数据网络及光传输论文

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(2)可使用的波长范围增加50%(从200nm增大到300nm)。

ITU-T将“全波光纤”定义为G.652c类光纤,丰要适用于ITU—T的G.957规定的SDH传输系统和G.691规定的带光放大的单通道SDH传输系统。全波光纤在城域网建设中将会大有作为,从网络运营商的角度来考虑,有了全波光纤,就可以采用粗波分复用技术,取其信道间隔为20nm左右,这时仍可为网络提供较大的带宽,而与此同时,对滤波器和激光器性能要求却大为降低,这就大大降低了网络运营商的建设成本。全波光纤的出现使多种光通信业务有了更大的灵活性,由于有很宽的波带可供通信用,我们就可将全波光纤的波带划分成不同通信业务段而分别使用。可以预见,未来中小城市城域网的建设,将会大量采用这种全波光纤。

人类追求高速、宽带通信网络的欲望是永无止境的,在目前带宽需求成指数增长的情况下,全波光纤正越来越受到业界的关注,它的诸多优点已被通信业界广泛接受。 4 聚合物光纤

目前通信的主干线已实现了以石英光纤为基质的通信,但是,在接入刚和光纤人户(FTTH)工程中,石英光纤却遇到了较大的困难。由于石英光纤的纤芯很细(6~10nm),光纤的耦合和互按都面临技术困难,因为需要高精度的对准技术,因此对于距离短、接点多的接入网用户是一个难题。而聚合物光纤(POF,Polymer Optical Fiber)由于其芯径大(0.2~1.5nm),故可以使用廉价而又简单的注塑连接器,并且其韧性和可挠性均较好,数值孔径大,可以使用廉价的激光源,在可见光区有低损耗的窗口。

聚合物光纤分为多模阶跃型SI POF和多模渐变型G1—POF两大类,由于SI POF存在严重的模式色散,传输带宽与对绞铜线相似,限制在5MHz以内,即便在很短的通信距离内也不能满足FDDl、SDH、B-ISDN的通信标准要求,而Gl—POF纤芯的折射率分布呈抛物线,模式色散大大降低,信号传输的带宽在100m内可达2.5Gbit/s以上。因此,聚合物光纤是目前FTTH工程中最有希望的传输介质,有可能成为接入网,局域网等的理想传输介质。 5 光予晶体光纤

对石英光纤来说,光子晶体光纤(PCF,Photonic Crystal Fiber)的结构特点是在其中间沿轴向均匀排列空气孔,这样从光纤端面看,就存在一个二维周期性的结构,如果其中一个孔遭到破坏和缺失,则会出现缺陷,利用这个缺陷,光就能够在其中传播。PCF与普通单模光纤不同,由于它是由周期性排列空气孔的单一石英材料构成,所以有中空光纤或微结构光纤之称。PCF具有特殊的色散和非线性特性,在光通信领域将会有广泛的应用。

PCF引人注目的一个特点是,结构合理,具备在所有波长上都支持单模传输的能力,即所谓的“无休止单模”特性,这个特性已经有了很好的理论解释。这需要满足空气孔

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足够小的条件,空气孔径与孔间距之比必须不大干0.2。空气孔较大的PCF将会与普通光纤一样,在短波长区会出现多模现象。

PCF的另一个特点是它具有奇异的色散特性。现在人们已经在PCF中成功产生了850nm光孤子,预计将来波长还可以降低。PCF在未来超宽WDM(波分复用技术)的平坦色散补偿中可能扮演重要角色。

3.3光纤通信技术未来的发展趋势

WDM 技术的应用第一次把复用方式从电信号转移到光信号,在光域上用波分复用的方式提高传输速率,光信号实现了直接复用和放大,不再回到光信号上再进行处理,并且各个波长彼此独立,对传输的数据格式透明。因此,从某种意义上讲,WDM 技术的应用标志着

光通信时代的真正到来。密集波分复用DWDM 商用水平为 320Gbit/s,即一对光纤可传输 400 万话路,相当于 0.05 秒内能传完 30 卷大英百科全书。目前商用系统的传输能力仅是单根光纤能传容量的 1%。使用 WDM 技术,形成一个光层的网络,即“全光网”将是光通讯的最高阶段,建立一个以 WDM 和 OXC(光交叉连接)为基础的光网络层,实现用户端到端的全光网连接,用一个纯粹的“全光网”消除光电转换的瓶颈将是未来的趋势。现在 WDM 技术还是基于点到点的方式,但点到点的 WDM 技术作为全光网通讯的第一步也是最重要的一步。

目前,OWDM系统的应用在个别方面还面临着很大的技术困难,例如色散补偿、非线性效应积累、长距离传输以及OADM引入带来的滤波效应累计等等,在相关技术方面还需要进一步

研究,但总的发展趋势是:DWDM系统将广泛采用更先进的技术和器件,使系统性能不断得到提升。以光放大器为例,其作用是补偿光纤和其他无源器件对光功率的损耗,但在提升信号

