光通信领域五个热点技术

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1、光通信领域五个热点技术随着IP业务持续的指数级增长、电信管制体制的改革以及电信市场的逐步全面开放；光通信将逐步取代传 统的交换、传输、接入技术，最终实现全光联网。本文围绕光通信领域的五个发展热点一超高速传输系统 光传送联网技术、新一代的光纤、IP over Opticall以及光接入网技术；阐述了它们在国外的研究和商用现状； 指出中国在光通信方面的研究计划和发展方向。向超高速系统发展目前基于电的时分复用光传输商用系统 已从45Mbit / s增加到10Gbit / s；速率在2O年时间里增加了 2000倍。10Gbit / s系统已开始在北美、欧 洲、日本和澳大利亚大批量装备和应用。我国也将在

2、近期开始现场试验。需要注意的是;10Gbit / S系统对 于光缆极化模色散比较敏感；而已经敷设的光缆并不一定都能满足开通和使用 10Gbit/ S 系统的要求；需 要实际测试验证合格后才能安装开通。在理论上,上述基于时分复用的高速系统的速率还有望进一步提高，例如在实验室传输速率已能达到4OGbit /s,采用色度色散和极化模色散补偿以及伪三进制；（即双二进制）编码后已能传输100公里。然而，采 用电的时分复用来提高传输容量的作法已经接近硅和镓砷技术的权限,此外,电的 40Gbit/ s 或更高速率 的时分复用系统在性能价格比上以及在实用中是否能成功还是个未知数,因而更现实的出路是转向光的复

3、用方式。光复用方式有光时分复用、波分复用（WDM）、频分复用等几种；但目前只有波分复用方式已进 入大规模商用阶段；而其他方式尚处于试验研究阶段。向超大容量波分复用系统的演讲采用电的时分复用 系统的扩容潜力已尽；然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1 %； 99%的资源尚待发掘。如果 将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一根光纤上传送；则可以大大增加光纤的信息传输容量；这就 是波分复用（WDM ）的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是：* 充分利用光纤的巨大带宽资源；使传输容量可以迅速扩大几倍至上百倍；* 在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器；大大降低传输成本；* 与信号速率

4、及电调制方式无关；是引入宽带新业务的方便手段；*利用WDM选路实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性 的光层传送联网。鉴于上述应用上的巨大好处以及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动,波分复用系统发展十分迅速, 实用化系统的最大容量已达400Gbit / s（40 x10Gbit / s）,实验室的最高水平则已达到2.6Tb / S（132 x20Gbit / s）。预计不久实用化系统的容量即可达到1Tb / s的水平。可以认为近2年来超大容量密集波分复 用系统的发展是光纤通信发展史上的又一次划时代的里程碑。 WDM 不仅经济地解决了容量问题,而且也 刺激了大量新业务和新业务量的

5、产生。我国也在国家863高科技计划中安排了 16x10Gb/s的WDM系统 研制项目。实现光传送联网实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量；但基本上是以点到点通 信为基础的系统；灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交 叉连接功能的话；无疑将增加新一层的光联网威力。根据这一基本思路；光的分插复用器（OADM）和交 叉连接设备（OXC）均已在实验室研制成功；前者已投入商用。 实现光传送联网的基本目的有五点：实现超大容量光网络；实现网络的可扩展性；实现网络可重构性；达 到灵活重组网络的目的；实现网络的透明性；允许互连任何系统和不同制式的信号；实现快速网

6、络恢复, 恢复时间可达100ms,对绝大多数业务无损伤。近来；为了进一步实现光层监控和增强光层性能；ITU-T 正在研究光层上附加光开销和数字封装器（digital wrapper）的问题。付出的代价是需要重新组帧和新增大 约7%的比特率；带来的好处是彻底解决了光展监控问题并能使光通路居的信噪比改进5-7dB之多。 鉴于光传送联网具有上述潜在的巨大优势；发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研,特别是美 国国防部预研局（DARPA）资助了一系列光联网项目；诸如以Bellcore为主开发的“光网技术合作计划 （ONTC） ”；以朗讯公司为主开发的“全光通信网”预研计划；步波长光网络（MONE

7、T） ”、和“国家透明光网络（NTON） ”等等。在欧洲和日本，也分别有类似的光传送联网项目在进行。我国也在国家863 高科技计划中安排了一个跨主题的中国高速信息示范网项目；其物理层采用了 OXC和OADM。显然，光 传送联网已经成为继SDH电联网以后的又一次新的世界性光通信发展高潮。其标准化工作将于2000年基 本完成，设备的商用化时间大约将在2000年左右。预计几年后，OADM和OXC的市场将会逐渐超过点到 点的 WDM 系统。新一代的光纤适应高速长距离传输构筑巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物 理基础。传统的 G.652 单模光纤在适应上述超高速长距离传输网络的发展需要方面已露出

8、力不从心的态势； 开发新型光纤成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前, 为了适应干线网和城域网的发展需要； 出现了两种新型光纤；即非零色散光纤（G655光纤）和无水吸收峰光纤（全波光纤）。用于干线传输的新一代非零色散光纤非零色散 光纤（G.655光纤）的基本设计思想是在1550nm窗口工作波长区具有合理的较低的色散，足以支持10Gbit S 的长距离传输而无需色散补偿；从而节省了色散补偿器及其附加光放大器的成本；同时；其色散值又 保持非零特性，具有起码的最小数值（例如2ps/（um.km）以上）；足以压制四波混合和交叉相位调制等非 线性影响，适宜开通具有足够多波长的DWDM系统；同时满

