1、精選優質文檔-傾情為你奉上光通信中的關鍵技術光纖通信技術的出現是通信史上的一次重要革命。作為寬帶傳輸解決方案的光纖通信從其誕生之日起，就受到人們的特別重視并且一直保持著強勁的發展勢頭。特別是在20世紀90年代中期到末期的這段時間，無論是在技術方面還是在其相關產品方面，光通信都得到了飛速的發展，并確立了其在通信領域不可替代的核心地位。當前，光通信技術正以超乎人們想像的速度發展。在過去的10年里，光傳輸速率提高了100倍，預計在未來1O年里還將提高100倍左右。IP業務持續的指數式增長，對光通信的發展帶來了新的機遇和挑戰：一方面，IP巨大的業務量和不對稱性刺激了波分復用(WDM)技術的應用和迅猛發

2、展；另一方面，IP業務與電路變換的差異也對基于電路交換的SDH(同步數字系列)提出了挑戰。光通信本身也正處在深刻的變革之中，特別是“光網絡”的興起和發展，在光域上可進行復用、解復用、選路和交換，可以充分利用光纖的巨大帶寬資源增加網絡容量，實現各種業務的“透明”傳輸，所以光通信技術更是成了人們關注的焦點。本文將對光通信中的幾種重要技術作一簡要介紹和展望。一、復用技術1.時分復用技術(TDM)復用技術是加大通信線路傳輸容量的好辦法。數字通信利用時分復用技術，數字群系列先是PDH各群，后有SDH各群，由電的合路/分路器和合群/分群器 (MUX/De-MUX)構成。電的TDM目前的最高數字應用速率為1

3、0Gbit/s。把這最高數字速率的數字群向光纖上的光載波直接調制，就成為光纖傳輸的最高數字速率。而光纖本身卻有很大的潛在容量，所以說光纖受到電的最高速率的限制。實際上當傳輸速率由10Gbit/s提高到20Gbit/s左右時已接近半導體技術或微電子工藝的技術極限，即便開發出更高速率的TDM電子器件和線路，例如采用微真空光電子器件、原子級電子開關等技術，其開發和生產成本必然昂貴，造成傳輸設備、系統價格很高而不可取，更何況此時光纖色散和非線性的影響更加嚴重，造成傳輸困難。所以，盡管TDM的實驗室速率已達40Gbit/s，但要在G.652 光纖上實現長距離傳輸絕不是近期能指望的事。相反地，如采用以10

4、Gbit/s為基礎速率的WDM系統，就可用4個波長實現40Gbit/s的高容量。這樣不僅可解決中長期通信容量的需求，而且又不存在實質性的技術困難，能適應21世紀的通信發展。2.波分復用技術(WDM)20世紀80年代后期，國際上開始設想利用一根光纖同時傳輸多個光載波，并受數字信號的調制。如果這些光載波的波長相互間有足夠的間隔，則每路的數字信號可同在一根光纖上傳輸而不會相互干擾，這就是光纖通信使用的波分復用技術。波分復用技術在本質上是對光的頻分復用，只是因光載波用波長表達較為方便，所以常稱為波分復用。如果一根光纖利用n路的WDM，每路帶有10Gbit/s的數字信號，則光纖傳輸容量將為n×

5、l0Gbit/s，這樣就打破了電子瓶頸對傳輸速率的限制。由此可見，復用技術是擴容的一種優良方法。隨著波分復用技術的成熟與應用，光纖的巨大潛在帶寬資源得到了充分利用，因而使光纖通信成為支撐通信傳輸網絡的主流技術。目前光纖的單波長傳輸速率已達到40Gbit/s，而進一步提高單波長傳輸速率將受到半導體技術的制約。但是，WDM技術作為光纖傳輸網絡增容的主要技術這一地位卻是不可動搖的。由于光纖制造技術本身按WDM系統的要求在傳輸容量上大加改進，再加之激光管等光器件及合波/分波器等在結構和性能上都有創新，使得光纖上多路光載波的波長間隔減小，因而同時傳輸的光路數大大增多。為了使一根光纖上傳輸的光路數增加更多

6、，1995年，國際上開始使用密集波分復用技術(DWDM)。1998年，大約90%的長途通信線路使用了DWDM技術，即容許一根光纖同時傳輸更多路光載波，使光纖傳輸容量又進一步加大。目前商用的DWDM系統可在一根光纖上傳輸的總容量為400Gbit/s。從技術層面上來看，DWDM系統技術還在繼續進步，完全有可能使光纖的傳輸容量繼續加大。因此，人們預計，未來的骨干通信網容量將很快從Gbit/s量級上升到Gbit/s量級。3.光時分復用技術(OTDM)光時分復用技術是指利用高速光開關把多路光信號復用到一路上傳輸的技術。利用OTDM技術不僅可以獲得較高的速率帶寬比，同時還可克服摻鉺光纖放大器(EDFA)的

