全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展_論文型

1、<p><b>　　1</b></p><p>　　全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及發(fā)展 </p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　21世紀(jì)的到來，人類社會(huì)進(jìn)入了信息化高速發(fā)展的時(shí)代，隨著</p><p>　　Internet的迅速發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。信息通訊

2、量的急劇增加和全業(yè)務(wù)服務(wù)的需要，使得現(xiàn)有的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)難以適應(yīng)?，F(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)要完成光/電、電/光的轉(zhuǎn)換，而其中的電子器件在適應(yīng)高速、大容量的需求上，存在著帶寬限制、時(shí)鐘偏移、嚴(yán)重串話、高功耗等缺點(diǎn)，因此產(chǎn)生了通信網(wǎng)中的“信息瓶頸”現(xiàn)象。而光纖通信技術(shù)憑借其巨大潛在帶寬容量的特點(diǎn)，成為支撐</p><p>　　通信業(yè)務(wù)中最重要的技術(shù)之一。為了充分發(fā)揮光纖通信的極寬頻帶、抗電磁干擾、保密性強(qiáng)、傳輸損耗低等優(yōu)點(diǎn)

3、，人們提出了全光網(wǎng)的概念。</p><p><b>　　二、全光網(wǎng)的概念</b></p><p>　　全光網(wǎng)的含義是指網(wǎng)絡(luò)中端到端用戶節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)通道保持著光的形式，信號(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程都在光域內(nèi)進(jìn)行，在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換則使用高可靠、大容量和高度靈活的光交叉連接設(shè)備。由于網(wǎng)絡(luò)中不用光電轉(zhuǎn)換器，允許存在各種不同的協(xié)議和編碼

4、形式，信息傳輸具有透明性。為區(qū)別于現(xiàn)有光通信網(wǎng)絡(luò)，上述性能的光通信網(wǎng)絡(luò)我們稱為全光網(wǎng)。</p><p>　　三、全光網(wǎng)的主要技術(shù)</p><p>　　全光網(wǎng)的主要技術(shù)有光纖技術(shù)、SDH、光交換技術(shù)、OXC、光復(fù)用／去復(fù)用技術(shù)、無源光網(wǎng)技術(shù)、光纖放大器技術(shù)等。</p><p><b>　　3.1光纖技術(shù)</b></p><p&

5、gt;　　光纖作為傳輸光信息的載體，光纖技術(shù)的發(fā)展直接決定著光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)光纖的直徑減小到一個(gè)光波波長(zhǎng)時(shí)，光在其中無反射地沿直線傳播，這種光纖稱為單模光纖。單模光纖傳輸具有內(nèi)部損耗低、帶寬大、易于升級(jí)擴(kuò)容和成本低的優(yōu)點(diǎn)。下面介紹一下單模光纖傳輸?shù)奶匦约皩?duì)傳輸速率的影響：</p><p>　　1、頻帶寬，通信容量大。目前可用的850nm波長(zhǎng)區(qū)、1310nm波長(zhǎng)區(qū)和1550nm波長(zhǎng)區(qū)所對(duì)應(yīng)的固定帶寬就有約60T

6、Hz。巨大的頻帶帶寬是光纖最突出的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)傳輸各種寬頻帶信息意義十分重要。</p><p>　　2、損耗低，中繼距離長(zhǎng)。單模光纖的衰減特性有隨波長(zhǎng)遞增而減小的總趨勢(shì)，除了靠近1385nm附近由OH根造成的損耗峰外，在1310nm-1600nm間都趨于平坦?，F(xiàn)在一般都使用1310nm波長(zhǎng)區(qū)和1550nm波長(zhǎng)區(qū)，由于最低衰減常數(shù)（0.2dB/km）位于1550nm附近，因此長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng)仍就都采用1550nm波

7、長(zhǎng)區(qū)。</p><p>　　3、色散。色散是指光脈沖在光纖中傳播的過程中會(huì)散開的現(xiàn)象。隨著傳輸速率的提高，色散成為傳輸系統(tǒng)中不可忽視的因素。它會(huì)導(dǎo)致脈沖間的干擾，造成不可接受的誤碼率，其數(shù)量和波長(zhǎng)有關(guān)。</p><p>　　4、非線性效應(yīng)。系統(tǒng)中使用EDFA，使送進(jìn)光纖的光功率增強(qiáng)很多，進(jìn)入光纖的高光功率使光信號(hào)和光纖相互作用產(chǎn)生各種非線性效應(yīng)，從而影響信噪比。</p>&l

