光纤通信技术的应用及发展

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光纤通信技术的应用及发展

白　云,海曙光

(内蒙古电力信息通信中心,内蒙古呼和浩特010020)

　　摘　要:作为通信网最基本、也是最主要传输手段的光纤通信在应用中得到不断的发展,本文试图从几个不同的侧面,介绍光纤通信技术如何适应市场需求而不断发展的情况。

关键词:光纤通信;同步数字体系(SDH);波分复用(WDM)

　　中图分类号:TE933　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2012)07—0085—02　　世界经济低迷的形势,影响了各行各业,其中,通信行业受到的影响颇为巨大。然而,通信毕竟是国民经济发展的基础和推动力,世界经济逐渐复苏,经济发展必然引起信息需求的快速增长。所谓是“兵马未动,粮草先行”,通信的发展一般会先于整个经济的发展。作为通信网络中最基本、也是最主要传输手段的光纤通信,由技术驱动为主转向以市场驱动为主,让技术适应市场需求,在实际应用中不断调整技术的发展方向,使之更符合市场发展规律和经济发展需要。

本文试图从几个不同的侧面,介绍光纤通信技术如何适应市场需求而不断发展的情况。1　对所传送客户信号类型变化的适应

光通信从一开始就是为传送基于电路交换的信息的,所以客户信号一般是TDM的连续码流,如PDH、SDH等。随着计算机网络,特别是因特网的发展,数据信息的传送量越来越大,客户信号中基于包交换的分组信号的比例逐步增加。分组信号与连续码流的特点完全不同,它具有随机性、突发性,因此如何传送这一类信号,就成为光通信技术要解决的重点。例如快速启动和关闭、快速同步、大的动态范围、基线浮动等,特别是如何确定一种最适合的信号格式,除传送客户信号外,还要传送监测、控制和网管等信息。所以传送数据信号的光收发模块及设备系统,与传统的传送连续码流的光收发模块及设备系统是有很大区别的。在接入网中,所实现的系统即为ATM-PON、EPON或GPON等。在核心网,实现IP等数据信号在光上(包括在波分复用系统)上的直接承载,就是大家熟知的IPoverOptical的技术。

由于SDH系统的良好特性及已有的大量资源,有时也利用原有的SDH系统来传送数据信号。起初只考虑了对ATM的承载,后来,随着对信息需求的快速增长,通过SDH网络承载的数据信号的类型越来越多,例如FR、10M-baseT、ATM、IP、FE、GE、10GE、DDN、FDDI、FiberChannel、FICON、ESCON等。于是,人们提出了许多将IP等信号映射进SDH虚容器VC的方法,起初是先将IP或Ethernet装进ATM,然后再映射进SDH传输,即IP/Ethernetover

后来,又把中间过程省去,直接ATM,再overSDH。

将IP或Ethernet映射进SDH,如PPP、LAPS、SDL、GFP等,即IPoverSDH、POS或EOS。

然而,SDH的虚容器VC的大小是固定的,且与IP或以太网分组信号的大小并不匹配。例如100M

快速以太网FE信号如果映射进VC4,则约有40%的容量空闲,造成资源浪费。能否将FE映射进50个VC12呢?用直接映射到VC12是不行的。于是,SDH发展了VC级联的技术,即通过N个VCn的级联,可以成为容量为N×VCn的等效容器来使用。级联又有相邻级联和虚级联两种方式。用了级联技术以后,分组信号映射进SDH就方便多了。在实际使用级联技术时,在传送过程中,还根据分组信号容量的实时变化,采用动态调整级联的VCn个数的技术,使得SDH通道的利用更加有效。2　信道容量对应用的适应

