光纖通信新技術(shù)

1、圖10.1.1 相干光通信系統(tǒng)的基本框圖信號(hào)光混頻器光檢測(cè)器電信號(hào)處理基帶信號(hào)本地光振蕩器SL圖10.1.2 相干檢測(cè)原理框圖( )cos()SSSSE tEt( )cos()LLLLE tEtSESSLELL2)()(tEtELS222cos()SLSLIFSLPk EEE EtIF設(shè)接收機(jī)接收的信號(hào)光以及本振光的光場(chǎng)分別為（10.1.1） （10.1.2）分別為信號(hào)光的幅度、頻率和相位，當(dāng)信號(hào)光與本振光的偏振方向相同時(shí)，入射總光強(qiáng)P因此有（10.1.3）式中稱為中頻信號(hào)的頻率。 式中，分別為本振光的幅度、頻率和相位。( )i t22SLSLIFi(t)= E+E+2E E cos(t+)S

2、LR光檢測(cè)器輸出的光電流正比于入射光功率P，近似為 式中R為光檢測(cè)器的相應(yīng)度。 根據(jù)本振光信號(hào)頻率與接收到的信號(hào)光頻率是否相等，可分為零差檢測(cè)相干光通信和外差檢測(cè)相干光通信。 （10.1.5）SL0IFIF( )2cos(t)SLSLi tR P P采用零差檢測(cè)要求 所以需要頻率穩(wěn)定性高、線寬窄的光源；另外，這種方式取決于信號(hào)光與本振光之間的干涉，因此要通過在接收機(jī)內(nèi)進(jìn)行偏振控制來保持它們之間的偏振方向。 當(dāng)中頻信號(hào)時(shí)，稱為外差檢測(cè)。此時(shí)，在外差檢測(cè)方式中也可以通過增大本振光功率的方式增加接收靈敏度。外差檢測(cè)相干光通信不要求本振光與信號(hào)光之間的相位鎖定，并允許本振光和信號(hào)光之間存在頻差。（10

3、.1.7）圖10.1.3 數(shù)字調(diào)制的三種基本形式 把中頻信號(hào)解調(diào)成基帶信號(hào)有兩種方法：同步解調(diào)與異步解調(diào)。將中頻信號(hào)再次與原載波信號(hào)相乘并通過低通濾波器濾去高頻信號(hào)分量，則可恢復(fù)出原來的基帶信號(hào)，此方法稱為同步調(diào)制。異步解調(diào)即包絡(luò)檢波法。 零差檢測(cè)中，光信號(hào)經(jīng)光電檢波器后被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，不用二次解調(diào)。 外差檢測(cè)經(jīng)光電檢波器獲得的是中頻信號(hào)，中頻信號(hào)還需二次解調(diào)才能被轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)。根據(jù)中頻信號(hào)的解調(diào)方式不同，外差檢測(cè)又分為同步解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。外差同步解調(diào)檢測(cè)器上輸出的中頻信號(hào)通過一個(gè)中頻濾波器后分成兩路，其中一路用作中頻載頻恢復(fù)，恢復(fù)出的中頻載波與另一路中頻信號(hào)進(jìn)行混頻，再由低通濾波器輸

4、出基帶信號(hào)。外差包絡(luò)解調(diào)是在包絡(luò)檢測(cè)器后接一個(gè)低通濾波器而直接檢測(cè)出基帶信號(hào)。10.1.3 接收靈敏度 為分析相干光通信系統(tǒng)光接收機(jī)的性能，首先推導(dǎo)零差PSK的信噪比。 零差檢測(cè)的信噪比為 BRkTBqRPPPRSNRLLLS4242（） 為光檢測(cè)器的響應(yīng)度， 為平均接收信號(hào)功率， 為熱噪聲功率，B為光接收機(jī)的等效噪聲帶寬，q為電子電荷。通過控制本振光的功率 ，可使分母中的第一項(xiàng)占主導(dǎo)地位，從而得到散粒噪聲極限下的SNR： RSPBRkTL4LPqBPR2SNRS在比特率為1/T時(shí)， ThNPRS/RNSNR4則如果以系統(tǒng)的品質(zhì)因素Q來表示，則最小接收光功率，即靈敏度為422minBQhPPS

5、S 10.1.4 相干光通信的關(guān)鍵技術(shù)1、外光調(diào)制技術(shù)、外光調(diào)制技術(shù)外光調(diào)制是根據(jù)某些電光或聲光晶體的光波傳輸特性隨電壓或聲壓等外界因素的變化而變化的物理現(xiàn)象而提出的。因此，外光調(diào)制器主要有三種類型：電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和磁光調(diào)制器。2、偏振控制、偏振控制相干檢測(cè)要求信號(hào)光束與本振光束的偏振態(tài)相匹配。因此，在相干光通信中應(yīng)采取光波偏振穩(wěn)定措施。主要有兩種方法：（1）采用保偏光纖，使光波在傳輸過程中保持光波的偏振方向不變。（2）在接收端采用偏振分集技術(shù)。信號(hào)光與本振光混合后首先分成兩路作為平衡接收，對(duì)每一路信號(hào)又采用偏振分束鏡分成正交偏振的兩路信號(hào)分別檢測(cè)，然后進(jìn)行平方求和，最后對(duì)兩路平衡接收

6、信號(hào)進(jìn)行判決，選擇較好的一路作為輸出信號(hào)。此時(shí)的輸出信號(hào)已與接收信號(hào)的偏振態(tài)無關(guān)，從而消除了信號(hào)在傳輸過程中偏振態(tài)的隨機(jī)變化。3、頻率穩(wěn)定技術(shù)、頻率穩(wěn)定技術(shù)只有保證光載波振蕩器和光本振振蕩器的高頻率穩(wěn)定性，才能保證相干光通信系統(tǒng)的正常工作。激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有：（1）將激光器的頻率穩(wěn)定在某種原子或分子的諧振頻率上；（2） 利用光生伏特效應(yīng)、鎖相環(huán)技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻；（3） 利用半導(dǎo)體激光器工作溫度的自動(dòng)控制、注入電流的自動(dòng)控制等方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。4、頻譜壓縮技術(shù)、頻譜壓縮技術(shù)在相干光通信中，光源的頻譜寬度越窄，越能克服半導(dǎo)體激光器量子調(diào)幅和調(diào)頻噪聲對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響，因相位漂移而產(chǎn)生的相位噪