8、t;p><b>　　3.2SDH技術(shù)</b></p><p>　　同步數(shù)字系列（SDH）是一種光纖傳輸體制，其信號(hào)最基本、最重要的同步傳輸模塊是STM-1，其速率為155.520Mbit／S，更高等級(jí)的STM－N信號(hào)是將基本模塊信號(hào)STM-1按同步復(fù)用，經(jīng)字間分插后的結(jié)果。STM-1的幀結(jié)構(gòu)可以分為段開銷、管理單元指針、通道開銷和凈負(fù)荷四個(gè)裝有不同用途信息比特的區(qū)域，除凈負(fù)荷區(qū)用作裝載

9、PDH數(shù)字系列或其他數(shù)字信息外，其他區(qū)域用來支持系統(tǒng)的管理和維護(hù)功能。SDH傳輸網(wǎng)大致分為三層，由上至下依次為電路層網(wǎng)絡(luò)、通道層網(wǎng)絡(luò)和傳輸媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，其中傳輸層主要涉及通道層和傳輸媒質(zhì)層。網(wǎng)絡(luò)中每一層能夠有獨(dú)自的維護(hù)管理能力，某一層網(wǎng)絡(luò)改變不會(huì)影響其它層，便于每一層獨(dú)立引進(jìn)新技術(shù)和拓?fù)?。因此SDH傳輸網(wǎng)具有智能化的路由配置能力、上下電路方便、維護(hù)監(jiān)控管理能力強(qiáng)、光接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b&g

10、t;　　3.3光交換技術(shù)</b></p><p>　　傳統(tǒng)的光交換在交換過程中存在光變電、電變光的過程，使得整個(gè)光通信系統(tǒng)的帶寬受到限制。直接光交換則可省去光/電、電/光的交換過程，充分利用光通信的寬帶特性。因此，光交換技術(shù)被認(rèn)為是未來寬帶通信網(wǎng)最具潛力的新一代交換技術(shù)。</p><p>　　光交換技術(shù)有空分、時(shí)分和波分/頻分等類型。</p><p>　

11、　1、空分光交換(SD)</p><p>　　空分光交換技術(shù)的基本原理是將光交換元件組成門陣列開關(guān)，并適當(dāng)控制門陣列開關(guān)，即可在任一路輸入光纖和任一輸出光纖之間構(gòu)成通路。因其交換元件的不同可分為機(jī)械型、光電轉(zhuǎn)換型、復(fù)合波導(dǎo)型、全反射型和激光二極管門開關(guān)等，如耦合波導(dǎo)型交換元件鈮酸鉀，它是一種電光材料，具有折射率隨外界電場(chǎng)的變化而發(fā)生變化的光學(xué)特性。以鈮酸鉀為基片，在基片上進(jìn)行鈦擴(kuò)散，以形成折射率逐漸增加的光波導(dǎo)，

12、再焊上電極后即可將它作為光交換元件使用。當(dāng)將兩條很接近的波導(dǎo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)合，通過這兩條波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換。能量交換的強(qiáng)弱隨復(fù)合系數(shù)、平行波導(dǎo)的長(zhǎng)度和兩波導(dǎo)之間的相位差變化，只要所選取的參數(shù)適當(dāng)，光束就在波導(dǎo)上完全交錯(cuò)，如果在電極上施加一定的電壓，可改變折射率及相位差。由此可見，通過控制電極上的電壓，可以得到平行和交叉兩種交換狀態(tài)。</p><p>　　2、時(shí)分光交換(TD)</p><p

13、>　　時(shí)分光交換技術(shù)的原理與現(xiàn)行的電子程控交換中的時(shí)分交換系統(tǒng)完全相同，因此它能與采用全光時(shí)分多路復(fù)用方法的光傳輸系統(tǒng)匹配。在這種技術(shù)下，可以時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件，能夠減少硬件設(shè)備，構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。該技術(shù)組成的通信技術(shù)網(wǎng)由時(shí)分型交換模塊和空分型交換模塊構(gòu)成。它所采用的空分交換模塊與上述的空分光交換功能塊完全相同，而在時(shí)分型光交換模塊中則需要有光存儲(chǔ)器、光選通器以進(jìn)行相應(yīng)的交換。</p><p>　　3、

