OTDM_光时分复用_技术的现状和展望_李锐

第27卷第6期

V ol 127　N o 16长春师范学院学报(自然科学版)Journal of Changchun N ormal University (Natural Science )2008年12月Dec.2008

OT DM (光时分复用)技术的现状和展望

李　锐1,李洪祚1,高晓来2

(1.长春理工大学空间光电技术研究所,吉林长春　130022; 2.吉林省通化县网通公司,吉林通化　134100)

[摘　要]本文介绍了光通信领域研究热点之一的OT DM (光时分复用)技术国内外发展现状,分析

了OT DM 基本原理和技术难点,提出了OT DM 技术研究方向和前景展望。

[关键词]OT DM;DW DM;解复用

[中图分类号]T N29 [文献标识码]A [文章编号]1008-178X (2008)06-0031-05

[收稿日期]2008-06-17

[作者简介]李　锐(1979-),男,吉林长春人,长春理工大学空间光电技术研究所教师,硕士,从事激光通信发射技术研

究。

1　引言

111　关于建立超高速、大容量、高可靠性的信息传输通道

当前,一些发达国家国防系统正在加速推进陆海空天全维一体化、融合发展的信息化转型,均重视把海量信息高速稳定的传输作为陆战通信装备一体化系统对抗的重要一环。因此,建立大容量、超高速、高可靠性的“信息高速公路”至关重要。激光通信以其巨大的带宽潜力占据了高速通信网的主要地位。激光波长在1310nm 和1550nm 两个低损耗窗口处有TH z 量级的带宽,如何充分利用这些带宽资源成为近年来光通信领域研究的热点。传统的电时分复用技术(ET DM )虽然已经成熟,但在复用器和电/光转换器(E/O )中,存在电子瓶颈问题。

在光/电转换和解复用端,电子设备必须在复用后的比特率下工作,也存在电子瓶颈问题。而电子瓶颈则主要来源于:(1)数字集成电路的限制;(2)在E/O 和O/E 转换器中,驱动激光器或调制器的高功率和低噪声线性放大器的速度限制;(3)激光器和调制器调制带宽的限制。至今,由于这些问题限制电复用系统的最大比特率为40G bit/s 。与电时分复用相比,光时分复用(OT DM )及波分复用(DW DM )则完全在光域上实现从低速率到高速率的复用,从而避免了电时分复用所固有的“电子瓶颈”问题。所以要想进一步提高光通信系统的通信容量,人们把研究的热点集中在光时分复用和光波分复用两种复用方式上。前者是通过增加单根光纤中传输的信道数来提高光纤的传输容量,后者是提高单信道的速率。目前采用DW DM 技术实现的最高速率已达216Tbit/s ,而OT DM 技术实现的单信道最高速率达640G bit/s 。DW DM 是在一根光纤上复用多路不同波长的光信号,在接收端分别对不同波长进行解复用,通过增加单根光纤中传输信道数来提高光纤的传输容量。由于增益平坦E DFA 的发展,推动了DW DM 技术的发展,现在波分复用技术发展得比较成熟,但它本身存在固有缺陷,例如:放大器级联产生的增益特性的不平坦,波分复用系统对光波波长的稳定性要求很高,波长管理较为复杂,光纤的非线性效应会造成信道串扰等。而光时分复用技术首先要求光脉冲必须是RZ 码,各路光信号通过占用不同时隙复用成一路,即在一路光脉冲之间插入几路相对于第一路具有不同时延的光脉冲,以提高单根光纤的传输速率。

与DW DM 相比,OT DM 技术还很不成熟,很多器件尚处于实验室的研究阶段,但它却具有众多优势:(1)时分复用只使用单一波长的光源,并且对光源波长的稳定性要求较低;(2)可以克服DW DM 的固有缺

点,对放大器带宽和增益平坦度要求较低,非线性的影响较小;(3)色散补偿及信号再生相对简单;(4)网络管理相对简单。因此,OT DM技术近几年一直是研究的热点。

112　关于OT DM和DW DM的结合

由于DW DM技术已经非常成熟,且在相当大的范围内广泛应用,因而OT DM的发展必然脱离不了现有的DW DM技术。二者互相结合,取长补短,必将是未来光网络的一个发展方向。二者的结合具体表现在以下两个方面:在传输上,两种技术相结合,先对低速率的信号波分复用再进行时分复用,从而实现超长距离Tbit/s甚至更高速率的传输;在网络方面,可以利用DW DM灵活的分/合波、广泛的应用等特殊优势构成DW DM局域网,而在远距离传输DW DM受多波长的限制,可以利用OT DM来实现长距离干线传输,这样便构成了DW DM/OT DM网。网络中使用DW DM,可以增加网络的灵活性和可靠性,实现大容量的光交换,而OT DM则是实现高速干线传输的有效途径。OT DM是光纤通信系统实现大容量、超高速率传输的一个有效途径和非常有应用前景的技术,而OT DM和DW DM的结合可满足未来大容量的宽带业务的需求,是未来全光网络的一个发展方向。

2　OT DM技术国内外发展现状

211　国外发展现状

近年来,德国的SHF、日本的NTT和NEC以及美国、英国的一些研究机构等对光时分复用技术进行了广泛的研究。1988年,贝尔实验室建成了第一个OT DM点到点实验室传输系统,当时的速率为4x4G bit/s。1994年,英国电信完成了第一个OT DM网络实验,该网络由3个节点组成。1996年日本NTT传输系统实验室使用全光电路进行了100G bit/s的光时分复用传输试验。1997年英国的T B实验室报道了有关实现40G bit/s 的OT DM局域网的试验研究。1998年日本NTT实现了最高速率为640G bit/s的40kmOT DM传输系统。1999年第25届EC OC会议上,日本NTT又实现最高速率为640G bit/s的100km OT DM传输实验,如图1所示,实验中用示波器显示单通道最高速率为160119G bit/s。2000年的EC OC会议上,报道了NTT的1128Tbit/s的OT DM 传输实验,传输距离为70km,这是至今为止最高的单信道光时分复用传输速率。2002年8月EC OC会议上阐述了用于160G bit/sOT DM系统新的传输设备和高速转换技术,降低了点对点传输系统的成本并可实现军事化。

图1　示波器显示单通道最高速率160119G bit/s

212　国内发展现状

在我国,“九五”期间国家“863”计划通信主题将光时分复用技术列为重点课题,国内许多高校也相继投入到高速光时分复用系统的研究中。北京交通大学、清华大学和北京邮电大学近年先后共同承担了国家