城域网与接入网发展新趋向[下]

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　　接入网（Access Network，AN）技术的新发展趋向

　　随着用户的增多和IP及视象业务的迅速发展，传统的DSL技术发展空间将日益缩小，而未来的巨大市场必将由新技术来占领。美、日、韩和部分欧洲国家早已在为下一代接入网技术作积极准备。接入网的新技术包括：

　　1．波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术

　　DWDM/ CWDM将在城域/ 接入网中发挥越来越大的作用。如所周知，密集波分复用（DWDM）已经在干线网中普遍采用，它也将在城域网中发挥重要作用。具有业务透明、连接灵活、功耗低、体积小、价格低等一系列优点的稀疏波分复用（CWDM）将在城域/接入网，特别是在未来的接入网中，发挥巨大的作用。ITU-T的G.694和G.695分别定义了CWDM技术的波长分配和光接口规范。CWDM波长间距为20nm，每个波长有13nm光谱波长容限，在整个O，E，S，C，L（1271nm～1611nm）光谱的带宽内，一般无需采用制冷的和高波长稳定度和高色散容限的高价激光器，不采用成本昂贵的密集波分复用器 / 解复用器。低价的激光器和粗分滤波器件，大大降低了成本。CWDW便于实现多业务通信，便于透明灵活组网，可承载SDH，ADSL，PON，HFC，LAN，IPv6，IPTV等多种业务，功耗小，维护费用低，易于扩容。虽然CWDM的波长数和传输距离有限，每根光纤一般可容纳16个波长，最远约可达100公里，但成本比DWDM低很多，因此在接入网中将有很大的发展空间。

　　2．无源光网络（Passive Optical Network，PON）

　　1988年，基于电话业务的TPON设想首先在英国被提出。1995年， 由某些电信运营商组建的（Full Service Access Network，FSAN）国际研究组共同研究了全业务接入网技术。1997年，根据FSAN建议，ITU-T提出了以ATM为基础的，上下行速率均为155Mbps 的APON标准G.983.1。在2001年，有关规范又被修正为上行155Mbps和下行622Mbps的不对称传输系统和上、下行均为622Mbps的对称系统被称为Broadband PON即BPON。鉴于数据流量的剧增，APON和BPON所采用的物理层结构其速率己难以提高，而且它们在传送IP流量时效率很低，因此FSAN致力于推出一种速率大于Gbps的PON，并以采用通用组帧程序（Generic Framing Procedure，GRP）的方法来提高效率。GFP允许可变长度的帧与ATM单元混合组帧。2003年，在FSAN的建议基础上，ITU-T提出了有关Gigabit-capable PON（GPON）的G.984.1和G.984.2建议。GPON的上、下行速率提高到了2.5Gbps，效率也大为提高。在以太网基础上发展起来的EPON，是遵循IEE802.3工作组规范的无源光网络。IEEE802，3ah工作组还规范了Gbps速率以上（e. g. 10Gbps etc.）EPON。与电信运营商不同，他们认为保持IP以太网没有拘束、无所不在和低成本等优点，不过度规范其标准的作法，将使EPON更有发展前景。在未来的广播TV节目、IP多播技术、VOD、单线Karaoke、IP电话、DVD级多播及登录、电子旅游、电子游戏等充分普及后，究竟GPON还是EPON是赢家，现在还难以预料。WDM-PON采用波分复用与无源光网技术组合而成。它具有可采用不同波长作为上、下行通道并可综合利用GPON与EPON等技术组织多种业务的优点，因此受到了人们的青睐。随着成本的不断降低，在未来全业务光接入网的发展中WDM-PON将发挥巨大作用。