一般都希望光通信系统的传送容量越大越好,可以承载更多的信息,从降低单位信息的传送成本来看,是十分有利的。所以光通信系统能从PDH发展到SDH,从155Mb/s发展到10Gb/s、40GB/s目前更大容量的系统,如160Gb/s(单波道)系统已在实验室研制开发成功,正在考虑将其列入标准。此外,利用波分复用等信道复用技术,还可以将系统容量提高得更大。目前32×10Gb/s(即320Gb/s)的DWDM系统已普遍应用,160×10Gb/s(即1.6Tb/s)的的系统也投入了商用,实验室中超过10Tb/s的系统已在多家公司开发出来。光时分复用OTDM、孤子技术等已有很大进展。毫无疑问,这些对于骨干网的传输是非常有利的。然而,对于相当一部分应用,并不一定需要特大容量传输,而是满足需要即可。例如有些支线(特别是客户分散又偏远的地区)、有些专网、移动通信的基站等,只需要低速率的信号传送。所以,STM-0甚至sSTM-0的系统已经足够,有些系统至今还选用PDH的8Mb/s,也是很好的例证。这对降低组网成本,便于运行维护和管理都有很大好处。3　信号传送距离

从宏观来说,对光纤传输的要求肯定是传的距离越远越好,所有研究光纤通信技术的机构,都在这方面下了很大的工夫。特别是在光纤放大器出现以后,对于特大枢纽节点之间需要大容量的直达通路。这样可以减少再生中继器的数量,降低建设和运行维护成本,提高可靠性。尤其在拉曼光纤放大器实用之后,为增大无再生中继距离创造了条件。同时,采用有利于长距离传送的线路编码,如RZ或CS-RZ码;采用FEC、EFEC或SFEC等技术提高接收灵敏度;用色散补偿和PMD补偿技术解决光通道代价和选用合适的光纤及光器件等措施,已经可以实现超过STM-64或基于10Gb/s的DWDM系统,

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收稿日期:2012-02-15

作者简介:白云,内蒙电力信息通信中心助理工程师,从事通信设备维护工作23年。

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内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2012年第7期　

DWDM系统使用的可调谐激光器陈列,可以把8～16个或者更多的可调谐LD集成在一起,每个LD可以调谐到99个ITU-T规定的波长栅格上,无论对于设备制造还是维护备用都是很方便的。无源器件的集成,如AWG、PLC等,以及有无源的混合集成都使系统设计、制造变得简单。6　光传输与交换技术的融合

随着对光通信的需求由骨干网逐步向城域网转移,光传输逐渐靠近业务节点,这样的光通信技术实际上可以看作是传输与交换的融合,目前已广泛使用的基于SDH的多业务传送平台MSTP是指在

以太网等SDH的平台上,同时实现TDM、ATM、

业务的接入处理和传送,提供统一网管的多业务节4000km无电再生中继器的超长距离传输。4　WDM的波长间隔

WDM系统由于其可以在一根光纤上同时传送多个波长的信号,而被用做提高传送容量的重要手段。从WDM系统的原理来看,相邻波长之间的间隔越小,在一定波长范围内能够传送的波长数就越多,总的传送容量越大。因此人们一直在努力提高光的MUX/DEMUX器件的技术,以减小波长间隔。如目前的DWDM系统中,已经可以从最初的200GHz甚至400GHz的间隔减小到100GHz、50GHz甚至25GHz。同时,还在努力提高可利用的波长范围,以求容纳更多的波长。一方面提高光纤的水平,实现“全波”光纤,即G.652C光纤,在1260nm到1675nm范围内的O、E、S、C、L、U等6个波段内都可以进行低衰减的传输。另一方面,努力改进光纤放大器在波段内的平坦特性,并实现多个波段的放大。现在商用DWDM的波长数已达到160个,而实验室已做到超过1000个波长。

在实际应用中,人们感到,波长间隔越小,实现的技术难度越大。如随着波长间隔的减小,对光源的波长准确性、稳定性要求也逐渐提高,从而各种温度控制、波长反馈控制技术的应用使系统的复杂性和成本也不断提高。

对于长途传送来说,主要建设成本在线路,所以设备、系统成本的提高相对比例不大,可以接受。而对于城域网、接入网等短距离传送系统来说,线路成本的比例大大下降,因此对设备、系统的成本就特别敏感。于是人们想到,用增大波长间隔的方法,可以大大降低对波长准确性、稳定性的要求,从而使用普通的、无致冷的激光器;尽可能不用光纤放大器等,降低系统成本,适应于城域网和接入网中的应用。于是,CWDM系统应运而生,目前CWDM系统已在城域网中实现了商用。5　集成与小型化

