光纖通信新技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)-全文預(yù)覽
【正文】 混合傳輸?shù)取?（3）具有多種調(diào)制方式在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度調(diào)制方式對(duì)光進(jìn)行調(diào)制。在直接探測(cè)中, 接收波段較大，為抑制噪聲的干擾，探測(cè)器前通常需要放置窄帶濾光片，但其頻帶仍然很寬。解決偏振匹配的方法之一是加偏振控制器，使本振光波自動(dòng)地與接收光波的偏振保持一致，但偏振控制器的自動(dòng)控制是復(fù)雜的；二是光放大器和光波分復(fù)用技術(shù)的出現(xiàn)也在一定程度上抑制了其發(fā)展。迄今為止的研究已為實(shí)現(xiàn)超高速、超長(zhǎng)距離無(wú)中繼光孤子通信系統(tǒng)奠定了理論的、技術(shù)的和物質(zhì)的基礎(chǔ)：孤子脈沖的不變性決定了無(wú)需中繼；光纖放大器，特別是用激光二極管泵浦的摻鉺光纖放大器補(bǔ)償了損耗；光孤子碰撞分離后的穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)波分復(fù)用提供了方便；采用預(yù)加重技術(shù)，且用色散位移光纖傳輸，摻鉺光纖集總信號(hào)放大，這樣便在低增益的情況下減弱了ASE的影響，擴(kuò)大了中繼距離；導(dǎo)頻濾波器有效地減小了超長(zhǎng)距離內(nèi)噪聲引起的孤子時(shí)間抖動(dòng)；本征值通信的新概念使孤子通信從只利用基本孤子拓寬到利用高階孤子，從而可增加每個(gè)脈沖所載的信息量光孤子技術(shù)未來(lái)的前景是：在傳輸速度方面采用超長(zhǎng)距離的高速通信，時(shí)域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時(shí)，整形，再生技術(shù)和減少ASE，光學(xué)濾波使傳輸距離提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。光孤子通信和線(xiàn)性光纖通信比較有一系列顯著的優(yōu)點(diǎn)：傳輸容量比最好的線(xiàn)性通信系統(tǒng)大1個(gè)~2個(gè)數(shù)量級(jí)；可以進(jìn)行全光中繼。在FTTH應(yīng)用中，主要采用兩種技術(shù)，即點(diǎn)到點(diǎn)的P2P技術(shù)和點(diǎn)到多點(diǎn)的xPON技術(shù)，亦可稱(chēng)為光纖有源接入技術(shù)和光纖無(wú)源接入技術(shù)。迄今已經(jīng)在30多個(gè)城市建立了試驗(yàn)網(wǎng)和試商用網(wǎng)，包括居民用戶(hù)、企業(yè)用戶(hù)、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類(lèi)型，也包括運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢(shì)頭良好。光纖接入網(wǎng)可分為有源光網(wǎng)絡(luò)A(ON)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)((PON。通信網(wǎng)從目前的光電混合網(wǎng)向全光網(wǎng)過(guò)渡，還有很長(zhǎng)的路要走，這其中的主要原因是光信息處理技術(shù)尚不成熟，如光緩存、光邏輯等都還在實(shí)驗(yàn)室研究階段。在全光網(wǎng)絡(luò)中，有IP Over Optical、IP Over WDM等多種形式接入，無(wú)需經(jīng)過(guò)ATM、SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)。1997年采用高速M(fèi)I（Michelson Interferometer）波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的20Gbps波分復(fù)用光交換系統(tǒng)問(wèn)世。多媒體光交換系統(tǒng)支持G4傳真、10Mpbs局域網(wǎng)和400Mpbs的高清晰度電視。其中空分交換按光矩陣開(kāi)關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類(lèi)，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個(gè)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。WDM光傳輸網(wǎng)屬于線(xiàn)路級(jí)的光信號(hào)處理，類(lèi)似于現(xiàn)存的電路交換網(wǎng)，是粗粒度的信道分割；光時(shí)分復(fù)用OTDM 是比特級(jí)的光信號(hào)處理，由于對(duì)光器件的工作速度要求很高，盡管?chē)?guó)內(nèi)外的研究人員做了很大努力，但離實(shí)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x；光分組交換網(wǎng)屬于分組級(jí)的光信號(hào)處理，和OTDM相比對(duì)光器件工作速度的要求大大降低，與WDM相比能更加靈活、有效地提高帶寬利用率。相反，在交換部分，僅僅只有幾個(gè)Gb/s，這是因?yàn)殡娮拥谋菊魈匦灾萍s了它在交換部分的處理能力和交換速度。采用上述三種光交換的基本方式，可以靈活組成多種復(fù)合光交換?？辗止饨粨Q是在不同光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)之間進(jìn)行的交換，它可以通過(guò)22等基本空間光開(kāi)關(guān)的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)椴恢烙脩?hù)特有的正交碼不可能恢復(fù)原有的信號(hào)；即使知道用戶(hù)的正交碼，也必須非?？