张 煦
(上海交通大学电子工程系200030)
摘要：首先介绍对未来光接入网的考虑。于是依次说明未来地区接入网的结构，接入结点利用波分多路技术后的连接功能，以及光纤双环网的保护作用。最后简述构成这种光接入网所需的各种单元设备。
关键词：通信网 接入网 波分多路 光纤通信
1考虑新型接入网的由来
20世纪90年代中期，Internet的兴起确实是通信发展史的一个重大转折，它在全世界引起数据业务量的激剧增长，通信用户需用的数据传输速率迅速提高。相应地，公用通信网必须大幅度地加大容量，并且应该能够方便地迅速扩大升级和降低成本，以适应数据为重心的业务量的急剧增长，从而满足用户要求并减轻用户负担。这也是信息时代来临的一种必然趋势，绝不能稍有忽视。
也是90年代中期起，光纤通信技术有明显的大跃进。波分多路WDM系统在光纤放大器EDFA的配合下，在骨干网长途线路单模光纤的1550nm波长窗口顺利开展应用。进入新千年时，有些长途主干线路新设的地下光缆将各包含100根新型单模光纤，而每对光纤加装密集的波分多路DWDM系统达到100路，每路传送时分多路TDM的数字脉冲信号10Gb/s，使每对光纤能够同时传输的数据速率达100×10Gb/s=1Tb/s。这就使通信网大幅度加大容量、迅速扩大升级和明显降低用户负担都有了可能。所以人们常常说，WDM/DWDM真好，它的实际使用将有力地推动通信网的迅速发展和满足用户需要。
在骨干通信网内部，既然决定以数据为重心的分组网作为发展目标，那么数据分组就应该采用互联网规约IP (Internet protocol)。通信网内装置大容量的电子式IP路由器，其数据速率在不久的将来也要升至Tb/s级的大容量。当然，这样的分组通信网(packet－based network)在最初发展的过渡时期，也应妥慎考虑容纳现已存在的同步数字系列SDH和异步转移模式ATM，实行IP over SDH和IP over ATM。
为了让用户终端能够通过接入网连至大容量的骨干网，以实现用户所需的高速率数据通信，就应在建设高速分组通信骨干网的同时，对整个通信网的另一大部分，即接入网(access network)想些新办法和采取新措施，使城市用户使用数据通信业务的数据速率从kb/s和Mb/s级上升至Gb/s，而仍符合用户能够承担的经济原则。这就引起人们想到，波分多路WDM技术引用至城市接入网的光纤线路，将是有效和有力的好办法，而且容许长远逐步升级发展，一定有美好前途。
城市接入网是由各个交换局连至各地区用户的线路组成的。最简单的想法是光纤连至每一家FTTH，由光纤的潜在带宽能力传送对绞铜线无法传送的高数据速率应无问题，但其成本涉及每一住家用户承担过高费用，不合乎经济原则。因此，简单的FTTH不是理想的办法。曾经考虑光纤连至路边FTTC和光纤与同轴混合HFC，以及无源光纤网PON等结构和其它方法，暂时解决了一些问题，但还觉得不尽满意。因此，通信网的科研工作者还在继续考虑和试验更好的方案，以接近发展的需要和更符合经济原则。
2新型地区接入网的结构
大家都知道，一个城市的通信网包含两大组成部分，即骨干网和接入网。骨干网是由城市内多个适当地点设立的交换局CO或结点(node)组合而成的，各局之间互相连接的线路早已使用光纤光缆，并已加装波分多路WDM系统。骨干网的每一结点内部也在逐步改进各种网络单元，诸如从电的插分复接器ADM改为光的或波长的插分复接器OADM，从数字的交叉连接DXC改为光的或波长的交叉连接OXC等，向组建光网(Optical networking)过渡。它们充分利用WDM，已能提高通信业务容量和使用较高数据速率。
