光通信，到底强在哪？

光通信，是一种以光波作为信息载体的通信方式。它凭借强大的性能以及诸多的技术特性，已经成为现代信息社会的基石。

我们都知道光通信远远强于电通信，但到底强在哪里？为什么强？

今天通过这篇简短的文章梳理一下。

▉优势1：传输速率更高

速率带宽是衡量通信技术优劣的最核心指标之一。在这个方面，光通信拥有显著的优势。

光通信为什么速度快？说白了，还是要从香农公式来看：

香农公式

很容易可以看出，信道容量（吞吐量）和空间流数量、频宽、信噪比有密切的关系。

先看频宽。

光通信使用频率极高的光波作为载体，其主要工作波长是1260nm~1625nm（纳米），对应电磁波频率范围是184THz-238THz（1THz=10^12Hz）。例如常用的1550nm波长，频率约为194THz。

相比之下，无线移动通信常用的电磁波频率范围是10KHz-300GHz。

电线电缆的传输频率因类型不同而有所差异，一般范围在数百kHz到数GHz之间。例如，双绞线的传输频率通常在数百kHz到数百MHz，同轴电缆在数百MHz到数GHz。

不同通信方式的工作频率

载波的频率越高，其能够使用的潜在带宽就越宽。光通信所使用的光波频率远高于无线移动通信和电线电缆传输的频率，因此它具备的潜在带宽要大得多。

这就好比是一条更宽的高速公路，可以同时容纳更多的车辆快速通行，从而大幅提升了信息传输的速率。

再来看空间流数量。

简单来说，就是多创造几条通道，增加并行能力。

光通信采用波分复用，在一个大的频率范围内，可以设置频率间隔，划分为多个信道。这相当于多路并行，可以N倍增加带宽。

例如现在光通信领域常说的C+L波段，频谱带宽接近9.6THz，可以实现惊人的192个波长（信道），相当于192个并行车道。

C+L波段示意图

无线移动通信也可以频分复用，但频宽有限，所以能划分的车道也很有限。无线移动通信还可以多天线收发（MIMO），属于空分复用。但基站侧64收64发，终端不行，最多4T4R。所以，多天线适合基站1对多的通信架构，1对1的提升有限。

有线铜缆连接也是同样的道理，频率资源限制，相互之间很容易干扰。

最后是信噪比，这个待会再说。

基于频率和空间流这两个因素，光通信在传输速率（容量）上就已经构建了牢不可破的优势。

▉优势2：时延更低

这个很容易解释，就看信号是不是跑得快。

光在光纤中的传输速度是每秒20万公里，接近真空光速的2/3。

在有线金属介质通信中，电信号的速度由导体周围介质的磁导率和介电常数决定。在铜线中，这个速度约为光速的77%（每秒23万公里）。

看上去两者差不多。但是，光通信现在发展了空芯光纤，传输介质不再是玻璃纤维，而是空气。这意味着，光在空芯光纤中的传输速度基本等于光速，也就是每秒30万公里。

空芯光纤模型

当然了，时延除了介质传播时延，还要看设备处理时延。设备处理时延要看设备的具体性能。光通信在设备侧也有很多光电转换，主要处理也是电信号。

▉优势3：功耗更低

功耗也是光通信的一个特别重要的优势，可以说仅次于带宽。

电通信以电子为载体，依赖铜等金属，存在电阻效应（克服电阻做功），导致发热（能量损耗）。

而光信号传输时，主要依赖全反射，没有电阻热损耗。光交换仅在状态切换时消耗能量，一旦光路建立，信号通过几乎不产生额外功耗，实现了“位速率透明”。

所以，光通信的功耗要远远小于电通信。光交换技术的能耗水平大约是传统电分组交换的1%。

光纤传输的极低损耗，在长距离传输中优势巨大。例如，光纤的无中继传输距离可达上百公里，而电缆通常仅为几十到一百米左右。

这意味着，在长途通信中，电通信需要大量中继放大器来补偿信号衰减，每个中继站都需要供电。而光通信则可以大幅减少中继器的数量，从而节省大量能源和成本。

简单来说，功耗低，就是省电。省电，就是省钱。

▉优势4：抗干扰能力更强

光纤，本质上就是一个石英玻璃（绝缘体）管道，是一个约束光信号的封闭空间。光信号在光纤中传输，不会受到外界电磁干扰的影响。

相比之下，电信号在金属导线中如同“裸奔”，很容易受到干扰导致信号失真。（例如，强弱电施工时，网线就需要和强电电线保持一定距离。在户外，也要通信电缆也要远离高压电。现在的很多家庭载波通信设备，例如电力猫，就会容易因为干扰而无法达到理想效果。）

电信号为了抗干扰，需要额外功率补偿，也会增加能耗。

低损耗和强抗干扰能力，共同保障了光通信链路能够维持很高的信噪比（S/N）。基于刚才的香农公式，信噪比越高，信道容量越大。

▉优势5：成本更低

刚才其实已经提到了成本。为了对抗高功耗和外部干扰，电通信会付出更大的成本代价。

在传输介质本身的成本上，光纤也优势明显。

光纤的主要材料是来源丰富的二氧化硅（沙子），价格低、纤径细、重量轻。而电缆需要大量金属铜，价格贵、重量大、体积大，其开采、冶炼和运输会带来更高的能耗和成本。

▉优势6：保密性高

光信号束缚在纤芯中传输，没有电磁信号辐射，不容易被窃听。

金属导体可能因电磁辐射导致信息泄露。

好了，光通信的优势，大概就是这些。

随着数智化转型的不断加速，尤其是AI人工智能浪潮的深入普及，整个社会对通信网络的能力会提出更高的要求。光通信作为现代通信领域的佼佼者，凭借其以上提到的诸多优势，无疑将在构建未来智能社会的过程中发挥更关键的作用。

来源：鲜枣课堂

编辑：叉叉

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