【正文】 畢業(yè)論文 4 號 ； 各傳輸節(jié)點對信號產(chǎn)生一定的時延、噪聲和失真 ； 傳輸距離較短 ； 可靠性較低 ， 這些特點是由于整個網(wǎng)絡(luò)都是在電信號領(lǐng)域完成信號的傳輸、交換、處理等功能 ， 必然受到電子器件自身物理參數(shù)極限的限制。光纜與電纜比較具有如下優(yōu)點 :通信容量大 ， 傳輸距離遠 ， 抗電磁干擾性能好 ， 傳輸質(zhì)量佳 ， 節(jié)省金屬材料資源。目前應(yīng)用最廣的是數(shù)字同步復(fù)接體系 (SDH)，這種網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了傳輸干線信息的遠距離高速大容量傳輸。全光網(wǎng)絡(luò)最顯著的優(yōu)點是它的開放性 ， 它對所有不同調(diào)制頻率、不同速率和協(xié)議、不同制式的信號都同時兼容 ， 是完全透明的 ， 并允許幾代傳輸設(shè)備 (PDH/ SDH/ ATM) 共存于一個傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ； 全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單 ， 組網(wǎng)非常靈活 ，可以隨時增加新節(jié)點 (包括無源分路 /合路器 ) 而不必安裝新的信號交換與處理設(shè)備。 全光網(wǎng)絡(luò)具有如 下優(yōu)點： 1)提供巨大的帶寬。 3)采用光路交換的全光網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議透明性，即對信號形式無限制。 4)全光網(wǎng)中采用了較多無源光器件，省去了龐大的光 /電 /光轉(zhuǎn)換工作量及設(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)整體的交換速度，降低了成本并有利于提高可靠性。網(wǎng)絡(luò)管理除了基本的功能外，核心光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)包括下列功能： 光波長路由管理 、端到端性能監(jiān) 控、保護與恢復(fù)、疏導(dǎo)和資源分配策略管理。光通信一直是推動整個通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本動力之一，已經(jīng)提出的智能光網(wǎng)絡(luò)和城域光網(wǎng)絡(luò)等代表了光通信的未來發(fā)展方向 。光時分復(fù)用技術(shù)主要包括：超窄光脈沖的產(chǎn)生與調(diào)制技術(shù)、 全光復(fù)用 /解復(fù)用技術(shù)、光定時提取技 術(shù)。增益開關(guān)法可以產(chǎn)生脈寬 5～ 7ps、脈沖重復(fù)頻率在 10GHz 左右可任意調(diào)整的光脈沖，其優(yōu)點是很容易與其它信號同步。 SC 光脈沖寬度可＜ 1ps，最窄達 。 /解復(fù)用技術(shù) 全光時分復(fù)用可由光延遲線和 3dB 光方向耦合器構(gòu)成。全光去復(fù)用器在光接收端對 OTDM 信號進行去復(fù)用。無論采用何種器件，都要求其工作性能可靠 穩(wěn)定，控制用光信號功率低，與偏振無關(guān)。目前已研制出一種采用高速微波混頻器作為相位探測器構(gòu)成的鎖相環(huán)路（ PLL），另外使用法布里一珀羅干涉光路構(gòu)成的光振蕩回路（ FPT）也可以完成時鐘恢復(fù)功能。采用 WDM 技術(shù)不僅可以擴大通信容量，而且可以 為通信帶來巨大的經(jīng)濟效益。 1995 年 畢業(yè)論文 6 NTT 進行了 10 個信道、每個信道的傳輸速率高達 10Gb/s，中繼間距為 100km，傳輸距離為600km 的全光傳輸實驗，系統(tǒng)容量高達 60（ Tb/s） km。T、富士通 3 個公司進行了總?cè)萘砍^ 1Tb/s 的 WDM 實驗（ NEC： 20Gb/s 132ch120km；富士通： 20Gb/s 55ch150km； ATamp。 1997 年初，總?cè)萘繛?40Gb/s（ 16信道）的 WDM 系統(tǒng)已經(jīng)商用。北電（ Nortel）的 8 10Gb/s波分復(fù)用系統(tǒng)開通實際業(yè)務(wù)的運營商。泛歐運營商 HER 公司 (Herms EuropeRailtel）將采用 Cienc 公司的 40 。目前，國內(nèi) 開發(fā) DWDM 系統(tǒng)的單位有原郵電部五所、北京大學(xué)、華為公司和武漢郵電科學(xué)研究院等。 