现在正考虑如何更好地设计城市各地区或每一交换局结点所辖地区的接入网，也是利用光纤和WDM技术。对于地区光接入网(Opticl regional access network)的结构，可能考虑把它分为两部分，暂称馈送网(feeder network)和分配网(distribution network)。馈送网是由若干个接入结点(access node,AN)经由光纤线路连成环形(ring)，光纤上装有WDM系统。而许多分配网分别连至其主管的接入结点AN。分配网连接其周围的若干个用户，可以是环形(ring),也可以是树形(tree)或总线(bus)。这样，每一用户经过分配网连至馈送网的一个接入结点AN，然后由馈送网连至城市骨干网的交换局结点。
环形馈送网装有WDM系统，其不同的接入结点AN间就利用不同的波长相互连接。例如有λ1、……、λ6等不同波长，AN1与AN3之间用波长λ1，AN2与AN6之间用波长λ5等。在典型的城市网中，每一地区接入网的馈送网有10~20个接入结点AN，而每一分配网有20~100个用户。馈送网的WDM/DWDM可能有10~100路波长，每路传送数据速率2.5Gb/s或10Gb/s。分配网是无源的，它们载荷各不同波长，既有馈送网的各路波长，也可能有分配网的波长。
3接入结点的连接功能
馈送网中每一接入结点AN的作用是确保分配网与馈送网之间能够很好地经过各路光波长流通各个IP数据分组信号。接入结点内部既有电子的IP路由器，又有光的波长路由器和转发器。接入结点的一种重要功能是按需要把光信号指向这两种路由器的任一种。电子IP路由器收到某路光波长，就先把光的数据信号转换为电的信号，于是对电的IP分组进行处理，再转换为光的数据信号继续向前发送。IP路由器还可以把分配网传来的几路较低数据速率集合为馈送网的较高数据速率的一路。而光波长路由器与转发器则是为接收的某一路波长光信号选寻路由，然后转换为另一路波长光信号向前发送。另外，必要时，接入结点也可以完全旁通各个路由器，取得透明的光连接。
在接入结点内，设置馈送的光插分复接器OADM和分配的光插分复接器OADM。馈送网中各个接入结点间流通的WDM多路波长可以组合为几个波带，每一波带各有若干路波长，依次排列。馈送的OADM将是波带的插分复接器。馈送网内这个接入结点收到邻近接入结点传来的几个波带后，有些波带就直接旁通至另一邻近接入结点，有些波带在这个接入结点分下(drop),而同样波长的波带则在这个接入结点插上(add),与旁通的波带一同送往另一邻近接入结点。随着DWDM技术的迅速发展，每根光纤同时传输不同波长的路数在将来可能增加得越来越多，甚至加至几十路或百余路，以致网上传输的不同路数太多，造成处理困难。这就有必要考虑采用波带(wavelength band)的办法，按各路波长依次排列，把10路或20路组成一个波带。这样，网上传输的不同波带不会太多，处理比较便易。采用波带办法后，馈送网的光插分复接器将是波带插分复接器OADM，可以用来分下几个波带，插上同样数目的几个波带，其余波带则是光信号直接旁通，传输是透明的。当通信用户数加多时，馈送网的波带数可以加多，接入结点数可以相应地加多，比直接利用波长路数易于处理。至于接入结点内的分配插分复接器(distribution OADM)，仍按波长路数分下和插上，连接电子IP路由器和波长路由器，或者直接连接这接入结点内的馈送插分复接器(feeder OADM)。
如前节所述，多个用户利用了WDM媒介接入控制规约(MAC)，可以合用同一无源的分配网。到了馈送网的一个接入结点AN1，用户的数据信号经过OADM中的路由器至另一OADM，输出至另一个接入结点AN2，由它的OADM连往对方分配网的用户，这是经过波长λ1，也可以经过另一个波长λ2，旁通AN2而连往又一个接入结点AN3。如用户发出的是IP业务，则在AN1利用电子IP路由器，由它提供路由将IP分组数据送往对方用户。如用户发出大量数据流，也可以旁通电子IP路由器，让光信号直接流向对方用户。或者，用户可以利用光波长路由器和转发器，借助不同路的波长和数据途径。这样，尽管IP路由器的容量有限，但WDM网能够承担远大的业务量，比电子IP路由器的业务量大得多。在WDM网的结点中，馈送OADM可以利用发送机使分下和插上各路调谐至需要的波长。这种调谐发送机，在用户终端设备、IP路由器输出端和波长路由器转发器输出端都装用。由快速控制通路和快速电子波长调谐，可使IP分组选寻路由很方便。相对地，OADM交换显得较慢和繁复，因此，它只有在很大的数据文件转移的情况才使用。
