|
光傳送網技術的比較
|
|
隨著業務需求特別是寬帶業務的增長，人們對高容量系統，特別是光傳送網技術進行了大量的研究。目前研究的內容主要涉及到波分復用光網絡、光時分復用技術和光碼分復用技和波分復用技術已經在網絡中廣泛采用，是目前唯一成熟且付諸實用的超大容量先傳輸系統；光時分復用的研究近幾年取得了較大的進展，是未來極具潛力的技術，但遠不如波分復用成熟；光碼分復用可大大提高光纖的利用率，降低網絡成本，簡化網絡管理，具有較高的網絡安全性，但目前存在一些尚待解決的問題。
光傳送網 大容量系統 波分復用 時分復用 碼分多址近幾年，業務需求的增長，特別是寬帶業務的增長，促使人們對高容量系統和網絡進行了大量的研究。有關預測表明，20年后國家骨干傳送網的容量將是現在的100倍。SDH的傳輸技術和ATM交換技術將可滿足近期網絡的需要，但從長遠看，基于電子技術的網絡的復雜性和成本將大大增加，因此在未來的網絡中光組網的作用將日益重要。目前，光傳送網中可采用的技術主要有光密集波分復用（DWDM）、光時分復用（OTDM）和光·碼分復用（CDMA）等。波分復用（WDM）光網絡WDM是一項極具潛力的技術，它可滿足未來用戶對高容量帶寬的需求。根據所支持的業務量類型，WDM光網絡又可分為光路交換的光網絡和分組交換的光網絡。
1．光路交換的WDM光網絡
在光路交換的光網絡中，通過波長路由器在接人節點間建立光通路，業務量經由光通路傳送。目前，日本、美國及歐洲的一些發達國家都已建立了采用光路交換技術的WDM試驗網，如London Fibre Network,歐洲RACE計劃的多波長傳送網（MWTN）等。
光路交換的WDM網有兩種主要的拓撲結構，一是廣播式星型光網絡，另一是波長選路的光網絡。
廣播式的星型網絡是在網絡的．發送側的每一端口提供一個單獨的光頻率，在網絡的中心采用光的星型耦合器將所有的傳輸信號合并，然后再將這些廣播式的信號混合后送入所有接收側的端口中。通常在接收端采用可調諧的接收設備，以便能夠動態接入所需波長。
廣播式星型網的優點是它能夠對不同調制格式的信號“透明”，信號的格式由不同節點間的發送設備和接收設備來決定，而光選路只經廣播方式簡單完成，因此，不同速率和不同格式的信號可同時在一個網絡中共存。
廣播式星型網絡的缺點主要是費用高、功率浪費和網絡節點的最大數受限于可利用的波長數目等。
一般來說，星型網絡主要適用于對本地和市域計算機網進行互連，而不適合在大規模的干線網上采用。
波長選路的光網絡是指每一光通道分配一個單一的波長，由于在實際中可獲波長數有限，同一波長只能用在不同光纖的路由中，波長爭用問題只能利用通路以及相應的傳送資源的合理分配來解決。目前，波長選路的交叉連接還不能進行網絡的完全重組，只能在輸出和輸入復用器間建立連接，使輸出復用器的人口保持同一波長，這對于常出現的業務轉換并不十分靈活。
為了提高網絡的靈活性，波長選路的光網絡將在選路設備中使用波長轉換器來進行網絡動態重組，它可以最大限度地再利用有限的可獲通道數。然而，光的波長轉換器還沒有完全研制成功，因此目前的波長轉換還采用光一電轉換和再生裝置。在實際中，很多光路交換的WDM網絡的設計，將廣播式的星型網絡和波長選路的光網絡結合使用，以通過波長再利用來增加網絡的可擴展度。廣播式的星型網絡通常用于本地網中，波長選路的網絡比較適合用于廣域網中。
2．分組交換的WDM光網絡
分組業務具有很大的突發性，如果用光路交換的方式處理將會造成資源的浪費。在這種情況下，采用光分組交換將是最為理想的選擇，它將大大提高鏈路的利用率。在分組交換網絡里，每個分組都必須包含自己的選路信息，通常是放在信頭中。交換機根據信頭信息發送信號，而其它的信息如凈荷則不需由交換機處理。
光交換機通常是分布存儲式的交換機。光的分組交換一般有兩種方法。一種是比特序列分組交換（BSPS）；另一種是并行比特分組交換（BPPS）。
BSPS由電分組交換直接演化而來。二進制的比特序列分組交換是最簡單的分組交換方式。對于一個結定波長波道的分組交換，信頭采用二進制比特順序編碼，通常使用開關信號。如果將這些二進制的比特序列分組交換信道進行波分復用，可以增加傳輸帶寬，因為多個分組信號可以同時在不同的波道上傳送。不過，這些通道信號必須在進入交換機之前解復用以便進行選路，然后在交換機輸出端再復用。BPPS可以采用兩種編碼技術來實現，一是副載波復用，另一是多波長的BPPS。
