个人通信需求的井喷式增长，行业信息化的飞速发展催生了IPTV、网络游戏、企业办公、3G通信等丰富多彩的多媒体业务。光通信网络作为有效承载这些业务的物理网，在新一轮的电信发展中承担着历史重任，追求速度更快、带宽更广的“信息高速公路”在这两年中迅速铺设，不仅延伸得更远，覆盖更广，而且也更加富有技术含量，安全、智能的“高速路网”正日臻完善，其中DWDM、ULH、单模光纤等技术功不可没……
——编者
高速率：40G构建下一代“信息高速公路
目前，在我国的通信骨干网络中，最高单通道通信速率基本上都是采用10Gb/s，并结合波分复用技术（DWDM）来提升带宽。随着IPTV、网络游戏、网络多媒体、网上办公、3G移动通信、远程移动存储等新业务的应用，人们对通信网的带宽需求不断增长，必须建设速度更快、通信带宽更宽的“信息高速公路”，才能满足人们日益增长的通信需求，40Gb/s光通信是下一代“信息高速公路”的必然选择。
采用40Gb/s光通信来构建“信息高速公路”具有如下优势。首先，采用40Gb/s光通信系统，可以将现有系统的传输容量提高四倍。单根光纤可以实现近50万路电话同时通话，如果与DWDM系统结合，单根光纤可以实现几千万个电路同时通话。
其次，它可以更有效地利用光纤的传输频带，频谱效率比较高，也就是说，它可以有效提高光纤的利用效率。
再次，理论上提高光通信的传输速率，可以减小设备的体积，提高设备的集成度（体积可以减到同等传输容量10G系统的一半或更小），有效地降低每比特的传输成本（一旦获得大量应用，其成本预计将降到同等传输容量的10G系统的一半以下），维护更容易，大大降低了系统的综合运维成本。
最后，40G系统将使业务得到高效和有保护的承载，可以更加有效地实现业务的调度和处理，其智能调度性、集成度要远远好于4个10G系统。
有人提出，为什么不采用只增加四个10G信道的方法来实现40G的容量？事实上，核心光网络的带宽必须大于任何单一的接入信号。10G问世时，最快的交换机或路由器的接口速度只有2.5G。现在路由器的速度已经赶超上来，是再次扩展核心网络的时候了。
40G传输的几种关键技术。第一，色度色散补偿和极化模PMD补偿技术。从理论上看，色度色散代价和极化模色散代价都随比特率的平方关系增长，因此40G的色散和PMD容限比10G降低了16倍，做起来很困难。
第二，光信噪比的要求较难满足。因为从整体上说，它比10G要求提高了6dB，差不多要求32dB的光信噪比。这么高的光信噪比如果没有喇曼放大器，则很难做到。
第三，调制格式的选择。40G调制是一个很大的难题，有那么多选择，如NRZ码、差分相移键控RZ码（RZ-DPSK）调制方式、光孤子（Soliton）调制方式、伪线性RZ调制方式、啁啾的RZ（CRZ）、全谱RZ（FSRZ）、双二进制，究竟哪一种好呢？目前还没有结论。看来，短距离传输采用传统的NRZ，而长距离传输DPSK最有希望。这种调制方式的频谱宽度介于NRZ和RZ之间，比普通RZ码的频谱效率高，可以改进色散容限、非线性容限和PMD容限，传输距离比普通RZ码长。这种调制方式的光信噪比可以比NRZ改进约3dB，有些情况下可能高达6dB，是一种能有效扩展传输距离和适合40Gb/s速率的调制新技术。
第四，超级FEC。这是一个非常古老的技术。1984年推出，过了18年，它才开始形成大规模的应用。这个技术的发展是很有意思的，在当时的条件下，电信采用的是多模系统，但后来转成单模，因而就不需要FEC了。随着光速率达到40G，提高光信噪比的难度越来越大，成本和代价也越来越高，FEC就成为一个非常关键的实用技术。特别是对于40Gb/s速率，采用带外FEC已经成为关键的使能技术之一，不仅可以使传输距离达到实用化要求，而且在一些短距离传输系统上，可以避免实施昂贵复杂的有源PMD补偿。
第五，封装技术。在40G速率下封装技术也成为一个难点。光纤耦合容差仅0.2mm，所以在范围很宽的温度下能够继续维持稳定工作并不是一件简单的事。
第六，交换机和路由器的接口难度更大，需要非常复杂的处理能力，包括在40Gb/s速率下实现包基础的业务量整形、过滤和优先。它涉及很多元件，包括成帧器、网络处理器、流量工程实现芯片和高速I/O芯片等。预计其商用化时间比传输系统晚一年。
