光通信技术发展展望

摘要 在新科技新技术突飞猛进的今天,由于通信技术作为国家高新技术的制高点,各国对通信技术的研究和投资方兴未艾,新技术、新方案、新产品层的更新换代日新月异。为了不落后于其它国家,我国也应把发展通信技术作为重点。本文对光通信技术的发展背景和发展方向进行了论述。

关键词 光纤;光纤放大器(OFA);光调制时分复用(OTDM);密集波分复用(DWDM);SDH(光同步数字传输系列);PDH(准同步数字传输系列);PON(无源光网络);宽带IP网络

中图分类号 TN929.1文献标识码 A文章编号 1674-6708(2010)16-0041-02

在新科技新技术突飞猛进的今天,由于通信技术作为国家高新技术的制高点,各国对通信技术的研究和投资方兴未艾,新技术、新方案、新产品层的更新换代日新月异。特别在光传输领域,随着IP技术的高速发展带来对带宽的巨大需求,原有的主要基于话音服务的电路交换网络已远远不能适应IP业务的需求。强大的需求对光传输技术的发展产生了前所未有的拉动力,使得光传输技术的发展速度不但超过了摩尔定律所限定的18个月增加一倍,而且还超过了数据技术发展的速度,成为近年来发展最快的技术之一。在超高速的网络中,原有的通信方式已经不能满足人们对高速带宽带来的生活需求。旧有的中继和接入方式不但成本高居不下,效益比也无法得到有效的提高,此种情况下实现全光网络通信就有了理论和实际上的需求。全光网络在可预见的未来将是传输网络发展的必然趋势。

1 光通信技术的发展

光通信技术的发展,为各种综合业务信息需求提供了稳定和足够大的带宽以及传输质量,使得传输成本得到了大大的降低。近年来,作为当代通信主干通道。光通信技术几乎以每年翻10倍的速度得到了高速发展,在可预见的未来,基于光纤通信容量的几乎无限和密集波分技术高速发展的情况下,这一发展速率还将持续下去。我们都知道,50Gb/s的速率已是今天我们在电子技术制造方面的极限。因此,单纯靠改良电器件和提高电子器件的性能来提高传输速率已经没有了多少空间。如果要进一步提高光传输速率,改善传输质量和效率,比较好的解决方法就是采用光调制时分复用(OTDM)技术,相对于光调制的空分复用技术和频分技术来说,时分复用技术在通信容量和通信质量方面都得到了有效的提高和改进,北电网络公司曾研制的80G系统就是采用光调制时分复用(OTDM)的技术。OTDM原理就是将多个高速调制光信号转换为等速率光信号,然后放在光发射器里利用超窄光脉冲进行时域复用,将其调制为更高速率的光信号然后再放到光纤里进行传输。经此整合,限制传输速率容量的电子瓶颈就得到了有效的解决。目前,解决OTDM的关键在于3点,即发射端的超窄脉冲的产生与调制;全光时分复用;全光时分解复用及定时提取。基于目前的电子制造水平来说,还没有适宜能大批量工业生产的实用制造技术。因此,OTDM在今后一段时间还只能停留于实验阶段,离大规模的实践商用还有不少的需要解决的问题,还不可能在近来成为光传输技术主流。

