光网络信息传输技术
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作者: 兰伟 刘建
摘 要：目前光网络系统已经被电信运营商大规模采用，而且随着全球电信骨干网络的不断升级推进，以及城域网与接入网建设高潮的来临，光网络市场正在迅速膨胀。但是人们很少去思考现实中的信息是怎样被传送出去的，是通过什么方式达到对方，其中涉及到哪些技术等。
关键词：光网络 传输 技术
中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2013）08-0003-02
一、光通信的发展
1.早期的通信
60年代初，人们利用二氧化碳激光器进行激光大气通信实验，由于其传输介质是地球周围的大气层，而大气层又存在着对光的严重吸收，散射作用和天气变化影响等缺点，使得激光大气通信在通信距离、稳定性、可靠性方面受到严重影响。60年代中期一度振兴的激光大气通信研究处于停滞状态
2.先进国家光纤通信的发展
世界上已形成北美、西欧和远东三个光纤通信发达地区，代表国家为：美国、英国和日本
美国78年建成第一条市话光纤，82年建成第一条长途，到1993年止，已建成通信系统200多个，光纤总长达27万km以上美国有五大光纤工程：东部走廊，东部和西部干线，大西洋和太平洋洲际海底干线
全长达3400km横贯日本南北的大干线
法国比亚里茨的“光纤城”等
世界主要电信产品供应商，如：Lucent， Nortol， Alcatel， NEC， Siemens， Macosi， Fujitsu等都把光纤通信放在相当重要位置，投入大量人力、资金进行研究开发，并分别取得重大进展，创造了一个个新的世界记录，许多原以家电产品为主闻名的厂商如：Toshiba， Sony或计算机厂商Cisco， Canon， 3M也纷纷加入光纤通信的行列，成果斐然。
世界先进国家提出FTTx战略，即：光纤到路边（FTTC）、大楼（FTTB）、办公室（FTTO）、小区（FTTZ）、用户（FTTH）等。
世界上最大的三个长途电信公司——美国的AT&T、MCI、SPRINT公司，光纤化程度已分别高达100%、88%和100%
自九五期间，到2000年建设以光缆为主体的长途干线网，新建省际省内光缆干线10万公里。到1998年，基础网建设取得重大成果。“八纵八横”干线光缆传输网全部建成。“九五”干线光缆计划提前2年完成。
仅1998年，全年新建成13条长途光缆干线，完成了14条长途光缆干线的扩容工程；全国电信光缆总长达100万公里。
现在，一个覆盖全国以光缆为主、卫星和数字微波为辅，集数字化传输、程控化交换为一体的通信网络已基本建成。
二、光通信网络技术介绍
光纤（Fibre）光导纤维的简称，光纤通信——以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。光波是人们最熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz，紫外光、可见光、红外光属于光波的范畴。光通信是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，它具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。 光波按其波长长短，依次可分为红外线光、可见光和紫外线光。红外线光和紫外线光属不可见光，它们同可见光一样都可用来传输信息。光通信按光源特性可分为激光通信和非激光通信；按传输媒介的不同，可分为有线光通信和无线光通信。
光传输网规划中光缆芯数及光纤类型的确定是一个较为复杂的预测过程，要以传输需求预测和传输点的分布为基础来进行。由于光缆的服务年限较长，而种种因素的限制作用对预测的准确性和可操作性影响较大（尤其是对中远期）。
三、光通信网络技术的发展趋势
为了适应社会的需求，为了建设一个更高级的网络系统为下一代服务，就必须构建出坚固的、传输很大数据量的光纤设施。但是由于我国的光缆寿命高达二十多年，造价成本很高，光纤的设施建设的构造和具体设计就更具有前瞻性。
