大容量光傳輸

説起光通信，大家知道很早以前的光通信是什麼嗎？對啦，就是3000年前出現的用來傳遞敵情的烽火。1880年貝爾發明的光電話，可以看作是近代光通信的開始。在貝爾光電話中，將弧光燈的恆定光束投射在話筒的音膜上，隨聲音的振動而得到強弱變化的反射光束，這個過程就是調製。對端收到調製後的光信號，進行解調製，還原成原始信號。這樣就實現了光通信。

我們看到，貝爾的光電話是以大氣作為傳輸通道的，這樣開放的傳輸通道很容易受氣候和環境的影響，不穩定，傳輸距離也不遠。為此，我們自然考慮，能不能將光線在一個封閉的環境中傳輸呢？答案是肯定的。

我們利用玻璃對光的反射或者折射，就可以解決光在一個封閉的通道中傳播了。不過，這也同時帶來了一個問題：那就是光學玻璃的損耗太大了，同樣強度的光在這樣的通道中，還不如大氣中傳得遠。

經過深入的研究，人們發現了玻璃纖維引起光損耗的主要原因，並加以改進，最終產生了現代光通信普遍採用的傳輸媒介：光纖。

有了光纖，光就有了理想的傳輸媒介了。我們只需要在光纖的兩頭，接上光的收發信機，就可以組成一個光通信系統，來進行光通信了。

因為在光纖通信出現以前，電子通信已經很成熟、很發達了。因此在光通信系統中，我們看到，光端機需要具有光信號和電信號相互轉換的功能，以便與電子通信進行銜接。為了讓光傳得更遠，可以在中間加上中繼器。到此，我們基本上就算是實現了光通信了。

下一步的重點是：如何進行大容量的光通信？也就是如何在一條光通信線路上傳輸更多更多的信息？因為通常我們是用比特來表示信息量的，一個二進制符號就可以攜帶一比特的信息量。因此通信中的容量，就是指信息的傳輸速率，每秒能夠傳輸的比特數越多，就説傳輸容量越大。

在波分複用技術以前，一路光纖通常只能調製一路電信號。因此光通信的容量，一直受限於電通信的容量。比如在準同步數字傳輸系列PDH時代，一路PDH最大傳輸速率是140Mbit/s，那麼一路光纖最多也只能傳這麼多。到SDH時代，通過同步時分複用技術，一路SDH信號可以達到10Gbit/s。這可説是傳輸容量的鉅變，同時也幾乎是時分複用電路的極限了。但10G的容量還遠遠不是需求的極限。

為了繼續提升傳輸容量，人們把目光又投向了光纖。因為光纖的帶寬資源是巨大的。理論上，一根光纖在1530 nm~1565 nm的帶寬範圍內，傳輸容量約為4 Tbit/s！要怎樣才能利用好這麼大的帶寬呢？當然是在這麼大的帶寬上，劃出更多的子帶寬，每一個子帶寬，就可以單獨傳一路信號，而且子帶寬越多，當然能傳輸的容量就會越大。於是，這便出現了密集波分複用技術，簡稱為DWDM。

所謂密集波分複用， 就是希望在一條光纖上傳輸多路信號，就像無線傳輸中的頻分複用一樣。由於複用的波長間隔很短，很密集，所以稱為密集波分複用。如圖1所示。

圖1 密集波分複用示意

到目前為止，在1530 nm~1565 nm的範圍內，大約能劃出160路子頻道，每一路都可以承載一個標準的SDH信號，合起來，這樣一條光纖的傳輸容量就達到了1.6T。

密集波分複用的原理呢，説起來也比較簡單：在發送端，由各複用通路的光發送機分別發出具有不同標稱波長的光信號，如λ1、λ2、…λn等，每個光通路都是一個2.5 Gbit/s或10 Gbit/s 的SDH信號；然後由光合波器（又稱光復用器）把這些通路信號合併為一束光波，輸入到光纖中進行傳輸；因為路途遙遠，中間需要加放大器，才可以到達接收端。 到接收端後，光分波器（又稱解複用器）可以把光通路信號再分解開，分別輸入到各複用通路對應的接收機中。如圖2所示。

圖2 WDM組網的示意圖

這是DWDM組網的示意圖。我們看到，DWDM的網元可分為光終端複用器OTM，光放大器OLA，光交叉連接設備OXC，以及光分插複用器OADM等四種。OTM包含光的發射和接收。OLA完成光信號的放大功能。OXC完成不同波長的交叉連接功能。OADM可以在傳輸途中上下線路。我們看到，這裏的上下線路都是波長，一波長一般承載的是2.5G或10G的SDH信號。

DWDM不好的地方，或者説不足之處，一是一個波長固定傳一路業務，傳輸不夠靈活；二是很難監控到每個光通道的具體情況。為此，人們借鑑了SDH的經驗，提出了全光網絡，也就是OTN。

其實OTN的底層還是波分複用，只不過在其上疊加了一個時分複用。下面我們就來看一下OTN的簡要原理。如圖3和圖4所示。

首先，客户信號進來後，先要映射到OPU。這裏OPU有3個速率等級，即OPU1、OPU2和OPU3，分別對應的速率等級是2.5G，10G和40G。當2.5G的信號映射到OPU1後，加上管理和維護開銷，成為ODU1，因為開銷比特並不多，所以這個ODU1的速率等級還是2.5G。然後一個ODU1可以加上開銷比特變為OTU1，也可以4個一組，時分複用為一個ODTUG2。4個ODU1複用後的速率等級是10G，所以一個ODTUG2可以和10G的客户信號一樣，映射到一個OPU2。然後OPU2加上開銷比特，變為ODU2， ODU2加上開銷比特變為OTU2；或者4個一組，時分複用為一個ODTUG3。因此一個ODTUG3的速率等級是40Gbit/s的。這個ODTUG3也可以直接由16個ODU1複用而成。接下來，道理都差不多， 40G速率等級的信號，可以映射到OPU3，OPU3加上開銷比特為ODU3，ODU3加上開銷比特為OTU3。

從OPU到OTU，這一段是屬於時分複用的處理，而時分複用目前還只是電處理，而不是光處理。電處理到OTU這一步後，接下來就將進入光域來處理了。前面我們看到，密集波分複用是目前比較理想的光傳輸技術。那麼根據前面介紹的波分複用原理，思考一下：怎麼樣來對這幾個OTU信號進行波分複用呢？

首先， OTU數據先要映射到光通道OCh；然後OCh加上開銷信息後，將其調製到光載波OCC上；然後幾個OCC可以波分複用為一個OCG-n.m。這裏的n代表系統最多能提供的載波數。所以所有參與複用的OCC數量加起來不會超過n。OCG之後，還要複用一個我們在DWDM時説到的光監控通道信息，才形成最終的OTM信號。

這就是我們現在正在使用的大容量的光傳輸網絡。