7、增益不平坦特點、四波混頻FWM)非線性效應等諸多因素限制，并可解決復用端口的競爭，進一步增加全光網絡的靈活性。盡管OTDM有以上的優點，但由于其關鍵技術(高重復率超短光脈沖源、時分復用技術、超短光脈沖傳輸技術、時鐘提取技術和時分解復用技術)比較復雜并且較難實現，加之實現這些技術的光電子器件特別昂貴，所以它的技術優勢還沒有得到充分的發展和應用。但可以預計，隨著光纖傳輸系統擴容的需要、工業制造技術的不斷創新以及光電子器件制造水平的不斷提高，光時分復用技術必將得到巨大的發展和更多的實際應用。4.光碼分多址技術(OCDMA)作為第三代和第四代移動通信的技術基礎，碼分多址技術(CDMA)已經對通信事業的

8、發展做出了重大的貢獻。CDMA技術具有許多優于其他技術的特點如在提高系統的容量方面具有顯著的優勢，能夠很好地解決移動通信系統之中的抗干擾和抗多徑衰落的問題。但由于衛星通信和移動通信中的帶寬限制，CDMA技術優點尚未充分發揮。光纖通信具有豐富的帶寬資源，能很好地彌補這個缺陷。CDMA技術應用于光纖系統能充分利用光纖的巨大帶寬，充分發揮其技術本身的優點，這是CDMA技術發展的必然趨勢。早在20世紀80年代中期，國外就有專家對OCDMA系統進行了研究，近年來， OCDMA已經成為一項備受矚目的熱點技術。雖然DWDM技術的發展為解決光纖的容量擴展問題提供了一個解決方案，但與OCDMA相比DWDM方案有

9、一個主要的缺陷-增加了網絡結構的成本。對于大多數的用戶來說，現有的網絡成本已經很昂貴了，而OCDMA技術則為網絡的發展提供了一條新的途徑。當消除了傳統SDH中所需要的大量TDM中間步驟時，OCDMA不僅可以增加現有光纖設備的利用率，而且還可以大大減少將來建設的光纖數量。減少網絡中的設備不僅能節省設備本身的成本，而且還可以減少與設備相關的其他建設項目、外圍設施以及運行支撐系統所需要的費用，同時還可以通過網元層簡化網管。但是，目前OCDMA的技術還不夠成熟。影響OCDMA實用化的主要障礙在非相干光CDMA方面：首先，由于無極性碼的數量有限，碼間干擾也較大，因而限制了用戶的數量；其次，光編解碼器過于

10、笨重，故而不實用等等。二、交換技術1.光分組交換技術光分組交換的概念與電分組交換的概念是類似的，只不過是在光域內的擴展，即交換粒度是以高速傳輸的光分組為單位。雖然光分組可長可短，但由于交換設備必須具備處理最小分組的能力，因此光分組交換要求節點的處理能力非常高。早先提出的全光交換，要求控制信號在光域處理，但由于光邏輯器件到目前為止依然無法實用化，只能進行實驗室演示。因此目前國際上通行的做法實際上已經脫離了早期所謂實現分組透明交換的初衷，采用的是光電混合的辦法實現光分組交換，即數據在光域進行交換，而控制信息在交換節點被轉換成電信號后再進行處理。2.光突發交換技術(OBS)光突發交換的概念出現于20

11、世紀80年代初。但由于當時無論是電話網還是數據網，在技術上都已經相當成熟，沒有必要以突發為單位來處理話音或數據，因此光突發交換的概念在當時并沒有像電路交換與分組交換那樣得到重視與發展。實際上在每次電路交換中，交換粒度包含許多個語音突發，但為每個突發都做一次呼叫申請顯然太浪費資源。在早期數據網中，一個突發代表一大段數據，為了占用較少的網絡資源，提高傳輸的成功率，將突發數據拆分成多個分組后再傳輸，沒有以突發為單位。但是隨著技術的不斷發展傳輸速率的增長速度大大超過了處理速率的增長速度，如果依然要按照舊的分組方法來處理，網絡處理設備將長期處于過載狀態，不利于網絡性能的改進和優化。因此，進一步改進并簡化

12、網絡節點的處理就顯得非常必要。光突發交換提高了處理粒度就是一種較好的解決方法。通過預先發送控制信息，在每個節點處進行光？電變換、處理、預約資源后，節點再傳送突發數據，數據可以始終保持在光域內，同時免去分組交換中逐一處理分組頭的麻煩。光突發交換節點包括兩種：核心節點與邊緣節點。邊緣節點負責重組數據，如將接入網中的用戶分組數據封裝為突發數據，或反之；核心節點的任務是完成突發數據的轉發與交換。與光分組交換不同的是，只需對光纖中傳輸控制分組的波長進行光？電變換，傳輸突發數據的波長不需要光？電變換。另外，光分組交換中入口光纖延遲線(FDL)的作用是緩存突發數據，可以省掉。目前通信網正朝光因特網的方向發展

