光通信网络发展概述.docx

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1、光通信网络发展概述摘要：本文从光通信网络向融合多业务平台、 40Gbit/s 系统、超大容量超长距离波分复用系统、 城域 CWDM 技术及光纤技术等多方面对光通信网络的最新技术发展趋势进行了介绍和分析。关键词：光通信SDH 波分复用 CWDM 光纤一、光通信网络向融合多业务平台转型SDH 是当前电信网的主要传送体制， 然而， 由于 WDM 的出现和发展， SDH的角色正开始向网络边缘转移。鉴于网络边缘复杂的客户层信号特点， SDH 必须从纯传送网转变为传送网和业务网体化的多业务平台。 其出发点是充分利用大家所熟悉和信任的 SDH 支术，特别是其保护恢复能力和确保的延时胜能，加以改造以适应多业务

2、应用， 支持层 2 乃至层 3 的数据智能， 而 SDH 设备与层 2 、层 3 分组设备在物理上集成为个实体， 构成业务层和传送层体化的 SDH 节 点，称为融合的多业务节点或多业务平台，主要定位于网络边缘。SDH 多业务平台的出现不仅减少了大量独立的业务节点和传送节点设备，简化了节点结构，而且降低了设备成本，减少了机架数、机房占地、功耗、架间互连，简化了电路搭配，加快了业务提供速度，改进了网络扩展性，节省了运营维护成本。特别是集成了 IP 选路、 以太网、帧中继或ATM 后，可以通过统计复用和超额订购业务来提高 TDM 通路的带宽利用率， 减少局端设备的端口数使现有 SDH 基础设施最佳化

3、。随着数据业务份量的加重， SDH 业务平台也正逐渐从简单的支持数据业务的固定封装和透传的方式向更加灵活有效支持下一代SDH 系统演进。最新的发展是支持集成通用组帧程序（CFP）、链路容量调节方案（LCAS）和自动交换网络（ASON） 标准。GFP 是一种可以透明地将各种数据信号封装进现有网络的通用标准信号适配映射技术，简单灵活，开销低，效率高，有利于多厂家设备互联互通，能够对用户数据实施统计复用，还有QoS 机制。此外， GFP 降低了对数据链路映射和去映射过程的处理要求，降低了接收机实施复杂，设备尺寸和成本，使GFP 特别适合于高速传输链路应用， 例如点到点SDH 链路， OTN 中的波长

4、通路以及暗光纤应用。LCAS 定义了一种可以平滑地改变传送网中虚级联信号带宽的方法，以自动适应有效业务带宽，信令传输由普通的 SDH 网元和网管系统完成。采用 LCAS的最大优点在于有效净负荷可以自动映射到可用的 VC 上， 这意味着带宽的调整是连续的， 不仅提高了带宽指配速度， 而且当系统出现故障时， 可以动态调整系统带宽，无须人工介入，在保证服务质量的前提下明显提高网络利用率。ASON 是智能光网络的控制平面技术，可以动态地实施光层连接建立和管理， 使网络具有自动选路和指配功能。 若下一代的 SDH 多业务平台能将上述VC级联， GFP、 LCAS 和 ASON 几种标准功能集成在一起，再

5、配合核心智能光网络的自动选路和指配功能，则不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力，而且可以将核心智能光网络的智能扩展到网络边缘， 增强整个网络的智能范围和 效率。二、 40Gbit/s 系统的应用前景目前 10Gbit/s 系统已大批量装备网络，带有10Gbit/s 接口的路由器已经开始应用。而且路由器间的突发性IP 业务量还在迅速增长，为了提高核心网的效率和功能，希望单波长内能处理多个数字连接，因此核心网的单波长速率向40Gbit/s 乃至更高速率的方向演进是合乎逻辑的。不少电信公司实验室已开发出 40Gbit/s 的系统。然而，单路波长的传输速率会受限于集成电路材料的电子和空穴的迁移