7、聲也越小。為了滿足相干光通信對(duì)光源譜寬的要求，通常采取的頻譜壓縮技術(shù)有：（1）注入鎖模法，即利用一個(gè)以單模工作的頻率穩(wěn)定、譜線很窄的主激光器的光功率，注入到需要寬度壓縮的從激光器，從而使從激光器保持和主激光器一致的譜線寬度、單模性及頻率穩(wěn)定度；（2）外腔反饋法，將激光器的輸出通過一個(gè)外部反射鏡和光柵等色散元件反射回腔內(nèi)，并用外腔的選模特性獲得動(dòng)態(tài)單模運(yùn)用以及依靠外腔的高Q 值壓縮譜線寬度。除了以上關(guān)鍵技術(shù)外，對(duì)于本振光和信號(hào)光之間產(chǎn)生的相位漂移，在接收端還可采用相位分集接收技術(shù)以消除相位噪聲；為了減小本振光的相對(duì)強(qiáng)度噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，可以采用雙路平衡接收技術(shù)，零差檢測(cè)中為保證本振零差檢測(cè)中為保

8、證本振光與信號(hào)光同步而采用的光鎖相環(huán)技術(shù)，以及用于本振頻率穩(wěn)定的自動(dòng)頻率控制等。 相干光通信充分利用了相干通信方式具有的混頻增益、出色的信道選擇性及可調(diào)性等特點(diǎn)。與直接檢測(cè)系統(tǒng)相比，具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1. 接收靈敏度高接收靈敏度高相干檢測(cè)能通過提高本振光功率來有效地抑制噪聲，改善接收機(jī)的靈敏度。從而也增加了光信號(hào)的傳輸距離。2. 頻率選擇性好頻率選擇性好外差接收時(shí)中頻落在微波波段，采用非常窄的帶通濾波器，可實(shí)現(xiàn)信道間隔小于110 GHz的密集頻分復(fù)用，實(shí)現(xiàn)超高容量的信息傳輸。3. 可使用電子學(xué)的均衡技術(shù)來補(bǔ)償光纖中光脈沖的色散效應(yīng)可使用電子學(xué)的均衡技術(shù)來補(bǔ)償光纖中光脈沖的色散效應(yīng)如使得外差檢

9、測(cè)相干光通信中的中頻濾波器的傳輸函數(shù)正好與光纖的傳輸函數(shù)相反，則可以降低光纖色散對(duì)系統(tǒng)的影響。4. 可抑制級(jí)聯(lián)光放大器中產(chǎn)生的噪聲累積可抑制級(jí)聯(lián)光放大器中產(chǎn)生的噪聲累積這樣就可以采用多級(jí)光放大器級(jí)聯(lián)來延長(zhǎng)中繼距離。5. 具有多種調(diào)制方式具有多種調(diào)制方式在直接檢測(cè)系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度調(diào)制方式對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制。而在相干光通信中，除了可以對(duì)光波進(jìn)行幅度調(diào)制外，還可以進(jìn)行頻率調(diào)制或相位調(diào)制。由于相干光通信可以大大提高接收機(jī)的靈敏度，在EDFA出現(xiàn)之前，擬用相干光通信大大延長(zhǎng)線路的中繼距離，顯著提高傳輸容量。但在相干光通信中需要有頻率和相位十分穩(wěn)定的激光光源，這給相干光通信的實(shí)現(xiàn)帶來了相當(dāng)大的難度。 10

10、.2 光孤子通信 損耗與色散是制約光纖通信系統(tǒng)傳輸距離以及容量的主要因素。利用光孤子（soliton）傳輸信息的新一代光纖通信系統(tǒng)，可以真正做到全光通信，無需光、電轉(zhuǎn)換，就可在超長(zhǎng)距離、超大容量傳輸中大顯身手，是光通信技術(shù)上的一場(chǎng)革命。 光孤子是一種具有特殊性質(zhì)的短脈沖，它經(jīng)光纖長(zhǎng)距離傳輸后能保持其初始形狀，即其幅度和寬度都保持不變。光纖具有色散和非線性的特性，它們單獨(dú)起作用時(shí)，會(huì)使光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)產(chǎn)生脈沖展寬，損害系統(tǒng)的傳輸性能。然而，通過合理選擇相關(guān)參數(shù)，可以使非線性的影響抵消色散的影響。利用兩種效應(yīng)的相互制約作用，就可以光脈沖經(jīng)過長(zhǎng)距離傳輸而不發(fā)生畸變，這就是光孤子通信。 10.2.1

11、 光孤子通信的基本原理220)()()()(tEntntntn)(2)()(tnLLtnct)(2)()(tntLttt 如節(jié)所述，在強(qiáng)光作用下，光纖的折射率由（）式表示，即光強(qiáng)感應(yīng)的介質(zhì)折射率變化為 （）由此引起的光相位變化為由此，SPM引起的頻移為（） （） 如圖所示，在脈沖前沿，頻率下移；脈沖頂部，頻移為零；脈沖后沿，頻率上移。即這種相位調(diào)制的結(jié)果，表現(xiàn)為頻率的變化，引起脈沖前沿譜紅移，后沿譜藍(lán)移，因而前沿速度減慢，后沿速度加快。時(shí)間時(shí)間光強(qiáng)頻率00圖10.2.1 脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制 光脈沖在光纖中以群速度傳播，群速度隨頻率而變，光脈沖中不同頻率的分量將以不同速度傳播，導(dǎo)致脈沖展寬，稱為

12、群速色散。在反常色散區(qū)，光脈沖的高頻分量較低頻分量的傳輸速度快。此時(shí)，群速度的色散效應(yīng)恰與SPM的影響相反。當(dāng)合理選擇相關(guān)參數(shù)，使兩種效應(yīng)的影響恰好彼此抵消時(shí)，脈沖就保持其初始形狀傳輸，因而形成基本光孤子，也稱一階孤子。 可以證明，孤子的振幅不是任意的，而是唯一地由非線性系數(shù)、色散值以及脈沖寬度所確定，并且脈沖具有雙曲正割分布。一階孤子的閾值功率可表示為22231|766. 0cnADPeff 當(dāng)唯一確定的基本孤子注入無損耗光纖后，將沿光纖無失真地?zé)o限傳輸下去。但實(shí)際上，光纖的損耗導(dǎo)致孤子幅度隨著傳輸距離的增加而降低，同時(shí)由于孤子幅度的變化導(dǎo)致脈沖展寬，但孤子幅度與脈寬之積為常數(shù)。這樣，通過每

13、隔一段距離補(bǔ)充脈沖損失的能量，可以使脈寬自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。如此一來，就可以增加傳輸級(jí)數(shù)，極大地延長(zhǎng)傳輸距離。10.2.2 光孤子通信系統(tǒng) 由于基本孤子脈沖在傳輸中，色散效應(yīng)恰與非線性效應(yīng)相抵消，形狀保持不變，使人們想到用基本孤子為信息載體，將有可能克服原來線性脈沖遇到的困難。 1980年貝爾實(shí)驗(yàn)室的莫勒諾爾(Mollenauer，L.F.)等人實(shí)驗(yàn)成功后，海斯格瓦()等人開始著手研究基本孤子用于通信技術(shù)的可能性，并于1981年首次明確地提出了光纖孤子通信的設(shè)想。上世紀(jì)90年代貝爾實(shí)驗(yàn)室的奧爾森()小組利用多重孤子兩路傳輸9000km，甚至1992年在傳輸速率為10GB/s的條件下成功地進(jìn)行了

