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光通信領域五個熱點技術
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隨著IP業務持續的指數級增長、電信管制體制的改革以及電信市場的逐步全面開放；光通信將逐步取代傳統的交換、傳輸、接入技術，最終實現全光聯網。本文圍繞光通信領域的五個發展熱點一超高速傳輸系統、光傳送聯網技術、新一代的光纖、IP over Opticall以及光接入網技術；闡述了它們在國外的研究和商用現狀；
指出中國在光通信方面的研究計劃和發展方向。向超高速系統發展目前基于電的時分復用光傳輸商用系統已從45Mbit／s增加到10Gbit／s；速率在2O年時間里增加了2000倍。10Gbit／s系統已開始在北美、歐洲、日本和澳大利亞大批量裝備和應用。我國也將在近期開始現場試驗。需要注意的是；10Gbit／S系統對于光纜極化模色散比較敏感；而已經敷設的光纜并不一定都能滿足開通和使用10Gbit／S系統的要求；需要實際測試驗證合格后才能安裝開通。
在理論上，上述基于時分復用的高速系統的速率還有望進一步提高，例如在實驗室傳輸速率已能達到4OGbit／s，采用色度色散和極化模色散補償以及偽三進制；（即雙二進制）編碼后已能傳輸100公里。然而，采用電的時分復用來提高傳輸容量的作法已經接近硅和鎵砷技術的權限，此外，電的40Gbit／s或更高速率的時分復用系統在性能價格比上以及在實用中是否能成功還是個未知數，因而更現實的出路是轉向光的復用方式。光復用方式有光時分復用、波分復用（WDM）、頻分復用等幾種；但目前只有波分復用方式已進入大規模商用階段；而其他方式尚處于試驗研究階段。向超大容量波分復用系統的演講采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡；然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％；99％的資源尚待發掘。如果將多個發送波長適當錯開的光源信號同時在一根光纖上傳送；則可以大大增加光纖的信息傳輸容量；這就是波分復用（WDM）的基本思路。采用波分復用系統的主要好處是：
* 充分利用光纖的巨大帶寬資源；使傳輸容量可以迅速擴大幾倍至上百倍；
* 在大容量長途傳輸時可以節約大量光纖和再生器；大大降低傳輸成本；
* 與信號速率及電調制方式無關；是引入寬帶新業務的方便手段；
* 利用 WDM選路實現網絡交換和恢復可望實現未來透明的、具有高度生存性
的光層傳送聯網。
鑒于上述應用上的巨大好處以及近幾年來技術上的重大突破和市場的驅動，波分復用系統發展十分迅速，實用化系統的最大容量已達400Gbit／s（40 ×10Gbit／s），實驗室的最高水平則已達到2.6Tb／S(132 ×20Gbit／s）。預計不久實用化系統的容量即可達到1Tb／s的水平。可以認為近2年來超大容量密集波分復
用系統的發展是光纖通信發展史上的又一次劃時代的里程碑。WDM不僅經濟地解決了容量問題，而且也刺激了大量新業務和新業務量的產生。我國也在國家863高科技計劃中安排了16×10Gb／s的WDM系統研制項目。實現光傳送聯網實用化的波分復用系統技術盡管具有巨大的傳輸容量；但基本上是以點到點通信為基礎的系統；靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現類似SDH在電路上的分插功能和交叉連接功能的話；無疑將增加新一層的光聯網威力。根據這一基本思路；光的分插復用器（OADM）和交叉連接設備（OXC）均已在實驗室研制成功；前者已投入商用。
實現光傳送聯網的基本目的有五點：實現超大容量光網絡；實現網絡的可擴展性；實現網絡可重構性；達到靈活重組網絡的目的；實現網絡的透明性；允許互連任何系統和不同制式的信號；實現快速網絡恢復，恢復時間可達100ms，對絕大多數業務無損傷。近來；為了進一步實現光層監控和增強光層性能；ITU-T
