光纤）和DSF（色散位移光纤）两类。其中DSF应在传输距离和容量上的优势获得了规模化的部署，成为当时主流的商用光纤。而那时的研发者并未能充分地意识到DSF在固有色散等方面的劣势，其固有的低色散在波长间隔很窄的WDM 场景中将导致性能急剧恶化，这一技术应用中易发生FWM（四波混频）效应，进而导致功率波动。
2008年，WDM实验获得了巨大的成功，实验室状态下每通道的传输达到了100 Gbit/s ，同时在美国的坦帕和佛罗里达州迈阿密之间进行了应用。在长达500KM的实验线路上网络升级到单波长达到100 Gbit/s。这一技术的突破直接推动了数字相关技术的产生，从而开启了WDM系统的第三个时代[3]。
数字相干收发器能够使经过跨洋传输的色散得到无损地补偿。这一效果的达成主要得益于DSP（数字信号处理）技术的应用。在技术处理过程中对数字滤波器的性能及结构有着一定的要求。一些研究者将高速相干传输与无色散管理系统的电子预补偿直接检测进行的实验对比，发现使用更大的色散值能够使得进一步的优化。这就导致在后期的技术实施中，逐步剔除了其中的色散管理模块，而使用更大色散值的无色补偿链路。实测数据显示，这一部署方式能够有效地降低非线性的失真。
2光纤技术的未来研究方向
2.1接近香农极限
未来发展的第一个方向便是每个维度与香农极限（也称香农容量，指的是会随机发生误码的信道上进行无差错传输的最大传输速率）的无限接近。当期，空间复用技术的开发使得光纤急剧接近这一容量极限。新近的研究资料显示，通过提高信噪比来提升光纤传输容量的增益空间已十分狭窄，大致只有约10%的空间。如何通过有效的技术手段实现对容量危机的解决将成为未来“三超”光纤发展中的一个重要课题。
2.2超带宽传输
当前的研发状况开看，在传输容量提升的层面，通过扩大系统的带宽来实现系统容量的提升具有较高的可行性，预计可以实现传输容量提升月5倍左右。在超带宽传输方面，主要是从两个维度进行研发，其一为跨宽带窗口的低损耗光纤，这一技术着眼于海洋和DCL的场景应用。另一种主要是对光学放大器、激光器等整个系统组件的性能开发，这一技术主要着眼于对于陆干网及城域网的场景应用。从运营的角度而言，无论是租用光纤还是重新部署光纤其所带来的费用都是相对高昂的。因此，在未来增加可用频代带宽也将是一个有效的解决提速扩容的方向[4]。
2.3并行空间路径增加
基于上文的分析中，可以发现带宽的扩容限制虽从超带宽传输系统的优化等方面可以解决阶段性的提速问题，但就光纤技术的长远发展而言，空间并行性技术将是解决系统扩容问题的最佳选择。SDM（空间复用技术）即光纤技术发展的第四个阶段的突破将最终决定光纤这一经历了四十多年技术的通讯技术的最后高度。SDM技术的核心是实现对并行空间路径的增加，主要是通过基于光放大的波分复用×空间复用矩阵来实现对WDM的补充。
4结语
“三超”光纤是指“超高速”“超大容量”“超长距离”为主要技术指标的现代光纤技术。这是光纤技术发展的起点，也是光纤技术未来发展中所追求的极致方向。在未来的发展中，应逐步实现在基于光放大的波分复用×空间复用矩阵上的拓展，来实现对于光纤扩容。这将是未来光纤技术发展的一个核心技术突破点。就技术与社会经济发展的维度而言，我国作为光纤传输和使用总量双高的国家，光纤的扩容无论是对于通讯运营商，还是终端使用者都将是巨大的利好。因此，技术从业者应在对光纤技术总体趋势的预判当中，实现对自身研究方面的修正或补充，进而实现技术对经济社会发展的更优服务。
参考文献：
[1]于岩.通信技术在中小城市人防领域中的应用分析[J].通讯世界.2019,(7).24-32.
[2]罗洪叶,王佳尧.光纤通信芯片的工艺研究[J].无线互联科技.2019,(16).24-32.
[3]冯勇华,李响,曹权,等."三超"光纤通信系统技术发展与趋势展望[J].电信科学,2019,35(4):24-32.
[4]赵剑 臧明 徐丰.刍议光纤通信技术[J].科技创新与应用,2017,0(25)