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光通信領域五個熱點技術(shù)
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隨著IP業(yè)務持續(xù)的指數(shù)級增長、電信管制體制的改革以及電信市場的逐步全面開放；光通信將逐步取代傳統(tǒng)的交換、傳輸、接入技術(shù)，最終實現(xiàn)全光聯(lián)網(wǎng)。本文圍繞光通信領域的五個發(fā)展熱點一超高速傳輸系統(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)；闡述了它們在國外的研究和商用現(xiàn)狀；
指出中國在光通信方面的研究計劃和發(fā)展方向。向超高速系統(tǒng)發(fā)展目前基于電的時分復用光傳輸商用系統(tǒng)已從45Mbit／s增加到10Gbit／s；速率在2O年時間里增加了2000倍。10Gbit／s系統(tǒng)已開始在北美、歐洲、日本和澳大利亞大批量裝備和應用。我國也將在近期開始現(xiàn)場試驗。需要注意的是；10Gbit／S系統(tǒng)對于光纜極化模色散比較敏感；而已經(jīng)敷設的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbit／S系統(tǒng)的要求；需要實際測試驗證合格后才能安裝開通。
在理論上，上述基于時分復用的高速系統(tǒng)的速率還有望進一步提高，例如在實驗室傳輸速率已能達到4OGbit／s，采用色度色散和極化模色散補償以及偽三進制；（即雙二進制）編碼后已能傳輸100公里。然而，采用電的時分復用來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或更高速率的時分復用系統(tǒng)在性能價格比上以及在實用中是否能成功還是個未知數(shù)，因而更現(xiàn)實的出路是轉(zhuǎn)向光的復用方式。光復用方式有光時分復用、波分復用（WDM）、頻分復用等幾種；但目前只有波分復用方式已進入大規(guī)模商用階段；而其他方式尚處于試驗研究階段。向超大容量波分復用系統(tǒng)的演講采用電的時分復用系統(tǒng)的擴容潛力已盡；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。如果將多個發(fā)送波長適當錯開的光源信號同時在一根光纖上傳送；則可以大大增加光纖的信息傳輸容量；這就是波分復用（WDM）的基本思路。采用波分復用系統(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大幾倍至上百倍；
* 在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器；大大降低傳輸成本；
* 與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)；是引入寬帶新業(yè)務的方便手段；
* 利用 WDM選路實現(xiàn)網(wǎng)絡交換和恢復可望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性
的光層傳送聯(lián)網(wǎng)。
鑒于上述應用上的巨大好處以及近幾年來技術(shù)上的重大突破和市場的驅(qū)動，波分復用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，實用化系統(tǒng)的最大容量已達400Gbit／s（40 ×10Gbit／s），實驗室的最高水平則已達到2.6Tb／S(132 ×20Gbit／s）。預計不久實用化系統(tǒng)的容量即可達到1Tb／s的水平。可以認為近2年來超大容量密集波分復
用系統(tǒng)的發(fā)展是光纖通信發(fā)展史上的又一次劃時代的里程碑。WDM不僅經(jīng)濟地解決了容量問題，而且也刺激了大量新業(yè)務和新業(yè)務量的產(chǎn)生。我國也在國家863高科技計劃中安排了16×10Gb／s的WDM系統(tǒng)研制項目。實現(xiàn)光傳送聯(lián)網(wǎng)實用化的波分復用系統(tǒng)技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量；但基本上是以點到點通信為基礎的系統(tǒng)；靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現(xiàn)類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話；無疑將增加新一層的光聯(lián)網(wǎng)威力。根據(jù)這一基本思路；光的分插復用器（OADM）和交叉連接設備（OXC）均已在實驗室研制成功；前者已投入商用。
實現(xiàn)光傳送聯(lián)網(wǎng)的基本目的有五點：實現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡；實現(xiàn)網(wǎng)絡的可擴展性；實現(xiàn)網(wǎng)絡可重構(gòu)性；達到靈活重組網(wǎng)絡的目的；實現(xiàn)網(wǎng)絡的透明性；允許互連任何系統(tǒng)和不同制式的信號；實現(xiàn)快速網(wǎng)絡恢復，恢復時間可達100ms，對絕大多數(shù)業(yè)務無損傷。近來；為了進一步實現(xiàn)光層監(jiān)控和增強光層性能；ITU-T