現(xiàn)在 WDM技術(shù)的研究方向主要有兩個：一個是朝著更多波長、單波長更高速率的方向發(fā)展；另一個是朝著 WDM聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。 光分插復(fù)用（ OADM） 在波分復(fù)用（ WDM）光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，人們的興趣越來越集中到光分插復(fù)用器上。特別是 OADM可以從一個 WDM 光束中分出一個信道分出功能），并且一般是以相同波長往光載波上插入新的信息（插入功能）。已經(jīng)提出了實現(xiàn) OADM 的幾種技術(shù)： WDMDEMUX（解復(fù)用）和 MUX（復(fù)用）的組合；光循環(huán)器間或在 MachZehnder 結(jié)構(gòu)中的光纖光柵；用集成光學(xué)技術(shù)實現(xiàn)的串聯(lián) MachZehndr結(jié)構(gòu)中和干涉濾波器。 MachZehnder 結(jié)構(gòu)（用光纖光柵或光集成技術(shù)）還在開發(fā)這中，并需要進一步改進以達到所要求的隔離度。 意大利電信中心研究實驗室研制了 一種新結(jié)構(gòu) —— 使用干涉濾波器的 OADM，與傳統(tǒng)的單根光纖設(shè)計相比，它提供了插入口和分出口之間的高隔離度，對輸出口的分出信號雙倍的抑制功能以及波長可調(diào)性，這種方法的可行性已通過樣機進行了試驗。 光節(jié)點技術(shù) 光交叉技術(shù) 光交叉連接（ OXC） 是用于光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)備，通過對光信號進行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護 /恢復(fù)以及自動配線和監(jiān)控的重要手段。為增加 OXC 的可靠性，每個模塊都具有主用和備用的冗余結(jié)構(gòu)， OXC 自動進行主備倒換。管理控制單元通過編程對光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口模塊進行監(jiān)測和控制、光交叉連接矩陣是 OXC 的核心，它要求無阻塞、低延遲、寬帶和高可靠，并且要具有單向、雙向和廣播形式的功能。目前比較 成熟的技術(shù)是波分復(fù)用和空分技術(shù)，時分技術(shù)還不成熟。 日本 NEC公司研制的 8 8無極性 LiNbO3光交叉矩陣由 64個無極性定向耦合開關(guān)單元組成，所有開關(guān)單元都以簡單樹形結(jié)構(gòu)（ STS）的形式集成在 LiNbO3芯片上。在倫敦地區(qū)本地網(wǎng)絡(luò)上進行了現(xiàn) 畢業(yè)論文 8 場實驗，傳輸速率為 622Mb/s。 全光中繼 傳統(tǒng)的光纖傳輸系統(tǒng)是采用光 — 電 — 光再生中繼器，這種方式的中繼設(shè)備十分復(fù)雜，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性?？萍既藛T已經(jīng)開發(fā)出半導(dǎo)體光放器（ SOA）和光纖放大器（摻鉺光纖放大器 —— EDFA、摻鐠光纖放大器 — PDFA、摻鈮光纖放大器 — NDFA） EDFA具備高增益、高輸出、寬頻帶、低噪聲、增益特性與偏振無關(guān) 等一系列優(yōu)點，這將可以促進超大容量、超高速、 全光傳輸?shù)纫慌滦蛡鬏敿夹g(shù)的發(fā)展。但是在 WDM傳輸中，由于各個信道的波長不同，有增益偏差，經(jīng)過多級放大 后，增益偏差累積，低電平信道信號SNR惡化，高電平信道信號也因光纖非線性效應(yīng)而使信號特性惡化。增益均衡技術(shù)利用損耗特性與放大 器的增益波長特性相反的原理均衡 抵消增益不均勻性?！肮饫w技術(shù)”是通過改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變EDF特性，從而改 善 EDFA的特性。用這種光纖制作的 EDFA，可使增益特性平坦，頻帶擴寬。據(jù) NTT公司在 OFC’ 97上報道，其最高帶寬達 80nm。（ 2）多芯 EDFA。激勵光能大 致均勻地 分配到第一纖芯中，各個纖芯內(nèi)的光信號均以小信號進行放大，從而在很寬的波長范圍內(nèi)獲得接近平坦的增益。（ 4）通過在摻鉺光纖中摻鋁，改變鉺的放大能級分布，加寬可放大的頻帶。主要有 （ A1EDF）和 PA1EDF）組合； A1EDF和 PYbEDF組合；摻鉺石英光纖和摻鉺氟化物光纖組合。 