关于光网络传输技术介绍

　　最近有网友想了解下光网络传输技术的知识,所以学习啦小编就整理了相关资料分享给大家,具体内容如下.希望大家参考参考!!!

　　光网络传输技术介绍

　　光传输是在发送方和接收方之间以光信号形态进行传输的技术。

　　技术简介

　　同步光纤网(Synchronous Optical Network，SONET)和同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)：一种光纤传输体制(前者是美国标准，用于北美地区，后者是国际标准)，它以同步传送模块(STM—1，155Mbps)为基本概念，其模块由信息净负荷、段开销、管理单元指针构成，其突出特点是利用虚容器方式兼容各种PDH体系。

　　准同步数字系列(Plesiochronous Digital Hierarchy ，PDH)：SONET/SDH出现前的一种数字传输体制，非光纤传输主流设备。主要是为语音通信设计,没有世界性统一的标准数字信号速率和帧结构，国际互连互通困难。

　　波分复用技术(Wavelength Division Multiplex，WDM)：本质上是在光纤上实行的频分复用(Frequency Division Multiplex ，FDM)，即光域上的FDM技术。是提高光纤通信容量的有效方法。为了充分利用单模光纤低损耗区巨大的带宽资源，根据每一个信道光波频率(或波长)的不同而将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道的技术。用不同的波长传送各自的信息，因此即使在同一根光纤上也不会相互干扰。 密集波分复用技术(Dense Wavelength Division Multiplex，DWDM)：与传统WDM系统不同，DWDM系统的信道间隔更窄，更能充分利用带宽。

　　光分插复用(Optical Add/Drop Multiplex， OADM)：是一种用滤光器或分用器从波分复用传输链路插入或分出光信号的设备。OADM在WDM系统中有选择地上/下所需速率、格式和协议类型的光波长信号。是在节点上只分接/插入所需的波长信号，其它波长信号则光学透明地通过这个节点。动态(灵活、可重构或可编程)的OADM是城域光网络得以实现的根本。局际光学环网使用动态的OADM，系统就可以在任何两个节点间提供全部波长信道的连接。

　　光交叉互连(Optical　Cross-connect， OXC)：用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够有效灵活地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。主要由WDM技术和光空分技术(光开关)综合而成。

　　全光网络(All Optical Network，AON)：是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在的网络系统。也就是说，信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内，波长成为全光网络的最基本积木单元。由于全光网络中的信号传输全部在光域内进行，因此，全光网络具有对信号的透明性，它通过波长选择器件实现路由选择。全光网络以其良好的透明性、波长路由特性、兼容和可扩展性，成为下一代高速(超高速)宽带网络的首选。

　　全光网络的应用是什么啊

　　全光网络技术的进展

　　摘 要:全光网络的相关技术主要包括全光交换技术、光交叉连接技术、以光放大器为基础的全光中继技术、光复用/去复用技术和光分插技术。本文对这些技术的原理、研究进展和发展前景进行了描述和分析。

　　关键词:全光网络 光交换 光中继 光复用/去复用 OXC

　　1 全光网络概况

　　全光网络(全光通信网络)是指光信息流在网络中的传输及交换时始终以光的形式存在，而不需要经过光/电、电/光变换。也就是说，信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内。由于全光网络中的信号传输全部在光域内进行。因此，全光网络具有对信号的透明性。它通过波长选择器件实现路由选择。全光网络还应当具有扩展性，可重构性和可操作性。

　　全光网络有星形网、总线网和树形网3种基本类型。

　　2 全光网络相关技术

　　全光网络的相关技术主要包括全光交换、光交叉连接、全光中继和光复用/去复用等。

　　2.1 全光交换

　　传统的光交换在交换过程中存在光变电、电变光，而且它们的交换容量都要受到电子器件工作速度的限制，使得整个光通信系统的带宽受到限制。直接光交换可省去光/电、电/光的交换过程，充分利用光通信的宽带特性。因此，光交换被认为是未来宽带通信网最具潜力的新一代交换技术。对光交换的探索始于70年代，80年代中期发展比较迅速。总的来说，光交换技术还处于开发的初级阶段，2000年之前不大可能有任何形式的广泛光交换应用。21世纪初光交换技术将达到实用化水平，商用光交换机将进入市场。