正在研究光層上附加光開銷和數(shù)字封裝器（digital wrapper）的問題。付出的代價是需要重新組幀和新增大約7％的比特率；帶來的好處是徹底解決了光展監(jiān)控問題并能使光通路居的信噪比改進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；發(fā)達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研，特別是美國國防部預研局（DARPA）資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項目；諸如以 Bellcore為主開發(fā)的“光網(wǎng)技術(shù)合作計劃（ONTC）”；以朗訊公司為主開發(fā)的“全光通信網(wǎng)”預研計劃；‘步波長光網(wǎng)絡（MONET）”、和“國家
透明光網(wǎng)絡（NTON）”等等。在歐洲和日本，也分別有類似的光傳送聯(lián)網(wǎng)項目在進行。我國也在國家863高科技計劃中安排了一個跨主題的中國高速信息示范網(wǎng)項目；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。其標準化工作將于2000年基本完成，設備的商用化時間大約將在2000年左右。預計幾年后，OADM和OXC的市場將會逐漸超過點到點的WDM系統(tǒng)。新一代的光纖適應高速長距離傳輸構(gòu)筑巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網(wǎng)絡的物理基礎。傳統(tǒng)的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳輸網(wǎng)絡的發(fā)展需要方面已露出力不從心的態(tài)勢；開發(fā)新型光纖成為開發(fā)下一代網(wǎng)絡基礎設施的重要組成部分。目前, 為了適應干線網(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）的基本設計思想是在1550nm窗口工作波長區(qū)具有合理的較低的色散，足以支持10Gbit／S的長距離傳輸而無需色散補償；從而節(jié)省了色散補償器及其附加光放大器的成本；同時；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，適宜開通具有足夠多波長的DWDM系統(tǒng)；同時滿足TDM和DWDM兩種發(fā)展方向的需要。為了達到上述目的；可以將零色散點移向短波長則通常15101520um范圍）或長波長側(cè)（1570nm附近），使之在1550nm附近
的工作波長區(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波長區(qū)的色散值為G.652光纖的1／6－l／7；因此色散補償距離也大致為G.652光纖的6-7倍；色散補償成科包括光放大器，色散補
償器和安裝調(diào)試）遠低于G.652光纖。用于城域網(wǎng)多業(yè)務環(huán)境的全波光纖與長途網(wǎng)相比；城域網(wǎng)面臨更加復雜多變的業(yè)務環(huán)境，要直接支持大用戶；因而需要頻。繁的業(yè)務量疏導和帶寬管理能力。但傳輸距離卻短得多，通常只有50- 80km；因而很少應用光纖放大器，光纖色散也不是問題。顯然，怎樣才能最經(jīng)濟有效地使
業(yè)務量上下光纖成為至關(guān)重要的網(wǎng)絡設計因素。采用具有數(shù)十乃至數(shù)百個復用波長的高密集波分復用技術(shù)將是一項很有前途的解決方案。此時，可以將各種不同速率和性質(zhì)的業(yè)務量分配給不同的波長，在光路上進行業(yè)務量的選路和分插。在這類應用中，開發(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；因而若能設法消除這一水峰，則光纖的可用頻譜可望大大擴展。全波光纖就是在這種形勢下誕生的。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。除了沒有水峰以外，全波光纖與普通的標準G.652匹配包層光纖一樣。然而，由于沒有了水峰，光纖可以開放第5個低損窗口；從而帶來一系列好處：
* 可用波長范圍增加100nm，使光纖的全部可用波長范圍從大約200nm增加到
300nm，可復用的波長數(shù)大大增加;
* 由于上述波長范圍內(nèi)；光纖的色散僅為1550nm波長區(qū)的一半，因而；容易
實現(xiàn)高比特率長距離傳輸；
* 可以分配不同的業(yè)務給最適合這種業(yè)務的波長傳輸；改進網(wǎng)絡管理；
* 當可用波長范圍大大擴展后，容許使用波長間隔較寬波長精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其他元件、使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降，降低了整個系統(tǒng)的成本。IP over 0ptical從長遠看，當IP業(yè)務量繼續(xù)增加；SDH層的功能有可能融入光層；即有可能最終會省掉中間的SDH層；IP直接
