光通信技術(shù)發(fā)展展望

莫志藝

南寧鐵路局電務(wù)段，廣西 南寧 530003

在新科技新技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，由于通信技術(shù)作為國家高新技術(shù)的制高點(diǎn)，各國對通信技術(shù)的研究和投資方興未艾，新技術(shù)、新方案、新產(chǎn)品層的更新?lián)Q代日新月異。特別在光傳輸領(lǐng)域，隨著IP技術(shù)的高速發(fā)展帶來對帶寬的巨大需求，原有的主要基于話音服務(wù)的電路交換網(wǎng)絡(luò)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)IP業(yè)務(wù)的需求。強(qiáng)大的需求對光傳輸技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了前所未有的拉動力，使得光傳輸技術(shù)的發(fā)展速度不但超過了摩爾定律所限定的18個月增加一倍，而且還超過了數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的速度，成為近年來發(fā)展最快的技術(shù)之一。在超高速的網(wǎng)絡(luò)中，原有的通信方式已經(jīng)不能滿足人們對高速帶寬帶來的生活需求。舊有的中繼和接入方式不但成本高居不下，效益比也無法得到有效的提高，此種情況下實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)通信就有了理論和實(shí)際上的需求。全光網(wǎng)絡(luò)在可預(yù)見的未來將是傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。

1 光通信技術(shù)的發(fā)展

光通信技術(shù)的發(fā)展，為各種綜合業(yè)務(wù)信息需求提供了穩(wěn)定和足夠大的帶寬以及傳輸質(zhì)量，使得傳輸成本得到了大大的降低。近年來，作為當(dāng)代通信主干通道。光通信技術(shù)幾乎以每年翻10倍的速度得到了高速發(fā)展，在可預(yù)見的未來，基于光纖通信容量的幾乎無限和密集波分技術(shù)高速發(fā)展的情況下，這一發(fā)展速率還將持續(xù)下去。我們都知道，50Gb/s的速率已是今天我們在電子技術(shù)制造方面的極限。因此，單純靠改良電器件和提高電子器件的性能來提高傳輸速率已經(jīng)沒有了多少空間。如果要進(jìn)一步提高光傳輸速率，改善傳輸質(zhì)量和效率，比較好的解決方法就是采用光調(diào)制時分復(fù)用(OTDM)技術(shù)，相對于光調(diào)制的空分復(fù)用技術(shù)和頻分技術(shù)來說，時分復(fù)用技術(shù)在通信容量和通信質(zhì)量方面都得到了有效的提高和改進(jìn)，北電網(wǎng)絡(luò)公司曾研制的80G系統(tǒng)就是采用光調(diào)制時分復(fù)用（OTDM）的技術(shù)。OTDM原理就是將多個高速調(diào)制光信號轉(zhuǎn)換為等速率光信號，然后放在光發(fā)射器里利用超窄光脈沖進(jìn)行時域復(fù)用，將其調(diào)制為更高速率的光信號然后再放到光纖里進(jìn)行傳輸。經(jīng)此整合，限制傳輸速率容量的電子瓶頸就得到了有效的解決。目前，解決OTDM的關(guān)鍵在于3點(diǎn)，即發(fā)射端的超窄脈沖的產(chǎn)生與調(diào)制；全光時分復(fù)用；全光時分解復(fù)用及定時提取。基于目前的電子制造水平來說，還沒有適宜能大批量工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)用制造技術(shù)。因此，OTDM在今后一段時間還只能停留于實(shí)驗(yàn)階段，離大規(guī)模的實(shí)踐商用還有不少的需要解決的問題，還不可能在近來成為光傳輸技術(shù)主流。