14、100萬公里的光孤子傳輸試驗(yàn)。這表明光纖孤子通信不僅可以跨洋，甚至可以在全球任意兩地間進(jìn)行。1、 光孤子通信系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵技術(shù)光孤子通信系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵技術(shù) 如圖所示，長(zhǎng)距離光孤子通信系統(tǒng)由光孤子源、傳輸光纖、孤子能量補(bǔ)償放大器與孤子脈沖檢測(cè)接收單元組成。 光孤子源調(diào)制器信號(hào)源EDFA隔離器隔離器探測(cè)器圖10.2.2 長(zhǎng)距離光孤子通信系統(tǒng)基本框圖 根據(jù)理論分析，只有當(dāng)輸出的光脈沖為嚴(yán)格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時(shí)，光孤子才能在光纖中穩(wěn)定地傳輸。但光孤子通信系統(tǒng)中所用的孤子源一般并非嚴(yán)格意義上的孤子激光器，只是一種類似孤子的超短光脈沖源，它產(chǎn)生滿足基本光孤子能量、頻譜等要求的超短脈沖，這

15、種超短光脈沖在光纖中傳輸時(shí)自動(dòng)壓縮、整形而形成光孤子。較常用的光孤子源有增益開關(guān)分布反饋半導(dǎo)體激光器（GSDFBLD）以及鎖模外腔半導(dǎo)體激光器（MLECLD）。GSDFBLD依靠大電流的注入形成窄脈沖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且重復(fù)頻率可調(diào)，但產(chǎn)生的光脈沖啁啾大，所以在入纖前要進(jìn)行消啁啾處理，它是目前光孤子傳輸系統(tǒng)中重要的光源；MLECLD產(chǎn)生的脈沖波形較好且頻率啁啾成分較低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，集成MLECLD是一種較好的孤子源產(chǎn)生方案；MLERFRL是一種新穎的超短光脈沖源，它能直接產(chǎn)生孤子，無啁啾，可自啟動(dòng)并易于與光纖連接，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，也是目前使用較多的光源。光纖的損耗不可避免地消耗孤子能量，當(dāng)能量

16、不滿足孤子形成的條件時(shí)，脈沖喪失孤子特性而展寬，但只要通過摻鉺光纖放大器給孤子補(bǔ)充能量，孤子即自動(dòng)整形。利用孤子的這一特性可進(jìn)行全光中繼。主要有四種光放大器可實(shí)現(xiàn)光孤子放大，它們是半導(dǎo)體光放大器（SOA）、摻鉺光纖放大器（EDFA）、分布式摻鉺光纖放大器（DEDFA）和喇曼光纖放大器。 SOA尺寸小、頻帶寬、增益高，易和其他光電子器件混合集成，但輸出功率較低，并且其增益與光的偏振有關(guān)。EDFA具有大輸出功率、增益高、頻帶寬、噪聲低、對(duì)偏振不敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，特別適用于高速長(zhǎng)距離通信應(yīng)用。DEDFA采用摻Er3+濃度低、增益系數(shù)低、截止波長(zhǎng)長(zhǎng)、數(shù)值孔徑大、負(fù)色散區(qū)寬的三角形折射率分布的摻鉺光

17、纖，并采用1480nm雙向泵浦技術(shù)，可達(dá)到較長(zhǎng)的中繼距離。利用受激拉曼散射效應(yīng)的光放大器是一種典型的分布式光放大器。其優(yōu)點(diǎn)是光纖自身成為放大介質(zhì)，然而石英光纖中的受激拉曼散射增益系數(shù)相當(dāng)小，這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產(chǎn)生受激拉曼散射的泵浦源。其中，集總放大方法是通過EDFA實(shí)現(xiàn)的，其穩(wěn)定性已得到理論和試驗(yàn)的證明，成為當(dāng)前孤子通信的主要放大方法。光放大被認(rèn)為是全光孤子通信的核心問題。但是放大器的自發(fā)輻射噪聲，是一種不可避免的熱噪聲，它與孤子相互作用后，造成孤子中心頻率的隨機(jī)抖動(dòng)，進(jìn)而引起孤子到達(dá)接收端的抖動(dòng)，即戈登豪斯效應(yīng)。這一效應(yīng)是限制孤子傳輸系統(tǒng)的容量、放大器間隔等系統(tǒng)指標(biāo)的重要因

18、素。因此通常在放大器后加一個(gè)帶通濾波器來抑制戈登豪斯效應(yīng)。傳輸光纖、孤子脈沖檢測(cè)接收單元的作用與在普通光纖系統(tǒng)中的作用類似。2、 光孤子系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)程光孤子系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)程在全世界范圍，全光通信系統(tǒng)已在橫跨大西洋的在全世界范圍，全光通信系統(tǒng)已在橫跨大西洋的TAT-10系統(tǒng)和橫跨太平洋的系統(tǒng)和橫跨太平洋的TPC-15系統(tǒng)上首先應(yīng)用。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)上首先應(yīng)用。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室Mollenauer研究小組的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是研究小組的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是世界上最早的光孤子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首次檢測(cè)出脈寬為世界上最早的光孤子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首次檢測(cè)出脈寬為10ps的光孤子經(jīng)的光孤子經(jīng)10km傳輸傳輸無明顯變化，從而首次從實(shí)驗(yàn)上證

19、實(shí)了光孤子傳輸?shù)目赡苄浴Ｈ毡纠闷胀ü鉄o明顯變化，從而首次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光孤子傳輸?shù)目赡苄?。日本利用普通光纜線路成功地進(jìn)行了超高纜線路成功地進(jìn)行了超高20Tbit/s、遠(yuǎn)距離、遠(yuǎn)距離1000km孤子通信；日本電報(bào)孤子通信；日本電報(bào) 公司公司在在1992年推出速率為年推出速率為10Gbit/s、能傳輸、能傳輸12000km的直通光孤子通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。的直通光孤子通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。我國在我國在1999年也成功地進(jìn)行了、年也成功地進(jìn)行了、105km的光纖傳輸。該技術(shù)中：采用色散補(bǔ)償?shù)墓饫w傳輸。該技術(shù)中：采用色散補(bǔ)償光纖對(duì)光脈沖進(jìn)行壓縮；采用光纖對(duì)光脈沖進(jìn)行壓縮；采用20Gbit/s的光信號(hào)復(fù)用；從的光信號(hào)

