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发信人: zjliu (Robusting), 信区: Physics
标  题: 在应用中不断发展的光纤通信技术
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Jan  5 18:48:39 2003) , 转信

 


在应用中不断发展的光纤通信技术

原著：烽火科技集团  毛 谦

缩写：shaoxiao

摘要：受到世界经济低迷的影响，通信业也经历了极为严重的挫折。作为通信网最主要
传输手段的光纤通信也难逃厄运，似乎光通信再也没有了发展前景。事实上，光纤通信
技术已经在市场经济的潮流中接受了洗礼，在应用中得到不断的发展。本文试图从几个
不同的侧面，介绍光纤通信技术如何适应市场需求而不断发展的情况。

关键词：光通信，光纤通信，同步数字体系（SDH），波分复用（WDM）

概述

世界经济低迷的形势，影响了各行各业，其中，通信行业受到的影响颇为巨大。从股市
的反应即可看出，凡通信股均一落千丈，两年来美国电信业市值缩水已超过2万亿美元。
由于在发展过热时的基础设施建设超出需求，所以现在地下还有许多“暗光纤”有待“
点亮”。于是人们对建设新的光通信系统没有了热情，似乎光通信再也没有了发展前景
。
然而，通信毕竟是国民经济发展的基础和推动力，世界经济总会逐渐复苏，经济发展必
然引起信息需求的快速增长。经过这次重创的通信业本身，在挤掉水份和泡沫之后，必
将更加理智、健康地继续向前发展。作为通信网络中最基本、也是最主要传输手段的光
纤通信，也会在经过反思之后，由技术驱动为主转向以市场驱动为主，让技术适应市场
需求。

本文试图从几个不同的侧面，介绍光纤通信技术如何适应市场需求而不断发展的情况。

1．对所传送客户信号类型变化的适应

光通信从一开始就是为传送基于电路交换的信息的，所以客户信号一般是TDM的连续码流
，如PDH、SDH等。随着计算机网络，客户信号中基于包交换的分组信号的比例逐步增加
。分组信号与连续码流的特点完全不同，它具有随机性、突发性，因此如何传送这一类
信号，就成为光通信技术要解决的重点。特别是如何确定一种最适合的信号格式，除传
送客户信号外，还要传送监测、控制和网管等信息。所以传送数据信号的光收发模块及
设备系统，与传统的传送连续码流的光收发模块及设备系统是有很大区别的。在接入网
中，所实现的系统即为ATM-PON、EPON或GPON等。在核心网，实现IP等数据信号在光上的
直接承载，就是大家熟知的IP over Optical的技术。现在正在发展的是光因特网。

由于SDH系统的良好特性及已有的大量资源，有时也利用原有的SDH系统来传送数据信号
。起初只考虑了对ATM的承载，后来，随着对信息需求的快速增长，通过SDH网络承载的
数据信号的类型越来越多，例如FR、ATM、IP、10M-baseT、FE、GE、10GE、DDN、FDDI、
Fiber Channel、FICON、ESCON等。于是，人们提出了许多将IP等信号映射进SDH虚容器
VC的方法，起初是IP/Ethernet over ATM over SDH。后来，是IP over SDH、POS或EOS
。
然而，SDH的虚容器VC的大小是固定的，且与IP或以太网分组信号的大小并不匹配。于是
，SDH发展了VC级联的技术。级联又有相邻级联和虚级联两种方式。用了级联技术以后，
分组信号映射进SDH就方便多了。

为了识别在SDH上承载的是什么客户信号，在SDH的通道开销中，又设置了信号标签。可
见客户信号类型的变化推动了光通信技术的发展。

2．信道容量对应用的适应

从降低单位信息的传送成本来看，一般都希望光通信系统的传送容量越大越好。然而，
对于相当一部分应用，并不一定需要特大容量传输，而是满足需要即可。例如有些支线
只需要低速率的信号传送。所以，STM-0甚至sSTM-0的系统已经足够，有些系统至今还选
用PDH的8Mb/s。这对降低组网成本，便于运行维护和管理都有很大好处。

3．信号传送距离

从宏观来说，对光纤传输的要求是传的距离越远越好，所有研究光纤通信技术的机构，
都在这方面下了很大的工夫。然而，在实际应用中，不仅有长距离传送的需求，还有短
距离或甚短距离传送的需求，例如，楼内机房到机房之间、机架到机架之间、机框到机
框之间、机盘到机盘之间、甚至机盘内部或计算机内部的连接，都会用到光连接。这些
光的连接方式与长途光传输有很大的不同，甚至不一定采用串行传送而该用并行传送的
方式，以降低每根光纤上的传送速率。

