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光通信网的发展特征

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一、电通信与光通信

　　不论市内通信或是长途通信，长期以来都曾使用电的信号，相应地所有通信系统都利用电的传输和电的交换，组成电通信网。以电话通信来说，模拟话音信号经过脉码调制变成数字信号，电通信网就成为数字化的电通信网，它不仅用于实现电话通信，还可以用于数据通信和视频通信，包括可视电话和可视会议等等。大家熟悉的公共交换电话网PSTN就是最基本的电通信网。它将发展成为综合业务数字网ISDN，提供用户使用各种不同的通信业务，包括上述的电话、数据和视频通信。

　　自20世纪90年代中期起，国际上开放互联网In*9鄄ternet让公众使用，用户就使用计算机上网实现数据通信，并索取大量有用的数据信息。于是通信领域中数据通信业务量快速增长，超过电话的年增长率。进入21世纪后，数据通信业务总量必将超过传统电话业务总量。相应地，正在考虑设计的新型通信网必将以数据通信为重心，传统的电话网必将作出相应的改变。这是通信网发展过程中的明显的重要转折。

　　随着数字通信的普遍应用及其业务量的快速增长，为便于全世界各国统一使用，国际上曾经按电的时分多路TDM的原则，制订数字群系列标准。最基本的是以30-32路电话为一群，按每路数字话音信号64kbit/s计，30-32路数字电话的速率共约2Mbit/s，这样就成为基本的数字群。其后，4个2Mbit/s合成下一级数字群8Mbit/s，这样4个4个地组成34Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s以至10Gbit/s。这样把电的数字信号按4个低级群组成1个高级群的原则，称为同步/准同步数字群系列SDH/PDH。在使用电的时分多路E-TDM技术时，其电的数字合路/分路器和合群/分群器（Mux/DeMux）的结构制造难度，随着数字速率提高而加大。迄今，电的TDM似乎限于10Gbit/s以下，个别实验室曾做成4×10Gbit/s＝40Gbit/s，再高就有一定困难。因此，电的多路数字信号利用TDM技术所能达到的数字速率，在最近期间只能以40Gbit/s为限度。

　　在20世纪70年代末期，光纤通信在传输线路上开始实际应用，显示光纤有较大的潜在容量。尤其到了90年代，光的波分多路/密集波分多路（WDM/DWDM）在光纤线路上开始实际应用，更加可以加大每根光纤传输通信信号的总容量。这就雄辩地证明，光的信号完全有可能以较高的数字速率沿光纤线路传输。如果每一路光载波可以载荷最高电信号的数字速率40Gbit/s，而且每一根光纤装上25路DWDM系统，亦即一根光纤上有25个光载波，即25路光信号，则总的数字速率将为25×40Gbit/s=1 000Gbit/s，即1Tbit/s。这就是说，用了光信号一根光纤的传输数字速率容量在这例子里可以提高至1Tbit/s，比电信号的数字速率高得多。从这例子推广可知，光信号可能使用的数字速率比电信号的限度高得多。也就是说，通信网如果利用光信号，那么其容量将比利用电信号大得多。

　　这就意味着：当通信业务量增加到一定程度，以致传统的电通信网难以适应所需时，只能考虑让通信网从电通信网进化为光通信网。按近期的国际情况来看，通信传输线路利用铜线电缆以及频分多路的载波电话系统的辉煌时期已成过去。当今的通信传输线路已经相当广泛地使用光纤光缆，让光信号沿中长距离的光纤向前传输，这已得到全世界的认可，不再需要反复讨论。而通信网内部，虽然已经提出以全光网为建设方向，但还有具体的系统设计和相应的许多器件、组件需要仔细考虑和研究，必须经过一段过程。

　　任一用户终端接至对方用户终端实现通信的全过程，必然需要设置电/光转换（E/O）的部件，但如未来通信网为全光网，则网的内部所有器件和组件将全由光信号波长控制，不需要E/O和O/E部件，只在用户接上光纤传输线路和从光纤接至用户两处，需要有E/O和O/E部件。这样，全光网内部的确比较单纯，它们常被称为“透明”的网。