　　3.垂直腔面发射激光器件（Vertical Cavity Surface Emission Laser series， VCSELs）

　　长波长单模的垂直腔面或边发射激光器件是近年来国际光接入网技术中的一颗“新星”。VCSELs与带状（Ribbon）光纤结合后将组成廉价和丰富多彩的光纤接入网，它将大大促进城域/接入网的发展。在850nm短波长多模VCSELs问世以后，人们一直在期待着它的出现。国际上，用MOCVD技术在磷化銦基底上生长的长波长单模1310nm和1550nm单片的InAlGaAs/InP VCSELs和在砷化镓上生长单片的InAlGaAs VCSELs己经研制成功，并即将进入批量生产阶段。日本等国正在为进一步降低系统成本而努力。最新进展是采用了单模光纤直接耦合10Gbps VCSEL-TOSA新技术。TOSA是发射部分光辅助装置的简称。低功耗、低损耗、低成本、高效无透镜的单模光纤耦合和优良的RF特性是TOSA研制的目标。降低激光二极管驱动IC（LDD）功耗也是重要环节之一。LDD与TOSA 将集成在一起以达到进一步降低成本的目的。VCSELs 的实用化将进一步促进国际FTTP、FTTH的发展进程。

　　城域/接入网中的的光纤、光缆

　　多年来光纤和器件制造业一直为扩展光纤可用波段而努力。由于红外、紫外吸收、瑞利散射和氢氧根的影响，光纤中的可用波长带宽是有限的。除用于短距离传输的短波长多模光纤外，单模光纤在800～1250nm之间约190THz是截止波长，1250nm以上至1700nm之间约50THz的波长带宽才是光通信系统的可用黄金波段。国际上已建设的长距离光通信系统大部分均采用了以1310nm波长为主的常规单模光纤G.652。由于光纤在1500nm处损耗低但色散大，为了有利于通信距离进一步增长，开发了零色散位于1550nm的低损耗色散位移光纤(DSF) G.653。为了克服“四波混频(FWM)”对密集波分复用光通信系统的影响，光纤制造业又研究开发了非零色散光纤(NZ-DF) G .655。在光纤中1530nm～1565nm通常被称为C波段，1565～1625nm为L波段，1460nm～1530nm为S波段。人们正在利用激光器件和光纤中的非线性来进一步挖掘、扩展光纤中的有用频段。一般说来，单模光纤原来1550nm处的可用波长带宽仅10nm，通过均衡达30nm，在掺铒光纤放大器(EDFA)、增益迁移掺铒光纤放大器(GS-EDFA)和拉曼放大等的共同作用下可以进行无缝隙放大，使光网络的可用波长带宽跨越C、L波段达到80nm以上。此外，光纤中的S波段可以由增益迁移掺铥光纤放大器(GS-TDFA)和分布式拉曼放大(Distributed Raman Amplification)来进行扩展。在充分利用C、L、S波段的波长带宽以后，密集波分复用数已达273个以上。在经过各种技术处理后，频谱效率已能做到小于0.4-bit/Hz，这是实现超大规模密集波分复用所必需的。为了进一步扩大C+L+S带宽的联合作用和降低四波混频（FWM）串音影响，国际光纤制造业还正在研制新的下一代的零色散低于S频段的中等色散光纤(Medium Dispersion Transmission Fiber)，其色散在5～11ps/nm?km之间，例如己研制成功True Wave REACH光纤，其色散为7.5ps/nm?km。人们称光纤中1260～1360nm为O波段，1360nm～1460nm为E波段。 由于光纤中最大的水分子峰，亦称“羟基”，约位于1380～1390nm波长处，在这一波段中光纤损耗很大，为了进一步扩展和利用光纤中的有用波段，国际上开发了“无水峰”光纤。

此外，还正在用掺镨光纤放大器（PDFA）来充分发挥O波段的潜力。如前述，对城域/接入网而言，光纤光谱带宽中的O、E、S、C、L都是有用的，充分利用好这些波段需要业界共同的努力。为了光接入网的需要，国际上正在积极研制专为光纤到户（FTTH）设计的具有对弯曲不敏感和低接续损耗性能的低成本的接入网和用户光纤、光缆。日本、韩国和美国正在研制掺氟的塑料光纤。积极推动FTTH的日、韩、美等国已遇到实用化和可靠性等一系列的实际问题。国际光接入网正在稳步走向家庭。

　　结语

　　城域网和接入网在新的世纪里将会有很大的发展。特别是光的城域 / 接入网高、新技术不断涌现。在最近的光通信国际论坛上，最后一公里（Last Mile）已被改称为最先一公里（First Mile），他们的用意是明显的，全业务光接入网将成为光通信技术未来发展的前沿。我国光通信业已经具有一定基础，希望在未来的发展中，积极主动、开拓创新，为我国城域/接入网的发展作出贡献。