由于波分复用系统的深入开发和广泛应用，在市场上的需求越来越大，波分复用技术的目前商用系统主要为（16-40）x 2.5/10Gb/s ，Corvis的160x2.5G在芝加哥-西雅图3200公里线路上试验。Qtera的ULTRA系统可以将10G WDM系统的全光传输距离进一步提高到4000km之远，150/160x10G（阿/北电）系统已试验成功，1022x37M （LT）已试验成功，48x10G传4000km （阿）已试验成功，实验室最高水平：3.28T（82x40G）传300km（LT）， 3.2T（80x40G）（西）， 3.2T（160x20G）1500km（NEC），已规划商用容量：6.4Tb/s（80x80Gb/s）（北电） 。
四、光网络技术的未来展望
WDM通信光网络的光节点OXC方案
光纤具有约50Tb/s的潜在带宽，而波分复用（WDM）可以较好地利用光纤的宽带能力，是一种比较经济实用的扩大传输容量的方法，因而在近年来得到越来越广泛的应用。在成功地应用到点—点的光学传输系统后，WDM正向更复杂的结构、功能和更大地域跨度发展
OXC节点主要的是要能完成网间信道的交叉互连（兼具实现上/下路功能），即具有波长路由选择、动态重构，具有可扩充性、波长分区重用等特点，它是全光网的核心，也是目前最迫切需要研究和取得突破的课题。当前国外众多的对OXC的研究中，需要的器件除了已有的用于WDM传输的发射、接收、解复用器、增益平坦的放大器以外，最重要的器件是具有空间光开关、可调谐滤波器和波长转换器。
阻塞特性
交换网络的阻塞特性可分为严格无阻塞型、可重构无阻塞型和阻塞型三种。若干年后，由于Backbone（骨干）光Mesh网的传输容量很大，阻塞问题需要严重关切，因此实用的国家骨干网的OXC结构要求严格无阻塞。当不同输入链路中同一波长的信号要连接到同一输出链路时，只支持波长通道的OXC结构会发生阻塞，当然这种阻塞可以通过选路算法来一定程度解决。 已提出的OXC结构中，波长解复用的方法主要采用阵列波导光栅（Array Waveguide Grating，即AWG）或多层介质膜滤波器等，此外还有体光栅等其他方法。完成交换功能的光开关器件有：机械（含光学转镜等）光开关，聚合物波导开关、硅波导开关、微光机开关，及半导体光放大器开关等。实现波长转换的技术方案有利用半导体光放大器（SOA）中的交叉增益调制（XGM）、交叉相位调制（XPM）及四波混频效应（FWM）等。目前功能完备的OXC产品还不太成熟，正在快速研发中。
对OXC节点的要求：OXC是全光网络的基本网络单元。它有两个主要功能：光通道的交叉连接功能和本地上下路功能。需要在本地终结的光通道经过光电变换后送入上层的DXC，由DXC对其中的电通道进行处理。除了实现这两个主要功能外，OXC还应具有可扩展性和模块性等。
五、光网络信息传输技术济性效益
光缆线路一次性的投资量很大，在整个建设成本中占有较多的比例。在光缆与光纤的需求量的确定时，建设项目的经济性的修改是必须要考虑到的。如果盲目的追求给光缆系统配置大芯数配置和大量应用G.655光纤将使投资在光缆线路上的比重量过大，并且浪费很多的光纤资源。另外一点，没有对未来的发展有个良好的预测，而只是对当前网络的需求量和对建设资源投资的考虑，等到无法对光纤资源的业务发展需求满足的时候，对于扩建光缆线路系统的再次投入成本将会花费成本的几十倍，经济的发展是很迅速的，而城市规划的步伐是不断完善的机制，对于光缆线路系统投入用地成本也会越来越高。
六、结论
综上所述，光通信技术自开发到现代经历了几十年的发展，经过漫长的探索和钻研已经取得了很大的突破，光交换技术和光波分复用技术是构建未来全光通信网的基础，但要在全光网络上实现各种业务，还需要使全光网络可以兼容各种业务接口，即依据各种业务的发展情况构建多业务接入、交换和传输平台。换言之，我们还需要发展光联网技术，以便把前面提及的光纤技术、光器件技术和光节点技术组建成为一个完整的网络系统。同时可以看出光传输网规划中光缆芯数及光纤类型的确定是一个较为复杂的预测、决策过程，预测的准确性、合理性、前瞻性、经济性对促进地方经济的发展，并且对提高通信企业的竞争力及降低运营成本有着举足轻重的影响。
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