关于Tbs光纤通信传输系统

Tb/s光纤通信传输系统的开发现状及关键技术

摘要随着通信需求的急速增长，光纤通信系统的传输速率日益提高，Tb／s的单纤容量成为当前研究开发的重点。本文介绍了国际上Tb/s系统的进展情况、实现此系统的关键技术以及目前尚需克服的一些主要问题。

关键词光纤通信WDM EDFA 传输系统

1 国际上Tb／s系统的进展

近年来，通信流量，尤其是以Internet为主的数据通信流量，出现了爆炸式的增长。

通信流量的急剧增长，一方面给传统的传输系统造成了很大的压力，迫使系统供应商增加带宽，减小网络的拥塞；另一方面它也带来了新的机遇，为新技术的采用敞开了大门。从1996年第一次达到单芯1 Terabits／S（太比特每秒，10bit／S，简写为Tb/s）的容量（相

当于1.5亿路电话）到1999年2月OFC会议（世界光通信大会美国）上报道的3Tb／s的系统，

各大系统供应商为此作出了不懈的努力。

1996年的OFC会议上涌现了许多Tb／S的系统。富士通在150km 1.3pm零色散光纤上55X

20Gb/s的实验，达到了1.1Tb／S的容量。NTT利用光时分复用OTDM和波分复用WDM 技术实现

了10 ×100Gb/s的系统，所用光纤为色散位移光纤，传输距离40km。朗讯利用波分复用技术和偏振复用技术实现了50 ×20Gb/s、55km、非零色散位移光纤的传输实验；50个通道采用25个波长和两个正交偏振态联合复用。在1996年的ECOC（欧洲光通信会议）上，NEC 报道

了132×20Gb/s的传输系统，传输距离120km，采用标准单模光纤（SMF）和色散补偿光纤（DCF）。该系统采用光双极性编码技术，带宽利用率达到0.6bit/s/Hz。

在此后的几年中，各大系统供应商在容量、频带利用率、传输距离、放大器技术、所用光纤种类、复用方式上进行了不懈的努力。在1999年的OFC会议上，NTT实现了当时的最

高容量——3Tb／S的系统。

说明OTDM：光时分复用；WDM：波分复用；EDFA：掺饵光纤放大器；DSF：色散位移光

纤；TEDFA：掺碲的EDFA；SMF：标准单模光纤；True wave光纤：真波光纤；由Lucent 发明；

C波段：常规波段（1530- 1560nm；L波段：长波波段（1560－1620nm）；NZDSF：非零色散

位移光纤。PD表示报道本实验系统的文献的会议编号。

以上各系统不仅在容量上代表了目前国际上的最高水平，所采用的技术也是最先进的。实际上，常规石英单模光纤本身在1.55Pm波段提供了约25THz的低损耗窗口，目前的超大容

量系统也仅仅使用了其中很小的一部分，所以向25THz的目标前进的历程还会持续相当长的

一段时间。也许在2000年的OFC会议上更大容量的系统会有所报道。

2 Tb／s系统的关键技术

2.1 复用技术

常规石英单模光纤本身在1.55Pm波段提供了约25THz的低损耗窗口，也就是说在不考虑

光纤损耗对传输的限制时，1.55Pm的单一光载波能够以近25Tb／s的比特率进行基带调制。但是，当前的光电器件不可能达到这么高的速率，激光器、外调制器、开关和检测器的带宽充其量不超过100GHz。因此，依靠单路高速信道只可能利用光纤带宽的极小一部分，要提高光纤带宽的利用率，必须依靠多信道系统。

常用的复用方式有时分复用（TDM）、波分复用（WDM）或频分复用（EDM）、空分复用

（SDM）、码分复用（CDM）。其中，TDM在当今的网络中非常普及。目前已能实现速率高于

40Gb／S的光电器件和集成电路。不过光通信中TDM研究的热点是在光域内进行时分（解）复用（OTDM）。复用通常是利用平面波导延迟线陈列（或平面光波电路PLC）或者高速光开

关来实现；而全光时域解复用器则常常基于四波混频（FWM）或非线性光纤环形锐（NOLM）等。

波分复用（WDM）技术是目前比较成熟的一项技术。它将位于不同光波长上的多个信道

送进同一根光纤传输，而每个信道可以采用较为成熟、廉价的低码串通信系统（例如 2.5 Cb／s或10Gb/s）。这样可以几倍甚至上百倍地提高传输容量。这是目前最有效的利用光纤带宽的方法。另一方面，WDM的各个波长信道本身可以是TDM、SCM信道。迄今为止，所有Tb

／S的传输实验都利用了WDM技术。市场上已有容量高达几百Gb/s的密集WDM传输系统产品。

光码分复用是近年兴起的～项技术，其基本原理与电码分复用类似。它的优点是频带利用率高、交换方便、保密性好。另外，朗讯的～个Tb／S传输实验还利用了偏振（极化）复用技术，但传输距离有限，稳定性也值得怀疑。

2.2 发射机技术

光发射机的核心问题是如何将高码率的电数字比特流调制到光上去，这些技术大体上分为内调制和外调制两大类，表中第一项为内调制，其余的都是外调制。

从表中可以看出，高码率系统要求外调制技术，其主要原因是外调制技术基本上不引人光载波的啁啾现象（光载频随时间的变化现象），从而大大减小了传输的色散效应，提

高了传输距离。电吸收（EA）调制器的主要优点是它可以和光源（半导体激光器）集成在同一芯片上，目前的商用2.5Gb／S系统就有用此类调制器的。LiNbO3调制器是目前高码率

系统最常用的，也是以上几种技术中性能最好的技术。

电调制的最高码率受限于电路技术本身，目前可以做到40Gb／S的调制速率，但要实现更高的调制速率就很困难了，这在高速通信系统中被称为电子瓶颈。实现更高容量的通信系统就需要前文提到的光复用技术。

2.3 宽带放大器

掺铒光纤放大器（EDFA）是WDM技术实用化的关键，它具有许多优点，如对偏振不敏

感、无串扰、噪声接近量子噪声极限、可同时放大多个波长信号等，但普通EDFA的放大带宽只有约35nm（1530一1565um），只覆盖了石英单模光纤低损耗窗口的一部分。这样就限制了能够容纳的波长信道数。因此，要进一步提高传输容量，增大光放大器的带宽非常必要。目前的方法有：

（1）掺饵氟化物光纤放大器（EDFFA），据报道可以实现75nm的放大带宽，增益为18dB，