9、足TDM和DWDM两种发展方向的需要。为 了达到上述目的；可以将零色散点移向短波长则通常15101520um范围）或长波长侧（1570nm附近），使 之在1550nm附近的工作波长区呈现一定大小的色散值以满足上述要求。典型G.655光纤在1550nm波长区的色散值为G.652 光纤的1/6l/7；因此色散补偿距离也大致为G.652光纤的6-7倍；色散补偿成科包括光放大器，色散 补偿器和安装调试）远低于 G.652 光纤。用于城域网多业务环境的全波光纤与长途网相比；城域网面临更加 复杂多变的业务环境，要直接支持大用户；因而需要频。繁的业务量疏导和带宽管理能力。但传输距离却 短得多，通常只有50-

10、 80km；因而很少应用光纤放大器，光纤色散也不是问题。显然，怎样才能最经济有 效地使业务量上下光纤成为至关重要的网络设计因素。采用具有数十乃至数百个复用波长的高密集波分复用技术 将是一项很有前途的解决方案。此时，可以将各种不同速率和性质的业务量分配给不同的波长，在光路上 进行业务量的选路和分插。在这类应用中，开发具有尽可能宽的可用波段的光纤成为关键。目前影响可用 波段的主要因素是 1385nm 附近的水吸收峰；因而若能设法消除这一水峰，则光纤的可用频谱可望大大扩展。 全波光纤就是在这种形势下诞生的。全波光纤采用了一种全新的生产工艺；几乎可以完全消除由水峰引起 的衰减。除了没有水峰以外，全波光

11、纤与普通的标准G.652匹配包层光纤一样。然而，由于没有了水峰， 光纤可以开放第5个低损窗口；从而带来一系列好处：*可用波长范围增加100nm，使光纤的全部可用波长范围从大约200nm增加到300nm，可复用的波长数大大增加；*由于上述波长范围内；光纤的色散仅为1550nm波长区的一半，因而；容易 实现高比特率长距离传输；* 可以分配不同的业务给最适合这种业务的波长传输；改进网络管理；* 当可用波长范围大大扩展后，容许使用波长间隔较宽波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波 器和其他元件、使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降，降低了整个系统的成本。IP over Optical从长 远看

12、，当IP业务量继续增加；SDH层的功能有可能融入光层；即有可能最终会省掉中间的SDH层；IP直 接在光路上跑，形成十分简单的统一的IP网结构（IP over Optical）o显然，这是一种最简单直接的体系结构; 省掉了中间的ATM层与SDH层，减化了层次，减少了网络设备:减少了功能重叠，简化了设备，减轻了网 管复杂性；特别是网络配置的复杂性；额外的开销最低，传输效率最高；通过业务量工程设计，可以与IP 的不对称业务量特性相匹配；还可利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务；尽量避免缓存，减少延时；由于 省掉了昂贵的ATM交换机和大量普通SDH复用设备，简化了网管；又采用了波分复用；其总成本可望比

13、传统电路交换网降低一到二个数量级！从面向未来的视角看,IP overOptical将是最具长远生命力的技术。特别是随着 IP 业务逐渐成为网络的主导业务后，这种对 IP 业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网 的主导传送技术。我国已在国家 863 高科技计划中安排了采用 IP over Optical 思路的高性能核心路由器的研 制工作。然而；现实世界是多样性的，网络解决方案也不会是单一的，在相当长的时期，IP overATM, IP over SDH和IP over Optical则将会共存互补，各有其最佳应用场合和领域。解决全网瓶颈的手段-光接入网过 去几年间，网络的核心部分一无

14、论是交换；还是传输都已更新了好几代。不久；网络的这一部分将成为全 数字化的、由软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线 铜缆主宰的（90%以上）；原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网 进一步发展的瓶颈。目前尽管出现了一系列解决这一瓶颈问题的技术手段；诸如双绞线上的 xDSL 系统、 同轴电缆上的 HFC 系统、宽带无线接入系统，但都只能算是一些过渡性解决方案，唯一能够根本上彻底解 决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入网。接入网中采用光接入网的主要目的如下：减少维护管理费用和故障率；配合本地网络结构的调整；减少节 点，扩大

15、覆盖；充分利用光纤化所带来的一系列好处：建设透明光网络，迎接多媒体时代。光接入网从广 义上可以包括光数字环路载波系统（ODLC）和无源光网络（PON）两类。数字环路载波系统DLC不是一 种新技术，但结合了开放接口 V5.1/V5.2并在光纤上传输的综合的DLC （IDLC），则显示了很大的生命 力，以美国为例，目前的1.3亿用户线中，DLC / IDLC已占据3,600万线；其中IDLC占2,700万线。特别 是新增用户线中50%为IDLC，每年约500万线。至于无源光网络技术主要是在德国和日本受到重视。德 国在1996年底前共敷设了约23O万线光接入网系统；其中PON约占100万线。日本更是

16、把PON作为网 络光纤化的主要技术；坚持不懈攻关10多年；采取一系列技术和工艺措施；将无源光网络成本降至与钢缆 双绞线成本相当的水平，并已在1998年全面启动无源光接入网建设；计划于2010年达到6,000万线；基 本普及光纤到家；以此作为振兴21世纪经济的对策。近来又计划再争取提前到2005年实现光纤基本到家 的宏伟计划。在无源光网络的发展进程中，近来又出现了一种以ATM为基础的宽带无源光网络（APON）；这种技术将 ATM和PON的优势相互结合；传输速率可达622 / 155Mbps；可以提供一个经济高效的多媒体业务传送平 台并有效地利用网络资源,代表了多媒体时代接入网发展的一个重要战略方向。目前国际电联已经基本完成 了标准化工作，不久会有商用设备问世。我国也已在国家863高科技计划中安排了 APON的研制攻关项目。 可以相信，在未来的无源光网络技术中，APON将会占据越来越大的份额，成为面向21世纪的宽带接入技 术的主要发展方向。