光通信系统与光网络的区别及联系

往期发布的文章中，笔者分享了不少涉及光通信系统和光网络的文章，最近有部分读者（尤其是一些正准备进行相关研究的科研工作者）跟笔者交流：光通信系统与光网络有什么区别？二者有什么联系？

说实话，二者虽然不同但区别不大（内涵差不多，外延区别有点大），为和大家开展有益交流，本期就来阐述一下。

首先，讲一句题外话，物理先辈们曾告诉我们，光有波粒二象性，那么光通信系统和光网络中承载的光子信息体现出来的特性也有二象性（如下图所示），所以光通信系统与光网络都值得我们去搞清楚~

图1. 光的波粒二象性

在谈该问题之前，我们先来了解一下什么是光通信系统，什么是光网络；二者不说明，确实容易混淆。

光通信系统是采用光波高速传输信息的系统；通常由电信号端机（含收发模块），光信号端机（含收发模块），光传输信道（大多数情况下用各类光纤、少数情况下用室内外大气或外层自由空间信道）等组成（实验室中的光通信系统如下图所示）。

图2 实验室中的光通信系统

光网络是采用光波高速处理信息的网络，并采用更多的光电子器件、设备及应用更多的控制方式实现多节点、多系统中高速信息的传输、宽带信息的交换和多类信息的灵活接入（往往采用跟光通信系统同样的光传输信道，常用的电信级光网络如下图所示）。

图3 常用的电信级光网络

依据上文，大家不难看出两者的共性：1、都采用物理光波，具备高速特性；2、都采用必备的光电子器件、线材及设备，广义上具备光、电信号的融合性；3、都采用光传输信道（大多数情况下用各类光纤，如下图所示），具备信道的同质性和复用性。

图4 常见的各类光纤信道

同样依据上面的简述，我们也会产生这样的疑惑：1、从应用范畴上来讲，光网络是否涵盖光通信系统？2、从二者的应用模式来看，光通信系统似乎更聚焦于实现光信息的高速传输，光网络则同时聚焦于实现高速信息的传输、宽带信息的交换和多类信息的灵活接入？3、光网络似乎要解决的技术问题更多？

而上述问题，恰恰体现了二者的区别和联系；笔者逐一跟大家交流。

首先，光通信系统一般涉及两个节点（一个信源+一个信宿）间的光信息传递，在信源和信宿间有调制器（发送机）、信道（各类光纤或自由空间信道）、解调器（接收机）；其研究或应用一般限于物理层（最多至数据链路层）。光网络则涉及用户端机或路由器的节点间（这里的节点包含边缘节点（一般靠近用户端机侧）和网络中的核心节点（含入口、出口和中间路由器））的信息传递，其中边缘节点起到信息收发作用，核心节点起到信息路由交换作用；通常物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层都需要考虑，要解决信道共享、资源分配、路由选择、流量工程、差错控制、QoS等等一系列技术问题。所以，狭义上而言，光网络是涵盖光通信系统的。

其次，光通信系统实现光信息从一个信源到一个信宿的高速传输，也就是说实现的是“单点到单点“的传输，必然导致其研究或应用主要是面向传输机制的（但并不是说不需要交换机制和接入机制，只是说传输机制是主导性机制）；而光网络实现光信息从多个信源到多个信宿的高速传输，也就是说实现的是”多点到多点“的传输，而因为涉及的收发节点多，且接入的业务类型也杂，所以必然导致其研究或应用是兼顾高速信息传输、宽带信息交换和多类信息灵活接入三大主题。

最后要说的是，因为光网络在一般情形下会面向多个节点实现光信息的高速传输、宽带交换和灵活接入，所以要解决的技术问题常常更多；在如下特殊情形下，例如某个光网络的通信容量还不如某个光通信系统的大，或者某个光网络的通信速率还不如某个光通信系统的高，那么光通信系统就要解决更多传输领域的技术问题（此时交换问题和接入问题就显得不那么重要了）。

综上所述，虽然搞清楚光通信系统和光网络的区别和联系有一定意义，但笔者还是建议不要将二者孤立化，还是需要有机统一起来，毕竟无论是光通信系统还是光网络，它们在广义上都是统一的，二者存在之目的都是为了满足人类在广域网、城域网和接入网多类业务的通信需求，二者发展之目标都是为了更高速率的信息传输、更大容量的信息交换和更灵活的宽带接入得以实现。

以上内容供大家比较学习和进行研究工作时参考，本来还有许多要讲的，例如“光通信系统或光网络发展的终极目标是什么“等，留待以后有机会再与大家分享所思所得，读者也完全可以自己查阅文献，兼虑时间有限，谢谢大家理解，今后继续….

光纤传输与无线传输有什么不同？

单模光纤因为衰减小而具有更大的容量，但是它的生产要比多模光纤昂贵。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，它必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出，光纤两端接到光学接口上。

按照传统通信系统模型来看，它的基本框架是：信源-发送器-传输系统-接收器-信宿。传输系统(信道)，也就是我们所说的传输媒体所构成的系统模型。 由于信号在信道中的传输是单向性的，而且会受到噪声的影响与干扰，所以，恰当选择传输媒体，对提高信号传输的性能，即可靠性和有效性，有着极其重要的意义。通信质量取决于信号的特性和传输媒体的性质，关键就是能否匹配好信号频谱特性和信道传输特性。传输媒体从狭义上来说，指的是发送器与接收器之间的传输系统，它针对的是信号;从广义上来说，指的是信源和信宿之间的系统，它针对的是信息。

