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光通信領(lǐng)域五個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)
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隨著IP業(yè)務(wù)持續(xù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)、電信管制體制的改革以及電信市場(chǎng)的逐步全面開(kāi)放；光通信將逐步取代傳統(tǒng)的交換、傳輸、接入技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)全光聯(lián)網(wǎng)。本文圍繞光通信領(lǐng)域的五個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)一超高速傳輸系統(tǒng)、光傳送聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新一代的光纖、IP over Opticall以及光接入網(wǎng)技術(shù)；闡述了它們?cè)趪?guó)外的研究和商用現(xiàn)狀；
指出中國(guó)在光通信方面的研究計(jì)劃和發(fā)展方向。向超高速系統(tǒng)發(fā)展目前基于電的時(shí)分復(fù)用光傳輸商用系統(tǒng)已從45Mbit／s增加到10Gbit／s；速率在2O年時(shí)間里增加了2000倍。10Gbit／s系統(tǒng)已開(kāi)始在北美、歐洲、日本和澳大利亞大批量裝備和應(yīng)用。我國(guó)也將在近期開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。需要注意的是；10Gbit／S系統(tǒng)對(duì)于光纜極化模色散比較敏感；而已經(jīng)敷設(shè)的光纜并不一定都能滿足開(kāi)通和使用10Gbit／S系統(tǒng)的要求；需要實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證合格后才能安裝開(kāi)通。
在理論上，上述基于時(shí)分復(fù)用的高速系統(tǒng)的速率還有望進(jìn)一步提高，例如在實(shí)驗(yàn)室傳輸速率已能達(dá)到4OGbit／s，采用色度色散和極化模色散補(bǔ)償以及偽三進(jìn)制；（即雙二進(jìn)制）編碼后已能傳輸100公里。然而，采用電的時(shí)分復(fù)用來(lái)提高傳輸容量的作法已經(jīng)接近硅和鎵砷技術(shù)的權(quán)限，此外，電的40Gbit／s或更高速率的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)在性能價(jià)格比上以及在實(shí)用中是否能成功還是個(gè)未知數(shù)，因而更現(xiàn)實(shí)的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。光復(fù)用方式有光時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用（WDM）、頻分復(fù)用等幾種；但目前只有波分復(fù)用方式已進(jìn)入大規(guī)模商用階段；而其他方式尚處于試驗(yàn)研究階段。向超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)的演講采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡；然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％；99％的資源尚待發(fā)掘。如果將多個(gè)發(fā)送波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)的光源信號(hào)同時(shí)在一根光纖上傳送；則可以大大增加光纖的信息傳輸容量；這就是波分復(fù)用（WDM）的基本思路。采用波分復(fù)用系統(tǒng)的主要好處是：
* 充分利用光纖的巨大帶寬資源；使傳輸容量可以迅速擴(kuò)大幾倍至上百倍；
* 在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖和再生器；大大降低傳輸成本；
* 與信號(hào)速率及電調(diào)制方式無(wú)關(guān)；是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段；
* 利用 WDM選路實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)可望實(shí)現(xiàn)未來(lái)透明的、具有高度生存性
的光層傳送聯(lián)網(wǎng)。
鑒于上述應(yīng)用上的巨大好處以及近幾年來(lái)技術(shù)上的重大突破和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，實(shí)用化系統(tǒng)的最大容量已達(dá)400Gbit／s（40 ×10Gbit／s），實(shí)驗(yàn)室的最高水平則已達(dá)到2.6Tb／S(132 ×20Gbit／s）。預(yù)計(jì)不久實(shí)用化系統(tǒng)的容量即可達(dá)到1Tb／s的水平。可以認(rèn)為近2年來(lái)超大容量密集波分復(fù)