扩展信道带宽背后有一个很简单的逻辑。核心应该能够打包业务，并在网络中有效地传输这些包。如果能够在每个波长中包含多个数据连接，核心网络的功能和可收益性将大大提高。因此，随着数据网络设备开始采用10G接口，核心向40G转移就变得非常重要。
强调40G的重要作用，因为它有很广泛的应用范围。在未来三年内，将会看到40G接口不断出现在DWDM系统、ADM设备、大容量带宽管理设备及路由器上。40G接口将在数据中心或网络POP节点中提供高速互联的功能。同时，还将看到40G系统在城域网以及长途干线网络中的广泛应用。
40G究竟要在网络的哪一部分立足将是广为关注的问题。由于网络越来越注重城域地区，因此有些城域网络的带宽需求将很有可能与核心网络的带宽需求相当，甚至有所超越。这将促使40G系统首先在城域网中采用。
随着全球电信业的转型，光通信又一次进入蓬勃发展时期，而这次发展涉及的范围更广，技术更新更难，影响面也更宽。我国在超高速率、超大容量、超长距离光通信方面取得的突破，尤其是基于40Gb/s系统的超高速超大容量光传输技术的应用，对构建我国的“信息高速公路”、改善通信网的结构、满足社会信息传输需求，将发挥重要的作用并产生深远的影响。
长距离：让信息传递不再坎坷
随着宽带接入的普及，运营商骨干网络承载的业务模型越来越向数据转变，IP业务已经成为WDM带宽的最大使用者，汇聚型的数据业务在传送网上呈现出十分突出的“长距离直达”特点。根据统计，IP骨干层60％的中继距离在1500km左右，15％在2000km以上。另外，从目前WDM主要节点波道的安排来看，节点间的直通波道占整个波道容量的80％左右，普通省会城市之间的波道需求很小。因此，业务模型的变化推动着WDM系统向ULH方向发展。新一代的ULH系统不仅可以延长传输距离达到2000km，而且在每隔400km的大中城市通过OADM上下若干波长，避免了全波段的业务终结，可以节省设备投资成本20％以上。再结合动态可配置的ROADM，可以实现整个网络的灵活扩展，为真正的动态光网络提供基础。目前，传输距离在2000km左右的ULH系统在技术上已经成熟，并开始商用。
国内各个厂商对于ULH技术也进行了大量的研究，中兴、烽火等公司在国家863计划的资助下，已经完成了ULH试验系统的研究和搭建，并且在网上获得了应用。其中，中兴公司研发的大容量、超长距离传输ULHDWDM系统容量可升级达到160×10Gbit/s，波长范围覆盖C+L波段，可在G.652光纤的环路平台上实现超过5000km的无电中继传输。烽火公司研发的超长距离传输系统覆盖C+L波段，系统容量可升级达到160×10Gbit/s，直线传输距离可以达到3040km。两个系统使用的都是CS-RZ编码，EDFA和喇曼混合放大技术。上述两个公司的相关研究成果已经有进一步商用化的计划。华为公司也宣布研制成功了ULH系统，在业务容量为40×10Gbit/s使用G.652和G.655两种光纤的情况下，该系统实现全长4600km的无电中继传送。
国外设备制造商也在前几年开始了ULHWDM系统的研发，原朗讯公司开发的LambdaXtreme超长距离光传输系统据报道能将128条10Gbit/s光信号传送距离延至4000km，中间无需放大器。对于64条40Gbit/s的光信号，传输距离可达1000km。同时，Alcatel、Ciena、Corvis、Nortel等公司也有了商用化产品，但总的来说应用还不多。
从技术角度来看，利用ULHWDM系统中的EDFA与喇曼放大器结合的放大技术、采用色散和非线性容限较高的码型等ULHWDM技术都可以延长光放段的传输距离，用于骨干网中长跨距的应用，这是目前比较普遍的ULHWDM技术应用。同时ULHWDM系统可以减少电再生站、光放站的数量，延伸光放站之间的距离，充分反映出采用超长距系统对系统成本的降低。直接建设大型城市之间的超长距传输系统可以解决对带宽的迫切需要，同时节省了大量的光放站和电再生中继站，降低了系统的成本和维护费用，与可配置OADM技术结合，在骨干网上可以实现大城市之间的快速直达车，在中间的大城市站点可以采用OADM来实现业务接入。可以说，OADM技术的发展对于ULH的发展也起到很重要的作用。OADM一般分为固定波长上下的OADM以及100％动态上下的OADM两种，其中，远端动态可配置的OADM（ROADM）是ULH系统的发展方向。对于固定波长上下话路的OADM，一般上下波长在20%到40%之间，可为串联结构，也可为并联结构，或者是串并联结构混合，从运维的角度看，目前运营商一般选用并联式结构。对于ROADM，存在着两种结构，分别是广播和选择型、解复用与交换/复用型。ROADM的关键组包括交换结构、波长阻塞器和可调滤波器、可调激光器等。广播和选择型ROADM，一般由分光器和波长阻塞器构成，并且，联合波长选择开关的使用，还可以将OADM升级到纯光交叉PXC，向真正的纯光网络拓展；解复用与交换/复用型一般由2×1光开光阵列构成，上下波道数可在0～100％之间可配，满足运营商实际建设的需要。