我们将传输媒体分为导向和非导向两种，二者的区别分别为受制于媒体自身特性和受制于信号本身。 导向与非导向也就是我们常说的有线通信和无线通信。有线通信分为双绞线、同轴电缆、架空明线和光纤四类。光导纤维，也就是光纤，是一种能够传导光信号的极细(50μm～100μm)而柔软的介质。

光纤的横截面为圆形，从外到内由三部分组成：外壳、包层、纤芯。三者的光学性能不同：纤芯常由二氧化硅构成，为光通路。包层由多层反射玻璃纤维构成，目的是将光线反射到纤芯上。从传输点模数来分，光纤可以分为单模和多模两种传输方式，单模提供单条光通路;多模光纤，即发散为多路光波，每一路光波走一条通路。单模光纤因为衰减小而具有更大的容量，但是它的生产要比多模光纤昂贵。光纤在任何时间都只能单向传输，因此，要实行双向通信，它必须成对出现，一个用于输入，一个用于输出，光纤两端接到光学接口上。

光纤有四大显著优点：

一、带宽大，容量大。 现在，光纤已基本实现工程实用化，不仅能满足电话、数据、文字、图像等综合业务信息的传输需求，而且也适应将来信息化社会的发展。比起其它有线传输方式来说，光纤是目前性能最良好的传输介质，通过频分，时分和波分复用，它将会越来越多的应用在日常生活中。

二、损耗小，中继距离长。 光纤传输损耗不会随频率和温度改变而改变，所以光纤的安装不需要严格的稳定;而其中继距离长的性能，就可使其应用于海底光缆通信和国防长途通信，这对解决海底通信有着重要的意义。

三、抗干扰性好。 光纤是绝缘材料，只能导光而不能导电，所以光纤不受电磁干扰，因此，其既可以防止电磁波辐射而受到窃听，又可以防止外部干扰信号的影响，这对提高现代通信的安全性和保密性有极重要的作用。

四、体积小，质量轻。 由于光纤可进行复用，容量又大，只需要极小极细的光纤就可以传输大量信号，也就降低了运输和搭建等成本。

与有线通信相对的就是无限通信，包括无线电波通信，红外通信和微波通信三种。由于它们都是沿直线传播的，都需要在发送方面和接受方面有一条视线通路，所以也称它们为视线媒体。无线电波具有全向性，频率较小;红外线频率最小，常用于与温度有关的事物的探测;微波的频率介于二者间，其具有定向性，主要利用的是它会穿透电离层而进入宇宙空间的特性。现在微波应用最广，主要分为两种类型，即地面微波接力通信和卫星通信。由于微波在空间中是以直线传播的，而地球表面是曲面，所以其在地面的传播距离受到限制。为了增加传输距离，就增大天线塔的高度，塔越高，传输距离越远。

地面微波通信有以下主要特点：频率高，带宽大，传输距离远，抗干扰能力强，可靠性高。但正由于其频率高的特性，所以在相邻站点间不能有障碍物，而且容易受到天气的影响而造成失真。卫星通信和地面微波通信的原理类似，其实质是利用位于36000km高空的人造同步地球卫星作为中继的一种微波接力通信。采用三个适当配置的卫星，就可以覆盖全球除两级音区以外的所有地方。卫星通信最大的优点就是通信为面覆盖式的，同步卫星发射的电磁波能辐射到地球的三分之一的区域，因而便于实现多址和移动通信，也便于组成通信网。因此，其广泛应用于传输多路长距离电话、电报、电视等业务，我们在不同的地域，也可以欣赏到其他地区的现场直播。然而，它也有它的缺点，那就是它的延时太大。无论地面上两站的距离有多远，从发射器通过卫星转载到接收器的延时有270us，这相对于其他无线通信要长得多，也正因为如此，卫星通信的保密性也较差。

通过有线通信的代表——光纤与无线通信的代表——微波的对比，我们可以看出二者各有自己的优缺点。光纤受制于媒体自身的特性，它要求信号与信道的匹配，是路的概念;而无线通信它凭借的是信号自身的特性，是一种场的概念。这是它们的外观上最基本的差别。随着经济的高速发展，对传输介质的研究也越来越深刻。光纤可以高速、准确的传输信号，而且质量轻、易搭建、造价低，但是正是由于它的这些优点，它也有很大的缺点，那就是不一定能满足构建要求。例如当通信线路要通过某些建筑物、山体、施工挖掘、电缆铺设等工程时，只能绕行，这样既费时又费力，所以，光纤需要自由空间来施展自己的才能。而无线通信就掩盖了这个缺点，它通过选择不同的波来作为载体，可以通过不同的障碍物而自由传输。可是，卫星通信也有很大的缺点。它不是靠实在的介质来传输信号，这样就会有可能产生误差。例如在微波通信中，有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差异的路径到达天线，因而造成失真;在传输过程中，也会相对有线传输受到更大的天气等环境因素的干扰。

那么，如何选择传输信号方式呢?例如：当要建设一栋办公楼时，我们就要选择网络的覆盖方式，是选择铺设高速、轻巧的光纤，还是选择无线网络覆盖：如果我们是定点办公的话，那么我们当然是选择光纤，因为它传输速率极高，稳定;如果需要移动办公的话，那就选择无线通信，这样可以随时随地上网不用受到地点限制，可是这样的话网络就不太稳定。如果选择海底与陆地间通信方式，我们一般选择光纤，虽然这样铺设会需要大量材料，信号会有极大时间的延迟，需要大量人力、物力，可是若选择无线通信的话，由于海水阻力极大，信号会有很大的衰减，导致传输距离极短……频恒通讯技术专家建议，应当按需选择，因地制宜。

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