通信工程有線傳輸技術(shù)改進路徑探究

樂鍵

中國電信股份有限公司重慶南岸分公司 重慶 400060

1 有線傳輸技術(shù)——光纖通信

光纖通信所需的主要材料是二氧化硅。與其他能源相比，中國的二氧化硅儲量相當(dāng)豐富。光纖通信的廣泛應(yīng)用有利于減少電力通信中其他電源的損耗。同時保護環(huán)境，減少大氣污染，對我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的意義。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對光纖通信的傳輸容量（傳輸速率）提出了更高的要求。目前，由于沿途光電中繼器件的損耗、色散和電子響應(yīng)速度，線性光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率較低，中繼距離較短。當(dāng)傳輸速率在10gb/s 以上時，中繼器件的價格越來越高，這對通信系統(tǒng)的光纖化傳輸構(gòu)成了很大的障礙。作為解決上述問題的有效途徑，光孤子通信就是這樣一種全光路系統(tǒng)。當(dāng)光纖材料 SiO2 的折射率與光脈沖的場強呈非線性關(guān)系時，光纖中的光強引起的折射率非線性自相位調(diào)變效應(yīng)（SPM）。由反常色散區(qū)引起的光脈沖壓縮可以抵消群速度色散效應(yīng)（GVD）形成的光脈沖展寬，從而在光脈沖傳輸過程中保持形狀不變。光孤子通信系統(tǒng)中的光孤子傳輸是光孤子通信的核心問題，也是實現(xiàn)超高速、超長距離全光通信的基礎(chǔ)。影響光孤子傳輸?shù)囊蛩睾芏唷９饫w的帶寬為25 太赫茲，傳輸容量很大。目前，光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率遠低于25thz，這是由于光信號傳輸存在兩個重要的限制因素: 損耗和色散。為了實現(xiàn)高速光通信技術(shù)，要求光雙穩(wěn)器件（光開關(guān)等）具有皮秒級的快速響應(yīng)時間。半導(dǎo)體光開關(guān)的響應(yīng)時間僅為納秒級，遠遠不能滿足高速光通信的要求，從而產(chǎn)生了所謂的 “瓶頸效應(yīng)”。在未來的全光通信領(lǐng)域，除了要求全光邏輯器件快速響應(yīng)外，器件還必須在以下兩個方面具有優(yōu)良的性能。首先，要求器件中使用的材料具有較大的非線性系數(shù)，以便于光學(xué)器件的集成。二是材料的閾值功率低，損耗小，降低了成本。現(xiàn)有材料不能充分滿足這一要求。在此基礎(chǔ)上，提出將小于激子玻爾半徑的半導(dǎo)體納米顆粒嵌入不相容的光纖材料（SiO2 介質(zhì)）中形成納米光纖。在這種材料體系中，半導(dǎo)體粒子受到介質(zhì)阻擋的三維強約束，表現(xiàn)出準(zhǔn)零維量子點特性，三階光學(xué)非線性響應(yīng)大大增強。此外，這種增強的非線性響應(yīng)具有飽和吸收強度低、閾值功率小和皮秒級的快速響應(yīng)和低損耗的特點。量子點半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)將電子限制在點結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)了零維量子限制。將會有新的光通信設(shè)備和光通信系統(tǒng)。

2 光傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

根據(jù)ITU-Tg．984．3 標(biāo)準(zhǔn)，光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種運行在 OSI （OSI）環(huán)境下的第一層通信模型，該模型被分為兩層開放系統(tǒng)互連。電子層也稱為數(shù)字封裝，光學(xué)層也稱為密集波分復(fù)用（DWDM）層。電子層負責(zé)調(diào)用、交換和管理客戶端信號（光數(shù)據(jù)單元）的實體，而光學(xué)層負責(zé)生成、復(fù)用、交換和管理光通道。這些光學(xué)數(shù)據(jù)單元k（k=0,1,2,3,4）用于傳輸端到端路徑和客戶端之間的信號，這些客戶端可以是固定的或大小可變的。動態(tài)光傳輸網(wǎng)絡(luò)具有能夠調(diào)整需求以應(yīng)對不斷變化的業(yè)務(wù)模式或網(wǎng)絡(luò)故障的優(yōu)點。該特性有可能在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源能力的同時降低運營成本。虛級聯(lián)技術(shù)（VCAT）和鏈路容量調(diào)整技術(shù)（LCAS）是兩種可用于提高光傳輸網(wǎng)絡(luò)振動性能的技術(shù)。光傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供了多種業(yè)務(wù)類型的接口，包括同步傳輸模塊級（STM-N）光單元接口、以太網(wǎng)接口、準(zhǔn)同步數(shù)字體系接口、OTUK 接口、FC 業(yè)務(wù)接口、公共無線電接口（CPRI）業(yè)務(wù)接口和其他業(yè)務(wù)接口，可同時滿足光路和電路的業(yè)務(wù)需求[11]。通信業(yè)務(wù)通過這些接口傳輸?shù)焦鈹?shù)據(jù)單元 k 接口，適用于處理單元，然后發(fā)送到光數(shù)據(jù) k 交叉單元進行交叉連接，最后復(fù)用到光纖中。