拷W(wǎng)絡(luò)才能解碼，給竊聽(tīng)者造成極大的困難。波長(zhǎng)間隔小于10nm的波分復(fù)用稱(chēng)為密集波分復(fù)用(或頻分復(fù)用)。在單向波分復(fù)用系統(tǒng)中，發(fā)送端有N個(gè)發(fā)出不同波長(zhǎng)光的激光器，把它們分別進(jìn)行調(diào)制后，利用光的復(fù)用器合起來(lái)，耦合到一根光纖中傳輸。采用光時(shí)分復(fù)用技術(shù)提高了傳輸速率，大大提高了系統(tǒng)容量，同時(shí)還可和其它復(fù)用方式結(jié)合，如和WDM相結(jié)合，利用多個(gè)光載波來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路光脈沖信號(hào)的傳送，還可成倍地提高系統(tǒng)容量。光時(shí)波長(zhǎng)上，把時(shí)間分割成若干個(gè)時(shí)隙，然后個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元在每幀內(nèi)只能在指定的時(shí)隙向上行信道發(fā)送信號(hào)，在滿(mǎn)足定時(shí)和同步的條件下，光交換網(wǎng)絡(luò)可以從各個(gè)時(shí)隙中分別接收到各光網(wǎng)絡(luò)單元的信號(hào)而不混淆。由于選擇性的提高，可以傳輸多得多的頻道；由于接收機(jī)靈敏度的提高，使帶動(dòng)的用戶(hù)數(shù)大大增加；采用可調(diào)諧本振接收機(jī)，用戶(hù)可以方便地隨時(shí)選擇信道。激光就是一種相干光。在直接檢波以后，無(wú)線(xiàn)電通信通過(guò)引入外差檢波方式，避免了高頻放大濾波的困難，得到了混頻增益，提高了接收選擇性。但真正要投入使用還有許多問(wèn)題需要解決。在強(qiáng)輸入光場(chǎng)的作用下，光纖中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的非線(xiàn)性克爾效應(yīng)，即光纖的折射率與光場(chǎng)強(qiáng)度成正比，進(jìn)而使得脈沖相位正比于光場(chǎng)強(qiáng)度，即自相位調(diào)制，這造成脈沖前沿頻率低，后沿頻率高，因此脈沖后沿比脈沖前沿運(yùn)動(dòng)得快，引起脈沖壓縮效應(yīng)。因此，利用光孤子進(jìn)行通信可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。于常規(guī)的線(xiàn)性光纖通信系統(tǒng)而言，限制其傳輸容量和距離的主要因素是光纖的損耗和色散。孤立波是一種特殊形態(tài)的波，它僅有一個(gè)波峰，波長(zhǎng)為無(wú)限，在很長(zhǎng)的傳輸距離內(nèi)可保持波形不變。一、光纖通信中應(yīng)用的新技術(shù)1844年，蘇格蘭海軍工程師約翰以現(xiàn)代信息社會(huì)最堅(jiān)定的通信基礎(chǔ)的身份，向世人展現(xiàn)了其無(wú)限美好的發(fā)展前景。作為全球新一代信息技術(shù)革命的重要性之一，光纖通訊技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今信息社會(huì)中各種多樣且復(fù)雜的信息的主要傳輸媒介，并深刻、廣泛地改變了信息網(wǎng)架構(gòu)的整體面貌。根據(jù)自己的調(diào)研分析今后在這些新技術(shù)在光纖通信領(lǐng)域應(yīng)用種的發(fā)展前景。這就是著名的孤立波現(xiàn)象。若使用光孤子進(jìn)行通信可使光纖的帶寬增加10～100倍，使通信距離與速度大幅度地提高。由光纖的非線(xiàn)性所產(chǎn)生的光孤子可抵消光纖色散的作用。m時(shí)，光纖呈現(xiàn)負(fù)的群速度色散，即脈沖中的高頻分量傳播速度快，低頻分量傳播速度慢。目前用多模光纖激光器和DFB激光器已能產(chǎn)生幾十皮秒的光孤子。人們把光通信和無(wú)線(xiàn)電通信相比較，發(fā)現(xiàn)這種方式與早期無(wú)線(xiàn)電通信的直接檢波類(lèi)似。在相干光通信中主要利用了相干調(diào)制和外差檢測(cè)技術(shù)，所謂相干調(diào)制，就是利用要傳輸?shù)男盘?hào)來(lái)改變光載波的頻率、相位和振幅(而不像強(qiáng)度檢測(cè)那樣只是改變光的強(qiáng)度)，這就需要光信號(hào)有確定的頻率和相位(而不像自然光那樣沒(méi)有確定的頻率和相位)，即應(yīng)是相干光。在光纖有線(xiàn)電視系統(tǒng)中，如果采用相干光通信技術(shù)，可以建成光纖到戶(hù)的系統(tǒng)。在全光通信網(wǎng)中則需要直接對(duì)光信號(hào)復(fù)用，以光信號(hào)的復(fù)用，可以用和碼分復(fù)用。在接收端，首先實(shí)現(xiàn)全光解復(fù)用，即利用光纖分路器取出部分光功率，送入定時(shí)提取鎖相環(huán)提取時(shí)鐘同步信號(hào)，并用此信號(hào)激勵(lì)可調(diào)諧模式鎖定激光器產(chǎn)生光控脈沖，去控制全光解復(fù)用器，實(shí)現(xiàn)光時(shí)分解復(fù)用，從而獲得n路光脈沖信號(hào)，然后送入時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交換。但現(xiàn)在一般不采用雙向波分復(fù)用系統(tǒng)，而分別用兩根光纖傳輸正向和反向光信號(hào)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，波分復(fù)用的間隔越來(lái)越小，可以容納更多的光載波。光的碼
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