大容量：DWDM巩固骨干网向城域挺进
目前，传统的语音业务已经不再是电信业务的主角，视频点播、视频通信等新业务的出现对传输网提出了更高的要求，高速、大容量的全光网络成为传输网发展的方向。DWDM（密集波分复用）以其在骨干网中的出色表现和在城域网中巨大的应用潜力，成为光网络建设的主流选择。在骨干网应用优势明显超长距离、超大容量和超高速率是下一代传输网的特征，光网络技术无疑是构筑传输网的最佳选择。但光纤色散、衰减和非线性效应等因素限制了光网络的传输距离、容量和速率，严重阻碍了光传输网的进一步发展。随着在编码、色散补偿、光放大器和动态可配置等一系列关键技术上的突破，DWDM在骨干网建设中展现出明显的优势。
DWDM系统不采用电中继，而是采用掺铒光纤放大器等无源光器件在传输途中对光信号进行补偿，极大地增加了信号的传输距离。由于省去了大量的电中继设备，系统的成本得到有效控制，对于在骨干网中实现数据的超长距离传输具有现实意义。
在DWDM系统中，光纤是传输媒质。凭借光纤特有的物理特性，DWDM系统在数据传输上具有无与伦比的速度优势。作为一种波分复用技术，DWDM继承了WDM的所有优点。以前一根光纤只能传输一个波长的光，光纤的利用率低。当波分复用技术得以应用之后，系统能够把不同波长的光信号复用到一根光纤中传播，显著提高了骨干网的传输容量。而且，与普通的WDM系统相比，DWDM系统拥有更多的波道，这就意味着DWDM系统将拥有超大的传输容量。
当传输网需要扩容时，只需调整DWDM系统的波道数，而无需改变光放类型或加入新的光放站，就能实现系统的平滑升级，系统的可靠性高、升级成本低。需要注意的是，在光传输网的设计阶段，应该科学地设定DWDM的最初波道数和最终波道数。如果最初波道数设置过大，必定会造成资源浪费，增加运维成本。然而，如果最初波道设置太少，不仅无法满足现有业务的需要，频繁地升级对网络的运行也会造成不利影响。结合目前的业务情况，设置最初波道数为16，最终波道数为32是一种比较合理的方案。
传输的透明性是DWDM技术的最大优势。DWDM网络可以采用IP、ATM、SONET/SDH和以太网协议等不同的方式来传输数据，能够实现在同一根光纤中以不同的速率传输不同类型的数据，同时还能保证良好的服务质量。向城域网推广潜力巨大城域网具有传输距离短、拓扑灵活和业务多样等特点。虽然DWDM有着许多明显的技术优点，但建设成本相对较高是DWDM无法在城域网广泛应用的主要原因。目前，CWDM是城域网建设的主要技术，但DWDM的发展潜力巨大。
城域网中的光纤数目是有限的，而且铺设新光纤很困难，因此必须提高现有光纤的利用率。目前，许多运营商采用租用光纤的方式构筑通信网络，尽量减少租用光纤的数量能够为运营商减少成本、提高竞争力。同时，城域网中的业务发展迅速，要灵活地提高网络的传输速率和容量才能适应它的发展，这就需要城域网具有平滑升级的能力。此外，城域网中业务的多样性对传输的透明性提出了更高的要求，建设城域网的技术必须能够承载多种协议。DWDM技术切合城域网对光纤利用率、平滑升级以及传输透明性的要求，只要降低成本、提高系统效率，DWDM技术就能在城域网得到推广。
CWDM系统具有设备简单、功耗低和体积小等诸多优点。与DWDM系统相比，CWDM系统降低了器件的性能要求，从而达到降低网络建设成本的目的。然而，随着电信业务的不断发展，CWDM在性能上的缺陷显得愈加明显。在初期，可以利用CWDM与DWDM配合部署的方式解决成本问题，但CWDM注定只能作为过渡技术，改进后的DWDM才是未来城域网建设的核心。当然，我们不能把骨干网上的DWDM系统简单地搬移到城域网上来应用，对于城域网而言，骨干网上的DWDM系统相对复杂，建设成本偏高。我们必须针对城域网的特点进行技术改进，才能在城域网中充分发挥DWDM的优点。通过光分叉复用技术和可重构的光分叉复用技术，DWDM系统可以提升自己的组网灵活性和可规划性，实现对波长的灵活调度，并且，这种技术能够使DWDM系统更灵活地组成自愈环，为业务提供有效保护，在出现故障时实现瞬时恢复。