為能實(shí)際滿足日益增長的帶寬需求和市場需求，光傳輸技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該主要從以下兩個方向繼續(xù)加大投入和研究：一是盡可能的提高電子制造水平以提高每信道的光傳輸速率，二是不斷的提高每根光纖中能復(fù)用的波長數(shù)。目前，光通信技術(shù)的發(fā)展主要集中在以下幾個方面：1）密集波分復(fù)用技術(shù)，是將來光通信發(fā)展的核心，密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)就是將多個高速光信號經(jīng)光波合成整形放大等操作后放到單根光纖里進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)超大信息容量的傳輸。由于單波長光通信系統(tǒng)電子制造水平跟不上。比較穩(wěn)定的速率只能達(dá)到40Gbit/s左右，而光纖的傳輸容量又大到在目前幾乎可以認(rèn)為是無限的。因此，能夠充分利用光纖傳輸容量的密集波分復(fù)用技術(shù)得到了高度的重視和高速的發(fā)展。采用密集波分復(fù)用技術(shù)，能使傳輸容量成百上千倍的增長，還可在SDH的分插復(fù)用階段接入和分解不同種類，不同速率的信號。方便了大型系統(tǒng)的組網(wǎng)，節(jié)約了大量信號轉(zhuǎn)換和中繼等資源，大大降低了長途傳輸成本。近年來，DWDM技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，單纖復(fù)用波道由開始的時候2波發(fā)展到1999年的160波，2007年的512波導(dǎo)今天的1024波以上，發(fā)展速度是相當(dāng)?shù)捏@人。而光纖的頻段可利用帶寬則大大的拓展，從過去過去沒有利用上的波段，現(xiàn)在幾乎都能利用上。以華為公司的DWDM為例，南寧鐵路局電務(wù)段在2002年引進(jìn)了華為公司的32波的DWDM系統(tǒng)，到2005年華為公司已經(jīng)在512波的系統(tǒng)已經(jīng)可以商用。由過去只利用的C波段，發(fā)展到今天的L波段，S波段，可見技術(shù)的發(fā)展是如何的神速。可以這樣說在可預(yù)見的將來，DWDM系統(tǒng)將占據(jù)光傳輸市場的主導(dǎo)地位；2）光纖接入網(wǎng)技術(shù)要提供寬帶多媒體接入業(yè)務(wù)，由于傳統(tǒng)的基于電纜的接入方式，在我國典型的有ADSL接入方式，ADSL不僅帶寬小，還容易受干擾且不穩(wěn)定，無法滿足信息技術(shù)高速發(fā)展對人們生活和辦公的需求。高速的帶寬接入網(wǎng)不僅要有足夠帶寬的傳輸網(wǎng)絡(luò)，而且是科技發(fā)展和人民生活工作的需求使然，光纖到路邊已經(jīng)不能適應(yīng)這個需求，光纖到戶已經(jīng)成為了用戶接入網(wǎng)的關(guān)鍵和必然。目前，成見的用于光纖到戶的接入網(wǎng)光傳輸技術(shù)主要有以下3種：SDH(光同步數(shù)字傳輸系列)、PDH(準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸系列)和PON(無源光網(wǎng)絡(luò))。在這3種技術(shù)中，SDH技術(shù)成熟穩(wěn)定，通信容量大，但是成本相對較高，PDH傳輸容量小，傳輸距離長，成本相對低廉，而最有發(fā)展?jié)摿Φ膭t是PON，由于采用無源光器件，因此從光線路終端到光網(wǎng)絡(luò)單元的整個光分配網(wǎng)是無源的，從而便于維護(hù)，是較為理想的光纖到戶的接入方式，因此也是發(fā)展最為迅速的；3）全光通信網(wǎng)技術(shù)。目前，基于DWDM等技術(shù)的光傳輸速率還會不斷提高，在這種高速網(wǎng)絡(luò)中，如果繼續(xù)采用原有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備會不斷的增多，從而使得整個網(wǎng)絡(luò)變得龐大而復(fù)雜，成本增加維護(hù)的工作量和維護(hù)的技術(shù)難以跟上。而終端信號的光電轉(zhuǎn)換處理又由于電子元件的技術(shù)缺陷而成為了高速傳輸?shù)钠款i。因此，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)通信成為了必然的選擇。所謂全光通信網(wǎng)是一個整體的通信網(wǎng)絡(luò)全部采用光來傳輸，分插復(fù)用，中繼整形，信號放大。其由光接入網(wǎng)。光復(fù)用器、光傳輸系統(tǒng)、光交換系統(tǒng)等純光網(wǎng)元組成。全光通信網(wǎng)將是未來實(shí)現(xiàn)信息高速公路關(guān)鍵。

