[转帖]当代超大容量光纤通信技术...

孟传良

(贵州工业大学 计算机科学与信息技术学院，贵州 贵阳 550003)

摘  要：超大容量传输技术是光纤通信的发展方向。增加传输带宽的主要手段是充分利用当前光纤和光器件的性能，从增加单信道的传输速率、增加信道数量和减小信道间隔等三个方面寻求突破，论述了该领域的研究动态。

关键词：光纤通信；全光网络；宽带传输；OTDM；DWDM；信道间隔

中图分类号：TN929.11                    文献标识码：A

 

0  引  言

当代光纤通信技术的发展方向是超大容量、全光网络、低成本和集成化。在光纤材料性能的不断改进和新型的光器件的商品化的推动下，光传输容量以超摩尔定律速度飞速发展，光纤带宽容量每9个月就增长一倍，据此推测，不到8年，网络的带宽容量将达到目前的1000倍！这使得带宽价格大幅度降低，“带宽批发”将成为现实。当前，Terabit(1×10¹² bit/s)时代已经来临。现在伦敦与巴黎之间租用2 Mbit/s带宽的E1线路的价格，已经由过去的10000美元下降到不足1000美元。运营商们纷纷利用新的分组技术来构建新型全光网络，中国电信、中国联通、中国网通等等都巨资建设骨干网络，不久将进入光纤Internet网络的新时代。

当前世界各国都在研究和热切关注超大容量光纤通信技术。其中：单路高速技术、密集波分复用技术(DWDM)、Raman光放大器、L波段(1570-1605 nm)的开发利用、色散补偿、色散斜率补偿、偏振模色散补偿、波长转换、多级复用、光交叉互连(OXC)和高速器件等研究已成为当前的热点。

超大容量传输是当今光通信的主要特征。当前增加传输带宽的有效手段有：增加单信道的传输速率；增加信道数量；减小信道间隔。

 

1  增加单信道的传输速率

目前实用的光单信道传输都是按照电路时分复用(TDM)方式构造的，10 Gb/s系统已经进入大批量商用业务阶段，40 Gb/s系统在2001年将实用化。但TDM方式的传输速度受限于微电子硅器件和镓砷器件的电子迁移率，要想更进一步提高TDM系统的传输速率将很困难。目前可以采用的技术之一就是光时分复用(OTDM：Optical time division multiplexing)技术。Bell Labs实现了单信道传输160 Gb/s速率的OTDM系统，成功地在Lucent的TrueWave RS光纤中传送300 km的实验，该实验使用的是普通商用半导体的发送机和解复器，但离实用化还有很大距离；而媒体报道的OTDM系统的最高传输速率已达640 Gb/s.要想更进一步提高单信道传输容量，可以在OTDM时隙再采用光码分复用(OCDM：Optical Code-division multiplexing)技术,以及配合较好的编码制式传输。据报道，采用这一系列技术，并且使用RZ码传输，已在非零色散移位光纤NZ-DSF的单信道实现320 Gb/s传输速率的200 km实验。该系统把16个20 Gb/s支路信号采用OTDM方式复用，每个20 Gb/s支路信号采用铌酸锂调制器调制，而解复用采用两个EA调制器形成窄开关窗口完成，时钟恢复是采用基于高Q值滤波器的高速注入锁定式的电光振荡器。OTDM是增大单信道带宽的有效技术，但系统中需要的光器件复杂，特别是色散严重，目前实用化研究成为热点。主要应攻克偏振模色散问题，进行一阶、二阶和高阶的物理媒质相关(PMD：Physical medium dependent)补偿研究。目前有报道，采用Faraday旋光镜与可变延迟线结合，和偏振控制器进行高阶偏振模色散补偿的研究。高效的信道编码译码技术也是超大容量传输系统所必须的，当前研究的热点集中在RZ和Turbo编码器上。

 

2  增加信道数量

单信道系统的带宽扩展是有限制的，带宽要实现进一步的增加，主要依赖于光的复用方式，目前只有波分复用方式(WDM)进入了商用领域。光时分复用技术(OTDM)与密集波分复用

技术(DWDM)结合，即形成OCDM/OTDM/DWDM的复用方式，是当今实现超大容量传输的一个主要方法。

    1999年NTT公司研制了3 Tb/s的传输系统，方法是在DSF光纤(λ₀ ：1535 nm)上，先采用光时分复用技术OTDM把16个10 Gb/s复用为一个160 Gb/s的单信道信号，再采用19个波长的波分复用WDM为19 CH×160 Gb/s=3.040 Tb/s.同年，Lucent则是在非零色散移位光纤NZ-DSF上，采用Raman放大器结合掺铒光纤放大器(EDFA)，研制出了49 CH×10 Gb/s＝490 Gb/s的传输系统。2000年研制的3.28 Tb/s的传输系统采用了82波WDM，每个信道传输速率40 Gb/s，总的传输速率＝82×40 Gb/s＝3.28 Tb/s.其中40路在C波段，42路在L波段，每个信道的40 Gb/s信号由4个10 Gb/s支路信号复用而得，每个10 Gb/s支路的时移为1/4PRBS 2³¹-1序列长度，达到去相关为最大。该系统的每个信道间隔是100 GHz，C波段的1447 nm处的Raman泵浦是600 mW，在1485nm处的Raman泵浦是220 mW，该泵浦能够提供C波段Raman峰值增益25 dB，提供L波段24 dB.1999年11月，Lucent在Bell Labs实现了一根光纤传送1022个波长的超密集波分复用UDWDM，波长间隔是10 GHz.2000年初，加拿大的LMGR演示了一根光纤传输65536个波长信号，采用的是该公司的“声控光波”专利技术。