13、，而且明顯地呈現出兩種趨勢：一是以IP為核心，數據業務將在未來5？8年內成為主導業務：二是IP層的下層光化，光傳送、光交換成為主要的發展方向。目前，除了WDM已成為各種網絡升級擴容的首選方式而日漸成熟外，關于光交換的爭議還很多：一種意見是基本否定光交換，認為實現光交換價格昂貴，技術上也不可行，堅持IP高端路由器加上WDM傳輸的網絡發展模式：另一種意見是承認光交換，但是受IP分組的影響，堅持認為未來的光交換只是光分組交換。從近期來看，利用高性能的高端路由器和成熟的WDM傳輸，以POS （Packet Over SDH）、ATM或GE(Gigabit Ethernet)方式在數個波長上傳送信號，實

14、現Internet的升級(不是真正意義上的光因特網)，的確是簡單可行的解決辦法。但是，如果波長數量越來越多，信號傳輸速率越來越高，每個波長的每個分組都要處理，這將大大增加路由器的負擔，而且網絡QoS(服務質量)也將無法保證。所幸這時出現了多協議標簽交換技術(MPLS，Multi-Protocol Label Switching)，現在的高端路由器已經可以順利解決這兩個問題，但路由器依然會按hop by hop方式對每個波長進行處理，因此解決程度終究是有限的。所以，在光因特網中采用光交換技術應該是一種必然發展方向。三、光因特網技術光因特網，又稱為IP over WDM，簡而言之，直接在光層上運行

15、的IP網就是光因特網。隨著IP數據業務以指數形式飛速增長和WDM技術的不斷成熟完善，如何利用WDM帶來的超大光纖帶寬容量進行數據業務的傳送就成為了全球的研究熱點。IP數據業務在WDM光網絡上的承載必然要構建在目前最成熟、最先進的網絡傳輸技術基礎之上，并利用現有網絡的各種資源，包括設備、組網方式、網絡協議和信號格式等，因此存在多種不同的實現方式，如IP over ATM over WDM、IP over SDH over WDM、IP over WDM等。但隨著各種新型技術的涌現以及設備和組網方式的不斷更新，網絡各層次間的很多冗余功能將不斷被取消，多層協議棧不斷坍塌簡化。但并非只是簡單的丟棄某些

16、層，而是將ATM交換、SONET/SDH復用/解復用和IP層尋址等每層不同的功能進行了合理的分解與組合。將中間層次的重要功能分別滲入到IP層和WDM光層，最后發展成為IP over WDM。直接的IP over WDM方式省掉了中間的ATM、SDH層。而構建于一個純粹的光傳輸骨干網上，具有豐富的帶寬管理和設施保護恢復能力，充分利用了G位或T位路由交換技術與WDM光互連網技術，將IP數據包經一定的適配封裝直接在光網上傳送，從而大大減少了網絡層次之間的功能重疊，降低了網管的復雜性和網絡運行的成本，提高了傳輸效率，并能方便地進行不同網絡之間的互聯和互操作，實現了光層與業務層的有效集成。因此，光因特網

17、體系結構備受通信各界的關注，成為未來IP網絡和光網絡互聯的主流技術。另外，應注意到，盡管稱為IP over WDM，但事實上并非在WDM網絡上直接承載IP。兩者之間必然存在某種功能簡化的適配層。用于對進入WDM光網絡的IP數據進行合適的封裝并提供相應的硬件支持功能。雖然還有許多問題有待解決，但發展光因特網的方向是肯定的。四、全光通信網全光通信網，就是信號處理全部在光域內進行，網絡中的信號通道始終保持光的形式，沒有光？電轉換。由于全光網在網絡終端與用戶節點之間的信號通道始終保持著光的形式。即端到端的全光路，中間沒有光？包轉換器，信息傳遞過程中不存在電子器件處理信息速率難以提高的困難。因此，能消除

18、光？電轉換的“電子頸瓶”限制。從網絡對光信號的透明性來說，能做到全透明(即全光域處理)，可以全面而充分地利用光纖內潛力，網絡的帶寬幾乎是無限的。而半透明的網絡就只能有限地利用光纖的巨大潛力，網絡的透明性可能會受光？電？光轉換及電子電路的限制，但它可以利用電域已成熟的技術和資源例如SDH技術和網絡中大量已建的SDH設備。相對半透明網絡來說，全透明網內明顯好處有帶寬潛力幾乎無限、對傳送的信號無限制、對信號的處理極小，因此網絡可做到最經濟、可靠。但是，目前實現全透明網還有不少難處，例如直接在光或組網及運營，尚有不少全光組網技術及相應的標準需研究開發。所以，考慮到實際情況，為避免技術與運營上的困難，國際電聯電信標準局 (ITU-T)決定按光傳送網(OTN，Optical Transport Network)的概念來研究光網絡技術及制訂相應的