虽然在成本方面DWDM目前仍不能满足城域网建设的要求，但是关于DWDM在城域网中应用的研究已经取得了一些进展。相信随着技术的进步，DWDM能够使城域网突破传输瓶颈，和骨干网一起朝着超高速、超大容量的方向迈进。（郭川）
新光纤：为系统发展奠定基础
作为光传输系统中使用最为广泛的光纤产品，单模光纤是在与光传输系统的相互促进中不断发展和完善的，一方面，光传输系统的不断升级对光纤提出了新的要求，另一方面，不断改进的光纤技术又为光传输系统的发展创造了空间。就使用广泛的单模光纤而言，其技术的发展和进步主要体现在传输损耗、色度色散、偏振模色散以及非线性效应的优化及改进等方面。
作为光纤的最重要技术指标，经过多年的应用和发展，单模光纤的损耗目前已经接近于理论的极限。除了光纤固有的损耗外，光纤的非固有损耗主要是由光纤中杂质吸收、波导散射等因素构成的，其中，OH-离子对光纤有重要的影响，其在1.38微米附近的吸收峰对光纤的影响最大。长期以来，由于1.38微米附近的OH-离子吸收峰的影响，造成标准单模光纤在1360纳米到1460纳米之间的波长范围无法使用。近年来，通过不断降低光纤中OH-离子的浓度等技术手段，人们生产出了低水峰光纤，并逐步成为市场的主流产品。低水峰光纤的开发成功和商用使标准单模光纤G.652光纤在全波长范围内都具有低损耗的特性，可以用于系统传输，尤其适合城域网中粗波分复用技术的使用。在其他方面，人们也进行了许多改进，使单模光纤的损耗接近了理论的极限值，同时，人们也认识到，由于光放大技术的发展，光纤损耗在一定程度上已经不是限制光通信系统性能的主要问题了。
在光纤的色散指标方面，经过多年的发展，单模光纤的色度色散和偏振模色散指标也不断优化和改进。在色度色散方面，最早投入使用的单模光纤G.652光纤在1310纳米附近损耗低且色散为零，适合单波长光传输系统的使用，但是随着光传输系统的发展，特别是DWDM系统的发展，人们发现，为1550纳米激光器而开发的G.653光纤无法用于DWDM系统，人们开始认识到，光纤的色散并非越小越好，色散对于DWDM系统的四波混频和交叉相位调制有抑制作用，于是人们开发了非零色散位移光纤即G.655光纤。由于G.655光纤对色度色散的规定过于模糊，在一定程度上失去了对光纤厂商的指导意义，使G.655光纤的种类过多，运营商的采用并不普遍，因此，目前市场上占主导地位的仍是标准单模光纤G.652，特别是低水峰的G.652D光纤。为弥补G.655光纤的不足，ITU提出了新的非零色散位移光纤标准G.656光纤，对光纤的色度色散作出了严格的规定，使其可兼容S、C、L波段，大大提高了光纤的容量，可用于长途核心网，支持非常小的波道间隔，同时也适用于城域网，减少了光纤的种类。此外，在偏振模色散方面，人们在光纤制造过程中也采取了许多措施加以改进，并且已经取得了不错的进展，提高了光纤传输的性能。
在光纤的非线性效应方面，经过长期的探索，人们认识到，提高单模光纤的传输性能还应该不断优化光纤的有效面积。增大有效面积可以提高光纤对非线性效应的抑制能力，但却会提高色散斜率，因此，综合各方面因素是十分重要的，这样才能使光纤的可用带宽不断扩展。
综上所述，我国光纤专家认为，单模光纤将呈现出以下发展趋势：第一，色度色散趋于适中，以保证足以抑制四波混频（FWM）和交叉相位调制（XPM）的影响，适应DWDM系统波长间隔越来越小的要求，同时又不至于色散代价太大；第二，有效面积趋于适中，一方面可以保证较好地抑制光纤的非线性对系统的不利影响，另一方面又能兼顾喇曼放大的效率；第三，色散斜率越来越小，色散曲线趋于平坦，使其更容易补偿，降低系统补偿成本；第四，PMDQ越来越低，以适应更高速率、更长距离光传输系统的要求；第五，零色散波长向短波长方向移动，使S波段也能够支持DWDM系统；第六，截止波长向短波长方面移动，使光纤在1260纳米～1625纳米的全波段都能支持单模传输；第七，OH-峰被削平，使光纤在1260纳米～1625纳米的全波段都具有低损耗特性。有关专家认为，在光纤20年以上的生命周期中，要求光纤制造商对光纤的参数有前瞻性的设计，尽可能在更长的时间内适应系统发展的需要，以保护运营商的投资。