2 光通信的新進(jìn)展

研究機(jī)構(gòu)的最新成果表明，DWDM已經(jīng)成為一種對構(gòu)建全光通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵的技術(shù)。所以在我國將來的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，應(yīng)重點(diǎn)推及利用DWDM技術(shù)。可以這么說DWDM是傳輸網(wǎng)邁向全光網(wǎng)絡(luò)的過渡。我們來看一下光通信技術(shù)方面的一些最新進(jìn)展：1）光纖領(lǐng)域的進(jìn)展。光纖領(lǐng)域已經(jīng)取得了許多進(jìn)展。現(xiàn)時光纖有幾種類型，包括非色散位移光纖、色散位移光纖以及非零色散位移光纖。(例如，True Wave光纖)。True Wave光纖是專門為1550nm波段的多波長的高比特率傳輸而設(shè)計的，是用抽絲方法制造的，其色散小且穩(wěn)定，此中光纖適合用于海底光纜的建設(shè)；2）光纖放大器（OFA）的發(fā)明使得長途光纖網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建得以大規(guī)模的進(jìn)行。推動了所有其他光網(wǎng)絡(luò)器件的進(jìn)一步開放。目前，16波長和32波長的DWDM系統(tǒng)早已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。華為公司的512波產(chǎn)品也已經(jīng)投入商用，現(xiàn)在日本已成功開發(fā)出1024×40Gbit/s超大容量的光傳輸系統(tǒng)。通常的放大區(qū)域是在1525nm～1565nm范圍內(nèi)，最新的OFA能夠支持三個波段的帶寬，目前常用的1525nm～1565nm為C波段，正在開發(fā)1570nm～1620nm為L波段。1400nm～1460nm為S波段。現(xiàn)在在1024×40Gbit/s超大容量的光傳輸系統(tǒng)上采用超長距光放大器進(jìn)行光信號的放大可以達(dá)到120km而中間無需中繼整形。隨著波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，同時使用多個光纖放大器，每個光纖放大器負(fù)責(zé)全部波長集中的一個子集的放大任務(wù)，這樣就使得總的波長信道數(shù)可以實(shí)現(xiàn)大幅度增加；3）光插入/落地功能是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)想的一個最關(guān)鍵和前提條件。光交叉連接設(shè)備必須符合開放透明的原則，對于接入的光信號在比特速率、信號格式、調(diào)制方法以及其他信號特征方面只要符合國際標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)該能兼容通用。要真正實(shí)現(xiàn)高速準(zhǔn)確無誤的傳輸，標(biāo)準(zhǔn)化的開放透明的全光交叉能力是構(gòu)建大型高速全光網(wǎng)絡(luò)的基本要求；4）光網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)。光網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)是光通信系統(tǒng)的一個重要組成部分也是未來的一個光網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。智能化、高速化的光維護(hù)系統(tǒng)是光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的發(fā)展方向。現(xiàn)在流行的光網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，其已基本上實(shí)現(xiàn)了智能自愈功能。業(yè)務(wù)信號和網(wǎng)管信號走不通的波長，一般情況下在DWDM系統(tǒng)中，網(wǎng)管信道不參與信號的復(fù)用合成和分解，且網(wǎng)管接受板塊對光信號的靈敏度比主干業(yè)務(wù)信道要高得多。比如，像鐵通的DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)。網(wǎng)管的專用通信信道是通過增加一個額外的波長通信信道進(jìn)行傳輸實(shí)現(xiàn)的。綜上所述，光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展異常迅速，隨著DWDM的發(fā)展，DWDM技術(shù)已經(jīng)成為了中國通信行業(yè)建造主干網(wǎng)的必然選擇。它的好處在于：1）利用現(xiàn)有的光纖資源，無需在繼續(xù)投資埋放光纖就能使現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)獲得更高的通信容量；2）通過全光網(wǎng)絡(luò)的最后一公里光纖接入，真正實(shí)現(xiàn)光纖到戶，為廣大客戶提供了高速的帶寬接入服務(wù)；3）為城域網(wǎng)的升級換代提供了技術(shù)上的支持和選擇

3 光通信市場的高速增長

光纖通信由于光纖的固有特性不容易導(dǎo)致信息丟失，其超高容量的傳輸速率又是別的通信方式無法比擬的，它不受電磁波干擾、保密性強(qiáng)、重量輕、體積小維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)是人們構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的首選。從20世紀(jì)70年代開始，光纖通信經(jīng)過幾十年的高速發(fā)展，已經(jīng)對經(jīng)濟(jì)、國防及人類生活帶來翻天覆地的變化。 由于通信信息在國家整體戰(zhàn)略上的重要地位，加上人們對多媒體高速寬帶通信的需求日益增大，光纖通信正好滿足了各方面對高速視頻帶寬、各種綜合數(shù)字業(yè)務(wù)、保密等需求，所以對光纖通信得以快速增長。從近幾年來看，我國已經(jīng)完成了個大運(yùn)營商的長途骨干網(wǎng)絡(luò)的大型光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)建。以鐵通為例，早在2003年就相繼建立起了京滬穗環(huán)，西南環(huán)，東北環(huán)，西北環(huán)等重要長途骨干DWDM網(wǎng)絡(luò)。而國防通信的光纖化早在10年前就基本完成。全球國際性的電信海底光纜大量鋪設(shè)，長途電信網(wǎng)絡(luò)主干線、居間中繼網(wǎng)絡(luò)光纖化，以及許多國家信息高速公路戰(zhàn)略的實(shí)施光纖化的趨勢，使得全光網(wǎng)絡(luò)通信已經(jīng)成為了光傳輸發(fā)展的必然。

4 迎接光通信網(wǎng)絡(luò)時代

隨著信息智能技術(shù)的發(fā)展，國家信息高速公路和廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)的“三網(wǎng)合一”的持續(xù)展開，人們對信息的需求大爆炸時代已經(jīng)來臨，而在眾多的通信傳輸媒介中，無線網(wǎng)絡(luò)由于頻帶的限制不可以滿足這種日益增長的帶寬需求，而光纖全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以其超大容量，穩(wěn)定可靠，保密性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開放透明等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為了不二的技術(shù)選擇。隨著IPV6技術(shù)的日益成熟，人們對IP的定位需求越來越多。IP over WDM方案自然就順勢誕生出臺，它使光傳輸層被賦予了更多的交換功能。到現(xiàn)在為止光交叉連接系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模投入了商用。展望21世紀(jì)，世界各主要國家都紛紛制定了信息發(fā)展戰(zhàn)略而信心高速公路的發(fā)展戰(zhàn)略是其戰(zhàn)略的核心，基于此種發(fā)展形勢，我國應(yīng)把發(fā)展全光網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略放在重要位置，積極探討出發(fā)展我國全光網(wǎng)絡(luò)的路子，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為全光網(wǎng)絡(luò)大競爭的到來做好我的準(zhǔn)備工作。