6、率，受限于传输媒质的色散和极化模色散， 还会受限于所开发系统的性能价格比是否合算。 目前看来， 材料问题已不是主要限制， 但后两项限制成为这一速率的实用化瓶颈。从实际应用看，对于40Gbit/s 传输系统，必须用外调制器，能具备足够输出电压驱动外调制器的驱动集成电路也不成熟，沿用多年的 NRZ 调制方式能否有效可靠地工作于 40Gbit/s 还没有定论，是否应转向普通RZ 调制方式、载频抑制的RZ调制方式(CS-RZ)、差分相移键控RZ码(RZDPSK)调制方式、光孤 子(Soliton)调制方式、伪线性 RZ调制方式、全谱 RZ(FSRZ)、双二进制，还是 其他调制方式都还在探索过程之中。除

7、了技术因素外， 经济上是否可行也是必须考虑的因素。 从历史经验看， 只有成本降到一定比例才有可能获得规模应用。 40Gbit/s 系统应用的理想场合仍然是长途网， 因为长途网需要最大的容量和最低的比特传送成本。 然而， 由于前几年的过度建设， 网络的这一部分目前并不需要大规模扩容， 即便扩容， 靠增加10Gbit/s 波长既方便又经济。因而， 40Gbit/s 系统的应用可能还会推迟，首先 可能由短距离互连应用开始，包括端局内路由器、交换机和传输设备间的互连。在这样的距离内，无须色散补偿、光放大器和外调制器， 40Gbit/s 系统具有最低的单位比特成本；下一步的应用有可能是城域网或长途网领域

8、。三、大容量长距离WDM 系统的发展由于技术上的突破和市场的驱动， 波分复用系统这几年发展十分迅猛。 目前1 6Tbit/sWDM 系统已经大量商用。 NEC 和阿尔卡特分别在 100Km 距离上实现了总容量为 10.9Tbit/s(273x40Gbit/s) 和 102Tbit/s(256x40Gbit/s) 的传输容量最新世界记录，其中前者实现了 273 个通路，每通路 40Gbit/s 速率，间隔50GHz ，覆盖S、 C 和 L 波段；后者实现了 256 个通路，利用锗硅技术实现每通路速率42.7Gbit/s，其中FEC开销7% ,结合采用了交替间插的75和50GHz通路间隔， 残留边

9、带过滤和极化复用技术， 有效减少了路际干扰， 频谱效率高达1 28bit/s/Hz ，系统工作范围覆盖C 和 L 波段。WDM 系统除了波长数和传输总容量不断突破以外， 为了尽量减少电再生点的数量，降低初始成本和运营成本，改进可靠性以及应付IP 业务越来越长的落地距离， 全光传输距离也在大幅度扩展， 从目前的 600Km 左右扩展到 2000Km以上，主要使用的技术有分布式喇曼放大器、超强前向纠错(FEC)、色散管理、光均衡以及高效的调制格式等。从技术上看，在 5 年左右的时间，实用化的最大传输链路容量有可能达到5-10Tbit/s ， 甚至有研究结果认为单波长容量达到 100Tbit/s 是

10、可能的。 简言之，网络容量将不会受限于传输链路， 焦点将集中在网络节点上。 超大容量密集波分复用系统的发展不仅彻底发掘了无穷无尽的光传输链路的容量，也成为 IP 业务 快速发展的催化剂和下代光传送网灵活光节点的基础。CWDM 在城域网领域的应用WDM 技术正从长途传输领域向城域网领域扩展，适用于城域网领域的WDM 系统称为城域WDM 系统，低成本是该系统最重要的特点。由于城域网范围传输距离通常不超过l00Km ，因而长途网必须用的外调制器和光放大器不一定使用。 由于可能省掉光放大器， 波长数的增加和扩展不再受光放大器频带的限制， 可以使用波长间隔较宽波长精度和稳定度要求较低的光源合波器、 分波

11、器和其他元件， 使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降， 降低了整个系统的成本。尽管城域 WDM 系统的成本已明显低于长途网 WDM 系统，但目前绝对成本仍然较高， 特别是传输距离较长时光纤放大器有时不能省掉， 因此需要开发低成本光纤放大器。 其次， 当前在网络边缘需要整个波长带宽的用户和应用毕竟很少， WDM 多业务平台主要适用于核心层， 特别是扩容需求较大、 距离较长的应用场合。为了进一步降低城域 WDM 多业务平台的成本， 出现了粗波分复用 (CWDM)的概念。这种系统的典型波长组合有三种，即 4、 8 和 16 个，波长通路间隔达20nm 之宽，允许波长漂移 6.5nm ，大大降低了对