　　光交换技术有空分(SD)、时分(TD)和波分/频分(WD/FD)等类型。其原理、结构特点和研究进展状况如下。

　　2.1.1 空分光交换

　　空分光交换是由开关矩阵实现的，开关矩阵节点可由机械、电或光进行控制，按要求建立物理通道，使输入端任一信道与输出端任一信道相连，完成信息的交换。各种机械，电或光控制的相关器件均可构成空分光交换。构成光矩阵的开关以铌酸锂定向耦合器最为引人注目。

　　2.1.2 时分光交换

　　时分光交换系统能与光传输系统很好配合构成全光网，所以时分光交换技术研究开发进展很快，其交换速率几乎每年提高一倍，目前已研制出几种时分光交换系统。1985年日本NEC成功地实现了256Mb/s(4路64Mb/s)彩色图像编码信号的光时分交换系统。它采用1×4铌酸锂定向耦合器矩阵开关作选通器，双稳态激光二极管作存储器(开关速度1Gb/s)，组成单级交换模块。90年代初又推出了512Mb/s试验系统。

　　实现光时分交换系统的关键是开发高速光逻辑器件，世界各国研究机构正加紧对此进行研究。

　　2.1.3 波分/频分光交换

　　波分交换即信号通过不同的波长，选择不同的网络通路来实现，由波长开关进行交换。波分光交换网络由波长复用器/去复用器、波长选择空间开关和波长互换器(波长开关)组成。

　　目前已研制成波分复用数在10左右的波分光交换实验系统。最近开发出一种太比级光波分交换系统，它采用的波分复用数为128，最大终端数达2048，复用级相当于1.2Tb/s的交换吞吐量。

　　2.2 光交叉连接(OXC)

　　OXC是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。OXC主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元等模块组成。为增加OXC的可靠性，每个模块都具有主用和备用的冗余结构，OXC自动进行主备倒换。输入接口、输出接口直接与光纤链路相连，分别对输入输出信号进行适配、放大。管理控制单元通过编程对光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口模块进行监测和控制。光交叉连接矩阵是OXC的核心，它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠，并且要具有单向、双向和广播形式的功能。

　　OXC也有空分、时分和波分3种类型。目前比较成熟的技术是波分复用和空分技术，时分技术还不成熟。如果将波分复用技术和空分技术相结合，可大大提高交叉连接矩阵的容量和灵活性。

　　日本NEC公司研制的8×8无极性LiNbO3光交叉矩阵由64个无极性定向耦合开关单元组成，所有开关单元都以简单树形结构(STS)的形式集成在LiNbO3芯片上。英国BT实验室研制的OXC采用WDM技术与空分技术相结合，已用于波分复用系统。在伦敦地区本地网络上进行了现场实验，传输速率为622Mb/s。另外，西门子、NTT和爱立信等国外大公司所属实验室对OXC的结构、应用技术也进行了类似研究和实验。

　　2.3 全光中继

　　传统的光纤传输系统是采用光—电—光再生中继器，这种方式的中继设备十分复杂，影响系统的稳定性和可靠性。多年来，人们一直在探索去掉上述光—电—光转换过程，直接在光路上对信号进行放大传输，即用一个全光传输型中继器代替目前这种再生中继器。科技人员已经开发出半导体光放大器(SOA)和光纤放大器(掺铒光纤放大器——EDFA、掺镨光纤放大器—PDFA、掺铌光纤放大器—NDFA)。

　　EDFA具备高增益、高输出、宽频带、低噪声、增益特性与偏振无关等一系列优点，这将可以促进超大容量、超高速、全光传输等一批新型传输技术的发展。利用光放大器构成的全光通信系统的主要特点是：工作波长恰好是在光纤损耗最低的1.55μm波长，与线路的耦合损耗很小，噪声低(4～8dB)、频带宽(30～40nm)，很适合用于WDM传。但是在WDM传输中，由于各个信道的波长不同，有增益偏差，经过多级放大后，增益偏差累积，低电平信道信号SNR恶化，高电平信道信号也因光纤非线性效应而使信号特性恶化。为了使EDFA的增益平坦，主要采用“增益均衡技术”和“光纤技术”。增益均衡技术利用损耗特性与放大器的增益波长特性相反的原理均衡抵消增益不均匀性。目前主要使用光纤光栅、介质多层薄膜滤波器、平面光波导作为均衡器。“光纤技术”是通过改变光纤材料或者利用不同光纤的组合来改变EDF特性，从而改善EDFA的特性。其技术包括以下几个方面：(1)研制掺铒碲化物玻璃光纤。用这种光纤制作的EDFA，可使增益特性平坦，频带扩宽。而且频带向长波长一侧移动。据NTT公司在OFC’97上报道，其最高带宽达80nm。在1535～1561nm之间，实现了增益基本平坦，最大偏差不超过1.5dB。(2)多芯EDFA。多芯EDFA使用的EDF是多纤芯的。激励光能大致均匀地分配到每一纤芯中，各个纤芯内的光信号均以小信号进行放大，从而在很宽的波长范围内获得接近平坦的增益。(3)研制掺铒氟化物光纤放大器，在很宽的频带内可获得平坦的增益。(4)通过在掺铒光纤中掺铝，改变铒的放大能级分布，加宽可放大的频带。(5)用不同掺杂材料和掺杂量的光纤进行组合，制作混合型EDFA。主要有(A1-EDF)和(P-A1-EDF)组合;A1-EDF和P-Yb-EDF组合;掺铒石英光纤和掺铒氟化物光纤组合。这样可以使增益平坦性、噪声特性和放大效率达到最佳。

