1、全光网及其关键技术浅谈【摘要】在我国快速发展普及的光纤通信中，全光网正快步向我们走来，它以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。本文就其中的关键技术和基本感念略加简述，以飨读者。 【关键词】全光网，技术 一、全光网的概念 所谓全光网 AON（all-optical network） ，是指从源节点到终端用户节点之间的数据传输与交换的整个过程均在光域内进行，不需要经过光/电、电/光转换，只是在进出网络时才进行电光和光电转换，也就是端到端的完全光路，中间不再有电信号的介入。全光网络主要由核心网、城域网和接入网三层组成。三者的基本结构相类似。其网络结构主要有
2、星形网、总线网和树形网 3 种基本类型。 二、全光网的优点 基于波分复用的全光通信网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性、透明性。它具有以下优点：（1）提供巨大的带宽。 （2）提供多种协议的业务。 （3）组网灵活性高。 （4）可靠性高。 三、全光网中的关键技术 1. 光交换技术。光交换技术是全光网络的核心技术之一，就光交换形式而论，可以分成光路交换技术和分组交换技术。实际上，光路交换技术是基于光复用技术上的集成应用。由此，又可分成三种类型，即空分（SD） 、时分（TD）和波分/频分（WD/FD）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类：一是基于
3、波导技术的波导空分，其交换过程是在光波导中完成的；另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换，因为它利用的是光束互连，适合做三维高密度组合，即使光束相互交叉，也不会相互影响，因此可以构成大规模的交换系统。在光分组交换中，异步传送模式是近些年来广泛研究的一种方式。实际上，它是以 ATM 信元为交换对象的技术。此外，还有码分光交换技术。光交换技术是目前全光网路发展中亟待突破的瓶颈，目前，主要光交换应用有两种：光交叉连接（OXC）与光分插复用器（OADM） 。 2. 光交叉连接（OXC）技术。OXC 是用于光纤网络节点的设备，是全光网中的核心器件。OXC 交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定
4、波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，也就是使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点。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、
5、双向和广播形式的功能。当光纤中断或业务失效时，OXC 能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络重新配置等操作，使业务不中断。OXC 也有空分、时分和波分 3 种类型。 3. 光分插复用（OADM）技术。OADM 在光域内实现了具有传统 SDH 分插复用器（SDH ADM）在时域内完成的功能，是组建全光网必不可少的关键性设备。它具有选择性，可以从 WDM 传输设备中选择下路信号或上路信号。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，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 DE-MUX 和 MUX 的组合
6、；光循环器或在 Mach-Zehnder 结构中的光纤光栅；用集成光学技术实现的串联 Mach-Zehnder 结构中的干涉滤波器。前两种方式使隔离度达到最高，但需要昂贵的设备如 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。 4. 光纤放大器技术。光纤放大器不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件，更是建立全光通信网的核心技术之一。由于这项技术不仅解
7、决了衰减对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了 1550nm 频段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的密集波分复用（DWDM） 、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。目前光纤放大器主要有掺铒光纤放大器、半导体光放大器和光纤拉曼放大器三种。根据其在光纤网络中的应用，光纤放大器主要有三种不同的用途：在发射机侧用作功率放大器以提高发射机的功率；在接收机之前作前置放大器，以极大地提高光接收机的灵敏度；在光纤传输线路中作中继放大器，以补偿光纤传输损耗，延长传输距离。 掺铒光纤放大器是利用掺铒光纤这一活性介质，当泵浦光输入到 EDF 中时，就可以将
8、大部分处于基态的Er3+抽运到激发态上，处于激发态的 Er3+又迅速无辐射地转移到亚稳态上，由于 Er3+在亚稳态上的平均停留时间为 10ms，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转，此时，信号光子通过掺铒光纤，在受激辐射效应作用下产生大量与自身完全相同的光子，使信号光子迅速增多，这样在输出端就可以得到被不断放大的光信号。目前 EDFA 的技术开发和商品化最成熟；应用广泛的 C 波段 EDFA 通常工作在 15301565nm 光纤损耗最低的窗口，具有输出功率大、增益高、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率和数据格式无关，且同时放大多路波长信号等一系列的特性，在长途光通信系统中得到
9、了广泛的应用。贝尔实验室和 NH的研究人员已研制成功实验性的 DBFA。 5. 网的管理和控制。全光网对管理和控制也提出了新的问题：现行的传输系统（SDH）有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着要求网络层必须与传输层一致的问题；由于表示网络状况的正常数字信号不能从透明的光网络中取得，所以存在着必须使用新的监控方法的问题；在透明的全光网中，有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一不同的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。从现阶段的WDM 全光网发展来看，网络的控制和管理要比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需要解决的技术。