功率的同时也引入了噪声干扰,降低了信噪比。为解决这一矛盾,放大器的发展将由集中式放大器向分布式放大器转变,因此分布式光纤喇曼放大器(DFRA)已经逐渐成为DWDM系统必选设备,作为传统的掺铒光纤放大器(EDFA)的前置放大器或者完全选用EDFA放大器以减小放大器引入的噪声功率。再例如,新的信号调制与接收处理技术的研究和应用使信号调制向着频谱效率更高的多进制调制和编码调制方向发展,这提高了DWDM系统线路信噪比,并且可以增加DWDM系统的传输距离;简单高效的纠错编码方案的研究,可以提升DWDM系统的 传输质量。

波分复用技术自从九十年代中期进入中国以来,从骨干网应用的DWDM系统到城域WDM环网技术,均得到很大发展。随着光网络向面向连接波长交换光网络演进再向无连

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接光分组交换网络演进,新的技术将有广阔的发展前景。波分复用是一种在光域上的复用技术,形成一个光层的网络既全光网,将是光通讯的最高阶段。建立一个以WDM和OXC(光交叉连接器)为基础的光网络层,实现用户端到端的全光网连接,建立智能化的网络对等模型,将是未来的趋势。IP业务的爆炸式增长以及流量的指数级增加对通信网的承载能力提出了越来越高的要求.因此,利用波分复用系统承载IP业务的IP overWDM光网络也将成为一种必然选择而获得发展。

对光纤通信而言,超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标,而全光网络也是人们不懈追求的梦想。 1.超大容量、超长距离传输技术

波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量,在未来跨海光传输系统中有很大的应用前景,这几年波分复用系统发展也确实十分迅猛。目前,1.6Tbit/s的WDM系统已经大量商用,同时,全光传输距离也在大幅度扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用(OTDM)技术,与WDM通过增加单根光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同,OTDM技术是通过提高单信道速率提高传输容量,其实现的单信道最高速率达640Gbit/s。

仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量毕竟有限,可以把多个OTDM信号进行波分复用,从而大大提高传输容量。偏振复用(PDM)技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零(RZ)编码信号在超高速通信系统中占空较小,降低了对色散管理分布的要求,且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散(PMD)的适应能力较强,因此,现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。欧共体的RACE计划和美国正在执行的ARPA计划在发展宽带全光网中都部署了WDM和OTDM混合传输方式,以提高通信网络的带宽和容量。WDM/OTDM系统已成为未来高速、大容量光纤通信系统的一种发展趋势,两者的适当结合应该是实现Tbit/s以上传输的最佳方式。实际上,最近大多数超过3Tbit/s的实验都采用了时分复用(TDM、OTDM、ETDM)和WDM相结合的传输方式[4]。 2.光弧子通信

光弧子是一种特殊的ps数量级上的超短光脉冲,由于它在光纤的反常色散区,群速度色散和非线性效应相互平衡,因而,经过光纤长距离传输后,波形和速度都保持不变。光弧子通信就是利用光弧子作为载体实现长距离无畸变的通信,在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。

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在光弧子通信领域内,由于其具有高容量、长距离、误码率低、抗噪声能力强等优点,光弧子通信备受国内外的关注,并大力开展研究工作。美国和日本处于世界领先水平。美国贝尔实验室已经成功实现了将激光脉冲信号传输5 920km,还利用光纤环实现了5Gbit/s、传输15 000km的单信道孤子通信系统和10Gbit/s、传输11 000km的双信道波分复用孤子通信系统;日本利用普通光缆线路成功地进行了超高20Tbit/s、远距离1 000km的孤立波通信,日本电报电话公司推出了速率为10 Gbit/s、传输12 000km的直通光弧子通信实验系统。在我国,光弧子通信技术的研究也有一定的成果,国家“863”研究项目成功地进行了OTDM光弧子通信关键技术的研究,实现了20Gbit/s、105km的传输。近年来,时域上的亮孤子、正色散区的暗孤子、空域上展开的三维光弧子等,由于它们完全由非线性效应决定,不需要任何静态介质波导而备受国内外研究人员的重视[5]。

光孤子技术未来的前景是:在传输速度方面采用超长距离的高速通信,时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上;在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE,光学滤波使传输距离提高到100000公里以上;在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然,实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题,但目前已取得的突破性进展使我们相信,光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中,尤其在海底光通信系统中,有着光明的发展前景。 3.全光网络

未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段,也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化,但在网络结点处仍采用电器件,限制了目前通信网干线总容量的进一步提高,因此,真正的全光网成为一个非常重要的课题。 全光网络以光节点代替电节点,节点之间也是全光化,信息始终以光的形式进行传输与交换,交换机对用户信息的处理不再按比特进行,而是根据其波长来决定路由。 全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性,并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率,网络结构简单,组网非常灵活,可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。当然,全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术之中,它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合[6]。 目前全光网络的发展仍处于初期阶段,但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看,形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层,建立纯粹的全光

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