12、激光器的要求，其成本可以大幅度降低。此外，由于 CWDM 系统对激光器的波长精度要求很低，无须致冷器和波长锁定器，不仅功耗低，尺寸小，而且其封装可以用简单的同轴结构，比传统碟型封装成本低， 激光器模块的总成本可以减少三分之二。 从滤波器角度看，以典型的 100GHz 间隔的介质薄膜滤波器为例，需要150 层镀膜，而20nm 间隔的 CWDM 滤波器只需要50 层镀膜即可，其成品率和成本都可以获得有效改 进，预计成本可以至少降低一半。简言之， CWDM 系统在激光器输出功率、温度的敏感度、色散容忍度以及封装等方面的要求都远低于 DWDM 激光器， 再加上滤波器要求降低， 使系统成本有望大幅度下降

13、。特别由于 8 波长 CWDM 系统的光谱安排避开了 1385nm附近的 OH 吸收峰， 可以适用于任意一类光纤， 将会首先获得应用。 从业务应用上看，CWDM 收发器已经应用于 Gbit/s接口转换器(GBIC)和小型可插拔器件 (SFP),可以直接插入到Gbit/s以太网交换机和光纤通路交换机中，其体积、功 耗和成本均远小于对应的 DWDM 器件。五、光纤技术及光缆的发展与应用构筑拥有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。 光缆的寿命高达 20 年，一次铺设后很难再动，因此光纤参数的设计必须要有前瞻性。下代电信网需要更大容量更长距离和更宽频谱范围的传输，目前G. 652 光纤的

14、性能已难以满足这一要求，因而开发铺设下一代光纤已成为历史的必然。在干线网上， ITU 推出了一种G.655 .A 光纤并获得大量应用。然而，随着速率提高到 40Gbit s 以及超长传输距离的实施，特别是复用波长数的增加，G.655 .A 光纤参数的继续优化成为必要， 其改进方向主要集中在几个方面： 色散值需要继续适当增加以保证足以压制 FWM 影响， 实现更窄的波长间隔； 色散斜率进一步降低以保证S 波段低端和L 波段高端的色散差不至于过大； 光纤相对色散斜率继续减小，以便简化色散斜率补偿、改进补偿效率、减低系统成本；光纤有效面积最佳化从而兼顾非线性损伤和喇曼增益； 零色散点继续向短波长方向

15、移动避开 S 波段以保证S 波段以及 C 波段和 L 波段的正常工作； PMD 值继续降低为此， ITU-T 研发了一种 G.655 .B/C 光纤（后者的极化模色散更严格），其参数基本符合上述要求，大多数光纤厂家在下代光纤设计中也都在朝这方向努力，一系列光纤产品问世，其中特锐Ultra 光纤是典型代表。在城域网领域，为了扩大有效光谱范围，降低系统造价，消除1385nm 的OH 吸收峰是关键。为此， ITU 开发了一种低水峰光纤，命名为 G.652 .C/D 光纤。美国 OFS 公司的全波光纤是最早商用化的 G.652 .C/D 光纤，它采用了新的生产工艺，几乎消除了内部的氢氧根离子，从而消除

16、由此引起的附加水峰衰减，在 1385nm 处的衰减可低达0 31dB/km 。 光纤可以开放E 波段低损传输窗口，可用波长范围增加 100nm ； 上述波长范围内， 光纤的色散仅为 1550nm 波长区的一半，约7ps/nm/km，可实现高比特率长距离传输；分配不同的业务给最适合的波长传输， 改进网络管理； 容许使用波长间隔较宽、 波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件以及系统成本大幅度下降。鉴于 G.652 .C/D 光纤的成本已经十分接近传统的 G.652 .A 光纤 （差价在10 之内 ） ，城域网范围的新铺设光纤转向性价比更好、具有更长技术寿命的G.652 .C/D 光纤的时机已经成熟。从上述涉及光纤通信几个方面的发展现状与趋势来看， 光纤通信发展涉及的范围、 技术和影响面已远远超越其本身， 势必对整个电信网和信息产业产生深远的影响。它的演变和发展结果将在很大程度上决定着电信网和信息业的未来格 局，同时也将对社会经济发展产生巨大的影响。