光通信，到底強在哪？

光通信，是一種以光波作為信息載體的通信方式。它憑借強大的性能以及諸多的技術特性，已經成為現代信息社會的基石。

我們都知道光通信遠遠強于電通信，但到底強在哪里？為什么強？

今天通過這篇簡短的文章梳理一下。

▉優勢1：傳輸速率更高

速率帶寬是衡量通信技術優劣的最核心指標之一。在這個方面，光通信擁有顯著的優勢。

光通信為什么速度快？說白了，還是要從香農公式來看：

很容易可以看出，信道容量（吞吐量）和空間流數量、頻寬、信噪比有密切的關系。

先看頻寬。

光通信使用頻率極高的光波作為載體，其主要工作波長是1260nm~1625nm（納米），對應電磁波頻率范圍是184THz-238THz（1THz=10^12Hz）。例如常用的1550nm波長，頻率約為194THz。

相比之下，無線移動通信常用的電磁波頻率范圍是10KHz-300GHz。

電線電纜的傳輸頻率因類型不同而有所差異，一般范圍在數百kHz到數GHz之間。例如，雙絞線的傳輸頻率通常在數百kHz到數百MHz，同軸電纜在數百MHz到數GHz。

載波的頻率越高，其能夠使用的潛在帶寬就越寬。光通信所使用的光波頻率遠高于無線移動通信和電線電纜傳輸的頻率，因此它具備的潛在帶寬要大得多。

這就好比是一條更寬的高速公路，可以同時容納更多的車輛快速通行，從而大幅提升了信息傳輸的速率。

再來看空間流數量。

簡單來說，就是多創造幾條通道，增加并行能力。

光通信采用波分復用，在一個大的頻率范圍內，可以設置頻率間隔，劃分為多個信道。這相當于多路并行，可以N倍增加帶寬。

例如現在光通信領域常說的C+L波段，頻譜帶寬接近9.6THz，可以實現驚人的192個波長（信道），相當于192個并行車道。

無線移動通信也可以頻分復用，但頻寬有限，所以能劃分的車道也很有限。無線移動通信還可以多天線收發（MIMO），屬于空分復用。但基站側64收64發，終端不行，最多4T4R。所以，多天線適合基站1對多的通信架構，1對1的提升有限。

有線銅纜連接也是同樣的道理，頻率資源限制，相互之間很容易干擾。

最后是信噪比，這個待會再說。

基于頻率和空間流這兩個因素，光通信在傳輸速率（容量）上就已經構建了牢不可破的優勢。

▉優勢2：時延更低

這個很容易解釋，就看信號是不是跑得快。

光在光纖中的傳輸速度是每秒20萬公里，接近真空光速的2/3。

在有線金屬介質通信中，電信號的速度由導體周圍介質的磁導率和介電常數決定。在銅線中，這個速度約為光速的77%（每秒23萬公里）。

看上去兩者差不多。但是，光通信現在發展了空芯光纖，傳輸介質不再是玻璃纖維，而是空氣。這意味著，光在空芯光纖中的傳輸速度基本等于光速，也就是每秒30萬公里。

空芯光纖模型

當然了，時延除了介質傳播時延，還要看設備處理時延。設備處理時延要看設備的具體性能。光通信在設備側也有很多光電轉換，主要處理也是電信號。

▉優勢3：功耗更低

功耗也是光通信的一個特別重要的優勢，可以說僅次于帶寬。

電通信以電子為載體，依賴銅等金屬，存在電阻效應（克服電阻做功），導致發熱（能量損耗）。

而光信號傳輸時，主要依賴全反射，沒有電阻熱損耗。光交換僅在狀態切換時消耗能量，一旦光路建立，信號通過幾乎不產生額外功耗，實現了“位速率透明”。

所以，光通信的功耗要遠遠小于電通信。光交換技術的能耗水平大約是傳統電分組交換的1%。

光纖傳輸的極低損耗，在長距離傳輸中優勢巨大。例如，光纖的無中繼傳輸距離可達上百公里，而電纜通常僅為幾十到一百米左右。

這意味著，在長途通信中，電通信需要大量中繼放大器來補償信號衰減，每個中繼站都需要供電。而光通信則可以大幅減少中繼器的數量，從而節省大量能源和成本。

簡單來說，功耗低，就是省電。省電，就是省錢。

▉優勢4：抗干擾能力更強

光纖，本質上就是一個石英玻璃（絕緣體）管道，是一個約束光信號的封閉空間。光信號在光纖中傳輸，不會受到外界電磁干擾的影響。

相比之下，電信號在金屬導線中如同“裸奔”，很容易受到干擾導致信號失真。（例如，強弱電施工時，網線就需要和強電電線保持一定距離。在戶外，也要通信電纜也要遠離高壓電。現在的很多家庭載波通信設備，例如電力貓，就會容易因為干擾而無法達到理想效果。）

電信號為了抗干擾，需要額外功率補償，也會增加能耗。

低損耗和強抗干擾能力，共同保障了光通信鏈路能夠維持很高的信噪比（S/N）。基于剛才的香農公式，信噪比越高，信道容量越大。

▉優勢5：成本更低

剛才其實已經提到了成本。為了對抗高功耗和外部干擾，電通信會付出更大的成本代價。

在傳輸介質本身的成本上，光纖也優勢明顯。

光纖的主要材料是來源豐富的二氧化硅（沙子），價格低、纖徑細、重量輕。而電纜需要大量金屬銅，價格貴、重量大、體積大，其開采、冶煉和運輸會帶來更高的能耗和成本。

▉優勢6：保密性高

光信號束縛在纖芯中傳輸，沒有電磁信號輻射，不容易被竊聽。

金屬導體可能因電磁輻射導致信息泄露。

好了，光通信的優勢，大概就是這些。

隨著數智化轉型的不斷加速，尤其是AI人工智能浪潮的深入普及，整個社會對通信網絡的能力會提出更高的要求。光通信作為現代通信領域的佼佼者，憑借其以上提到的諸多優勢，無疑將在構建未來智能社會的過程中發揮更關鍵的作用。