二、完带通信网

　　近年来，人类社会进入信息时代，通信业务量急剧上升。其中电话业务虽继续增长，但数据通信业务增长特别快。据可靠统计，电话业务量的每年增长率不到10％，而且大多是本地用户相互通话。突出的却是数据通信，用户置备个人计算机的人数越来越多，数据通信的业务量几乎每年翻一番，且通信地区范围遍及全球。

　　公用通信网有城市网和长途网，它们的通信容量和规模必然按照通信业务的增长而扩大，相应地它们用于传输和交换的设施必须增加和改进。事实上，近年的通信网的作用已不再像传统的PSTN那样单纯地为用户的电话通信服务，它们正在向综合业务数字网IS*9鄄DN方向发展，藉以适应用户对数据通信和视频通信业务的需要。而对于未来的通信网，国际上建议采用以数据为重心（data-centric）的新型通信网。

　　每种信息数字化后，各有其运用的数字速率，相应地各有其在通信网上占用的频带宽度；数字速率越高，相应的带宽越大。不管用户使用什么信息，都按照各信息的数字速率累加成群。按照规定的数字群系列标准SDH，每当信息的数字速率提高，以致数字群的数字速率提升4倍，它们需要的通信网频带宽度也就应当加大4倍。既然近年的倾向是用户使用通信业务种类加多、数字速率升高，而且使用次数较前更加频繁，传统的PSTN因频带容量有限，难于应付用户的通信需要，只能依靠建设新的宽带通信网来适应形势的发展。

　　所谓宽带通信网，英文有wideband和broadband两种不同的宽带，按数字速率容量而言，凡是传送数字信号有能力高至2Mbit/s的就称为wideband，只有具备更高能力、传送2Mbit/s以上、几十Mbit/s、甚至几百Mbit/s及以上至Gbit/s级的，才能真正称为broadband。这样说来，凡是利用电的数字信号的通信网，其数字速率容量已达到155Mbit/s，最高为10Gbit/s或40Gbit/s，都可以算是broadband宽带通信网。在无线移动通信，最近将在全世界推行的3G，除了主要是传送移动电话外，还具有传送数据通信业务的能力，但最高的数字速率定为2Mbit/s，那么3G只能算是wideband宽带通信网。人们期待着未来几年后，蜂窝网能发展至具有更高速率的数据通信能力，这样的4G才算是broadband宽带移动通信网。

　　再来看最基本的有线固定通信网，它们的broad*9鄄band宽带网数字速率容量当然远远大于无线移动通信网。上面讲过电的时分多路数字信号，最高数字速率为10Gbit/s或40Gbit/s，电的数字通信网如采用这样的最高数字速率，当然就成为宽带通信网，如果用户数量和使用业务量累积为比此更高的数字速率，那就不能再局限于电的通信网，必须另行找寻新的设施。例如通信网各结点间的传输线路，过去曾依靠和利用明线、平衡对绞电缆和同轴电缆，分别加上合适的频分多路FDM系统，每对线路传输信号的路数和数字速率都提高，传输容量逐年扩大。然而，它们遇到了一定的极限，不再胜任用户业务增长的需要。

　　20世纪70年代末，通信网引用光纤光缆，证明其潜在容量很大，传输性能优越可靠。90年代起，每根光纤上又加装波分多路WDM系统，传输容量大大增加。如果每根光纤每一路光载波各载荷电的数字信号40Gbit/s，利用密集波分多路DWDM，每一根光纤同时传送依次递增波长的25路光载波，每个光载波各受不同的数字信号40Gbit/s所调制，则一根光纤每一方向可以同时传送的数字速率高达25×40Gbit/s＝1　000Gbit/s，即1Tbit/s。这表明通信网中如采用光纤作为传输线路传送光信号，其传输速率可以达到非常之高，而且质量令人满意。这表示，为了扩大通信网容量，传输线路必将采用光纤光缆线路加装波分多路系统的方案，这是实际可行、而且已经证明是行之有效的选择。具体考虑只是选用哪种光纤和哪种制式的波分多路系统。这又有力地证明：为了推动现有通信网扩大容量成为宽带通信网，电信号过渡至光信号以及电通信网进化为光通信网是必然的发展趋势。引用光纤传输线路及光波分多路是实际可行的。