正在研究光層上附加光開銷和數字封裝器（digital wrapper）的問題。付出的代價是需要重新組幀和新增大約7％的比特率；帶來的好處是徹底解決了光展監控問題并能使光通路居的信噪比改進5－7dB之多。
鑒于光傳送聯網具有上述潛在的巨大優勢；發達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研，特別是美國國防部預研局（DARPA）資助了一系列光聯網項目；諸如以 Bellcore為主開發的“光網技術合作計劃（ONTC）”；以朗訊公司為主開發的“全光通信網”預研計劃；‘步波長光網絡（MONET）”、和“國家
透明光網絡（NTON）”等等。在歐洲和日本，也分別有類似的光傳送聯網項目在進行。我國也在國家863高科技計劃中安排了一個跨主題的中國高速信息示范網項目；其物理層采用了OXC和OADM。顯然，光傳送聯網已經成為繼SDH電聯網以后的又一次新的世界性光通信發展高潮。其標準化工作將于2000年基本完成，設備的商用化時間大約將在2000年左右。預計幾年后，OADM和OXC的市場將會逐漸超過點到點的WDM系統。新一代的光纖適應高速長距離傳輸構筑巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網絡的物理基礎。傳統的G.652單模光纖在適應上述超高速長距離傳輸網絡的發展需要方面已露出力不從心的態勢；開發新型光纖成為開發下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前, 為了適應干線網和城域網的發展需要；出現了兩種新型光纖；即非
零色散光纖（G.655光纖）和無水吸收峰光纖（全波光纖）。用于干線傳輸的新一代非零色散光纖非零色散光纖（G.655光纖）的基本設計思想是在1550nm窗口工作波長區具有合理的較低的色散，足以支持10Gbit／S的長距離傳輸而無需色散補償；從而節省了色散補償器及其附加光放大器的成本；同時；其色散值又保
持非零特性，具有起碼的最小數值（例如2ps／（um.km）以上）；足以壓制四波混合和交叉相位調制等非線性影響，適宜開通具有足夠多波長的DWDM系統；同時滿足TDM和DWDM兩種發展方向的需要。為了達到上述目的；可以將零色散點移向短波長則通常15101520um范圍）或長波長側（1570nm附近），使之在1550nm附近
的工作波長區呈現一定大小的色散值以滿足上述要求。典型 G.655光纖在1550nm波長區的色散值為G.652光纖的1／6－l／7；因此色散補償距離也大致為G.652光纖的6-7倍；色散補償成科包括光放大器，色散補
償器和安裝調試）遠低于G.652光纖。用于城域網多業務環境的全波光纖與長途網相比；城域網面臨更加復雜多變的業務環境，要直接支持大用戶；因而需要頻。繁的業務量疏導和帶寬管理能力。但傳輸距離卻短得多，通常只有50- 80km；因而很少應用光纖放大器，光纖色散也不是問題。顯然，怎樣才能最經濟有效地使
業務量上下光纖成為至關重要的網絡設計因素。采用具有數十乃至數百個復用波長的高密集波分復用技術將是一項很有前途的解決方案。此時，可以將各種不同速率和性質的業務量分配給不同的波長，在光路上進行業務量的選路和分插。在這類應用中，開發具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關鍵。目前影響可用波段
的主要因素是1385nm附近的水吸收峰；因而若能設法消除這一水峰，則光纖的可用頻譜可望大大擴展。全波光纖就是在這種形勢下誕生的。全波光纖采用了一種全新的生產工藝；幾乎可以完全消除由水峰引起的衰減。除了沒有水峰以外，全波光纖與普通的標準G.652匹配包層光纖一樣。然而，由于沒有了水峰，光纖可以開放第5個低損窗口；從而帶來一系列好處：
* 可用波長范圍增加100nm，使光纖的全部可用波長范圍從大約200nm增加到
300nm，可復用的波長數大大增加;
* 由于上述波長范圍內；光纖的色散僅為1550nm波長區的一半，因而；容易
實現高比特率長距離傳輸；
* 可以分配不同的業務給最適合這種業務的波長傳輸；改進網絡管理；