20、復(fù)用；從20Gbit/s的復(fù)用系的復(fù)用系統(tǒng)中提取電時(shí)鐘；采用非線性光學(xué)環(huán)路實(shí)現(xiàn)統(tǒng)中提取電時(shí)鐘；采用非線性光學(xué)環(huán)路實(shí)現(xiàn)s20Gbits的解復(fù)用；采用啁的解復(fù)用；采用啁啾光柵對(duì)啾光柵對(duì)20Gbits信號(hào)在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳輸信號(hào)在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳輸105km后造成的色散進(jìn)行補(bǔ)償。后造成的色散進(jìn)行補(bǔ)償。3、 光孤子通信系統(tǒng)的發(fā)展前景光孤子通信系統(tǒng)的發(fā)展前景 光孤子通信是未來高速率光纖通信系統(tǒng)的一種非常有前景的通信方式，它光孤子通信是未來高速率光纖通信系統(tǒng)的一種非常有前景的通信方式，它具有超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸?shù)臐摿?。并且孤子脈沖的特殊性質(zhì)使中繼過程簡(jiǎn)具有超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸?shù)臐摿Α２⑶夜伦用}沖的特殊

21、性質(zhì)使中繼過程簡(jiǎn)化為一個(gè)絕熱放大過程，大大降低了中繼設(shè)備的數(shù)量以及成本?；癁橐粋€(gè)絕熱放大過程，大大降低了中繼設(shè)備的數(shù)量以及成本。近幾年來，人們對(duì)光孤子研究的領(lǐng)域不斷拓展，取得了重大進(jìn)展，例如光孤近幾年來，人們對(duì)光孤子研究的領(lǐng)域不斷拓展，取得了重大進(jìn)展，例如光孤子的波分復(fù)用應(yīng)用，準(zhǔn)孤子理論。當(dāng)然，實(shí)際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)子的波分復(fù)用應(yīng)用，準(zhǔn)孤子理論。當(dāng)然，實(shí)際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)的難題，比如：延長(zhǎng)放大間距，減少放大器數(shù)量，降低成本仍是光孤子通信有的難題，比如：延長(zhǎng)放大間距，減少放大器數(shù)量，降低成本仍是光孤子通信有待解決的一系列問題。但目前已取得的突破性進(jìn)展使我們相信，光孤子通信在

22、待解決的一系列問題。但目前已取得的突破性進(jìn)展使我們相信，光孤子通信在超長(zhǎng)距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明超長(zhǎng)距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。的發(fā)展前景。10.3 光時(shí)分復(fù)用通信網(wǎng)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，保證通信暢通?，F(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40Gbs。由于受到電的TDM技術(shù)中電子瓶頸的限制，該速率尚未能突破。目前有兩種途徑可以提高傳輸速率：波分復(fù)用WDM和光時(shí)分復(fù)用OTDM。前者在第8章中已作專門介紹，這

23、里主要討論OTDM技術(shù)。10.3.1 光時(shí)分復(fù)用原理OTDM與電時(shí)分復(fù)用ETDM相似，只是將復(fù)用技術(shù)移到光頻上，就是將多個(gè)高速電調(diào)制信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為等速率光信號(hào)，然后在光層上利用超窄光脈沖進(jìn)行時(shí)域復(fù)用，將其調(diào)制為更高速率的光信號(hào)。這種方法使用高速光電器件代替了電子器件，克服了電子瓶頸效應(yīng)。圖是OTDM系統(tǒng)框圖。光時(shí)分復(fù)用技術(shù)中，一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片，輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用，每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用，即構(gòu)成幀結(jié)構(gòu)。這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。同時(shí)時(shí)分復(fù)用必須采取同步技術(shù)來使遠(yuǎn)距離的接收端能夠識(shí)別和恢復(fù)這種幀結(jié)構(gòu)。 時(shí)分復(fù)用可分為比

24、特交錯(cuò)OTDM和分組交錯(cuò)OTDM，這兩種復(fù)用方式都需要利用幀脈沖信號(hào)區(qū)分不同的復(fù)用數(shù)據(jù)或分組。 比特交錯(cuò)比特交錯(cuò)OTDM如圖（a）所示，比特交錯(cuò)在傳輸過程中按順序?qū)⒈忍亓靼?n循環(huán)編號(hào)，編號(hào)為i的比特在第i路時(shí)隙中傳輸，主要用于電路交換業(yè)務(wù)。 在接收端，OTDM輸入復(fù)接信號(hào)經(jīng)3dB耦合器分成兩個(gè)數(shù)據(jù)流，通過選取時(shí)隙提取所需比特信息。為了提取幀同步脈沖，可通過門限功率判決得到（因?yàn)閹}沖有比其它數(shù)據(jù)脈沖更高的發(fā)送功率）。因此，從OTDM復(fù)接信號(hào)中得到第i個(gè)支路信號(hào)的解復(fù)用過程如圖圖10.3.2 比特交錯(cuò)復(fù)用/解復(fù)用原理（b）所示：將OTDM復(fù)接信號(hào)首先經(jīng)耦合器分成兩個(gè)數(shù)據(jù)流，將其中一個(gè)數(shù)據(jù)流延遲

25、i 個(gè)時(shí)隙后送入門限判決器，得到已被延遲i個(gè)時(shí)隙的幀脈沖，此幀脈沖位置正好與要求提取的第i個(gè)支路信號(hào)脈沖相一致，因此將幀脈沖數(shù)據(jù)流與復(fù)接脈沖數(shù)據(jù)流進(jìn)行邏輯與操作，與門輸出便得到要求提取的第i個(gè)支路數(shù)據(jù)流。2. 分組交錯(cuò)分組交錯(cuò)OTDM分組交錯(cuò)OTDM與比特交錯(cuò)OTDM相似，但是幀中每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)待復(fù)用支路的分組信息（若干個(gè)比特區(qū)），幀脈沖作為不同分組的界限，主要用于分組交換業(yè)務(wù)，如圖。由鎖模激光器產(chǎn)生的窄脈沖周期序列分別被支路數(shù)據(jù)流外調(diào)制，若支路一個(gè)比特持續(xù)時(shí)間是T，則相鄰支路脈沖之間距離也是T。為了減少脈沖之間的間隔以便實(shí)現(xiàn)分組交錯(cuò)復(fù)接，在每個(gè)支路外調(diào)制器輸出端串入一個(gè)多級(jí)壓縮器，對(duì)脈沖進(jìn)