用系統(tǒng)的發(fā)展是光纖通信發(fā)展史上的又一次劃時(shí)代的里程碑。WDM不僅經(jīng)濟(jì)地解決了容量問(wèn)題，而且也刺激了大量新業(yè)務(wù)和新業(yè)務(wù)量的產(chǎn)生。我國(guó)也在國(guó)家863高科技計(jì)劃中安排了16×10Gb／s的WDM系統(tǒng)研制項(xiàng)目。實(shí)現(xiàn)光傳送聯(lián)網(wǎng)實(shí)用化的波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量；但基本上是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)；靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類(lèi)似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話；無(wú)疑將增加新一層的光聯(lián)網(wǎng)威力。根據(jù)這一基本思路；光的分插復(fù)用器（OADM）和交叉連接設(shè)備（OXC）均已在實(shí)驗(yàn)室研制成功；前者已投入商用。
實(shí)現(xiàn)光傳送聯(lián)網(wǎng)的基本目的有五點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)性；達(dá)到靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性；允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號(hào)；實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，恢復(fù)時(shí)間可達(dá)100ms，對(duì)絕大多數(shù)業(yè)務(wù)無(wú)損傷。近來(lái)；為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光層監(jiān)控和增強(qiáng)光層性能；ITU-T
正在研究光層上附加光開(kāi)銷(xiāo)和數(shù)字封裝器（digital wrapper）的問(wèn)題。付出的代價(jià)是需要重新組幀和新增大約7％的比特率；帶來(lái)的好處是徹底解決了光展監(jiān)控問(wèn)題并能使光通路居的信噪比改進(jìn)5－7dB之多。
鑒于光傳送聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢(shì)；發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行預(yù)研，特別是美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局（DARPA）資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目；諸如以 Bellcore為主開(kāi)發(fā)的“光網(wǎng)技術(shù)合作計(jì)劃（ONTC）”；以朗訊公司為主開(kāi)發(fā)的“全光通信網(wǎng)”預(yù)研計(jì)劃；‘步波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)（MONET）”、和“國(guó)家
透明光網(wǎng)絡(luò)（NTON）”等等。在歐洲和日本，也分別有類(lèi)似的光傳送聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目在進(jìn)行。我國(guó)也在國(guó)家863高科技計(jì)劃中安排了一個(gè)跨主題的中國(guó)高速信息示范網(wǎng)項(xiàng)目；其物理層采用了OXC和OADM。顯然，光傳送聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼SDH電聯(lián)網(wǎng)以后的又一次新的世界性光通信發(fā)展高潮。其標(biāo)準(zhǔn)化工作將于2000年基本完成，設(shè)備的商用化時(shí)間大約將在2000年左右。預(yù)計(jì)幾年后，OADM和OXC的市場(chǎng)將會(huì)逐漸超過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的WDM系統(tǒng)。新一代的光纖適應(yīng)高速長(zhǎng)距離傳輸構(gòu)筑巨大傳輸容量的光纖基礎(chǔ)設(shè)施是下一代網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應(yīng)上述超高速長(zhǎng)距離傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要方面已露出力不從心的態(tài)勢(shì)；開(kāi)發(fā)新型光纖成為開(kāi)發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。目前, 為了適應(yīng)干線網(wǎng)和城域網(wǎng)的發(fā)展需要；出現(xiàn)了兩種新型光纖；即非
零色散光纖（G.655光纖）和無(wú)水吸收峰光纖（全波光纖）。用于干線傳輸?shù)男乱淮橇闵⒐饫w非零色散光纖（G.655光纖）的基本設(shè)計(jì)思想是在1550nm窗口工作波長(zhǎng)區(qū)具有合理的較低的色散，足以支持10Gbit／S的長(zhǎng)距離傳輸而無(wú)需色散補(bǔ)償；從而節(jié)省了色散補(bǔ)償器及其附加光放大器的成本；同時(shí)；其色散值又保
持非零特性，具有起碼的最小數(shù)值（例如2ps／（um.km）以上）；足以壓制四波混合和交叉相位調(diào)制等非線性影響，適宜開(kāi)通具有足夠多波長(zhǎng)的DWDM系統(tǒng)；同時(shí)滿足TDM和DWDM兩種發(fā)展方向的需要。為了達(dá)到上述目的；可以將零色散點(diǎn)移向短波長(zhǎng)則通常15101520um范圍）或長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)（1570nm附近），使之在1550nm附近