为能实际满足日益增长的带宽需求和市场需求,光传输技术的发展应该主要从以下两个方向继续加大投入和研究:一是尽可能的提高电子制造水平以提高每信道的光传输速率,二是不断的提高每根光纤中能复用的波长数。目前,光通信技术的发展主要集中在以下几个方面:1)密集波分复用技术,是将来光通信发展的核心,密集波分复用(DWDM)技术就是将多个高速光信号经光波合成整形放大等操作后放到单根光纤里进行传输,从而实现超大信息容量的传输。由于单波长光通信系统电子制造水平跟不上。比较稳定的速率只能达到40Gbit/s左右,而光纤的传输容量又大到在目前几乎可以认为是无限的。因此,能够充分利用光纤传输容量的密集波分复用技术得到了高度的重视和高速的发展。采用密集波分复用技术,能使传输容量成百上千倍的增长,还可在SDH的分插复用阶段接入和分解不同种类,不同速率的信号。方便了大型系统的组网,节约了大量信号转换和中继等资源,大大降低了长途传输成本。近年来,DWDM技术有了突飞猛进的发展,单纤复用波道由开始的时候2波发展到1999年的160波,2007年的512波导今天的1 024波以上,发展速度是相当的惊人。而光纤的频段可利用带宽则大大的拓展,从过去过去没有利用上的波段,现在几乎都能利用上。以华为公司的DWDM为例,南宁铁路局电务段在2002年引进了华为公司的32波的DWDM系统,到2005年华为公司已经在512波的系统已经可以商用。由过去只利用的C波段,发展到今天的L波段,S波段,可见技术的发展是如何的神速。可以这样说在可预见的将来,DWDM系统将占据光传输市场的主导地位;2)光纤接入网技术要提供宽带多媒体接入业务,由于传统的基于电缆的接入方式,在我国典型的有ADSL接入方式,ADSL不仅带宽小,还容易受干扰且不稳定,无法满足信息技术高速发展对人们生活和办公的需求。高速的带宽接入网不仅要有足够带宽的传输网络,而且是科技发展和人民生活工作的需求使然,光纤到路边已经不能适应这个需求,光纤到户已经成为了用户接入网的关键和必然。目前,成见的用于光纤到户的接入网光传输技术主要有以下3种:SDH(光同步数字传输系列)、PDH(准同步数字传输系列)和PON(无源光网络)。在这3种技术中,SDH技术成熟稳定,通信容量大,但是成本相对较高,PDH传输容量小,传输距离长,成本相对低廉,而最有发展潜力的则是PON,由于采用无源光器件,因此从光线路终端到光网络单元的整个光分配网是无源的,从而便于维护,是较为理想的光纤到户的接入方式,因此也是发展最为迅速的;3)全光通信网技术。目前,基于DWDM等技术的光传输速率还会不断提高,在这种高速网络中,如果继续采用原有的网络拓扑设计,网络节点设备会不断的增多,从而使得整个网络变得庞大而复杂,成本增加维护的工作量和维护的技术难以跟上。而终端信号的光电转换处理又由于电子元件的技术缺陷而成为了高速传输的瓶颈。因此,实现全光网络通信成为了必然的选择。所谓全光通信网是一个整体的通信网络全部采用光来传输,分插复用,中继整形,信号放大。其由光接入网。光复用器、光传输系统、光交换系统等纯光网元组成。全光通信网将是未来实现信息高速公路关键。