在光路上跑，形成十分簡單的統(tǒng)一的IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)（IP over Optical）。顯然，這是一種最簡單直接的體系結(jié)構(gòu)；省掉了中間的ATM層與SDH層, 減化了層次, 減少了網(wǎng)絡設備:減少了功能重疊，簡化了設備，減輕了網(wǎng)管復雜性；特別是網(wǎng)絡配置的復雜性；額外的開銷最低，傳輸效率最高；通過業(yè)務量工程設計，可以與IP的不對稱業(yè)務量特性相匹配；還可利用光纖環(huán)路的保護光纖吸收突發(fā)業(yè)務；盡量避免緩存,減少延時；由于省掉了昂貴的ATM交換機和大量普通SDH復用設備，簡化了網(wǎng)管；又采用了波分復用；其總成本可望比傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)降低一到二個數(shù)量級！從面向未來的視角看, IP overOptical將是最具長遠生命力的技術(shù)。特別是隨
著IP業(yè)務逐漸成為網(wǎng)絡的主導業(yè)務后，這種對IP業(yè)務最理想的傳送技術(shù)將會成為未來網(wǎng)絡特別是骨干網(wǎng)的主導傳送技術(shù)。我國已在國家863高科技計劃中安排了采用IP over Optical思路的高性能核心路由器的研制工作。然而；現(xiàn)實世界是多樣性的，網(wǎng)絡解決方案也不會是單一的，在相當長的時期，IP overATM，IP over SDH和IP over Optical則將會共存互補，各有其最佳應用場合和領域。解決全網(wǎng)瓶頸的手段-光接入網(wǎng) 過去幾年間，網(wǎng)絡的核心部分一無論是交換；還是傳輸都已更新了好幾代。不久；網(wǎng)絡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。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)上的巨大反差說明接入網(wǎng)已確實成為制約全網(wǎng)進一步發(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)、寬帶無線接入系統(tǒng)，但都只能算是一些過渡性解決方案，唯一能夠根本上徹底解決這一瓶頸問題的長遠技術(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：減少維護管理費用和故障率；配合本地網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的調(diào)整；減少節(jié)點，擴大覆蓋；充分利用光纖化所帶來的一系列好處：建設透明光網(wǎng)絡，迎接多媒體時代。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）和無源光網(wǎng)絡（PON）兩類。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，以美國為例, 目前的1.3億用戶線中，DLC／IDLC已占據(jù)3,600萬線；其中IDLC占2,700萬線。特別是新增用戶線中50％為IDLC，每年約 500萬線。至于無源光網(wǎng)絡技術(shù)主要是在德國和日本受到重視。德國在1996年底前共敷設了約 23O萬線光接入網(wǎng)系統(tǒng)；其中 PON約占100萬線。日本更是把PON作為網(wǎng)絡光纖化的主要技術(shù)；堅持不懈攻關(guān)10多年；采取一系列技術(shù)和工藝措施；將無源光網(wǎng)絡成本降至與鋼纜雙絞線成本相當?shù)乃剑⒁言?998年全面啟動無源光接入網(wǎng)建設；計劃于2010年達到6,000萬線；基本普及光纖到家；以此作為振興21世紀經(jīng)濟的對策。近來又計劃再爭取提前到2005年實現(xiàn)光纖基本到家的宏偉計劃。
在無源光網(wǎng)絡的發(fā)展進程中, 近來又出現(xiàn)了一種以ATM為基礎的寬帶無源光網(wǎng)絡（APON）；這種技術(shù)將ATM和PON的優(yōu)勢相互結(jié)合；傳輸速率可達622／155Mbps；可以提供一個經(jīng)濟高效的多媒體業(yè)務傳送平臺并有效地利用網(wǎng)絡資源,代表了多媒體時代接入網(wǎng)發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略方向。目前國際電聯(lián)已經(jīng)基本完成了標準化工作，不久會有商用設備問世。我國也已在國家863高科技計劃中安排了APON的研制攻關(guān)項目。可以相信，在未來的無源光網(wǎng)絡技術(shù)中，APON將會占據(jù)越來越大的份額，成為面向21世紀的寬帶接入技術(shù)的主要發(fā)展方向。 |
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