的工作波長(zhǎng)區(qū)呈現(xiàn)一定大小的色散值以滿足上述要求。典型 G.655光纖在1550nm波長(zhǎng)區(qū)的色散值為G.652光纖的1／6－l／7；因此色散補(bǔ)償距離也大致為G.652光纖的6-7倍；色散補(bǔ)償成科包括光放大器，色散補(bǔ)
償器和安裝調(diào)試）遠(yuǎn)低于G.652光纖。用于城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)環(huán)境的全波光纖與長(zhǎng)途網(wǎng)相比；城域網(wǎng)面臨更加復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)環(huán)境，要直接支持大用戶；因而需要頻。繁的業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)和帶寬管理能力。但傳輸距離卻短得多，通常只有50- 80km；因而很少應(yīng)用光纖放大器，光纖色散也不是問(wèn)題。顯然，怎樣才能最經(jīng)濟(jì)有效地使
業(yè)務(wù)量上下光纖成為至關(guān)重要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)因素。采用具有數(shù)十乃至數(shù)百個(gè)復(fù)用波長(zhǎng)的高密集波分復(fù)用技術(shù)將是一項(xiàng)很有前途的解決方案。此時(shí)，可以將各種不同速率和性質(zhì)的業(yè)務(wù)量分配給不同的波長(zhǎng)，在光路上進(jìn)行業(yè)務(wù)量的選路和分插。在這類(lèi)應(yīng)用中，開(kāi)發(fā)具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關(guān)鍵。目前影響可用波段
的主要因素是1385nm附近的水吸收峰；因而若能設(shè)法消除這一水峰，則光纖的可用頻譜可望大大擴(kuò)展。全波光纖就是在這種形勢(shì)下誕生的。全波光纖采用了一種全新的生產(chǎn)工藝；幾乎可以完全消除由水峰引起的衰減。除了沒(méi)有水峰以外，全波光纖與普通的標(biāo)準(zhǔn)G.652匹配包層光纖一樣。然而，由于沒(méi)有了水峰，光纖可以開(kāi)放第5個(gè)低損窗口；從而帶來(lái)一系列好處：
* 可用波長(zhǎng)范圍增加100nm，使光纖的全部可用波長(zhǎng)范圍從大約200nm增加到
300nm，可復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)大大增加;
* 由于上述波長(zhǎng)范圍內(nèi)；光纖的色散僅為1550nm波長(zhǎng)區(qū)的一半，因而；容易
實(shí)現(xiàn)高比特率長(zhǎng)距離傳輸；
* 可以分配不同的業(yè)務(wù)給最適合這種業(yè)務(wù)的波長(zhǎng)傳輸；改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理；
* 當(dāng)可用波長(zhǎng)范圍大大擴(kuò)展后，容許使用波長(zhǎng)間隔較寬波長(zhǎng)精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其他元件、使元器件特別是無(wú)源器件的成本大幅度下降，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。IP over 0ptical從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，當(dāng)IP業(yè)務(wù)量繼續(xù)增加；SDH層的功能有可能融入光層；即有可能最終會(huì)省掉中間的SDH層；IP直接
在光路上跑，形成十分簡(jiǎn)單的統(tǒng)一的IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)（IP over Optical）。顯然，這是一種最簡(jiǎn)單直接的體系結(jié)構(gòu)；省掉了中間的ATM層與SDH層, 減化了層次, 減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:減少了功能重疊，簡(jiǎn)化了設(shè)備，減輕了網(wǎng)管復(fù)雜性；特別是網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜性；額外的開(kāi)銷(xiāo)最低，傳輸效率最高；通過(guò)業(yè)務(wù)量工程設(shè)計(jì)，可以與IP的不對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)量特性相匹配；還可利用光纖環(huán)路的保護(hù)光纖吸收突發(fā)業(yè)務(wù)；盡量避免緩存,減少延時(shí)；由于省掉了昂貴的ATM交換機(jī)和大量普通SDH復(fù)用設(shè)備，簡(jiǎn)化了網(wǎng)管；又采用了波分復(fù)用；其總成本可望比傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)降低一到二個(gè)數(shù)量級(jí)！從面向未來(lái)的視角看, IP overOptical將是最具長(zhǎng)遠(yuǎn)生命力的技術(shù)。特別是隨