26、行壓縮，最后加幀同步脈沖后完成分組交錯(cuò)復(fù)接。 解復(fù)用操作等效于分組去壓縮過程。原則上，通過一組性能與復(fù)接器相反的去壓縮級(jí)，便可完成解復(fù)用工作。然而，這種方法要求放大器開關(guān)時(shí)間必須在脈沖寬度ps量級(jí)上，因而難于實(shí)現(xiàn)。一種實(shí)用的方法是采用與門堆：首先將輸入的高速串行的復(fù)接數(shù)據(jù)流變換為低速并行數(shù)據(jù)流，然后再利用電子學(xué)方法進(jìn)行處理。10.3.2 光時(shí)分復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)OTDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括超短光脈沖發(fā)生技術(shù)、全光時(shí)分復(fù)用去復(fù)用技術(shù)和超高速定時(shí)提取技術(shù)等。1. 超短光脈沖源超短光脈沖源光時(shí)分復(fù)用要求光源產(chǎn)生高重復(fù)率（520 GHz）、占空比相當(dāng)小的超窄光脈沖，脈寬越窄可以復(fù)用的路數(shù)越多，且譜寬也就

27、越寬。能滿足這些要求的光源主要有鎖模環(huán)形光纖激光器（MLFRL）、增益開關(guān)DFB激光器和光纖光柵法。其中MLFRL的特點(diǎn)是產(chǎn)生的脈沖幾乎沒有啁啾，在40 GHz的高頻條件不需要進(jìn)行啁啾補(bǔ)償或脈沖壓縮，就能產(chǎn)生10ps以下的超短變換極限光脈沖，輸出波長(zhǎng)較靈活，穩(wěn)定性好，是一種很有前途的光時(shí)分復(fù)用光源。增益開關(guān)法可以產(chǎn)生脈寬57ps、脈沖重復(fù)頻率在10GHz左右可任意調(diào)整的光脈沖，并且很容易與其它信號(hào)同步。利用調(diào)整線性調(diào)制光纖光柵的色散值對(duì)電吸收調(diào)制器輸出的光脈沖形狀進(jìn)行修正，也可以產(chǎn)生脈寬為、占空比為6.3%的10GHz的光脈沖。2. 全光時(shí)分復(fù)用解復(fù)用技術(shù)全光時(shí)分復(fù)用解復(fù)用技術(shù)目前已研制出4種

28、形式的器件作為解復(fù)用器：光克爾開關(guān)矩陣光解復(fù)用器、交叉相位調(diào)制頻移光解復(fù)用器、四波混頻開關(guān)光解復(fù)用器和非線性光纖環(huán)路鏡式（NOLM）光解復(fù)用器。無論采用何種器件，都要求其工作性能可靠穩(wěn)定，控制其光信號(hào)功率低，與偏振無關(guān)。3. 超高速定時(shí)提取技術(shù)超高速定時(shí)提取技術(shù)在100Gbs以上的光傳輸系統(tǒng)中，接收端采用重新定時(shí)的時(shí)鐘，產(chǎn)生控制光脈沖，時(shí)隙特別短，因此，希望控制光的時(shí)間抖動(dòng)盡可能小，就必須盡量降低重新定時(shí)的時(shí)鐘相位噪聲。在目前的OTDM試驗(yàn)中，主要采用了兩種方案，一是采用高速微波混頻器作為相位探測(cè)器構(gòu)成的鎖相環(huán)路（PLL），另一種是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(shí)

29、鐘恢復(fù)功能。10.3.3 光時(shí)分復(fù)用的特點(diǎn)1. 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)OTDM有幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：（1）OTDM技術(shù)可解決WDM系統(tǒng)中受激Raman散射和四波混頻效應(yīng)等限制；（2）提高光譜帶寬效率；（3）可以與WDM技術(shù)相結(jié)合：由于WDM對(duì)長(zhǎng)距離、大量波長(zhǎng)數(shù)的限制，因此不太適于波長(zhǎng)數(shù)較多的情況。這時(shí)可由WDM構(gòu)成子網(wǎng)，采用OTDM高速信道將WDM互連。在子網(wǎng)中使用WDM，可以增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性，而OTDM則是實(shí)現(xiàn)高速干線傳輸?shù)挠欣緩健?. 存在問題存在問題OTDM的主要缺點(diǎn)是：此方案通常需要高速的開關(guān)器件。另外，在高速下，網(wǎng)絡(luò)的控制、穩(wěn)定性和電處理性能受限。而且，除非是孤子傳輸，否則短脈沖的傳輸受光纖色

30、散和非線性效應(yīng)的影響很明顯。不過，將來的系統(tǒng)可能采用某些形式的TDM和另一種復(fù)用方式共同使用的方案。10.4 光碼分多址碼分多址CDMA（Code Division Multiple Access）技術(shù)作為一種多址方案它已經(jīng)成功地應(yīng)用于衛(wèi)星通信和蜂窩 領(lǐng)域，并且顯示出許多優(yōu)于其他技術(shù)的特點(diǎn)。近年來，光碼分多址OCDMA已經(jīng)成為一項(xiàng)備受矚目的熱點(diǎn)技術(shù)。10.4.1 光碼分多址的基本原理OCDMA技術(shù)在原理上與電碼分多址技術(shù)相似。電CDMA主要通過分配碼字獲得多接入能力，碼分多址最常見形式是擴(kuò)頻多址訪問SSMA（Spread Spectrum Multiple Access），其中每個(gè)用戶分配一個(gè)

31、特定的碼序列，調(diào)制到載有數(shù)據(jù)的載波上，以比數(shù)據(jù)帶寬寬得多的頻帶傳輸信號(hào)。擴(kuò)頻多址訪問技術(shù)包括直接序列（Direct Squence）、頻率跳變（Frequency Hopping）、啁啾系統(tǒng)（Chirp System）、發(fā)射時(shí)間跳變（Time Hopping）。盡管跳頻、啁啾和跳時(shí)曾有應(yīng)用到OCDMA的報(bào)道，大部分OCDMA研究還是集中在直接序列類型上。OCDMA采用光特征碼來編碼和解碼，不同的信息可共享一個(gè)時(shí)域、頻域、空間域，它根據(jù)域值從通道的所有信號(hào)中選取所需的信號(hào)，光解碼器的輸出與輸人信號(hào)和濾波器相匹配。通常，為了保持較好的信噪比，特征碼必須相互正交。1相干的相干的CDMA和非相干的和非

32、相干的CDMA在把用戶信號(hào)轉(zhuǎn)換為高速地址序列的過程中，光信號(hào)之間相互作用必須具有相干性條件，這一點(diǎn)與電CDMA不同。根據(jù)信號(hào)處理是否以相干為基礎(chǔ)，CDMA通常分為相干和非相干兩類。前者采用相位移的雙極性光序列；后者采用強(qiáng)度調(diào)制的碼序，使用單極性碼又稱為準(zhǔn)正交編碼。相干處理是電CDMA通常采用的方法，其最主要的優(yōu)點(diǎn)在于它具有較高的信噪比。這主要是由于碼間具有較好的正交性，可以產(chǎn)生較高的處理增益。而在OCDMA中比較常用的是非相干信號(hào)處理方法。在OCDMA中，相干與非相干方式的編碼區(qū)別體現(xiàn)了編解碼過程中信號(hào)變換的本質(zhì)，限制了系統(tǒng)所采用的地址碼的類型，并最終決定系統(tǒng)的性能，因此相干與非相干的差別是最