14、波分/頻分光交換(WD/FD)</p><p>　　波分交換即信號(hào)通過不同的波長(zhǎng)，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)通路來實(shí)現(xiàn)，由波長(zhǎng)開關(guān)進(jìn)行交換。波分光交換網(wǎng)絡(luò)由波長(zhǎng)復(fù)用器/去復(fù)用器、波長(zhǎng)選擇空間開關(guān)和波長(zhǎng)互換器組成。</p><p>　　3.4光交叉連接(OXC)</p><p>　　光交叉連接是用于光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備，通過對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)

15、現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)/恢復(fù)以及自動(dòng)配線和監(jiān)控的重要手段。OXC主要由光交叉連接矩陣、輸入／輸出接口、管理控制單元等模塊組成。為增加OXC的可靠性，每個(gè)模塊都具有主用和備用的冗余結(jié)構(gòu)，OXC自動(dòng)進(jìn)行主備倒換。輸入／輸出接口直接與光纖鏈路相連，分別對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行適配、放大。管理控制單元通過編程對(duì)光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。光交叉連接矩陣是OXC的核心，它要求無阻塞、低延遲、寬帶和高可靠，并且要具有單向、雙向和廣播形

16、式的功能。</p><p>　　OXC也有空分、時(shí)分和波分三種類型。</p><p>　　3.5光復(fù)用/去復(fù)用技術(shù)</p><p>　　1、光時(shí)分復(fù)用（OTDM）</p><p>　　光時(shí)分復(fù)用（OTDM）是用多個(gè)電信道信號(hào)調(diào)制具有同一個(gè)光頻的不同光信道，經(jīng)復(fù)用后在同一根光纖傳輸?shù)臄U(kuò)容技術(shù)。光時(shí)分復(fù)用技術(shù)主要包括：超窄光脈沖的產(chǎn)生與調(diào)制技術(shù)、

17、全光復(fù)用/去復(fù)用技術(shù)、光定時(shí)提取技術(shù)。</p><p>　?。?）超窄光脈沖的產(chǎn)生</p><p>　　光時(shí)分復(fù)用要求光源提供的占空比相當(dāng)小的超窄光脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)的方法有增益開關(guān)法、LD的模式鎖定法、電吸收連續(xù)光選通調(diào)制法及光纖光柵法、SC光脈沖。</p><p>　　（2）全光復(fù)用/去復(fù)用技術(shù)</p><p>　　全光時(shí)分復(fù)用可由光延遲線和

18、3dB光方向耦合器構(gòu)成。在超高速系統(tǒng)中，最好將光延遲線及3dB光方向耦合器集成在一個(gè)平面硅襯底上所形成的平面光波導(dǎo)回路作為光復(fù)用器。全光去復(fù)用器在光接收端對(duì)OTDM信號(hào)進(jìn)行去復(fù)用。去復(fù)用器件要求其工作性能可靠穩(wěn)定，控制用光信號(hào)功率低，與偏振無關(guān)。</p><p>　?。?）光定時(shí)提取技術(shù)</p><p>　　光定時(shí)提取要求超高速運(yùn)轉(zhuǎn)、低相位噪聲、高靈敏度以及與偏振無關(guān)。</p>

19、<p>　　2、波分復(fù)用（WDM）</p><p>　　光波分復(fù)用在本質(zhì)上講是在光纖上實(shí)行的FDM，即光域上的FDM技術(shù)。是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)巨大的帶寬資源，根據(jù)每一個(gè)信道光波頻率（或波長(zhǎng)）的不同而將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道的技術(shù)。WDM技術(shù)是把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)端采用合波器將不同規(guī)格波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸；在接收端再由一分波器將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)

20、的光載波分開的復(fù)用方式。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作是相互獨(dú)立的，從而在一根光纖內(nèi)可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。</p><p>　　3、光分插復(fù)用（OADM）</p><p>　　光分插復(fù)用器設(shè)備在光波長(zhǎng)領(lǐng)域內(nèi)具有傳統(tǒng)SDH分插復(fù)用器在時(shí)域內(nèi)的功能。特別是分出功能可以使OADM從一個(gè)WDM光束中分出一個(gè)信道，并且一般是以相同波長(zhǎng)往光載波上插入新的信息的插入功能。對(duì)于OADM，在分出口和

21、插入口之間以及輸入口和輸出口之間必須有很高的隔離度，以最大限度地減少同波長(zhǎng)干涉效應(yīng)。5</p><p>　　3.6光纖放大器技術(shù)</p><p>　　光纖放大器技術(shù)就是在光纖的纖芯中摻入能產(chǎn)生激光的稀土元素，通過激光器提供的直流光激勵(lì)，使通過的光信號(hào)得到放大。傳統(tǒng)的光纖傳輸系統(tǒng)是采用光—電—光再生中繼器，這種中繼設(shè)備影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為去掉上述轉(zhuǎn)換過程，直接在光路上對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大傳