在這兩種情況中，并行比特分組交換的編碼技術采用同一光纖中的不同波道來傳送信頭和負載信息，可保證負載和信頭并行傳送，因此可增加網絡的吞吐量。多波長的分組交換比較適合于光網絡。首先，它可采用簡單的無源光濾波器從分組信號中提取信頭；其次，在交換機內對信頭進行處理，使得分組路由對負載是透明的。
第三，由于每波長使用單獨的光源，信頭和負載光源是分開的，因此沒有功率損失。
目前，由于一些技術限制，光分組交換一時還難于實現。根據現有的技術條件，光分組交換所需的光存儲器、信頭識別和處理裝置還不可能在光域內完成。可調諧光源的反應時間為毫秒級，還不能滿足分組交換的需求。
光時分復用（OTDM）技術
OTDM技術是一種超高速傳輸技術（可達100Gbit/s），它使用極窄脈沖產生較大帶寬，可以更加有效地利用光纖頻譜。通過OTDM技術，可將光支路數據流直接復用進光域，產生極高比特率，并且不只提高了點到點系統的容量，而是可提供多址接入到光纖媒質。但是OTDM的實現方法與WDM完全不同。
1．OTDM的概念
OTDM使用一個單一波長來支持40Gbit／s以上的速率。
一個合適的光源（如鎖模激光器），產生一系列極窄的歸零光脈沖，并被分成N個數據流。然后這N個數據流中的每路信號經由BGbit／s（如STM－n）的支路電信號分別調制，延遲一個時鐘周期，再經復用后產生總的數據速率為（N×B）Gbt／s。目前研究表明，總的速率可高達200Gbit／s或更高。對于運行在如此高數據速率下的系統來說，光纖色散的影響是一個非常重要的問題，一般使用兩種方法來解決：第一種是使用色散管理（通過使用色散補償光纖）使得總的色散接近千零；第二種方法是使用孤子傳輸，但必須仔細考慮信號功率和脈沖波形，使得與線性色散有關的影響通過采用與壓縮有關的自相位調制來解決。因此， OYDM是支持長距離、高容量傳輸的較好的技術方案。
2．OTDM系統及關控網元
自90年代開始，美國、英國、日本等國家的一些研究機構對OTDM系統進行了廣泛的研究，并取得了較大進展。OTDM高速光通信系統主要包括超短脈沖光源、光時分復用／解復用設備、光定時提取和同步、光接收以及傳輸光纖等幾部分。
（1）光源
光源需產生高重復率、占空比相當小的超窄光脈沖，脈寬越窄可以復用的路數越多，頻寬也就越寬。能滿足這些要求的光源主要有鎖模環形激光器、鎖模半導體激光器等。
（2）光時分復用／解復用技術
OTDM傳輸系統的光時分復用技術比較容易實現，而光解復用技術實現起來難度較大，因此成為研究的重點。
OTDM對光解復用的要求是：快速穩定的無誤碼工作，控制功率低，偏振無關，定時抖動值小。目前采用的兩種解復用技術包括光纖非線性光環路鏡（N0LM）和FWM解復用器。
（3）同步和時鐘恢復
從OTDM系統中提取時鐘信號是非常重要的。目前，時鐘提取技術主要有光學諸振回路、注入鎖模半導體激光器和鎖相環路（PLL）等，現在較成熟的是鎖相環路。
為了保證具有分／插復用功能的光網絡的實現，除了時鐘提取還需要對幀和信道進行校準。在光傳輸網絡中由于環境影響，也會產生科動和漂移，因此還需要進行系統調整和信道相位控制。
3．OTDM系統的特點
（1）解決WDM技術的限制
OTDM技術可解決WDM系統存在的一些限制，如自激的Raman散射和四波混頻效應等。但目前所需的元件仍舊在實驗室內，一些關鍵問題沒有完全解決，如皮秒脈沖的產生和信號復用、解復用及同步的處理等，因此同WDM相比，OTDM是一個需要在更長時間內研究的技術。
另外，在許多OTDM超高速傳輸網絡中，將使用非線性傳輸（光孤子）來解決色散的劣化影響，但目前人們雖然對孤子傳輸原理已經很了解，但還沒有完全實現。
（2）提高光譜帶寬效率
OTDM系統將大大提高光譜帶寬效率。我們可對WDM系統和OTDM系統傳送一個給定容量的情況進行比較：一個40Gbit／s的OTDM傳輸系統的傳輸容量相當于16路×2.5Gbit／s WDM系統。如果采用一個2nm通道間隔的WDM系統，它將占有摻餌光放大器的全部帶寬。相反OTDM信號將僅占1nm的波長空間，其余的可用來傳送WDM信號或傳統的TDM信號，大大提高了光譜帶寬利用率。
（3）可以與WDM技術相結合
