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构建光城域网的新技术

2/14/2005来源:光纤通信人气:7862

----光联网领域的革新已经显著降低了带宽的供应成本。长途运营商是光通信研究成果商业化的第一个受益者。但在城域网中,光纤覆盖范围仅为数十或最多数百公里,而不像在长途网中那样为数千公里。城域网中波长分路的数量也要远大于长途网。在每一个节点上的每一个分路对带宽的要求也不尽相同。这些要求上的差别使城域网与长途网有所区别。

----近来,许多公司已经将发展目标定位于城域传输和接入市场。大多数公司设法将长途传输技术移植到城域网的应用中。DWDM分插和掺铒光纤放大器(EDFA)就是典型的例子。很显然,这些技术在功能上十分适合于城域网,但它们的成本却限制了在宽带城域接入网的应用。

----光放大器在长途网络中的应用大大地减少了再生器的数量从而显著降低了网络的造价。类似地,在城域接入网中也迫切需要降低成本的技术突破。开发新的复用技术和像光放大器、光分插复用器(OADM)和DWDM终端这样的低成本光器件,是取得这种突破的有效方法。

----复用技术

----在城域网中已经开始部署一些新的复用技术来提高光纤带宽的利用率,例如多波段复用器和次速率复用器。在多波段复用中,DWDM业务量通过C波段(1528~1561nm)传输,其底层是1310nm的SONET承载网络。图1表示一个多波段系统的例子。通过在每一个分/插点上使用WDM耦合器可以允许C波段的波长直接通过那些不需要接收该波长业务的节点,避免了不必要的分/插操作。

----利用次速率复用器把收发信机和用户接口之间的业务量加以复用可有效地提高波长的利用率。这样,用户可以共享一个节点上的一个波长(如图2)。

----总的来说,这些技术能在一定程度上降低系统的整体成本。然而,若试图利用专门为长途通信系统而设计的DWDM终端、OADM和光放大器来实现上述方案,那么要想进一步降低成本是困难的。因此,如果业务提供商想利用现阶段的技术把光纤环扩展到城域接入网或用户密度较小、用户距业务提供点较远的地区,他们的投资是不合算的。

----新型放大器

----尽管EDFA和拉曼放大器可以有效地降低长途DWDM网络传输的成本,但要想在城域网中类似地降低成本就必须先降低光器件的成本。城域网的通道数量较少、光纤长度较短,可降低长途应用中十分严格的性能要求,使相应的器件成本大大降低。这样,业务提供商就能通过应用新的城域接入光网络设备来降低波长的成本从而获得竞争优势。

----循环器、连接器、分路器、波长转换器和滤波器是消耗光能的无源设备。若把这些设备引入到OADM和DWDM终端,势必增加节点上的功耗。将光环延伸到城域网的范围将导致光纤环中节点数量的增长。有衰耗的器件、节点中设备数量的增加、光纤环中节点数量的增加以及节点间距离的增加等因素结合在一起迫使运营商部署功能更多的放大器。

----一种新的为城域网和接入网而设计的具有较低运营维护成本的低增益放大器正处于研发过程中。业务提供商需要一种能在网络特定节点上按需给出特定增益量的放大器。这种放大器必须做到价格较低、投资最少、充分利用现有的光纤,并能随着城域网的发展而扩容。像掺铒波导放大器(EDWA)、连续放大器和分布式放大器这样的EDFA的替代技术都着重于满足以上的需求。

----掺铒波导放大器

----EDWA的设计思想是使放大器的结构更紧凑。它是在EDFA技术基础上结合了集成的光电路设计而成的。EDFA利用了几米长的掺铒光纤作为增益介质,而EDWA只需使用几厘米长的一种高浓度的增益介质。EDWA的功能器件与EDFA相同,但其中的泵浦激光器、泵浦复用器、绝缘器和平坦增益滤波器都被集成在一个更小的封装内。

----EDWA所面临的挑战在于制造工艺方面。通过增加掺铒的浓度可以缩短介质放大的尺寸。而浓度的增加则会降低铒离子交换的效率。因此,在制造过程中必须要精确地保持平衡才能制造出短距离使用的低增益放大器。生产商试图将一个较小的波导和自由空间光器件集成到一个小型封装内,希望降低成本和满足城域环境的性能要求。

