組建光通信網(wǎng)的合理途徑

組建光通信網(wǎng)的合理途徑

一、通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)重心轉(zhuǎn)移和容量擴(kuò)大

組建光網(wǎng)（Optical Networking）是當(dāng)今國(guó)際上通信領(lǐng)域中一個(gè)熱門的重大研究課題，對(duì)于陸地的固定通信網(wǎng)，除了光纖光纜及波分多路系統(tǒng)正在點(diǎn)一點(diǎn)傳輸線路上大量應(yīng)用并繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)以擴(kuò)大應(yīng)用效果外，通信研究人員也在考慮設(shè)計(jì)和試驗(yàn)在通信網(wǎng)核心內(nèi)部如何利用波分多路（WDM）技術(shù)使電傳送網(wǎng)進(jìn)化為光傳送網(wǎng)，認(rèn)為這是未來通信網(wǎng)必然的發(fā)展趨向。

自20世紀(jì)90年代起，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)Internet向全世界計(jì)算機(jī)用戶開放，促使數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)量爆炸性增長(zhǎng)，給傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)以巨大沖擊。今后的通信形勢(shì)是：盡管全世界的電話業(yè)務(wù)量仍是每年增長(zhǎng)，但數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量的年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電話業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)率，因此在21世紀(jì)里數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)總量將很快趕上電話業(yè)務(wù)總量。換句話說，未來的通信網(wǎng)不再以電話業(yè)務(wù)為重心，而是以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為重心，宜于使用互聯(lián)網(wǎng)規(guī)約IP（Internet Protocol）。傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)長(zhǎng)期使用的電路交換方式，在未來通信網(wǎng)不再合適，應(yīng)該讓位給對(duì)數(shù)據(jù)通信有利的分組交換方式（packet switching）。當(dāng)然，未來的通信網(wǎng)仍應(yīng)保證電話業(yè)務(wù)暢通，而且IP-phone仍須達(dá)到傳統(tǒng)電話QoS的要求并保證數(shù)字圖視（video）通信業(yè)務(wù)暢通，以致能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)操作的多媒體通信。

與此同時(shí)，通信網(wǎng)的核心本身總是應(yīng)該具有足夠大的容量，有能力適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)量的數(shù)字速率總和，保證通信暢通，通信網(wǎng)容量就以它同時(shí)提供數(shù)字速率多少來表示。現(xiàn)在大家既然認(rèn)識(shí)到各種通信業(yè)務(wù)特別是數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量每年以很高的增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，未來的通信網(wǎng)就應(yīng)該相應(yīng)地?cái)U(kuò)大其容量。一方面，通信網(wǎng)絕對(duì)不停留于長(zhǎng)期使用的公用交換電話網(wǎng)每年緩慢增長(zhǎng)的容量，而是提供大得多、能夠經(jīng)常加大的容量。按數(shù)字速率計(jì)，現(xiàn)行的電通信網(wǎng)利用電的時(shí)分多路TDM技術(shù)，按照標(biāo)準(zhǔn)的同步數(shù)字群系列SDH，最高的數(shù)字速度限于最高一級(jí)數(shù)字群的速度，即10Gbit／s。在目前，該數(shù)字速度尚未能突破，這是受到電的TDM技術(shù)的限制，常稱“電子瓶頸”。最近，國(guó)際會(huì)議上個(gè)別研究單位稱他們利用電的TDM，能夠制成數(shù)字速度達(dá)40Gbit／s，但這是少數(shù)情況，目前還未能普遍推廣。

二、通信網(wǎng)從電的TDM發(fā)展至光的WDM

既然電的通信網(wǎng)在容量上受到電的TDM的限制，那么就應(yīng)考慮其它有效而實(shí)際可行的辦法。光纖通信的傳輸線路在加大容量方面取得了顯著的成功經(jīng)驗(yàn)，似乎可以為通信網(wǎng)提供有益的參考。在原來的光纖線路上，一根光纖只傳輸一路光載波，其載荷的數(shù)字信號(hào)由電的TDM供給，最高數(shù)字速率為10Gbit／s，而單模光纖在波長(zhǎng)1550nm有很寬的窗口可供光信號(hào)傳輸，雖然一個(gè)光載波載荷信號(hào)的數(shù)字速率受到電的TDM限度不能提高，但如能讓一根光纖同時(shí)傳輸幾個(gè)光載波，則光纖的傳輸容量就可以成倍地加大，將光纖的潛在容量發(fā)掘利用。參照過去幾十年前通信線路的每對(duì)銅線利用頻分多路FDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路載波電話的成功經(jīng)驗(yàn)，考慮在光纖上采用波分多路WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一根光纖同時(shí)傳輸多路光載波的辦法。如每一根光纖上裝用戶路WDM，每路傳輸電的TDM信號(hào)10Gbit／s，那么n路WDM就使一根光纖在一個(gè)方向同時(shí)傳輸n×l0Gbii／s，使數(shù)字速率比原來提高n倍，這種辦法不難取得成功，完全可以推廣應(yīng)用。最近國(guó)際會(huì)議上報(bào)道一根光纖在1550nm波長(zhǎng)窗口同時(shí)傳輸密集波分多路DWDM的100路具有適當(dāng)波長(zhǎng)間隔的光載波，導(dǎo)致同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)字速率提高至100×l0Gbii／s=1Tbit／s （1×1012bit／s）。而且，還有可能繼續(xù)提高至幾個(gè)Tbit／s。這樣的DWDM系統(tǒng)用于光纖線路，配以在1550nm波長(zhǎng)窗口提供光功率增益的寬帶光纖放大器W-EDFA，沿線路每隔100km設(shè)置一個(gè)放大器，就可使1Tbit／s數(shù)字速率的信號(hào)傳輸至1000km距離，實(shí)現(xiàn)大容量、長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸。