著IP業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)后，這種對(duì)IP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。我國(guó)已在國(guó)家863高科技計(jì)劃中安排了采用IP over Optical思路的高性能核心路由器的研制工作。然而；現(xiàn)實(shí)世界是多樣性的，網(wǎng)絡(luò)解決方案也不會(huì)是單一的，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，IP overATM，IP over SDH和IP over Optical則將會(huì)共存互補(bǔ)，各有其最佳應(yīng)用場(chǎng)合和領(lǐng)域。解決全網(wǎng)瓶頸的手段-光接入網(wǎng) 過(guò)去幾年間，網(wǎng)絡(luò)的核心部分一無(wú)論是交換；還是傳輸都已更新了好幾代。不久；網(wǎng)絡(luò)的這一部分將成為全數(shù)字化的、由軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網(wǎng)絡(luò)。而另一方面，現(xiàn)存的接入網(wǎng)仍然是被雙絞線銅纜主宰的（9O%以上）；原始落后的模擬系統(tǒng)。兩者在技術(shù)上的巨大反差說(shuō)明接入網(wǎng)已確實(shí)成為制約全網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。目前盡管出現(xiàn)了一系列解決這一瓶頸問(wèn)題的技術(shù)手段；諸如雙絞線上的xDSL系統(tǒng)、同軸電纜上的HFC系統(tǒng)、寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)，但都只能算是一些過(guò)渡性解決方案，唯一能夠根本上徹底解決這一瓶頸問(wèn)題的長(zhǎng)遠(yuǎn)技術(shù)手段是光接入網(wǎng)。
接入網(wǎng)中采用光接入網(wǎng)的主要目的如下：減少維護(hù)管理費(fèi)用和故障率；配合本地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整；減少節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大覆蓋；充分利用光纖化所帶來(lái)的一系列好處：建設(shè)透明光網(wǎng)絡(luò)，迎接多媒體時(shí)代。光接入網(wǎng)從廣義上可以包括光數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)（ODLC）和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）兩類(lèi)。數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)DLC不是一種新技術(shù)，但結(jié)合了開(kāi)放接口 V5.1／V5.2并在光纖上傳輸?shù)木C合的DLC（IDLC），則顯示了很大的生命力，以美國(guó)為例, 目前的1.3億用戶線中，DLC／IDLC已占據(jù)3,600萬(wàn)線；其中IDLC占2,700萬(wàn)線。特別是新增用戶線中50％為IDLC，每年約 500萬(wàn)線。至于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是在德國(guó)和日本受到重視。德國(guó)在1996年底前共敷設(shè)了約 23O萬(wàn)線光接入網(wǎng)系統(tǒng)；其中 PON約占100萬(wàn)線。日本更是把PON作為網(wǎng)絡(luò)光纖化的主要技術(shù)；堅(jiān)持不懈攻關(guān)10多年；采取一系列技術(shù)和工藝措施；將無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)成本降至與鋼纜雙絞線成本相當(dāng)?shù)乃�，并已�?998年全面啟動(dòng)無(wú)源光接入網(wǎng)建設(shè)；計(jì)劃于2010年達(dá)到6,000萬(wàn)線；基本普及光纖到家；以此作為振興21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)的對(duì)策。近來(lái)又計(jì)劃再爭(zhēng)取提前到2005年實(shí)現(xiàn)光纖基本到家的宏偉計(jì)劃。
在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)程中, 近來(lái)又出現(xiàn)了一種以ATM為基礎(chǔ)的寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（APON）；這種技術(shù)將ATM和PON的優(yōu)勢(shì)相互結(jié)合；傳輸速率可達(dá)622／155Mbps；可以提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的多媒體業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)并有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源,代表了多媒體時(shí)代接入網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向。目前國(guó)際電聯(lián)已經(jīng)基本完成了標(biāo)準(zhǔn)化工作，不久會(huì)有商用設(shè)備問(wèn)世。我國(guó)也已在國(guó)家863高科技計(jì)劃中安排了APON的研制攻關(guān)項(xiàng)目�？梢韵嘈�，在未來(lái)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，APON將會(huì)占據(jù)越來(lái)越大的份額，成為面向21世紀(jì)的寬帶接入技術(shù)的主要發(fā)展方向。 |
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