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光通信技术在用户接入网中的应用及发展

2/14/2005来源:光纤通信人气:9416

光通信技术在用户接入网中的应用及发展(方致霞) 随着社会经济的发展,人们对通信业务的需求量也越来越大,业务种类早已由电话 语音业务扩展到数据、传真、计算机、图像等业务,如何经济、高效地提供用户满意的 接入网,已经成为通信业关注的焦点。 接入网是指用户网络接口与业务节点之间实现传送承载功能的网络实体。随着接入 网传送全业务的需要和光纤通信技术的日趋完善和发展,用光纤构成接入网来实现传送 承载功能已成为接入网的发展方向,光纤宽带接入网将以其独特的优点,在全业务宽带 通信接入网中发挥主要作用。 一、光纤接入网的拓朴结构 电信网络最基本的拓朴结构有线形、星形和环形,由这3种基本结构组合而成的有 双星形。环形/星形、双环形、树形、网状网等等。其中线形、星形(包括多星形)、 树形、网状网结构是适用于光纤接入网的拓朴结构。 1.线形网络结构上、下业务灵活,可以节省光纤,简化设备,因此有广泛的应用 前景。 2星形网络结构无论是其容量还是其业务服务内容都可以根据需要进行扩容、升级; 并且,多星形结构馈线部分的复用系数很大,所以,采用星形类结构,可以大大节省光 纤数量和建设成本,是光纤投入网发展中最主要的网络拓朴结构。 3.树形网络结构适用于广播式信息传递,其应用有一定的局限性。但是在有线电 视或采用TDMA或CDMA技术的电信光源光网络(PON)中有很大的应用前景。 4网状网结构经济、灵活、维护运行费用低,网络升级方便,在接入网中具有很大的 优越性。 二、光纤用户接入系统的组成 目前,接入网的用户终端设备都属于电气设备(如计算机。电话机、传真机、电话 机等),所以在局端和用户端之间,以光波作为载波,光纤作为传输媒介时,在两端都 要进行光信号与电信号之间的转换。光通信系统的组成主要有光源、光纤、光检测器。 发端的光源在电信号的作用下,发出与之时应的光信号,完成电/光转换的任务。 常用的光源有半导体激光二极管和半导体发光二极管。 接收端收到从发端经过光纤送来的光载波时,首先由光检测器把收到的光信号转换 成对应的电信号,再经过放大均衡,还原成所需要的电信号。可见,光检测器是光信号 接收的关键器件。在光纤通信中,常用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。 光纤在信号的传输过程中起着媒介的作用。光纤按其传输模式可分为单模光纤和多 模光纤。在光纤中只能传送一个模式时称为单模光纤,同时传送多个模式时称为多模光 纤。目前,在光纤通信系统中使用的载波波长有3个:0.85pm、1.31pm、1.55pm。第1代 光纤通信系统使用的是0.85pm波长,多模光纤;第2、3代光纤通信系统使用的是1.31pm 波长,多模光纤和单模光纤;最新的第4代光纤通信系统是用1.55pm波长,单模光纤。 光纤的工作频带宽,传送的信号频率高,能满足全业务传输的需要。 三、光信号的复用技术 利用光纤作为传输媒介,其最重要的特点是光纤可以传输很高速率的数字信号,并 且容量大。光纤的传输容量取决于光信号的复用技术。 1.波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)技术 利用波分复用器件,将多个波长不同的光载波合路后在一根光纤卜传送的方法,称 为波分复用。利用不同波长的光载波没不同方向传输,还可以实现单根光纤的双向传输。 波分复用的容量与相邻两个光载波波长之间的间隔有关。