　　宽带通信网的结点间传输线路在原则上虽已确定采用光纤光缆以淘汰铜线电缆，但在实际设计建设具体的光纤线路、采用何种光纤等等，还有许多具体问题仍需慎重考虑。一般地说，公用通信网与专用通信网都要利用光纤线路，但前者全都使用长波长单模光纤，而后者一般使用短波长多模光纤，相应地，公用网使用的数字速率或频带宽度，往往远大于专用网。在公用通信网，国家长途网与市内网虽然都属于宽带网，但它们传输线路的使用情况有明显差异。长途光纤线路距离较长，每隔一段距离需要设置中间光放大器，而市内光纤线路距离较短，一般不需要中间放大器。

　　由此可见，宽带通信网的结点间传输线路需要利用光纤光缆。但是，通信网结点间用了光纤线路，还不能说它已经成为光通信网。如果结点间虽然用了光纤线路，但通信网内部仍依靠电信号，由电的组件器件完成路由和交换等功能，那它仍属于电通信网，即电的宽带通信网。应该讲清楚，只有通信网内部的组件器件全由光信号波长所操纵和控制，这样的通信网才算是光通信网，也就是说，用了光纤传输线路，又由光信号操纵通信网内部的机盘，这才能称为真正的光通信网，它必然是宽带通信网。如果传输线路虽然用了光纤，但通信网内部的机盘是由电信号操纵，那么它只能说是电通信网，也可以是宽带通信网。

三、光通信网的交叉连接

　　既然宽带通信网各结点之间利用了光纤传输线路并加装波分多路WDM/DWDM系统，加大了通信网的数字速率容量，那么很自然地，在通信网内部，也即在每一结点内部，必须相应装置分路和合路器，还需要分下一些路、插上一些路，称为插分复接器ADM（Add-Drop Multiplexer），还需要数字交叉连接DXC（Digital Cross-Connect），配合选寻路由和交换等组件设施。

　　在电通信网，光纤传输线路连至结点，在其入口端设置光/电转换器O/E，把光信号变为电信号，于是进行电的数字交叉连接DXC，到了输出端，设置电/光转换器E/O，回原为光信号，送上光纤传输线路继续前往下一结点。这样的设施是以OEO为基的DXC，显然，这样的OEO-DXC包含的器件耗电较大、发热较多，这是它的缺点。

　　随着宽带通信网倾向从电通信网进化为光通信网，网内的交叉连接系统也就从电的数字交叉连接进化为光的交叉连接OXC（Optical Cross-Connect）。这样，光纤线路上传输的光信号进入网络结点的始端，不经过什么转换，就让它进入OXC的交换机盘经过必要的功能运用，完成任务后，仍是光信号出现在结点的末端，不需任何转换就可以送入光纤线路继续向前传输，至下一个结点。OXC内部使用的器件，可以是由微电机系统MEMS的若干个微小的倾斜镜阵列组成，其数目可于需要时加多，它们耗电较少、发热也少。不过OXC内部可能没有再整形、再定时和再放大的3R功能，需要继续改进。而且，在全光的OXC，光信号的透明性使得实现监测性能较为困难，这也是缺点。

　　在必要时，可能让两种交叉连接系统在一个结点中联合运用。尤其在长途数据通信业务量较为繁忙的情况下，也许有相当多的数据信号需要穿越通信网的某个结点，那就让这些穿越的光信号通过这结点中的全光OXC，而对于那些需要在本结点就地使用的数据业务，则宜于利用光—电—光的OEO交叉连接，以便某些本地数据信号分下（drop）或插上（add），由电子器件完成必要的处理，而让光器件承担透明传送作用。据报道，国际上近年来长途数据业务量快速增长，而其中有75％的业务量只是穿越通信网的某些结点，所以，OEO-OXC与全光OXC两者结合运用是适合通信网的实际需要的，这就有可能尽量少用电子器件，便于通信网节约装置与维护费用。　

　　很明显，在未来的光通信网，不仅通信网各结点间由光信号沿光纤线路向前传输，而且通信网每个结点的内部都是利用光信号进行交换和控制，必然用到全光的交叉连接系统OXC，因而它的具体结构和有关设施值得深入周到地进行具体研究和试制，以达到尽善尽美、切合将来实际应用的目的。

----《现代通信》