33、根本的；而OCDMA系統(tǒng)由于相干光發(fā)展不夠成熟，對(duì)于光波中的許多特性：如相位、偏振等都難以利用，所以非相干系統(tǒng)成為研究的重點(diǎn)。非相干系統(tǒng)利用光信號(hào)的有無來表示二進(jìn)制的“1”和“0”， 終端采用平方律檢測(cè)光信號(hào)，信號(hào)是功率疊加而不是振幅疊加。非相干系統(tǒng)的地址碼之間是偽正交的，比如光正交碼（OOC）和素?cái)?shù)碼。自相關(guān)有一峰值、互相關(guān)不為零。因?yàn)榛ハ嚓P(guān)不為零、解碼器解碼時(shí)，其他用戶就會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾，當(dāng)突發(fā)用戶集中時(shí)，誤碼率較高。現(xiàn)在一般采用在解碼器端減小干擾。2擴(kuò)頻類型和非擴(kuò)頻類型擴(kuò)頻類型和非擴(kuò)頻類型在OCDMA的研究中，編解碼方式有兩種基本類型：擴(kuò)頻類型和非擴(kuò)頻類型。擴(kuò)頻是把信息的頻譜擴(kuò)展到寬帶中

34、進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)，可分為擴(kuò)時(shí)編碼和擴(kuò)頻編碼，非擴(kuò)頻類型主要是以光學(xué)特征為碼字的系統(tǒng)中的編碼。擴(kuò)頻編碼解碼是在用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)光上，通過偏振調(diào)制器等形式上的編碼器，把信號(hào)光的某一參量（如偏振方向或波長(zhǎng)等）按地址序列調(diào)整，使這一參量變?yōu)楦咚贁U(kuò)頻信號(hào)。擴(kuò)時(shí)編碼是在用戶數(shù)據(jù)信號(hào)光出現(xiàn)“1”的時(shí)候，發(fā)出一個(gè)短光脈沖，經(jīng)編碼器的作用，得到一個(gè)短光脈沖序列來代表用戶的數(shù)據(jù)，其核心是，地址序列由短光脈沖形成。一種典型的非擴(kuò)頻類型的編、解碼是利用光的相干性作為調(diào)制的參數(shù)，例如相干光相關(guān)編碼采用的方法。在相干光相關(guān)編碼系統(tǒng)中，用戶信號(hào)光經(jīng)編碼器調(diào)制，變成兩個(gè)失去相干性的信號(hào)。在解碼端，在匹配解碼器的解調(diào)下，用與發(fā)端相

35、同的地址碼進(jìn)行光正交解碼。10.4.2 光碼分多址的關(guān)鍵技術(shù)OCDMA采用單極性碼，它不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的正交，其中某些自相關(guān)性和互相關(guān)性差的地址碼不能使用，因此其碼字容量遠(yuǎn)小于雙極性碼，這大大限制了可供用戶接入的信道數(shù)目。而優(yōu)化地址碼的自相關(guān)性和互相關(guān)性，能夠顯著的降低不同信道之間的干擾，降低色散、自相位調(diào)制等非線性效應(yīng)對(duì)誤碼性能帶來的影響，降低系統(tǒng)對(duì)所使用光器件的要求。目前比較常用的地址碼有光正交碼(OOC)，素?cái)?shù)碼(PC)，擴(kuò)展素?cái)?shù)碼(EPC)，二次同余碼(QC)，擴(kuò)展的二次同余碼(EQC)和混合碼(HC)等。編碼/解碼器有很多種，其中研究較多的有光纖延遲線編碼/解碼器、跳頻光碼分多址編

36、碼/解碼器。1. 光纖延遲線編碼光纖延遲線編碼/解碼器解碼器最初使用的編碼器大都基于光纖延遲線原理。光纖延遲線編碼系統(tǒng)是由并行的幾束光纖和2個(gè)1P星形耦合器構(gòu)成的，同一碼字中，編碼器之間的差別在于光纖延遲線的長(zhǎng)度不同。編碼器的作用是將一個(gè)輸入的短脈沖進(jìn)行不同的延時(shí)，在輸出端將得到由這些不同延時(shí)的短脈沖合成的脈沖序列，如圖所示。經(jīng)與閾值比較后，接收器將判決為0或1碼。光纖延遲線編碼器的缺點(diǎn)是：體積龐大；存在嚴(yán)重的功率損失和分配問題；還存在碼長(zhǎng)選擇問題、碼間串?dāng)_問題及光拍頻噪聲等問題。另外，光纖延遲線由于制造工藝、溫度、應(yīng)力等因素的影響，會(huì)有延時(shí)誤差，造成解碼器的誤判；同時(shí)，較長(zhǎng)碼字造成光纖延遲線

37、的數(shù)目相應(yīng)增加，導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加，且不利于集成。因此這種方法在目前并不實(shí)用。當(dāng)前，研究的熱點(diǎn)是跳頻光碼分多址編碼/解碼器。2. 跳頻光碼分多址編碼跳頻光碼分多址編碼/解碼器解碼器在光纖延遲線編碼/解碼器中使用在時(shí)域上對(duì)信息比特進(jìn)行編碼的一維光正交碼。為了支持較多的用戶同時(shí)接入，必須增加地址碼的碼長(zhǎng)，這樣光纖延遲線的數(shù)目、長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)地增加，編碼/解碼器的結(jié)構(gòu)會(huì)更復(fù)雜。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以采用跳頻光碼分多址系統(tǒng)，它采用二維的光正交碼，即每個(gè)地址碼序列同時(shí)在時(shí)域和波長(zhǎng)上擴(kuò)展。與一維正交碼字相比，在碼長(zhǎng)相同的情況下，此類編解碼技術(shù)可用的碼字?jǐn)?shù)明顯增多，能夠接入的用戶數(shù)目大大提高。在跳頻光碼分多址系

38、統(tǒng)中使用的二維光正交碼通常稱作多波長(zhǎng)光正交碼。目前已可在一根光柵上進(jìn)行連續(xù)的幅度和相位調(diào)制，形成超結(jié)構(gòu)光纖光柵，用它替代離散FBG數(shù)組進(jìn)行編譯碼。該技術(shù)可在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)77km、10Gb/s的傳輸速率(包括雙極性碼和單極性碼)，系統(tǒng)性能良好。10.4.3 光碼分多址的特點(diǎn)OCDMA相對(duì)WDM和OTDM有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：1. OCDMA通過不同的碼字來區(qū)分不同用戶信息，不需要WDM所要求的波長(zhǎng)控制和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，這樣地址分配靈活，用戶可以隨機(jī)接人，因此引起了人們極大興趣。2. 保密性好，安全性高。由于每個(gè)信道采用不同的地址編碼方式，在信息的發(fā)送端和接收端都必須依照該地址碼來編碼和解碼，這使得系統(tǒng)的安全