22、輸，就要用一個(gè)全光傳輸型中繼器來代替這種再生中繼器。適用的設(shè)備有摻鉺光纖放大器（EDFA）、摻鐠光纖放大器（PDFA）、摻鈮光纖放大器（NDFA）。目前光放大技術(shù)主要是采用EDFA。</p><p>　　EDFA主要由接鉺光纖（EDF）、泵浦光源、耦合器和隔離器組成。EDFA利用摻餌光纖的非線性效應(yīng)，把泵浦光輸入到摻餌光纖中，使光纖中的餌原子的電子能級(jí)升高。當(dāng)高能級(jí)電子向低能級(jí)躍遷時(shí)，向外輻射出光子。當(dāng)有光信號(hào)輸

23、人時(shí)，輻射光的相位和波長(zhǎng)會(huì)自發(fā)與信號(hào)光保持一致。這樣在輸出端就可以得到功率較強(qiáng)的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。EDFA具備高增益、高輸出、寬頻帶、低噪聲、增益特性與偏振無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。利用光放大器構(gòu)成的全光網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是：工作波長(zhǎng)恰好是在光纖損耗最低的1.55μm波長(zhǎng)，與線路的耦合損耗很小，噪聲低、頻帶寬，很適合用于WDM傳輸。但是在WDM傳輸中，由于各個(gè)信道的波長(zhǎng)不同，有增益偏差，經(jīng)過多級(jí)放大后，增益偏差累積，低電平信道信號(hào)SNR惡化，高電平

24、信道信號(hào)也因光纖非線性效應(yīng)而使信號(hào)特性惡化。為了使EDFA的增益平坦，主要采用“增益均衡技術(shù)”和“光纖技術(shù)”。增益均衡技術(shù)利用損耗特性與放大器的增益波長(zhǎng)特性相反的原理均衡抵消增益不均勻性?！肮饫w技術(shù)”是通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變EDF特性，從而改善EDFA的特性。</p><p>　　3.7無源光網(wǎng)技術(shù)（PON）</p><p>　　無源光網(wǎng)可看作是由無源光器件組成的光分

25、配網(wǎng)，多用于接入網(wǎng)部分。它以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式為光線路終端（OLT）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）之間提供光傳輸媒質(zhì)，而這又必須使用多址接入技術(shù)。目前使用中的有時(shí)分多址接入（TDMA）、波分復(fù)用（WDM）、副載波多址接入（SCMA）3種方式。PON中使用的無源光器件有光纖光纜、光纖接頭、光連接器、光分路器、波分復(fù)用器和光衰減器。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可采用總線形、星形、樹形等多種結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　四、全光網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

26、</b></p><p>　　全光網(wǎng)具備更強(qiáng)的可管理性、靈活性、透明性和更大的通信容量，有如下以往傳統(tǒng)通信網(wǎng)和現(xiàn)行的光通信系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1、由于全光網(wǎng)比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)多了一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)層，端到端采用透明光通路連接，沿途沒有6</p><p>　　光電轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)，網(wǎng)中許多光器件都是無源的，因而可靠性高，便于維護(hù)。</p>

27、<p>　　2、全光網(wǎng)通過波長(zhǎng)選擇器來實(shí)現(xiàn)路由選擇，即以波長(zhǎng)來選擇路由，對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式具有透明性的優(yōu)點(diǎn)?？商峁┒喾N協(xié)議業(yè)務(wù)，不受限制地提供端到瑞業(yè)務(wù)。由于全光網(wǎng)中信號(hào)的傳輸全在光域中進(jìn)行，信號(hào)速率、格式等僅受限于接收端和發(fā)射端，因此全光網(wǎng)對(duì)信號(hào)是透明的。</p><p>　　3、全光網(wǎng)加入新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，不影響原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備，不僅可以與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，還可以支持未來的寬帶綜合

28、業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)，具有網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。</p><p>　　4、全光網(wǎng)還具備可重構(gòu)性，可以根據(jù)通信容量的需求，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)、建立、拆除光波長(zhǎng)連接，即動(dòng)態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可為突發(fā)業(yè)務(wù)提供臨時(shí)連接，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。</p><p><b>　　五、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　在信息化時(shí)代，隨著人們對(duì)通信業(yè)務(wù)出現(xiàn)了高層次和多樣化的需求