全光网技术

全光网技术

绪论

21 世纪是人类历史上高速持续发展的新时代，信息化成为社会经济发展的火车头，信息网络的应用渗透了国民经济和社会发展的各个领域和层次，人类在步入知识经济时代的同时，也进入了网络时代。随着Internet业务和多媒体应用的快速发展，网络的业务量正在以指数级的速度迅速膨胀，这就要求网络必须具有高比特率数据传输能力和大吞吐量的交叉能力。光纤通信技术出现以后，其近30THz的巨大潜在带宽容量给通信领域带来了蓬勃发展的机遇，特别是在提出信息高速公路以来，光技术开始渗透于整个通信网，光纤通信有向全光网推进的趋势。所以面对因特网宽带接入需求的飞速发展，迫切需要成倍地提升通信容量，降低成本，迅速提供业务。

通信网络的发展已经经历了两代，第一代是全电网络，它的容量已经远不能满足要求; 第二代是用光纤取代电缆后形成的电光网络，这是目前正广泛使用的网络。光纤通信的高速率和大容量等优越性能已经使人们认识到光纤通信取代传统的电子通信的必然趋势。

但目前在光通信系统中的电子线路严重限制了光纤通信优势的发挥，即出现所谓的“电子瓶颈”问题。全光网络即是基于克服“电子瓶颈”这一局限性的第三代网络。DWDM光传输系统无疑解决了提升通信容量的问题，但DWDM也带来了很多问题。现在的通信网络是多种接入方式并存，语音通过网络，IP通过以太网或AIT，视频通过HFC网络，骨干网普遍采用SDH体制（包括本地，地区以及全国三级），并通过ADM和DXC连接起来，这种体制下DWDM 只用在地区以及全国网两级。骨干网中光信号需要再生，成了影响系统成本和性能的大问题。另外现有体制如果要修改SDH的上下话路，交叉连接以及环的设置往往需要几周甚至几月的时间。现有的数字交叉连接设备也无法处理应用DWDM 带来的成百上千的端口连接。

未来的光网络将彻底解决以上问题。在未来光网络中，网络是可以动态调整的，可以根据客户端需求设置波长；未来的网络不再是环型的，而是网状的，从而大大降低设置连接的复杂度；DWDM将从本地网开始得到应用，甚至在接入网中都会应用；未来的网络是基于IP的，是三网融合的。

本文主要讲述全光网技术理论基础及其关键设备的应用。

1.全光网简述

全光网络（AON，Al l-Opt ical Netw ork）是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术完成的先进网络。它包括光传输、光放大、光再生、光交换、光存储、光信息处理、光信号多路复接/分插、进网/出网等许多先进全光技术。图1的全光网示意图较好的表示了全光网的概念。全光网由全光内部部分和外部网络控制部分组成。内部全光网是透明的，能容纳多种业务格式，通过光交叉连接器（OXC）进行波长选择，网络节点可以透明地发送或从别的节点接收信息。外部控制部分可实现网络的重构，使得波长和容量在整个网络内动态分配以满足通信量、业务和性能需求的变化，并提供一个生存性好、容错能力强的网络。

图1 全光网络示意图

全光网的性能主要包括以下四点：

1.透明性（transparency）

光传送网的节点OADM和OXC不对光信号进行光—电、电—光处理，因此，它的工作与光信号的内容无关，对于信息的调制方式，传送模式和传输速率透明。

2.存活性（survivability）

全光网通过OXC可以灵活地实现光信道的动态重构功能，根据网络中业务流量的动态变化和需要，动态地调整光层中的资源和光纤路径资源配置，使网络资源得到最有效的利用。

3.可扩展性（scalability）

全光网具有分区分层的拓扑结构，OADM及OXC节点采用模块化设计，在原有网络结构和OXC结构基础上，就能方便地增加网络的光信道复用数、路径数和节点数，实现网络的扩充。

4.兼容性（compatibility）

全光网和传统网络应是完全兼容的。光层作为新的网络层加到传统网的结构中，对IP、SDH、ATM等业务，均可将其融合进光层，而呈现出巨大的包容性，从而满足各种速率、各种媒体宽带综合业务服务的需求。

所谓全光网络，是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的转换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以PDH，SDH，ATM等各种传送方式均可使用，提高了网络资源的利用率。在全光网络中，由于没有光电转换的障碍，所以允许存在各种不同的协议和编码形式，信息传输具有透明性，且无须

面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。

由于具有以上优点，因此，全光网成为宽带通信网未来发展的目标。

全光通信网是通信网发展的目标。这一目标的实现将分两个阶段完成：第一步是建成全光传送网，在任一用户地点与任一其它用户地点之间实现全光传输；第二步是在完成上述用户间全程光传送网后，实现信号处理、存储、交换以及多路复用/分接与进网/出网等功能的电子化向光子化的转变，建成完整的全光网。

2.全光网的发展史

2.1 从兴起到停滞

自1966 年，被称为"光通信之父"的英籍华人高锟博士发了一篇名为《光频率的介质纤维表面波导》的论文后，使得长距离、大容量的光通信成为可能，从此揭开了光通信发展的大序幕；

1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的石英光纤；

1979年，研制出多模长波光纤，衰减为1dB/km；

1983年，研制出G.652非色散位移单模光纤，常规单模光纤开始商用；

1985年，研制出G.653 色散位移单模光纤，并开始商用；

1986年，南安普敦大学研制出掺铒光纤放大器；

1991年，朗讯公司研制出实用化的波分复用系统（WDM）；

1995年，美国康宁公司研制出G.655非零色散位移光纤（大有小面积光纤）；

1995年，研制出STM- I，STM-4 SDH设备；

1998年，朗讯公司研制出工作扩展的光纤（低水峰光纤）;

1998年，川本NEC公司在实验室实现了20Gb/s的DWDM系统;

21世纪初，商用的DWDM系统传输容量已达到40Gbit/s，1.6Tbit/s和6.4Tbit/s的DWDM 系统投放市场；

2001年，日本NTT或者法国阿尔卡特再创佳绩，成功研制出世界上最高容量的DWDM 系统（4OGbit/s信道10Tbit/s）。

在此期间，光交叉连接器（OXC）、光分叉复用器（OADM）、波长选择开关（WSS）、交叉矩阵等全光网中的关键器件也快速的发展，由于其巨大的优势，全光网被许多国家和地区列为重点发展项目，全光网得到长足的进步。

2.2 全光网的复苏

从23年下半年开始，随着光交换/光路由、光信号处理、光存储、光多址技术、光接入以及全光中继等技术的发展，光交叉连接端（QXC）、光分叉复用器（OADM）、波长选择开关（WSS）等光器件成本的降低，各种新业务（Internet、IPTV、视频通信）的出现（特别足数据通衍快速增长）使网络带宽不再适应创业务需求。补充、完善、优化自己的网络已成当务之急，不仅核心网须新建和扩容，城域网更是发展的重点。光纤接入也掀起向潮，FTTH （光纤到户）成为光通信发展的新亮点，通过曾及光纤到户，将全面带动光纤通信各方面技术的发展，包括光电子器件、光纤、光镜、系统设备，还有前面提到的工程设计、施了、测试、维护、经营、管理等方方面面的发展。全光网络因需求开始了逐步的复苏。