由于WDM對長距離、大量波長數的限制，因此不太適于波長數需大量增加的情況。這時可由WDM構成子網，采用OTDM高速信道將WDM互連，在子網中使用WDM，可以增加網絡的靈活性和可靠性，而OTDM則是實現高速干線傳輸的有利途徑。在WDM／OTDM網絡的界面接口點上，需要把N個不同波長的WDM信道的信息轉換成一個波長、N個不同OTDM信道的系統。
光碼分多址（OCDMA）技術OCDMA技術不僅可以提高現有光纖的利用率，大大減少網路中的設備，簡化網絡管理，而且具有較高的安全性，因此近年來引起了人們的廣泛關注。
1．OCDMA的原理及特點
（1）OCDMA的原理
OCDMA采用暫時的波形（稱作光特征碼）來編碼和解碼，不同的信息可共享一個時域、頻域、空間域，它根據域值從通道的所有信號，中選取所需的信號，光解碼器的輸出是與輸人信號和匹配的濾波器相關的。通常，為了保持較好的信噪比，特征碼必須相互正交。
OCDMA通常分為相干的CDMA和非相干的CDMA兩類。前者采用相位移的光序列，一個相位移的雙極性光脈沖序列代表一個二進制碼；后者采用強度調制的碼序，使用單極性碼——又稱為準正交編碼。
相干的CDMA與非相干的CDMA相比，最主要的優點在于它具有較高的信噪比。
這主要是由于碼間具有較好的正交性，可以產生較高的處理增益。相干的 OCDMA的主要缺點是技術上實現較困難，以及相位移光信號的利用率較低。
（2）OCDMA系統的特點
* 每一用戶分配一個單獨的光條碼，它可以通過光頻譜來秘密傳送信息，具有較高的安全性。
*OCDMA可以利用任何現有的光纖與 WDM技術結合使用。如在高速通道中使用WDM技術，而將OCDMA技術用于上下通路。
*OCDMA可傳送任何數字信號，包括SONET、ATM及DS－1和DS－3信號。它是一項協議獨立的技術，可與現有的任何新老設備兼容。
目前，限制OCDMA技術實現的關鍵問題包括：可獲取的光編碼數；光纖色散的影響和OCDMA的傳輸損失；不同波長的干擾碼所產生的干擾測量噪音。
2．OCDMA技術的發展
目前對OCDMA的研究越來越多，人們正考慮研究采用 OCDMA／WDM混合的方法來解決光源中波長漂移的問題。目前，對OCDMA技術的研究主要還局限在實驗室內，只有Commercial技術公司宣布推出CedeStream OCDMA系統。
Commercial推出的 CodeStream寬帶光纖倒換轉發器可充分利用光纖帶寬容量，并允許多個光網絡用戶共用一個光纖對來傳送和接收網絡信息，這是第一個商用的OCDMA光網絡解決方案。該系統可增加網絡容量，簡化網絡管理，減少網絡費用，提高網絡的可靠性。
Codestream系統采用獨特的相位移一光子技術和光條碼技術在一根光纖對上產生和識別上百個獨立的、同時的通道。其基本結構由一個連接到大量發送器的光源組成，每個發送器通過光合波器將非對稱信號編碼，并調制到一個單個激光器上。根據應用情況，編碼可以是固定的或可編程的。在網絡的接收端，所有的OCDMA信道都廣播式地面向每一接收器，但只有具有匹配碼形的發射器和接收器才能進行連接。
目前，該系統可傳送128路OC－12信號，大約于1999年中期提供商用，每通道的價格約為2萬~4萬美元。
幾種光傳送網技術的比較WDM技術已經在網絡中廣泛采用，是目前唯一成熟且付諸實用的超大容量光傳輸技術。WDM光傳送網具有透明性、可重組性和網絡可生存性，未來的WDM光網絡將向著基于波長選路和波長交換的高度靈活的光網絡方向發展，它將采用編程的光ADM、OXC等進行波長級處理，動態分配波長，并具有快速的網絡恢復及重組能力，是未來傳送網的主要發展方向，但需進一步克服光纖的非線性影響。OTDM是一種非常有效的復用方法，它可以提高單一波道的傳輸速率，充分利用可獲光譜，消除WDM系統存在的一些限制（如四波混頻效應和拉曼散射等）。
OTDM技術近年來在研究領域取得了較大進展，是未來發展的一項極具潛力的技術，但它遠不如WDM技術成熟，一些關鍵技術還有待解決。
OCDMA技術可大大提高光纖的利用率，降低網絡成本，簡化網絡管理，具有較高的網絡安全性，也是未來發展的一個極肯潛力的技術，只是目前技術尚未成熟。
今后，隨著技術的不斷發展與成熟，WDM技術、OTDM、OCDMA技術將相互結合、補充，在未來超高速傳送網中得到廣泛應用。 |
|
| |
|
|
|
|
|