誠(chéng)然，這種1Tbit／s-1000km的大容量、長(zhǎng)距離的通信系統(tǒng)真是現(xiàn)代通信領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)，大家都深切體會(huì)到光比電有更大的潛力為通信的發(fā)展提供幫助。傳統(tǒng)的電通信應(yīng)該引伸至光通信，尤其在考慮通信網(wǎng)擴(kuò)大容量的問題，不能停留于電，而應(yīng)著眼于光。依這樣的思路進(jìn)一步深入考慮光在通信網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用可能性。現(xiàn)在波分多路WDM技術(shù)結(jié)合光放大器EDFA的方式，不應(yīng)局限于光纖傳輸線路的應(yīng)用，而是要求放開思路，研究光的WDM技術(shù)能否引伸至通信網(wǎng)核心內(nèi)部，代替原來利用電的TDM技術(shù)所起的作用。過去的電通信網(wǎng)雖然利用大容量光纖傳輸線路，但通信網(wǎng)本身由電的TDM起作用，通信網(wǎng)容量的數(shù)字速率屬于Gbit／s級(jí)，最大是10Gbit／s。現(xiàn)在利用光的WDM，有n路不同波長(zhǎng)操縱各種網(wǎng)絡(luò)單元，則使通信網(wǎng)容量加大n倍。如用100路不同波長(zhǎng)，則理論上應(yīng)能使通信網(wǎng)容量加大至Tbit／s級(jí)，比電的通信網(wǎng)容量Gbit／s級(jí)大一千倍。這就是說，電通信網(wǎng)受到TDM的限制，無法再擴(kuò)大容量，如改用光通信網(wǎng)，WDM可以使用很多路數(shù)，以致光通信網(wǎng)可以擴(kuò)大容量至很多倍。所以，隨著通信業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)，要求通信網(wǎng)擴(kuò)大其容量，從電的通信網(wǎng)進(jìn)化為光的通信網(wǎng)。

順便提一下，上面說起電的TDM技術(shù)目前最高數(shù)字速率為10Gbit／s。曾有研究單位宣稱光的TDM技術(shù)可使16路電的TDM復(fù)合，使總的數(shù)字速率提高至16×10＝160bit／s，但這樣的技術(shù)有較大難度，目前沒有推廣使用。

三、網(wǎng)絡(luò)單元ADM、DXC過渡至OADM、0XC

每個(gè)通信網(wǎng)由若干種和若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元分別組合而成。多路通信不論是電的時(shí)分多路TDM，或者是光的波分多路WDM，最基本的網(wǎng)絡(luò)單元有multiplexer和demultiplexer，一般地稱為復(fù)接器和分接器。它們?cè)赥DM結(jié)點(diǎn)與用戶接入線連接處，一般稱為合路器和分路器，而在結(jié)點(diǎn)內(nèi)部，則稱為合群器和分群器。對(duì)于電話通信，合路器是把30路數(shù)字電話合為一個(gè)基群，如30路經(jīng)過脈碼調(diào)制PCM得到的數(shù)字電話信號(hào)64kbit／s合為30路的基群，約2Mbit／s。而分路器的作用相反，它把基群2Mbit／s分為30路64kbit／s。合群器是把若干個(gè)低級(jí)群合為較高級(jí)的數(shù)字群。例如在準(zhǔn)同步數(shù)字群系列PDH，最低的合群器是把4個(gè)基群2Mbit／s合為二級(jí)群8Mbit／s。分群器則相反，把1個(gè)8Mbit／s群分為4個(gè)2Mbit／s群。在同步數(shù)字系列SDH，例如最高級(jí)的合群器是把4個(gè)2.5Gbit／s合為1個(gè)10Gbit／s，分群器則把1個(gè)10Gbit／s分為4個(gè)2．5Gbit／s。數(shù)字速率越高，則制成合群器和分群器的技術(shù)難度越大。類似地，在光的WDM復(fù)接器和分接器可以稱為合波器和分波器，前者把幾路不同的光波長(zhǎng)合為一個(gè)波段，后者把一個(gè)光波段分為若干路光波長(zhǎng)。

在每一網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，其他重要的網(wǎng)絡(luò)單元有ADM（add-drop multiplexer），簡(jiǎn)單譯成插分復(fù)接器，實(shí)際上它是分群器與合群器的組合，或是分路器與合路器的組合。在結(jié)點(diǎn)內(nèi)部，某一高級(jí)數(shù)字群輸入分群器，分為若干個(gè)較低級(jí)數(shù)字群輸出，其中部分低級(jí)數(shù)字

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