　　EDFA最高输出功率已达到27dBm，这种光纤放大器可应用于100个信道以上的密集波分复用传输系统、接入网中光图像信号分配系统、空间光通信等。

　　目前光放大技术主要是采用EDFA。SOA虽然研制得比较早，但受噪声、偏振相关性等影响，一直没有达到实用化。但应变量子阱材料的SOA研制成功，引起了人们的广泛兴趣，且SOA具有结构简单、成本低、可批量生产等优点，人们渴望能研制出覆盖EDFA、PDFA应用窗口的1310nm和1550nm的SOA。

　　用于1310nm窗口的PDFA，因受氟化物光纤制作困难和氟化物光纤特性的限制，研究进展比较缓慢，尚未实用。

　　2.4 光复用/去复用技术

　　2.4.1 光时分复用(OTDM)

　　光时分复用(OTDM)是用多个电信道信号调制具有同一个光频的不同光信道，经复用后在同一根光纤传输的扩容技术。光时分复用技术主要包括：超窄光脉冲的产生与调制技术、全光复用/去复用技术、光定时提取技术。

　　(1)超窄光脉冲的产生

　　光时分复用要求光源提供5～20GHz的占空比相当小的超窄光脉冲输出，实现的方法有增益开关法、LD的模式锁定法、电吸收连续光选通调制法及光纤光栅法、SC(Supercontinum)光脉冲。增益开关法可以产生脉宽5～7ps、脉冲重复频率在10GHz左右可任意调整的光脉冲，其优点是很容易与其它信号同步。增益开关法已用于各种高速光传输实验中的脉冲源产生和光测量中。SC光脉冲宽度可<1ps，最窄达0.17ps。

　　另外利用调整线性调制光纤光栅的色散值对电吸收调制器输出的光脉冲形状进行修正，也可以产生脉宽为5.8ps、占空比为6.3%的10GHz的光脉冲。

　　(2)全光复用/去复用技术

　　全光时分复用可由光延迟线和3dB光方向耦合器构成。在超高速系统中，最好将光延迟线及3dB光方向耦合器集成在一个平面硅衬底上所形成的平面光波导回路(PLC)作为光复用器。全光去复用器在光接收端对OTDM信号进行去复用。目前已研制出4种形式的器件作为去复用器，它们是光克尔开关矩阵光去复用器、交叉相位调制频移光去复用器、四波混频开关光去复用器和非线性光纤环路镜式(NOLM)光去复用器。无论采用何种器件，都要求其工作性能可靠稳定，控制用光信号功率低，与偏振无关。

　　(3)光定时提取技术

　　光定时提取要求超高速运转、低相位噪声、高灵敏度以及与偏振无关。目前已研制出一种采用高速微波混频器作为相位探测器构成的锁相环路(PLL)，另外使用法布里—珀罗干涉光路构成的光振荡回路(FPT)也可以完成时钟恢复功能。

　　2.4.2 波分复用(WDM)