* 當可用波長范圍大大擴展后，容許使用波長間隔較寬波長精度和穩定度要求較低的光源、合波器、分波器和其他元件、使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降，降低了整個系統的成本。IP over 0ptical從長遠看，當IP業務量繼續增加；SDH層的功能有可能融入光層；即有可能最終會省掉中間的SDH層；IP直接
在光路上跑，形成十分簡單的統一的IP網結構（IP over Optical）。顯然，這是一種最簡單直接的體系結構；省掉了中間的ATM層與SDH層, 減化了層次, 減少了網絡設備:減少了功能重疊，簡化了設備，減輕了網管復雜性；特別是網絡配置的復雜性；額外的開銷最低，傳輸效率最高；通過業務量工程設計，可以與IP的不對稱業務量特性相匹配；還可利用光纖環路的保護光纖吸收突發業務；盡量避免緩存,減少延時；由于省掉了昂貴的ATM交換機和大量普通SDH復用設備，簡化了網管；又采用了波分復用；其總成本可望比傳統電路交換網降低一到二個數量級！從面向未來的視角看, IP overOptical將是最具長遠生命力的技術。特別是隨
著IP業務逐漸成為網絡的主導業務后，這種對IP業務最理想的傳送技術將會成為未來網絡特別是骨干網的主導傳送技術。我國已在國家863高科技計劃中安排了采用IP over Optical思路的高性能核心路由器的研制工作。然而；現實世界是多樣性的，網絡解決方案也不會是單一的，在相當長的時期，IP overATM，IP over SDH和IP over Optical則將會共存互補，各有其最佳應用場合和領域。解決全網瓶頸的手段-光接入網 過去幾年間，網絡的核心部分一無論是交換；還是傳輸都已更新了好幾代。不久；網絡的這一部分將成為全數字化的、由軟件主宰和控制的、高度集成和智能化的網絡。而另一方面，現存的接入網仍然是被雙絞線銅纜主宰的（9O%以上）；原始落后的模擬系統。兩者在技術上的巨大反差說明接入網已確實成為制約全網進一步發展的瓶頸。目前盡管出現了一系列解決這一瓶頸問題的技術手段；諸如雙絞線上的xDSL系統、同軸電纜上的HFC系統、寬帶無線接入系統，但都只能算是一些過渡性解決方案，唯一能夠根本上徹底解決這一瓶頸問題的長遠技術手段是光接入網。
接入網中采用光接入網的主要目的如下：減少維護管理費用和故障率；配合本地網絡結構的調整；減少節點，擴大覆蓋；充分利用光纖化所帶來的一系列好處：建設透明光網絡，迎接多媒體時代。光接入網從廣義上可以包括光數字環路載波系統（ODLC）和無源光網絡（PON）兩類。數字環路載波系統DLC不是一種新技術，但結合了開放接口 V5.1／V5.2并在光纖上傳輸的綜合的DLC（IDLC），則顯示了很大的生命力，以美國為例, 目前的1.3億用戶線中，DLC／IDLC已占據3,600萬線；其中IDLC占2,700萬線。特別是新增用戶線中50％為IDLC，每年約 500萬線。至于無源光網絡技術主要是在德國和日本受到重視。德國在1996年底前共敷設了約 23O萬線光接入網系統；其中 PON約占100萬線。日本更是把PON作為網絡光纖化的主要技術；堅持不懈攻關10多年；采取一系列技術和工藝措施；將無源光網絡成本降至與鋼纜雙絞線成本相當的水平，并已在1998年全面啟動無源光接入網建設；計劃于2010年達到6,000萬線；基本普及光纖到家；以此作為振興21世紀經濟的對策。近來又計劃再爭取提前到2005年實現光纖基本到家的宏偉計劃。
在無源光網絡的發展進程中, 近來又出現了一種以ATM為基礎的寬帶無源光網絡（APON）；這種技術將ATM和PON的優勢相互結合；傳輸速率可達622／155Mbps；可以提供一個經濟高效的多媒體業務傳送平臺并有效地利用網絡資源,代表了多媒體時代接入網發展的一個重要戰略方向。目前國際電聯已經基本完成了標準化工作，不久會有商用設備問世。我國也已在國家863高科技計劃中安排了APON的研制攻關項目。可以相信，在未來的無源光網絡技術中，APON將會占據越來越大的份額，成為面向21世紀的寬帶接入技術的主要發展方向。 |
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