试论光纤通信技术的发展

1 光纤通信技术简介

光纤通信技术从光通信中脱颖而出, 已成为现代通信的主要支柱之一, 在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术, 其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的。它也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

1.1 复用技术

光传输系统中, 要提高光纤带宽的利用率, 必须依靠多信道系统。常用的复用方式有:时分复用 (T DM) 、波分复用 (W D M) 、频分复用 (FDM) 、空分复用 (SDM) 和码分复用 (C D M) 。目前的光通信领域中, W D M技术比较成熟, 它能几十倍上百倍地提高传输容量。

1.2 宽带放大器技术

掺饵光纤放大器 (E D F A) 是W D M技术实用化的关键, 它具有对偏振不敏感、无串扰、噪声接近量子噪声极限等优点。但是普通的E D F A放大带宽较窄, 约有3 5 n m (1530nm~1565nm) , 这就限制了能容纳的波长信道数。进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有: (1) 掺饵氟化物光纤放大器 (E D F F A) , 它可实现7 5 n m的放大带宽; (2) 碲化物光纤放大器, 它可实现76nm的放大带宽; (3) 控制掺饵光纤放大器与普通的E D F A组合起来, 可放大带宽约80nm; (4) 拉曼光纤放大器 (RFA) , 它可在任何波长处提供增益, 将拉曼放大器与E D F A结合起来, 可放大带宽大于1 0 0 n m。

1.3 色散补偿技术

对高速信道来说, 在1 5 5 0 n m波段约1 8 p s (m m o k m) 的色散将导致脉冲展宽而引起误码, 限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10Gbit/s系统来说, 色散限制仅仅为5 0 k m。因此, 长距离传输中必须采用色散补偿技术。

1.4 孤子W D M传输技术

超大容量传输系统中, 色散是限制传输距离和容量的一个主要因素。在高速光纤通信系统中, 使用孤子传输技术的好处是可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散, 因而可以显著增加无中继传输距离。孤子还有抗干扰能力强、能抑制极化模色散等优点。色散管理和孤子技术的结合, 凸出了以往孤子只在长距离传输上具有的优势, 继而向高速、宽带、长距离方向发展。

1.5 光纤接入技术

随着通信业务量的增加, 业务种类更加丰富。人们不仅需要语音业务, 而且高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已得到用户青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络, 用户接入部分更是关键。传统的接入方式已经满足不了需求, 只有带宽能力强的光纤接入才能将瓶颈打开, 核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。光纤接入中极有优势的P O N技术早就出现了, 它可与多种技术相结合, 例如A T M、S D H、以太网等, 分别产生A P O N、G P O N和E P O N。由于A T M技术受到I P技术的挑战等问题, A P O N发展基本上停滞不前, 甚至走下坡路。但有报道指出由于A T M交换在美国广泛应用, A P O N将用于实现F I T H方案。G P O N对电路交换性的业务支持最有优势, 又可充分利用现有的S D H, 但是技术比较复杂, 成本偏高。E P O N继承了以太网的优势, 成本相对较低, 但对T D M类业务的支持难度相对较大。所谓E P O N就是把全部数据装在以太网帧内传送的网络技术。现今9 5%的局域网都使用以太网, 所以选择以太网技术应用于对I P数据最佳的接入网是很合乎逻辑的, 并且原有的以太网只限于局域网, 而且M A C技术是点对点的连接, 在和光传输技术相结合后的E P O N不再只限于局域网, 还可扩展到城域网, 甚至广域网, E P O N众多的M A C技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用E P O N技术。

2 光纤通信技术的发展

2.1 高速长距离光传输

高速长距离光传输是光通信的一项核心技术。通过研究高速长距离光传输技术, 可以解决未来互联网高速和宽带传输问题。在具体研究过程中将研究大容量超长距离光传输的传输模型和系统技术、宽带R F A的优化结构与实现技术、多波长泵浦光源的优化配置方案与实现技术、R F A与E D F A的级联技术、光纤P M D自适应补偿与测试技术、长距离光传输的性能指标与测试技术等, 最终掌握W D M长距离光传输的核心技术。

2.2 光交换

光交换是全光网的重要组成部分之一, 可分为3种类型:空分光交换、时分光交换和波分光交换。传统的电交换中是对电信号进行交换处理, 主要靠电子计算机和大规模集成电路, 由于电子器件的工作速度、时延和载流子转换速率的限制, 其极限处理速率为20Gbit/s, 因此, 电交换已不能满足高速率、大容量的光通信发展的需要。光交换特点是光交换机交换容量大、速度快 (光电器件、光器件的开关速率和处理速度要比电子器件要高得多) , 对光信息直接进行交换, 处理速度快, 便于业务的扩展。光交换近几年已得到一定的发展和商用, 随着通信技术的发展, 许多新技术的采用, 存在的难题将会逐步得到解决, 它在未来光通信中将会占有重要位置。

2.3 全光网

全光网通信是未来光纤通信技术的发展方向, 所谓全光网是指光信息在网络进行传输与交换时, 始终以光的形式存在, 信息从源节点到目的点的传输过程全部在光域内完成。全光网络由光传输线路和光交换系统、选路的光节点组成, 容量和光节点交换的处理能力非常强。不同类型的光信号可以直接接入光交换进行快速处理, 边缘网络中的节点或节点系统中通过光通道与网络直接连接。光节点不进行按信元或按数据包的电子处理, 因而具有很大的吞吐量和快速处理能力, 可大大降低传输延迟。光网络具有光通道的保护能力, 以保证网络传输的可靠性。

2.4 智能光联网技术

以A S O N为代表的智能化光网络是新一代光网络, 它代表了光通信的发展方向。通过研究智能光联网技术, 可以解决未来互联网在光层上的动态、灵活、高效的组网问题。在具体研究过程中将重点研究A S O N, 掌握核心技术, 研制节点设备, 提出相关规范, 完成系统及组网实验。尤其是对A S O N的控制平面、传送平面和管理平面技术进行深入研究, 攻克多粒度光交换、动态波长选路与连接类型、接口单元 (NNI、UNI) 、业务适配与接入、自动资源发现、控制协议、接口与信令、链路监控与管理、组网与生存性核心功能软件与网络管理系统等关键技术, 同时在测试技术方面, 研究A S O N的总体技术要求、性能评估方法和相应的测试方法, 完成包括光接口、光节点、光网络等不同层面的功能测试、性能测试、协议测试和联网测试等。

总之, 日渐成熟的光纤通信技术已经和正在为信息的扩容和I P网络的发展起着巨大的推动作用, 而2 1世纪的光纤通信技术必将迎来一个飞速发展的新高潮, 这项技术将向着高速率、大容量、性能价格比合理的全光网络发展。

摘要：介绍了光纤通信多方面的技术, 从高速长距离光传输、光交换、全光网、智能光联网技术等方面论述了光纤通信技术的发展。

关键词：光纤通信技术,发展