----采用EDWA后,就可以在网络的多个地点安装少量的小放大器,这样成本相对于EDFA也有所降低。实际上,EDWA在尺寸、增益和成本上都有所下降,这样EDWA就可以根据需要装在任何地方。由于在掺铒浓度和铒离子效率之间保持平衡十分困难,因此如何保证EDWA的生产质量仍然是一个有待解决的问题。带有耦合器和驱动电路的泵浦激光器的价格增加了EDWA的设备和维护成本。当在光纤环中安装EDWA时,有源器件所需的温度和湿度的环境控制又额外增加了固定资产投资和操作维护的成本。然而,EDWA似乎可以充分利用现有城域网已铺设好的光纤。器件提供商已经开始致力于这种技术的商用化。

----拉曼连续型放大器

----拉曼连续放大器技术允许在一条光纤上均匀地安装低增益拉曼放大器。拉曼效应允许把能量从较短的泵浦波长上转移到较长的信号波长上。效率取决于信号和泵浦的功率和泵浦与信号波长之间的隔离度。

----泵浦激光器是接在光纤链路的起始端,而增益是沿着光纤长度提供的。由于在一条光纤上需要连续掺铒,因此现有的光纤显然不适合于这种类型的放大。

----尽管这种连续放大技术正处于早期开发阶段,但它确实有助于降低成本。泵浦激光器不需要被安装在光纤中的每一个放大级上,因此配备耦合器和驱动电路的泵浦激光器的成本也大大降低了。但是,因需要使用特殊的光纤而导致的成本上升和这种放大器本身的低效率,将成为拉曼放大器在城域网中广泛应用的主要障碍。

----分布式光纤放大器

----第三种技术称为“分布式光纤放大器”(DOFA)。DOFA使用一个泵浦激光器,将增益分布在光纤环中的不同点上。增益通过在传输光纤中加入一小段一小段的掺铒光纤来实现。这种技术在产生增益方面与EDFA类似,但是DOFA使用了一个泵浦激光器来驱动多个放大级。而不像EDFA那样使用一个集成的泵浦激光器和一个高增益放大器。

----图3描述了这种系统的一个实例。掺铒光纤(EDF)放大器模块可装在节点之前(预放)或节点之后(后放)。从端局(CO)接收到的信号经一个低增益放大器被放大。在光纤环的两个方向上安装了一个或两个泵浦激光器。在CO中的低增益放大器吸收了一部分泵浦激光器能量,其它的泵浦激光器能量沿着两个方向为环网上的无源增益模块提供泵浦能量。当泵浦光束沿着光纤传送时,光纤会吸收掉一部分能量。在EDF的每一个放大级上的设计增益只有几个分贝。如果节点间的距离增加了,那么环的长度也可相应地延长。这种放大技术同样适用于其它的网络拓扑。

----DOFA允许在CO中安装有源设备,这样就可以连续不断地供电。此外,由于EDF模块是无源器件,因此没有容易出故障的部件。这种分布式设计避免了由高增益光纤放大器所带来的非线性失真。这种光纤放大器可用来部署DWDM城域接入网。由于使用的泵浦激光器数量较少,因此放大器的成本也将大大降低。DOFA消除了对能量平衡的要求,减少了在节点中增加波长和在环中增加节点的影响,节省了运营开销并降低了设备的成本,从而有利于更广泛的部署。

----分布式放大允许在光纤环中的不同位置上安装放大器。利用一个集中式泵浦激光源为整个光纤环提供多个放大级可以降低成本。泵浦激光和信号在同一根光纤上传输。由于分布式放大器全部是无源的,因此,在可靠性增加的同时,维护成本也降低了。

----目前分布式放大技术还没有投入商用,但是它将能满足业务提供商以较低成本扩展光纤环的需要。表1中比较了可用于城域网的几种不同的放大技术。

表1  放大技术的比较

2

EDFA

EDWA

拉曼放大

DOFA

成本

中等

固定投资

中等

是否已商用

----随着光联网领域的不断革新,高带宽业务离企业用户和居民区用户越来越近了。光复用技术和新的低成本光器件将在这些业务的实现过程中扮演重要角色。

----EWDA和DOFA是这些应用的主要候选者。EDWA在城域网的应用中仍然要面对制造和性能方面的挑战。而DOFA则是基于成熟的技术而设计的,它注定会成为新一代光业务提供商实现ip/光融合解决方案的主要的光技术。相对于现有的技术水平,DOFA将允许业务提供商在部署和管理光网络时,在更大程度上降低成本,提高效率。

摘自《中国通信标准研究组》