3 光傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備形式

光傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備形式主要有光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的交叉連接裝置和終端多路復(fù)用器（TM）。TM 是指支持電路層（ODUk）和光路層（OCh）復(fù)用器的 WDM 設(shè)備。在設(shè)備結(jié)構(gòu)當(dāng)中，每個光層、電層、多路復(fù)用、開銷和接口必須符合 ITU-T 設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的交叉連接器件主要包括電交叉器件、光交叉器件和光電混合交叉器件。作為波長級的交叉連接，電子交叉器件的核心器件是一個交叉連接矩陣，用于實現(xiàn)n 個輸入信號的一定水平的支路之間的任何交叉連接。光傳輸網(wǎng)絡(luò)具有很強的適應(yīng) IP 網(wǎng)絡(luò)的靈活性。光傳輸網(wǎng)絡(luò)引入了高速率的新型光信道數(shù)據(jù)單元。BMP 用于將10GE 信號映射到 ODU2e。為了適應(yīng)100GE 業(yè)務(wù)的傳輸，引入了高速率的ODU4。

在過去的10 年中，光網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率增加了約100 倍，預(yù)計在未來的10 年中，系統(tǒng)速率將增加約100 倍。在超高速網(wǎng)絡(luò)中，如果繼續(xù)使用原有的電子交叉設(shè)備，節(jié)點設(shè)備將變得非常大和復(fù)雜，并且更難實現(xiàn)。在這種情況下，唯一的方向就是全光網(wǎng)絡(luò)。光通道層作為較高的通道層，對光路進行交叉連接，從而提高了從電信號到光信號的交叉連接和分叉復(fù)用器的水平。

4 光孤子通信

在光孤子通信中，隨著光纖通信速度的快速增長，光開關(guān)、光解復(fù)用器、光相位共軛器、色散補償器、光放大、非線性光耦合器、光 IP 路由器、光纖激光器等新技術(shù)在系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。它們代表了光纖通信的未來發(fā)展方向，而這些光學(xué)技術(shù)大多是基于光纖中的非線性效應(yīng)。因此，開發(fā)具有大非線性系數(shù)和其他特定功能的新型特種光纖和光通信器件是當(dāng)前世界的研究熱點。利用一些光纖中的非線性效應(yīng)，設(shè)計了各種實用的新型光學(xué)器件和光通信系統(tǒng)。如何提高光纖的非線性效應(yīng)，從而制造出飽和吸收強度低、閾值功率小、響應(yīng)速度快、損耗低的皮秒級光纖。將小于激子玻爾半徑的半導(dǎo)體納米顆粒嵌入不相容光纖材料（SiO2）中形成納米光纖，產(chǎn)生強烈的非線性效應(yīng)。

5 結(jié)語

綜上所述，光纖通信是一種傳輸光信號的有線通信方式。它具有通帶寬、體積小、使用面積大、傳輸范圍廣、使用壽命長等優(yōu)點，而且不受電磁場和輻射的影響。由于這些優(yōu)點，光纖通信在電力行業(yè)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。光纖有許多種類，如普通光纖和特殊光纖。在電力通信網(wǎng)絡(luò)中還有傳統(tǒng)的開放式電話、音頻電纜和新興的擴頻通信。用于電力通信系統(tǒng)的光纖可分為以下幾類。光纖通信是一種傳輸光信號的方式。它具有通帶寬、體積小、使用面積大、傳輸范圍廣、壽命長、不受電磁場和輻射影響等優(yōu)點。因此，光纖通信在電力行業(yè)得到了推廣和廣泛的應(yīng)用。光纖有許多種類，如普通光纖和特殊光纖。這些產(chǎn)品在電力通信中有著廣泛的應(yīng)用。