目前，商用160波长的DWDM技术成熟，性价比很高，而具有较高技术优势的ATM由于传输成本偏高而失去了已有的先机。

 

3  减小信道间隔

WDM的作用是简单地做加法增加总的传输比特率，但信道的数量是有限的，因为目前的光器件水平使光纤的可用带宽有限。因此减小信道波长间隔就可用在有限的光纤带宽内增加信道数量，达到增加传输容量的目的。目前的光纤低损耗区带宽在1550 nm波长区约为120 nm，当采用强度调制/直接探测(IM/DD)方式时，最小信道间隔可以达到1 nm，但采用外差探测技术，在2 Gb/s传输速率时，可以小到10 GHz，但最小信道间隔受信道间的串音限制。减小信道间隔在WDM系统中需要克服的问题较多，例如，减小信道间隔到50 GHz以下时，四波混频成为主要麻烦；对波长的稳定性要求非常严格，此时，工作于10 Gb/s的激光器应稳定在±2.5 GHz以内。据报道，采用非零色散移位光纤NZ-DSF，在25 GHz信道间隔下传输Terabit实验。该实验采用了两个偏振复用的泵浦激光器，用波长可选择的耦合器耦合进入在线放大器；选用了Raman放大器，NZ-DSF光纤作为分布式增益介质，信号光和泵浦光传输方向相反。而常规的方法是采用每个信道光的偏振态互相正交来减小非线性效应的。

 

4  超长距离传输

无电再生全光(DWDM)超长距离传输也是目前的研究热点。通常，商业化的10 Gb/s系统每隔300 km需要电再生，总的传输距离可以达到5000 km.而Siemens的TransXpress Infinity 32×10Gb/s的DWDM系统只需要600 km电再生一次，传输距离>10000 km.因为它采用的是特别的光放大器和预放远泵等各种泵浦源，使跨距衰减达44-75 dB，并且采用了带外的FEC赢得额外的5.5 dB，很适合海光缆系统。美国Corvis公司在芝加哥到西雅图的3200 km光缆上实现了160×2.5 Gb/s的无电再生DWDM传输；Qtera公司的最新产品ULTRA系统可以将以10 Gb/s为基础的WDM系统传输距离提高到4000 km；而Pirelli公司利用光纤扩展模块LEN把DWDM的无电再生距离提高到了6000 km!

 

5  以大气为介质的光通信

Lucent实验了2.5 Gb/s的直接大气介质光通信，证明可以载送语音、视频和数据。并且光束能够通过水帘，说明具有极强的抗恶劣气候能力。Lucent准备在2000年实现5 km的传输距离，并且利用DWDM技术做传输8×2.5 Gb/s实验。光通信的大气传送意义重大，它极大地增加了光通信的灵活性，可以成为新型的宽带接入形式，解决“最后一公里”难题，以及为光缆维修和临时用户提供通信链路等等。

 

6  结束语

我国的信息化正在飞速发展，基本建设力度强劲。目前，朗讯科技的光网络产品在我国取得了较大的份额，主要有2.5 Gb/s SDH系统，端到端解决方案的时分复用TDM 10 Gb/s系统、80信道DWDM光放大器系统和数字交叉连接设备、波分复用系统以及网管系统等20多种产品。中国网通与北电网络签署了160×10 Gb/sDWDM系统的光纤线路合同，开满全部波长传输速率就达到1.6 Tb/s，成为我国干线超前发展的第一家。

我国在光纤通信的应用水平上与发达国家差距不算大，但我们的实验室研究水平落后，因此商业化的高端光器件和光设备产品就有较大差距。经过我国IT业界的努力，进步幅度是很大的，去年华为公司推出的320 Gb/s的 DWDM系统已经投入商用，标志我国在光网络的高端产品技术已经达到世界先进水平。

我国将在“8横8纵”干线基础上再建多条大干线，连接全国重要城市的光节点。“十五”目标是长途传输网络光缆长度超过30万km，其中省际干线长度超过10万km.信息化的进步将带动一大批产业发展。

 

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The Present-Day Supercapacity Optical Fiber

Communication Technology

MENG Chuan-liang

(School of Computer Science and Information Technology,GUT,Guiyang 550003,China)

Abstract：Supercapacity transmission technology is a trend of development.The major means of increasing transmission bandwidth is increasing transmission capacity of each single channel and the number of channels and decreasing channel distance to make full use of the optical devices.This paper introduces the state of the art in the field.

Key words:optical fiber communication;all-optical network;bandwidth transmission; OTDM;DWDM;channel distance