39、性大大提高。3. OCDMA可以利用任何現(xiàn)有的光纖與WDM技術(shù)結(jié)合使用：如在高速通道中使用WDM技術(shù)，而將OCDMA技術(shù)用于上下通路。寬帶性 OCDMA只在發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯碼，與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無關(guān)?？蓸?gòu)成真正“透明”的全光高速通信網(wǎng)絡(luò)。4. 可異步接入性 ：OCDMA不同信道之間可相互獨(dú)立地發(fā)送與接收信號(hào)，不需要網(wǎng)際規(guī)模的時(shí)鐘同步，也沒有接人時(shí)延。能支持突發(fā)性業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)講完即走(tellandgo)，適合突發(fā)流量、大流量和高速率環(huán)境。5. 可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，提供不同QoS的服務(wù)。由于地址碼的自相關(guān)性和互相關(guān)性不同，在同一編碼方式下，不同地址碼能夠提供不同的QoS的服務(wù)，這

40、樣，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的QoS需求來選擇地址碼，提高了資源的利用率，同時(shí)可以降低系統(tǒng)的成本。另外，OCDMA可傳送任何數(shù)字信號(hào)，包括SONET、ATM及DS1和DS3信號(hào)。它是一項(xiàng)協(xié)議獨(dú)立的技術(shù)，可與現(xiàn)有的任何新老設(shè)備兼容。 目前，限制OCDMA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題包括：可獲取的光編碼數(shù)；光纖色散的影響和OCDMA的傳輸損失；不同波長(zhǎng)的干擾碼所產(chǎn)生的干擾測(cè)量噪音。10.5 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)主要用于語音業(yè)務(wù)，為了實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)性能，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以線型和環(huán)型為主。大量的環(huán)層疊導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，許多環(huán)間電路業(yè)務(wù)無法獲得保護(hù)，隨著環(huán)內(nèi)和跨環(huán)業(yè)務(wù)量的不斷增大，逐漸使跨環(huán)節(jié)點(diǎn)成為業(yè)務(wù)調(diào)度的瓶頸。近幾

41、年來，IP業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅猛。眾所周知，IP業(yè)務(wù)具有突發(fā)特性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)分配性能要求很高。隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇，運(yùn)營商渴望網(wǎng)絡(luò)能夠快速提供業(yè)務(wù)，并具有更強(qiáng)的生存性，從而提升服務(wù)品牌效應(yīng)，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。在這種背景下，一種能夠自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)概念自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON（Automatic Switched Optical Network）應(yīng)運(yùn)而生。 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心特點(diǎn)就是支持電子交換設(shè)備動(dòng)態(tài)地向光網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)帶寬資源，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布模式動(dòng)態(tài)變化的需求，通過信令系統(tǒng)或者管理平面自主地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干預(yù)。采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，原

42、來復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以變得簡(jiǎn)單和扁平化，光網(wǎng)絡(luò)層可以直接承載業(yè)務(wù)，避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)升級(jí)時(shí)受到的多重限制。ASON的優(yōu)勢(shì)集中表現(xiàn)在其組網(wǎng)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)、靈活、高效和智能方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個(gè)性化的服務(wù)是ASON的核心特征。按照ITUT G.8080(G.ason) 建議，ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括3個(gè)獨(dú)立的平面：傳送平面(TP)、控制平面(CP)和管理平面(MP)，如圖所示。1. 傳送平面由一系列的傳送實(shí)體組成，它是業(yè)務(wù)傳送的通道，可提供端到端用戶信息的單向或者雙向傳輸。ASON傳送網(wǎng)絡(luò)基于網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也支持環(huán)網(wǎng)保護(hù)。光節(jié)點(diǎn)使用具有智能的光交叉連接(OXC)和光分插復(fù)用(

43、OADM)等光交換設(shè)備。另外，傳送平面具備分層結(jié)構(gòu)，支持多粒度光交換技術(shù)。多粒度交換技術(shù)是ASON實(shí)現(xiàn)流量工程的重要物理支撐技術(shù)，同時(shí)也適應(yīng)帶寬的靈活分配和多種業(yè)務(wù)接入的需要。 2. 控制平面是ASON的核心?？刂破矫嬷饕ㄙY源發(fā)現(xiàn)、狀態(tài)信息分發(fā)、路徑選擇和路徑管理4個(gè)基本模塊，能夠提供快速和更加靈活的連接建立功能。由ITUT、因特網(wǎng)工程任務(wù)組IETF（Internet Engineering Tack Force）、光互聯(lián)網(wǎng)論壇OIF（Optical Internetworking Forum）分別側(cè)重負(fù)責(zé)：ITUT著重研究ASON的體系結(jié)構(gòu)；IETF著重制定ASON的協(xié)議方面的標(biāo)準(zhǔn)；OI

44、F重點(diǎn)放在UNINNI上?？刂破矫妫–ontrol Plane）實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送平面的靈活控制，因此，ASON主要是關(guān)于控制平面的解決方案，它基于通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS）族，包括用于分布式連接的建立、維護(hù)和拆除等的信令協(xié)議；為連接的建立提供選路服務(wù)的路由協(xié)議，用于鏈路管理（包括控制信道和傳送鏈路的驗(yàn)證與維護(hù)）的鏈路資源管理協(xié)議等?？刂破矫嫣峁┚W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（INNI和ENNI）及用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）。3. 管理平面的重要特征就是管理功能的分布化和智能化。傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)管理體系被基于傳送平面、控制平面和信令網(wǎng)絡(luò)的新型多層面管理結(jié)構(gòu)所替代，構(gòu)成了一個(gè)綜合化的光網(wǎng)絡(luò)管理方案，具有集中管理與分布智能

45、相結(jié)合、面向運(yùn)營者(管理平面)的維護(hù)管理需求與面向用戶(控制平面)的動(dòng)態(tài)服務(wù)需求相結(jié)合的特點(diǎn)。ASON的管理平面與控制平面技術(shù)互為補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)配置、性能監(jiān)測(cè)、故障管理以及路由規(guī)劃等功能。管理平面的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由ITUT負(fù)責(zé)，IETF也提出一些信令協(xié)議草案。管理平面通過NNIT接口對(duì)傳送平面進(jìn)行管理，同時(shí)通過NNIA接口對(duì)控制平面進(jìn)行管理。三大平面之間通過3個(gè)接口實(shí)現(xiàn)信息的交互?？刂破矫婧蛡魉推矫嬷g通過連接控制接口(CCI)相連，交互的信息主要為從控制節(jié)點(diǎn)到傳送平面網(wǎng)元的交換控制命令和從網(wǎng)元到控制節(jié)點(diǎn)的資源狀態(tài)信息。管理平面通過網(wǎng)絡(luò)管理接口(包括NMIA和NMIT)分別與控