EDFA最高輸出功率已達到 27dBm，這種光纖放大器可應(yīng)用于 100個信道以上的密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)中光圖像信號分配系統(tǒng)、空間光通信等。 SOA雖然研制得比較早，但受噪 聲、偏振相關(guān)性等影響，一直沒有達到實用化。 用于 1310nm窗口的 PDFA，因受氟化物光纖制作困難和氟化物光纖特性的限制，研究進展比較緩慢，尚未實用。 畢業(yè)論文 10 3 全光網(wǎng)絡(luò)的核心 —— 光交換技術(shù) 通信網(wǎng)的兩大主要組成部分 — 傳輸和交換，隨著通信容量和帶寬要求的迅速增加都在不斷發(fā)展和革新。但目前的電子交換和信息處理網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已接近電子速率的極限，其固有的 RC 參數(shù)、 鐘歪 、漂移、串話和響應(yīng)速度等缺點限制了交換速率的提高，為了解決電子瓶頸的限制問題。 全光通信網(wǎng)的優(yōu)點是：光信號在通過光交換單元時，不需要經(jīng)過光電、電光轉(zhuǎn)換。由于信息的傳輸技術(shù)的不斷完善，光交換技術(shù)成為全光通信網(wǎng)的關(guān)鍵。當(dāng)偏置電流為零時，輸入的光信號將被器件完全吸收，使得器件不輸出光信號。因此半導(dǎo)體光放大器也可以用于作光交換中的空分交換開關(guān) ，通過控制電流來控制光信號的輸出選向。耦合波導(dǎo)開關(guān)是利用鈮酸鋰材料制作的，鈮酸鋰是一種折射率隨外電場變化而改變的光電材料。如圖 31 所示。 只要所選的參數(shù)得當(dāng)，那么光束將會在兩個波導(dǎo)上完成交換，通過控制電極上的電壓，將獲得平行連接和交叉連接兩種交換狀態(tài)。激勵電壓為 5 伏，交換速度主要依賴于電極之間的電容，最大速率可達 Gb/S 量極。而直接調(diào)制是利用激光器的注入電流直接隨承載信息的信號而變化，少量電流的變化就可以調(diào)制激光器的波頻 (波長 )，大約是 1nm/mA?？烧{(diào)諧激光器是實現(xiàn)波分復(fù)用最重要的器件，近年來制成的單頻激光器用的是量子阱結(jié)構(gòu)。激光外調(diào)整器，采用具有電光效應(yīng)的某些材料制成，這些材料有半導(dǎo)體、絕 緣晶體、有機聚合物。其相位受滯后隨注入電流變化引起折射率變化的影響。 光存儲器 在電設(shè)備中，存儲器實現(xiàn)著電位狀態(tài)延時保持作用。在光存儲方面，首先試制成功的光纖延遲線存儲器，而后又研制出了雙穩(wěn)態(tài)激光二極管存儲器。它由一個帶有串聯(lián)電極的雙非均勻的波導(dǎo)組成。此吸收區(qū)抑制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自激振蕩，使器件有一個輸入與輸出滯后特性。為使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復(fù)位，只要在激活區(qū)注入負電流脈沖即可。開關(guān)速度與置位脈沖的光通量和激勵電流的偏置量有關(guān)。 光交換技術(shù) 光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分 組交換技術(shù)。相應(yīng)也有空分、時分和波分三種光交換。這三種交換方式的特點和其實現(xiàn)方案各不相同。 空分光交換是空間域上將光信號進行交換。它可是連接構(gòu)成空分光交換單元，也可以與其他功能開關(guān)一起構(gòu)成時分交換單元和波分交換單元，空間光分開關(guān)可以分光纖型光開光和空間型光開關(guān)。 利用 2 2 基本光交換模塊可構(gòu)成大型的空分光交換單元。光時分復(fù)用和電時分復(fù)用類似，也是把一條復(fù)用信道劃分成若干個時隙，每個基帶數(shù)據(jù)光脈沖 流分配占用一個時隙， N 個基帶信道復(fù)用成高速光數(shù)據(jù)流信號進行傳輸。完成時隙交換必須有光緩存器，把時分復(fù)用信號按 一定順序?qū)懭雰Υ嫫?，然后按一種順序讀出來，這樣便完成了時隙交換。光纖延時線是一種比較適用于時分交換的光緩存器。利用光時分交換技術(shù)實現(xiàn)的時分交換系統(tǒng)組成如圖 34 畢業(yè)論文 14 圖 34 時分光交換結(jié)構(gòu)圖 波分復(fù)用技術(shù)在光傳輸系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。這樣要求在傳輸系統(tǒng)中間節(jié)點上要采用光波分交換，采用這樣的技術(shù)不僅滿足光波分復(fù)用終端的互通，而且還能提高傳輸系統(tǒng)的資源利用率。