骨干网上光纤通信技术的发展及应用

2019-11-03 18:07:30

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骨干网上光纤通信技术的发展及应用（张琼）摘要本文首先对骨干网上采用的光纤和传输系统进行了分析和比较，然后介绍了传输骨干网上的光纤通信技术的发展趋势。前言近年来，由于计算机的广泛和普及，数据业务正呈现指数式增长态势，平均年增长率达25％-40％，远高于电话业务，特别是ip业务正呈现爆炸式增长，其业务量已达到了6-12个月左右就翻一番的地步，比著名的摩尔定律（18个月左右就翻一番）还要快1.5-3倍。数据通信市场的迅猛发展，推动着光纤通信技术的进步，并向高速度、大容量、低价位的方向发展。本文将首先介绍我国光纤骨干传输网的基本结构，然后介绍了骨干网上采用的光纤及传输系统，并对其进行了分析比较。骨干传输网的基本结构我国的光纤骨干传输网的基本结构一般由一级骨干网和二级骨干网构成。一级骨干网连接省会城市，疏通省间业务和国际业务，其业务流量特别大，传送距离远（一般超过500km），由环型网和格状网构成。二级骨干网连接地级城市，疏通相邻各地级城市间以及地级城市与省会城市间的业务，其业务流量小于一级骨干网，传送距离较近（一般为100-200km），由环型网和线型网构成。一级骨干网和二级骨干网通过DXC4/4或光OXC连接。骨干传输网采用的光纤目前，在光纤骨干传输中，限制光纤传输的主要因素是：色度色散、偏振模色散（PMD）和光纤非线性。色度色散可以通过补偿光纤来降低，偏振模色散可通过改善生产工艺控制光纤的不圆度来减少，光纤非线性可通过增加光纤的有效面积或减少入纤光功率来减少。骨干传输网采用的典型光纤有：G.655非零色散（NZDF）光纤，G.653色散位移（DSF）光纤和G.652单模（SMF）光纤。下面具体分析一下。（1）G.652单模光纤 G.652单模光纤在C波段（1530-1565nm）和L波段（1565-1625nm）的色散较大，一般为17-22ps/(nm.km)，系统速率达到2.5Gbit/s时，需要进行色散补偿，在10Gbit/s时系统色散补偿成本很大，因此大的色散限制了G.652单模光纤的应用，其经济的传输系统是基于2.5Gbit/s的DWDM系统。（2）G.653色散位移光纤 G.653色散位移光纤在C波段和L波段的色散一般为-1--3.5ps/(nm.km)，在1550nm是零色散，系统速率可达到20Gbit/s和40Gbit/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM扩容时，会出现非线性效应，导致信号串扰，产生四波混频（FWM），因此不适合采用DWDM。（3）G.655非零色散光纤 G.655非零色散光纤在C波段的色散为1-6ps(nm.km)，在L波段的色散一般为6-10ps/(nm.km)，色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频（FWM），可采用DWDM扩容，也可以开通高速20Gbit/s和40Gbit/s系统。G.655可以使有效面积扩大到一般光纤的1.5-2倍，大有效面积可以降低功率密度，减小光纤的非线性效应，是用于骨干传输网理想的光纤。骨干网采用的光纤传输系统一级骨干传输网是大容量的高速通道，电路组织以VC4通道为基础的大颗粒管理。采用TDM 10Gbit/s以上的系统，比2.5Gbit/s系统更有利于网络组网业务疏通和电路调度。10Gbit/s系统与2.5Gbit/s系统相比，网络节点上的交叉连接（DXC）设备更简单、成本更低。目前，适用于一级骨干网的典型传输系统有：32*2.5Gbit/s、16*10Gbit/s、32*10Gbit/s。如果一级骨干传输网使用大有效面积的G.655光纤，传输设备和色散补偿的成本将比G.652光纤低40％左右。适用于二级骨干网的传输系统有：TDM 2.5Gbit/s和10Gbit/s系统、16*2.5Gbit/s、32*2.5Gbit/s，电路组织以VC12为基础进行管理。系统的经济性分析骨干传输网的成本主要由光纤线路成本、传输设备成本和运营成本构成，在相同的光纤线路上，运营成本一般相差不大，主要取决于设备成本。10Gbit/s的TDM系统设备的投资与2.5Gbit/s的2.5倍左右。对于大容量的DWDM系统来说，降低系统投资成本，取决于系统的波长数，比特率和传输蹁，在一定的传输距离条件下，比特率越大，系统综合造价越低；波长数越多，平均电路成本越少。另一方面，当系统容量很大时，无限的带宽将会使系统的单位电路成本受距离的影响减少。以一个2500km的传输为例，计算一条2Mbit/s电路在不同的TDM和DWDM系统中的投资成本，结果如表1所示。从表1中可以看到，光纤通信系统的传输带宽越宽，电路的平均投资成本将越低。当在密集波分复用系统中，平均的电路成本降得更低，尤其在32*10Gbit/s系统中，2Mbit/s的电路成本已远远低于本地网的市场价格，这时电路的带宽成本和距离已经可以忽略不计。表1 2Mbit/s传输电路的投资成本

	34Mbit/s	140Mbit/s	2.5Gbit/s	16*2.5Gbit/s	32*10Gbit/s
平均成本（万元/E1）	1448	420	30	2	0.29

总之，要提高传输骨干网的经济效益，需要采用超高速、大容量光传输技术，在系统容量规划一定的条件下，大容量的光传输技术，在系统容量规划一定的条件下，大容量的TDM投资成本比多系统的低容量系统更经济。未来的发展趋势在过去的20多年里，光纤通信系统容量平均每10年增大近100倍。预计在未来的10年，电信业务量增长40-50倍，系统容量将会再提高100倍左右。在超高速系统中，网络若继续采用SDXC或ATM DXC/ADM设备，网络节点将变得十分复杂和庞大，实现难度越来越大，网络会变得不经济。另一方面，随着系统速率的增加，会出现电子瓶颈。因此，网络需要建立更高层的光通道（OP）层，采用光交叉设备（OXC）、光OADM与DWDM技术组网，网络对光通道和光波长进行组织管理和调度。网络将向透明的全光网络方向发展，可以传送不同速率、不同体制和格式的光信号。在2005年后，传输骨干网将应用100*10Gbit/s、160*10Gbit/s、40*40Gbit/s、的DWDM的DWDM系统，OXC和无源光网（PON）技术也将得到应用。OXC、OADM与DWDM技术的结合，将使光纤通信系统进入全光网时代，用户的需求将以光波长进行分配。由于光时分复用（OTDM）系统速率可达几百Gbit/s，不受四波混频（FWM）等非线怀的影响，光放大器简单，并与全光网络兼容。光弧子传输技术，可以实现超高速和超长距离（上亿公里）传输，不受光纤色散的限制，可与DWDM结合。因此，在十年后，传输骨干网络将是以DWDM为主，光时分复用（OTDM）系统和光弧子传输技术共存的全光网络。

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