46、制面及傳送平面相連，實(shí)現(xiàn)管理平面對(duì)控制平面和傳送平面的管理，接口中的信息主要是網(wǎng)絡(luò)管理信息。控制平面上還有用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口(INNI)和外部網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口(ENNI)。UNI是客戶網(wǎng)絡(luò)和光層設(shè)備之間的信令接口?？蛻粼O(shè)備通過這個(gè)接口動(dòng)態(tài)地請(qǐng)求獲取、撤銷、修改具有一定特性的光帶寬連接資源，其多樣性要求光層的接口必須滿足多樣性，能夠支持多種網(wǎng)元類型；還要滿足自動(dòng)交換網(wǎng)元的要求，即要支持業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、鄰居發(fā)現(xiàn)等自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能，以及呼叫控制、連接控制和連接選擇功能。INNI是在一個(gè)自治域內(nèi)部或者在有信任關(guān)系的多個(gè)自治域中的控制實(shí)體間的雙向信令接口。ENNI是在不同自治域中控制實(shí)體之間的雙

47、向信令接口。為了連接的自動(dòng)建立，NNI需要支持資源發(fā)現(xiàn)、連接控制、連接選擇和連接路由尋徑等功能。 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案ASON的組網(wǎng)可采取下列方案：1. ASON+DWDM：這一組網(wǎng)方案最大優(yōu)點(diǎn)是，利用了DWDM系統(tǒng)的大容量長(zhǎng)途傳輸能力，以及ASON節(jié)點(diǎn)的帶寬容量和靈活的調(diào)度能力，從而組建一個(gè)功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)。在骨干和匯聚層網(wǎng)絡(luò)中，ASON節(jié)點(diǎn)可以完成傳統(tǒng)SDH設(shè)備所能完成的所有功能，并提供更大的單節(jié)點(diǎn)帶寬容量、更靈活和更快捷的電路調(diào)度能力，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營費(fèi)用也比較低。ASON節(jié)點(diǎn)所能提供的單節(jié)點(diǎn)交叉容量可以大大緩解網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)瓶頸問題。2. ASON與SDH混合組網(wǎng)方案：由于ASON

48、可以基于規(guī)范的SDH傳送網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，也可以基于規(guī)范的光傳送網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，因此ASON可與現(xiàn)有的SDH傳送網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)。ASON與現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)的融合是一個(gè)漸進(jìn)的過程，在組網(wǎng)時(shí)，客戶采取先在現(xiàn)有的SDH網(wǎng)絡(luò)中形成一個(gè)個(gè)ASON小網(wǎng)絡(luò)，然后再逐步形成整個(gè)的ASON大網(wǎng)絡(luò)。 自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)智能光網(wǎng)絡(luò)中的若干關(guān)鍵技術(shù)支撐和決定這智能光網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣，在智能光網(wǎng)絡(luò)中它們起著極為重要的作用，主要有以下幾種：1. 節(jié)點(diǎn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)技術(shù)光節(jié)點(diǎn)的作用是以波長(zhǎng)路由為基礎(chǔ)，提供端到端的光通道連接和分插復(fù)用，對(duì)光通道進(jìn)行優(yōu)化配置和動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)疏導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)支撐骨干業(yè)務(wù)網(wǎng)的流量工程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)與恢復(fù)。在節(jié)點(diǎn)采用光交換將使透明光網(wǎng)

49、絡(luò)成為可能，并可以實(shí)時(shí)地依據(jù)業(yè)務(wù)的需求和控制信令的指配動(dòng)態(tài)地進(jìn)行光開關(guān)交換矩陣的倒換，實(shí)現(xiàn)按需動(dòng)態(tài)配置波長(zhǎng)，從而在透明光網(wǎng)絡(luò)中建立端到端的光通道。而以動(dòng)態(tài)可重新配置的、多粒度的光交換設(shè)備為主構(gòu)建的智能化的透明光網(wǎng)絡(luò)極大地簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)，降低了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本和管理的復(fù)雜性，使得各種不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互操作變得簡(jiǎn)單可行，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)有效的端到端的帶寬分配和光通道建立的智能性。因此，在未來的ASON中作為光交換主角的將是OXC、OADM和波長(zhǎng)路由器等節(jié)點(diǎn)設(shè)備。波長(zhǎng)路由器由波長(zhǎng)選擇器件和OXC控制模塊兩部分組成。其中，波長(zhǎng)選擇器件是負(fù)責(zé)光通路倒換的光開關(guān)矩陣OXC交換機(jī)構(gòu)，OXC控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)

50、OXC倒換進(jìn)行管理，OXC中各光波長(zhǎng)通道之間通過GMPLS協(xié)議和波長(zhǎng)選路協(xié)議進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)選路交換快速形成，提供動(dòng)態(tài)連接。在光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中綜合了先進(jìn)的MPLS業(yè)務(wù)量工程控制層技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜性，因此特別適合于由OADM和OXC組成的光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2. 光通路路由狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)光通路路由狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)光傳送網(wǎng)(OTN)中光通路路由狀態(tài)監(jiān)測(cè)是指對(duì)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的光通路的路由狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，要求完成的功能有：確定該光通路是否連通；是否按照要求正確地配置光通路的路由；如果沒有連通，故障點(diǎn)在何處；如果沒有正確配置，問題出在什么地方。智能光網(wǎng)絡(luò)光通路路由狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)OTN具有重要意義。首先，它完成光通路的連通性檢查，在發(fā)生光通路阻斷的情況下負(fù)擔(dān)故障定位的功能；其次，監(jiān)測(cè)光通路實(shí)際的路由狀態(tài)配置是否與管理者的要求一致；最后，在發(fā)生路由配置錯(cuò)誤的情況下，擔(dān)負(fù)起故障定位的職責(zé)。3. 網(wǎng)絡(luò)的生存性網(wǎng)絡(luò)的生存性高效靈活的保護(hù)與恢復(fù)手段是新一代ASON必須具備的重要特征。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，對(duì)光纖骨干網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)恢復(fù)能力和QoS能力也提出了更高的要求。光纖骨干網(wǎng)絡(luò)交換的粒度一般比較大，網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)失效將引起業(yè)務(wù)量的嚴(yán)重?fù)p失，因此在未來的智能化光骨干網(wǎng)中不能不考慮光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)恢復(fù)策略，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自愈生存能力。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜投嗖ㄩL(zhǎng)