波分光交換所需波長交換器是先用分解復(fù)用器將光波分信道空間分割開，對每個波長信道分別進行波長交換，然后再把它們復(fù) 用起來，經(jīng)由一條光纖輸出。 在波光交換技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是進行多級鏈路的連接，在各級的連接鏈路中均采用波分復(fù)用技術(shù)。解決這個問題的措施是在鏈路上采用波分復(fù)用技術(shù)，然后利用空分交換完成鏈路級交換，最后利用波分交換技術(shù)選 出相應(yīng)的信號進行波分合路輸出。 分組交換技術(shù) 光分組交換系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：光分組交換 （ＯＰＳ） 技術(shù)；光突發(fā)交換（ＯＢＳ）技術(shù)；光標記分組交換（ＯＭＰＬＳ）技術(shù)；光子時隙路由（ＰＳＲ）技術(shù)等。 光突發(fā)交換為 IP骨干網(wǎng)的光子化提供了一個非常有競爭力的方案。此外，光突發(fā)交換的 QoS支持特征也符合要求。作為一項具有廣泛前景和技術(shù)優(yōu)勢的交換方式，光突發(fā)交換技術(shù)已引起了國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)的關(guān)注，我國的 863計劃已將光突發(fā)交換技術(shù)列為 重點資助項目。突發(fā)封裝，突發(fā)偏置時延的管理，數(shù)據(jù)和控制信道的分配， QoS的支持，交換節(jié)點光緩存的配置 (如果需要的話 )等問題還需要作深入研究。光緩存中光纖延遲線的配置與突發(fā)長度的統(tǒng)計分布相關(guān)，而突發(fā)長度又取決于突發(fā)封裝過程；突發(fā)封裝、光路由器的規(guī)模、數(shù)據(jù)和控制信道組的大小又會影響突發(fā)偏置時延的管理；交換節(jié)點的分配器和控制器運行快慢以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模又會反過來影響突發(fā)封裝。由于光纖延遲線的限制，為了降低丟包率，光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)必須通過波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)信道成組來實現(xiàn)統(tǒng)計復(fù)用。此外，將光突發(fā)交換與現(xiàn)有的動態(tài)波長路由技術(shù)有機的結(jié)合，可以使網(wǎng)絡(luò)具有更有效的調(diào)配能力，但也需要進一步的細致研究。 光分組技術(shù)的制約因素：光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)有光分組的產(chǎn)生、同步、緩存、再生，光分組頭重寫及分組之間的光功率的均衡等。通過近期的技術(shù)突破與智能的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可充分地利用光與電的優(yōu)勢來克服這些不利因素。光路層即波長層，為透明傳遞各種格式客戶層信號的光路提供端到端聯(lián)網(wǎng)功能，其主要傳送實體有網(wǎng)絡(luò)連接， 鏈 路連接，子網(wǎng)連接和路徑。 光復(fù)用段層為多波長光路（含單波長光路）光信號提供聯(lián)網(wǎng)功能其主要傳送實體有網(wǎng)絡(luò)連接， 鏈 路連接，子網(wǎng)連接和路徑。 光傳輸段層為光信號在各種類型傳輸介質(zhì)，如 ，其主要傳送實體有網(wǎng)絡(luò)連接，鏈 路連接，子網(wǎng)連接和路徑。 全光網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò) 隨著光網(wǎng)絡(luò)需求和技術(shù)的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)將分 為核心層即溝通城市之間的長途光纜干線網(wǎng)、城市范圍的光城域網(wǎng)、以及光接入網(wǎng)，包括城市和農(nóng)村的光接入網(wǎng)和校園、企業(yè)等用戶駐地 畢業(yè)論文 18 網(wǎng)。如圖 42所示 畢業(yè)論文 19 圖 42 全光傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 全光網(wǎng)絡(luò)一般由 3級組成 :光纖局域網(wǎng)（接入網(wǎng)） LAN， 光纖城域網(wǎng) MAN， 光傳送網(wǎng) OTN(光纖核心長途干線網(wǎng) )