4．WDM的波长间隔

WDM系统被用做提高传送容量的重要手段。从WDM系统的原理来看，相邻波长之间的间隔
越小，总的传送容量越大。因此人们一直在努力提高光的MUX/DEMUX器件的技术，以减小
波长间隔。同时，还在努力提高可利用的波长范围。一方面提高光纤的水平，实现“全
波”光纤，即G.652C光纤，在1260nm到1675nm范围内的O、E、S、C、L、U等6个波段内都
可以进行低衰减的传输。另一方面，努力改进光纤放大器在波段内的平坦特性，并实现
多个波段的放大。

但是，在实际应用中，波长间隔越小，实现的技术难度越大，对光源的波长准确性、稳
定性要求也逐渐提高，从而各种温度控制、波长反馈控制技术的应用使系统的复杂性和
成本也不断提高。对于长途传送来说，主要建设成本在线路，所以设备、系统成本的提
高相对比例不大，可以接受。而对于城域网、接入网等短距离传送系统来说，线路成本
的比例大大下降，因此对设备、系统的成本就特别敏感。于是人们用增大波长间隔的方
法大大降低对波长准确性、稳定性的要求，从而使用普通的、无致冷的激光器；尽可能
不用光纤放大器等，降低系统成本，适应于城域网和接入网中的应用。

5．集成与小型化

这里的集成有两重含义，即微电子的集成和光子/光电子的集成。微电子的集成主要是专
用超大规模集成电路（ASIC）和单片系统SOC的实现。

目前的微电子技术和工艺水平，使其能很好地支持光纤通信系统和设备满足应用的需求
。
光通信的核心技术在于光器件和光电器件技术，许多系统技术的实现是建立在器件技术
进步的基础上的。光器件和光电器件技术的发展方向是光集成（PIC）和光电集成（OEI
C），这也是应用提出的要求。例如，在超高速率传送的情况下，需采用外调制的方式。
如果采用电吸收型调制器，则可以与LD集成在一起，成为DFB-LD+EA的集成器件。此外。
为了便于DWDM系统使用的可调谐激光器陈列，可以把8～16个或者更多的可调谐LD集成在
一起，每个LD可以调谐到99个ITU-T规定的波长栅格上。无源器件的集成，如AWG、PLC等
，以及有无源的混合集成都使系统设计、制造变得简单。进一步，将光器件和电子电路
集成在一起的光电集成，例如，将驱动电路与LD集成的光发送机，将光检测器与前置放
大器、限幅放大器、判决电路等集成在一起得光接收机等，都是发展得重要方向。

设备和系统的体积对于运营商和最终用户都很重要。对运营商来说，减小设备体积等于
减小了机房占用面积，减少了运营成本，可靠性的提高、能耗的降低和维护活动的减少
。减小设备和系统体积主要依赖于微电子的集成和光子/光电子的集成，同时，依赖于软
件技术的进步，使得设备的智能化水平更高，对系统运行和维护等更加便利。

6．光传输与交换技术的融合

随着对光通信的需求由骨干网逐步向城域网转移，光传输逐渐靠近业务节点。作为业务
节点，希望光通信既能提供传输功能，又能提供多种业务的接入功能。这样的光通信技
术实际上可以看作是传输与交换的融合。目前已广泛使用的基于SDH的多业务传送平台M
STP，就是一个典型的示例。基于SDH的MSTP 是指在SDH的平台上，同时实现TDM、 ATM
、以太网等业务的接入处理和传送，提供统一网管的多业务节点设备。实际上，有些MS
TP设备除了提供上述业务外，还可以提供FR、FDDI、Fiber Channel、FICON、ESCON等众
多类型的业务。

除了基于SDH的MSTP之外，还可以有基于WDM的MSTP。

进一步在光层网络中，将传输与交换功能相结合的结果，则导出了自动交换光网络ASON
的概念。ASON除了原有的光传送平面和管理平面之外，还增加了控制平面，除了能实现
原来光传送网的指配型连接（硬连接）外，在信令的控制下，可以实现交换的连接（软
连接）和混合连接。

结 语

以上仅略述了光纤通信为满足实际应用中的要求，推动了本身技术发展的几个典型示例
。其实类似的例子还有很多，如FTTH、VCSEL、光纤放大器技术、VOA、可调谐滤光器、
OXC、OADM以至全光网、光网络管理技术等都是在应用需求的推动下应运而生的。还有正
在研发的polymer器件、光子晶体器件与光纤等也是为了进一步降低成本，特别是为适应
光接入网的需要而进行的。

现在有一股思潮，认为已建光通信网络的容量已经很大，许多能力还在闲置，因此不需
要再建设光网络。实际上，社会经济必然不断发展，作为经济发展先导的信息需求必然
不断增长，一定会超过现有网络能力。同时，原有的光通信网络设施也是有一定寿命期
的，也需要更新换代。更新换代意味着并不是在原有水平上的重复，而是用新一代的技
术取代原来的技术。所以，在应用需求的推动下，光通信技术一定会不断进步。这也需
要同仁们不懈的努力和贡献，才能使光通信技术得到长足发展，跟上时代进步的步伐。
 



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