光通信中的关键技术

光通信中的关键技术

光纤通信技术的出现是通信史上的一次重要革命。作为宽带传输解决方案的光纤通信从其诞生之日起，就受到人们的特别重视．并且一直保持着强劲的发展势头。特别是在20世纪90年代中期到末期的这段时间，无论是在技术方面还是在其相关产品方面，光通信都得到了飞速的发展，并确立了其在通信领域不可替代的核心地位。

当前，光通信技术正以超乎人们想像的速度发展。在过去的10年里，光传输速率提高了100倍，预计在未来1O年里还将提高100倍左右。IP业务持续的指数式增长，对光通信的发展带来了新的机遇和挑战：一方面，IP巨大的业务量和不对称性刺激了波分复用(WDM)技术的应用和迅猛发展；另一方面，IP业务与电路变换的差异也对基于电路交换的SDH(同步数字系列)提出了挑战。光通信本身也正处在深刻的变革之中，特别是“光网络”的兴起和发展，在光域上可进行复用、解复用、选路和交换，可以充分利用光纤的巨大带宽资源增加网络容量，实现各种业务的“透明”传输，所以光通信技术更是成了人们关注的焦点。本文将对光通信中的几种重要技术作一简要介绍和展望。

一、复用技术

1.时分复用技术(TDM)

复用技术是加大通信线路传输容量的好办法。数字通信利用时分复用技术，数字群系列先是PDH各群，后有SDH各群，由电的合路/分路器和合群/分群器(MUX/De-MUX)构成。电的TDM目前的最高数字应用速率为10Gbit/s。把这最高数字速率的数字群向光纤上的光载波直接调制，就成为光纤传输的最高数字速率。而光纤本身却有很大的潜在容量，所以说光纤受到电的最高速率的限制。实际上当传输速率由10Gbit/s提高到20Gbit/s左右时已接近半导体技术或微电子工艺的技术极限，即便开发出更高速率的TDM电子器件和线路，例如采用微真空光电子器件、原子级电子开关等技术，其开发和生产成本必然昂贵，造成传输设备、系统价格很高而不可取，更何况此时光纤色散和非线性的影响更加严重，造成传输困难。所以，尽管TDM的实验室速率已达40Gbit/s，但要在G.652 光纤上实现长距离传输绝不是近期能指望的事。相反地，如采用以10Gbit/s为基础速率的WDM系统，就可用4个波长实现40Gbit/s的高容量。这样不仅可解决中长期通信容量的需求，而且又不存在实质性的技术困难，能适应21世纪的通信发展。

2.波分复用技术(WDM)

20世纪80年代后期，国际上开始设想利用一根光纤同时传输多个光载波，并受数字信号的调制。如果这些光载波的波长相互间有足够的间隔，则每路的数字信号可同在一根光纤上传输而不会相互干扰，这就是光纤通信使用的波分复用技术。波分复用技术在本质上是对光的频分复用，只是因光载波用波长表达较为方便，所以常称为波分复用。如果一根光纤利用n路的WDM，每路带有10Gbit/s的数字信号，则光纤传输容量将为n×l0Gbit/s，这样就打破了电子瓶颈对传输速率的限制。由此可见，复用技术是扩容的一种优良方法。随着波分复用技术的成熟与应用，光纤的巨大潜在带宽资源得到了充分利用，因而使光纤通信成为支撑通信传输网络的主流技术。目前光纤的单波长传输速率已达到40Gbit/s，而进一步提高单波长传输速率将受到半导体技术的制约。但是，WDM技术作为光纤传输网络增容的主要技

术这一地位却是不可动摇的。

由于光纤制造技术本身按WDM系统的要求在传输容量上大加改进，再加之激光管等光器件及合波/分波器等在结构和性能上都有创新，使得光纤上多路光载波的波长间隔减小，因而同时传输的光路数大大增多。为了使一根光纤上传输的光路数增加更多，1995年，国际上开始使用密集波分复用技术(DWDM)。1998年，大约90%的长途通信线路使用了DWDM 技术，即容许一根光纤同时传输更多路光载波，使光纤传输容量又进一步加大。目前商用的DWDM系统可在一根光纤上传输的总容量为400Gbit/s。从技术层面上来看，DWDM系统技术还在继续进步，完全有可能使光纤的传输容量继续加大。因此，人们预计，未来的骨干通信网容量将很快从Gbit/s量级上升到Gbit/s量级。

3.光时分复用技术(OTDM)

光时分复用技术是指利用高速光开关把多路光信号复用到一路上传输的技术。利用OTDM技术不仅可以获得较高的速率带宽比，同时还可克服掺铒光纤放大器(EDFA)的增益不平坦特点、四波混频FWM)非线性效应等诸多因素限制，并可解决复用端口的竞争，进一步增加全光网络的灵活性。尽管OTDM有以上的优点，但由于其关键技术(高重复率超短光脉冲源、时分复用技术、超短光脉冲传输技术、时钟提取技术和时分解复用技术)比较复杂并且较难实现，加之实现这些技术的光电子器件特别昂贵，所以它的技术优势还没有得到充分的发展和应用。但可以预计，随着光纤传输系统扩容的需要、工业制造技术的不断创新以及光电子器件制造水平的不断提高，光时分复用技术必将得到巨大的发展和更多的实际应用。

4.光码分多址技术(OCDMA)

作为第三代和第四代移动通信的技术基础，码分多址技术(CDMA)已经对通信事业的发展做出了重大的贡献。CDMA技术具有许多优于其他技术的特点．如在提高系统的容量方面具有显著的优势，能够很好地解决移动通信系统之中的抗干扰和抗多径衰落的问题。但由于卫星通信和移动通信中的带宽限制，CDMA技术优点尚未充分发挥。光纤通信具有丰富的带宽资源，能很好地弥补这个缺陷。CDMA技术应用于光纤系统能充分利用光纤的巨大带宽，充分发挥其技术本身的优点，这是CDMA技术发展的必然趋势。早在20世纪80年代中期，国外就有专家对OCDMA系统进行了研究，近年来，OCDMA已经成为一项备受瞩目的热点技术。

虽然DWDM技术的发展为解决光纤的容量扩展问题提供了一个解决方案，但与OCDMA相比．DWDM方案有一个主要的缺陷----增加了网络结构的成本。对于大多数的用户来说，现有的网络成本已经很昂贵了，而OCDMA技术则为网络的发展提供了一条新的途径。当消除了传统SDH中所需要的大量TDM中间步骤时，OCDMA不仅可以增加现有光纤设备的利用率，而且还可以大大减少将来建设的光纤数量。减少网络中的设备不仅能节省设备本身的成本，而且还可以减少与设备相关的其他建设项目、外围设施以及运行支撑系统所需要的费用，同时还可以通过网元层简化网管。但是，目前OCDMA的技术还不够成熟。影响OCDMA实用化的主要障碍在非相干光CDMA方面：首先，由于无极性码的数量有限，码间干扰也较大，因而限制了用户的数量；其次，光编解码器过于笨重，故而不实用等等。