2 光通信的新进展

研究机构的最新成果表明,DWDM已经成为一种对构建全光通信网络关键的技术。所以在我国将来的网络发展中,应重点推及利用DWDM技术。可以这么说DWDM是传输网迈向全光网络的过渡。我们来看一下光通信技术方面的一些最新进展:1)光纤领域的进展。光纤领域已经取得了许多进展。现时光纤有几种类型,包括非色散位移光纤、色散位移光纤以及非零色散位移光纤。(例如,True Wave光纤)。True Wave光纤是专门为1 550nm波段的多波长的高比特率传输而设计的,是用抽丝方法制造的,其色散小且稳定,此中光纤适合用于海底光缆的建设;2)光纤放大器(OFA)的发明使得长途光纤网络的构建得以大规模的进行。推动了所有其他光网络器件的进一步开放。目前,16波长和32波长的DWDM系统早已经被广泛应用。华为公司的512波产品也已经投入商用,现在日本已成功开发出1024×40Gbit/s超大容量的光传输系统。通常的放大区域是在1 525nm~1 565nm范围内,最新的OFA能够支持三个波段的带宽,目前常用的1 525nm~1 565nm为C波段,正在开发1 570nm~1 620nm为L波段。1 400nm~1 460nm为S波段。现在在1024×40Gbit/s超大容量的光传输系统上采用超长距光放大器进行光信号的放大可以达到120km而中间无需中继整形。随着波分复用技术的发展,同时使用多个光纤放大器,每个光纤放大器负责全部波长集中的一个子集的放大任务,这样就使得总的波长信道数可以实现大幅度增加;3)光插入/落地功能是实现全光网络设想的一个最关键和前提条件。光交叉连接设备必须符合开放透明的原则,对于接入的光信号在比特速率、信号格式、调制方法以及其他信号特征方面只要符合国际标准,就应该能兼容通用。要真正实现高速准确无误的传输,标准化的开放透明的全光交叉能力是构建大型高速全光网络的基本要求;4)光网络的维护。光网络的维护是光通信系统的一个重要组成部分也是未来的一个光网络研究领域的一个热点。智能化、高速化的光维护系统是光网络维护的发展方向。现在流行的光网络管理系统,其已基本上实现了智能自愈功能。业务信号和网管信号走不通的波长,一般情况下在DWDM系统中,网管信道不参与信号的复用合成和分解,且网管接受板块对光信号的灵敏度比主干业务信道要高得多。比如,像铁通的DWDM网管系统。网管的专用通信信道是通过增加一个额外的波长通信信道进行传输实现的。综上所述,光网络的发展异常迅速,随着DWDM的发展,DWDM技术已经成为了中国通信行业建造主干网的必然选择。它的好处在于:1)利用现有的光纤资源,无需在继续投资埋放光纤就能使现有的通信网络获得更高的通信容量;2)通过全光网络的最后一公里光纤接入,真正实现光纤到户,为广大客户提供了高速的带宽接入服务;3)为城域网的升级换代提供了技术上的支持和选择

3 光通信市场的高速增长

光纤通信由于光纤的固有特性不容易导致信息丢失,其超高容量的传输速率又是别的通信方式无法比拟的,它不受电磁波干扰、保密性强、重量轻、体积小维护成本低等优点是人们构建网络的首选。从20世纪70年代开始,光纤通信经过几十年的高速发展,已经对经济、国防及人类生活带来翻天覆地的变化。 由于通信信息在国家整体战略上的重要地位,加上人们对多媒体高速宽带通信的需求日益增大,光纤通信正好满足了各方面对高速视频带宽、各种综合数字业务、保密等需求,所以对光纤通信得以快速增长。从近几年来看,我国已经完成了个大运营商的长途骨干网络的大型光纤通信系统的构建。以铁通为例,早在2003年就相继建立起了京沪穗环,西南环,东北环,西北环等重要长途骨干DWDM网络。而国防通信的光纤化早在10年前就基本完成。全球国际性的电信海底光缆大量铺设,长途电信网络主干线、居间中继网络光纤化,以及许多国家信息高速公路战略的实施光纤化的趋势,使得全光网络通信已经成为了光传输发展的必然。

4 迎接光通信网络时代

随着信息智能技术的发展,国家信息高速公路和广电网、互联网、电信网的“三网合一”的持续展开,人们对信息的需求大爆炸时代已经来临,而在众多的通信传输媒介中,无线网络由于频带的限制不可以满足这种日益增长的带宽需求,而光纤全光网络系统以其超大容量,稳定可靠,保密性强,网络可扩展,网络结构开放透明等优点已经成为了不二的技术选择。随着IPV6技术的日益成熟,人们对IP的定位需求越来越多。IP over WDM方案自然就顺势诞生出台,它使光传输层被赋予了更多的交换功能。到现在为止光交叉连接系统已经大规模投入了商用。展望21世纪,世界各主要国家都纷纷制定了信息发展战略而信心高速公路的发展战略是其战略的核心,基于此种发展形势,我国应把发展全光网络战略放在重要位置,积极探讨出发展我国全光网络的路子,以科学发展观为指导,实现信息产业的可持续发展,为全光网络大竞争的到来做好我的准备工作。

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