　　光波分复用是多个信源的电信号调制各自的光载波，经复用后在一根光纤上传输，在接收端可用外差检测的相干通信方式或调谐无源滤波器直接检测的常规通信方式实现信道的选择。采用WDM技术不仅可以扩大通信容量，而且可以为通信带来巨大的经济效益。因而，近几年对这方面的研究方兴未艾，特别是密集波分复用可望很快获得应用。1995年NTT进行了10个信道、每个信道的传输速率高达10Gb/s，中继间距为100km，传输距离为600km的全光传输实验，系统容量高达60(Tb/s)-km。1996年NEC、AT&T、富士通3个公司进行了总容量超过1Tb/s的WDM实验(NEC：20Gb/s×132ch-120km;富士通：20Gb/s×55ch-150km;AT&T：40Gb/s×25ch-55km)。1997年初，总容量为40Gb/s(2.5Gb/s×16信道)的WDM系统已经商用。目前，大部分公司的DWDM系统都是以2.5Gb/s为基本速率的，仅加拿大北电网络等少数公司是以10Gb/s为基本速率。北电(Nortel)的8×1OGb/s系统已用于美国MCI公司的网络。据称MCI是世界上第一个采用8×10Gb/s波分复用系统开通实际业务的运营商。MCI公司70%的网络中已采用了WDM系统。泛欧运营商HER公司(Herms Europe Railtel)将采用Ciena公司的40×2.5Gb/s系统。Williams公司将为Frontier在休士顿、亚特兰大等地的网络提供16×10Gb/s的DWDM系统。目前，国内开发DWDM系统的单位有原邮电部五所、北京大学、华为公司和武汉邮电科学研究院等。武汉邮电研究院的8×2.5Gb/s波分复用系统已用于济南—青岛工程。

　　2.4.3 光分插复用(OADM)

　　在波分复用(WDM)光网络领域，人们的兴趣越来越集中到光分插复用器上。这些设备在光波长领域内具有传统SDH分插复用器(SDH ADM)在时域内的功能。特别是OADM可以从一个WDM光束中分出一个信道(分出功能)，并且一般是以相同波长往光载波上插入新的信息(插入功能)。对于OADM，在分出口和插入口之间以及输入口和输出口之间必须有很高的隔离度(>25dB)，以最大限度地减少同波长干涉效应，否则将严重影响传输性能。已经提出了实现OADM的几种技术：WDM DEMUX和MUX的组合;光循环器间或在Mach-Zehnder结构中的光纤光栅;用集成光学技术实现的串联Mach-Zehnder结构中和干涉滤波器。前两种方式使隔离度达到最高，但它们需要昂贵的设备如WDM MUX/DE MUX或光循环器。Mach-Zehnder结构(用光纤光栅或光集成技术)还在开发之中，并需要进一步改进以达到所要求的隔离度。上面几种OADM都被设计成以固定的波长工作。 意大利电信中心研究实验室研制了一种新结构——使用干涉滤波器的OADM，与传统的单根光纤设计相比，它提供了插入口和分出口之间的高隔离度，对输出口的分出信号双倍的抑制功能以及波长可调性。这种方法的可行性已通过样机进行了试验。测得的输入和分出口之间隔离度>55dB，对分出信道的抑制>16dB，调节范围>8nm。

　　从目前来看，全光网络首先是应用于局域网(LAN)、城域网(MAN)等内部的光路由选择，所采用的技术主要是基于WDM和宽带的EDFA。从长远来说，全光网的发展趋势必然向着波分、时分与空分3种方式结合的方向发展。其应用将扩展到广域网。网络范围可以覆盖整个国家或几个国家，最终实现一个高速大容量能满足未来通信业务需求的全光网络。

　　光通信原理与技术有那些
【光通信原理】光纤通信(Fiber-optic communication)，也作光纤通讯。光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，首先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。光经过调变后便能携带资讯。自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性 ，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大，保密性好等优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。

　　光纤通信的原理就是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

　　光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤的导光特性基于光射线在纤芯和包层界面上的全反射，使光线限制在纤芯中传输。光纤中有两种光线，即子午光线和斜射光线，子午光线是位于子午面上的光光线，而斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。

　　【全光网络】未来传输网络的最终目标，是构建全光网络，即在接入网、城域网、骨干网完全实现“光纤传输代替铜线传输”。而目前的一切研发进展，都是“逼近”这个目标的过程。

　　骨干网是对速度、距离和容量要求最高的一部分网络，将ASON技术应用于骨干网，是实现光网络智能化的重要一步，其基本思想是在过去的光传输网络上引入智能控制平面，从而实现对资源的按需分配。DWDM也将在骨干网中一显身手，未来有可能完全取代SDH，从而实现IPOVERDWDM。

　　城域网将会成为运营商提供带宽和业务的瓶颈，同时，城域网也将成为最大的市场机遇。目前基于SDH的MSTP技术成熟、兼容性好，特别是采用了RPR、GFP、LCAS和MPLS等新标准之后，已经可以灵活有效地支持各种数据业务。