通常将波长间隔比较大(50- 100nm)的系统,称为WDM系统;波长间隔比较小(1一10nm)的系统,称为密集的波分 复用(DWDM)系统;波长间隔小于是1nm时,称为光频分复用(FDM)系统。 实现波分复用技术的关键在于波分复用器件,即分波和合波器。它们的作用是在发 端将同一系统中各光源产生的不同波长的光合路到一根光纤上传输,在接收端将接收到 的光信号分成不同波长的光信号送到光检测器进行光/电转换。 光波分复用技术具有很多优点,利用光波分复用技术可以根据业务发展的需要,在 原有光缆容量的基础上进行扩容;波分复用器件具有方向可逆性,即同一个器件可用作 合波和分波,所以在同一根光纤上可以实现双向传输;在光波分复用技术中,各个波长 工作系统所用的调制方式、传输速率、传送的信号类型彼此没有关系,但相互兼容。采 用WDM技术可以增加用户接入网组网的灵活性。WDM技术在高速宽带通信网发展中将占有 重要地位,它将促使全光通信网成为现实。 2.频分复用(FDM)技术 频分复用与波分复用本质上没有什么区别,因为信号的频率与波长互为倒数关系。 通常把光载波波长间隔小于1nm的系统称为光频分复用系统。 与光波分复用系统类似,光频分复用的关键在于频分复用器件。由于FDM的波长间 隔很密,必须用分辨率很高的技术来选取不同波长的光信号。目前主要采用两种方法: 可调谐的光滤波器和相干光通信技术。 FDM技术成熟,复用系数高,在混合光纤/同轴接入网(HFC)中得到广泛应用。 3.空分复用(SDM)技术 空分复用就是利用不同的空间(不同的线路)构成不同的信道传送各路光信号的方 式。例如在多芯光缆中利用不同的芯纤传送不同的信号或者传送不同方向的信号。可见, SDM系统的容量与光缆的芯数成正比,因此,在光接入网建设初期,业务容量小时采用 SDM技术是即简单又方便的方式。当业务容量增大,需要扩容时,只要在原有的光缆线 路上采用适当的光复用方式,就可以达到目的。 4.光时分复用(OTDM)技术 光时分复用就是让经电/光转换后的各路光信号在不同的时间占用同一根光纤传输。 实现OTDM技术的关键在于超短脉冲光源、光调制器、光时分复用器、全光解复用器。 采用OTDM技术可以实现超大容量的传输,传输速率可达几百Gbit/S,如日本NTT的 160Gbit/s,200kmOTDM光孤子通信系统。OTDM技术与WDM技木相结合,还可以达到更高 的容量。但是目前,当光传输速率较高时,很难实现发送端与接收端的时钟频率和相位 的精确向步,所以在光接入网上OTDM通信系统还未进入实用化阶段。由于OTDM采用高速 光信号处理技术,易于与未来全光网兼容,所以在未来的高速通信网发展中,也将占有 很重要的地位。 5副载波复用(SCM)技术 副载波复用技术是让各路基带电信号光经过一次电载波(射频波)的调制,既电的 频分复用,再将已频分复用的电信号对光载波即光源进行调制,然后经光纤进行传输。 在接收端,凭经过光/电转换,恢复出电频分复用信号群,再经过电解调,恢复原来的 各路基带电信号。第一次调制用的电载波被称为副载波。 利用副载波复用技术,所传送的信号可以相互独立,互不相干,因而可以实现模拟 电话、数字电话、图像信号以及各种数据业务的兼容。目前,SCM技术多用于CATV多频 道传输系统的用户接入网方案。 光纤通信技术以其大容量、高速率的特点在信息传输中已获得广泛应用。但是,在 信号的整个传输过程中,要经过多次光信号与电信号的转换。由于电子器件存在带宽限 制、功率损耗大、易受电磁波干扰等缺点,使信号在传输过程中产生“电子瓶颈”现象, 限制了系统的容量和速率的进一步提高。为此人们正在研究开发用于代替现有电器件的 光器件,如光开关、光放大器、光滤波器、波长路由器、波长转换器、光交叉连接设备、 光ATM设备等,全光通信网的实现已指日可待。