这里的集成有两重含义,即微电子的集成和光子/光电子的集成。微电子的集成主要是专用超大规模集成电路(ASIC)和单片系统SOC的实现。

目前的微电子技术和工艺水平,使其能很好地支持光纤通信系统和设备满足应用的需求。例如,现在的SDH设备中的大部分功能都是用ASIC来实现的,如映射、定位、复用/去复用、指针处理、开销处理、定时、级联、接口等等。ASIC的规模已经达到数百万门,甚至一千万门。超大规模集成对提高设备和系统的稳定可靠性、降低设备成本、便于维护等都有很大作用。而进一步的发展是实现单片系统SOC,国际上已经实现了将一个2.5Gb/s系统或一个10Gb/s系统集成在一片芯片上。国内目前正在进行155Mb/s系统的SOC开发,除了可以解决155Mb/s的小型化问题之外,还可以提高高速率设备的支路组装密度,满足应用要求。

光通信的核心技术在于光器件和光电器件技术,许多系统技术的实现是建立在器件技术进步的基础上的。光器件和光电器件技术的发展方向是光集成(PIC)和光电集成(OEIC),这也是应用提出的要求。例如,从单个的光发送/接收器件到现在流行的光收发模块,使得进入光通信设备制造的门槛大大降低。在超高速率传送的情况下,对激光器的直接调制极其困难,需采用外调制的方式。如果采用电吸收型调制器,则可以与LD集成在一起,成为DFB-LD+EA的集成器件,以便于使用。此外,为了便于

点设备。基于SDH的MSTP除应具有标准SDH设备所具有的功能外还应具有:TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能;TDM业务、ATM业务或以太网业务的传送功能,包括点到点的透明传送功能;ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能;ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能等。

除了基于SDH的MSTP之外,还可以有基于WDM的MSTP。实际上是将WDM的每个波道分别用作各个业务的通道,即可以用透传的方式,也可以支持各种业务的接入处理,如在FE、GE等端口中嵌入以太网2层甚至3层交换功能等,使WDM系统不仅仅具有传送功能,而且具有业务提供功能。

进一步在光层网络中,将传输与交换功能相结合的结果,则导出了自动交换光网络ASON的概念。ASON除了原有的光传送平面和管理平面之外,还增加了控制平面,除了能实现原来光传送网的指配型连接(硬连接)外,在信令的控制下,可以实现交换的连接(软连接)和混合连接。7　结语

以上仅略述了光纤通信为满足实际应用中的要求,推动了本身技术发展的几个典型示例。其实类似的例子还有很多,如FTTH、VCSEL、光纤放大器技术、VOA、可调谐滤光器、OXC、OADM以至全光网、光网络管理技术等都是在应用需求的推动下应运而生的。还有正在研发的polymer器件、光子晶体器件与光纤等也是为了进一步降低成本,特别是为适应光接入网的需要而进行的。除此之外,光通信工程的设计、施工技术和运行维护技术也在实践中不断进步。现在有一股思潮,认为已建光通信网络的容量已经很大,许多能力还在闲置,因此不需要再建设光网络,所以光通信技术也没有再发展的需要了。实际上,社会经济必然不断发展,作为经济发展先导的信息需求必然不断增长,一定会超过现有网络能力,推动通信网络的继续发展。同时,原有的光通信网络设施也是有一定寿命期的,也需要更新换代。更新换代意味着并不是在原有水平上的重复,而是用新一代的技术取代原来的技术。所以,在应用需求的推动下,光通信技术一定会不断进步。这也需要同仁们不懈的努力和贡献,才能使光通信技术得到长足发展,跟上时代进步的步伐。

[参考文献]

[1]　《光纤通讯技术》全华科技图书公司.[2]　张安华.光纤通信与实习,1994.

[3]　金子一,等.数字信号处理基础,邮电大学.[4]　马海武.通信原理.邮电大学.