　　对接入网来说，FTTH(光纤到户)是一个长远的理想解决方案。FTTx的演进路线将是逐渐将光纤向用户推近的过程，即从FTTN(光纤到小区)到FTTC(光纤到路边)和FTTB(光纤到公寓小楼)乃至最后到FTTP(光纤到驻地)。当然这将是一个很长的过渡时期，在这个过程中，光纤接入方式还将与ADSL/ADSL2+并存。

　　基于上述全光网络构架有很多核心技术，它们将引领光通信的未来发展。ASON、FTTH、DWM、RPR这四项目前是光通信行业最重要的技术。

　　【光通信技术】

　　1、ASON

　　无论从国内研发进展、试商用情况，还是从国外的发展经验来看，国内运营商在传送网中大规模引入ASON技术将是必然的趋势。ASON(AutomaticallySwitchedOpticalNetwork，智能光网络)是一种光传送网技术。目前的产品和市场状况表明，ASON技术已经达到可商用的成熟程度，随着3G、NGN的大规模部署，业务需求将进一步带动传送网技术的发展，预计2007年ASON将得到更加广泛的商用。

　　2006年各大主要设备提供商华为、中兴、烽火、Lucent等已经推出了其可商用的ASON产品。中国电信、中国网通、中国移动、中国联通和中国铁通陆续开展了ASON的应用测试和小规模商用。

　　ASON在国外成功商用的经验表明，ASON将在骨干传送网发挥不可替代的作用。例如，AT&T的140个节点覆盖美国的骨干传送网;BT组建21CN网，目前已建40个ASON节点;Vodafone的131个节点覆盖英国的ASON骨干传送网，等等。

　　然而，目前ASON在路由、自动发现、ENNI接口等几方面的标准化工作还不完善，这成为制约ASON技术发展和商用的重要因素。未来我国将参与更多的ASON标准化工作，同时，ASON的标准化，尤其是其中ENNI的标准化，将在近年内取得突破性进展。

　　2、FTTH

　　FTTH(FiberToTheHome，光纤到户)是下一代宽带接入的最终目标。目前，实现FTTH的技术中，EPON将成为未来我国的主流技术，而GPON最具发展潜力。

　　EPON采用Ethernet封装方式，所以非常适于承载IP业务，符合IP网络迅猛发展的趋势。目前，国家已经将EPON作为“863”计划重大项目，并在商业化运作中取得了主动权。

　　GPON比EPON更注重对多业务的支持能力，因此更适合未来融合网络和融合业务的发展。但是它目前还不够成熟并且价格偏高，还无法在我国大规模推广。

　　我国的FTTH还处于市场启动阶段，离大规模的商业部署还有一段距离。在未来的产业化发展中，运营商对本地网“最后一公里”的垄断是制约FTTH发展的重要因素，采取“用户驻地网运营商与房地产开发商合作实施”的形式，更有利于FTTH产业的健康发展。从日本、美国、欧洲和韩国等国家的FTTH发展经验来看，FTTH的核心推动力在于网络所提供的丰富内容，而政府对应用和内容的监控和管理政策也会制约FTTH的发展。

　　3、WDM

　　WDM突破了传统SDH网络容量的极限，将成为未来光网络的核心传输技术。 按照通道间隔的不同，WDM(WavelengthDivisionMultiplexing，波分复用)可以分为DWDM(密集波分复用)和CWDM(稀疏波分复用)这两种技术。DWDM是当今光纤传输领域的首选技术，但CWDM也有其用武之地。

　　2006年，烽火、华为等设备厂商都推出了自己的DWDM系统，国内运营商也开展了相关的测试和小规模商用。未来DWDM将在对传输速率要求苛刻的网络中发挥不可替代的作用，如利用DWDM来建设骨干网等。

　　相对于DWDM，CWDM具有成本低、功耗低、尺寸小、对光纤要求低等优点。未来几年，电信运营商将会严格控制网络建设成本，这时CWDM技术就有了自己的生存空间，它适合快速、低成本多业务网络建设，如应用于城域和本地接入网、中小城市的城域核心网等。

　　4、RPR

　　弹性分组环(ResilientPacketRing，RPR)将成为未来重要的光城域网技术。近年来许多国内外传输设备厂商都开发了内嵌RPR功能的MSTP设备，RPR技术得到了大量芯片制造商、设备制造商和运营商的支持和参与。

　　在标准化方面，IEEE802.17的RPR标准已经被整个业界认可，而国内的相关标准化工作还在进行中。未来RPR将主要应用于城域网骨干和接入方面，同时也可以在分散的政务网、企业网和校园网中应用，还可应用于IDC和ISP之中。