4光纤环网的保护作用
馈送网一般采用双根光纤的环形结构，每根光纤各是单向传输，但其中第一根光纤截荷的业务流是顺时针向传输(CW)，而第二根光纤载荷的业务流则是反时针向传输(CCW)。如波分多路系统WDM的各路波长分成两个波带，即A波带和B波带，则CW光纤传送的正常业务流是A波带，而CCW光纤传送的正常业务流是B波带。如果有一根光纤发生故障而切断，经检测没有光传输，那么这根光纤原来传送的正常业务流立即转换由另一根光纤接续承担，在环内进行反向传输。这样的保护转换方式(protection switching)，每根光纤有传送两个波带的能力，但在正常状态，CW光纤传送正常业务流是用A波带，而B波带留着用作保护波带。CCW光纤则相反，正常用B波带，保护用A波带。当保护波带内信号沿环传输一圈后，到达光纤切断的位置，仍返回原来一根光纤。在保护状态，接入结点中OADM分下的信号只是正常波带经过结点的信号，而不是保护波带信号。可见，这样的保护转换方式对保护控制机构和接入结点结构的简化很有利。由于环网具有保护作用的优点，城市接入网的分配网也有采用光纤双环网的倾向。
5光纤网的单元设备
在这利用波分多路WDM系统组建的光纤接入网，一些关键性的光技术和光单元设备是重要的和必不可少的基础。首先是低损耗和低色散的单模光纤，在工作波长1550nm窗口有100nm宽度，损耗为0.25dB/km，能传输长距离，并适合于加装密集的DWDM系统。但据近年报道，传统的单模光纤在制造时可能消除位于1380nm的OH-吸收峰，因而出现新的1350nm波长窗口，有很大的窗口足以容纳密集的DWDM系统。虽这一波长窗口在目前还没有制成光纤放大器，但在城市通信网每段光纤线路距离不长的情况应能发挥作用。
对于1550nm波长窗口，光纤放大器EDFA已很成熟，既有C波段1530~1560nm，又有L波段1565~1605nm，都可提供放大使用。密集波分多路DWDM系统的各路波长间隔多数是0.8nm，也有更小的间隔0.4nm。每路波长传送电的时分多路TDM信号10Gb/s，可使一根光纤同时传输数据信号的速率达1Tb/s。DWDM系统各路波长的光源将是分布反馈(DFB)的半导体激光器，它们可以在40nm范围内调谐至需要的波长。目前仍是一个波长一个激光器，还没有能够用光子集成(PIC)技术把多路波长的多个激光器集成在同一芯片上。DWDM滤波器是另一项重要的关键器件，目前已有可能把100路不同波长组合一起或分隔开来。WDM滤波器(filter)和合波器/分波器(multiplexer/demultiplexer)，甚至有些路由器(router)，可以利用光纤光栅(fiber grating)制成，也可利用介质薄膜波导制成。在发送端，对激光器的高速信号调制是使用外部调制器，例如电子吸收式的，它能和激光器集成在同一芯片上。在接收端，光电检测管PIN和雪崩管APD对数据信号速率10Gb/s响应没有问题，必要时可考虑使EDFA作为预放大器以提高接收灵敏度。
综上所述，WDM/DWDM所需的各种单元设备都已具备齐全，但它们在WDM光通信网实际连成组合运用时，可能使网内光信号传播性能引起损害，需要实地作精细测量和必要调整。
附记：在最近一时期，国际上对高速数据传输的通信网，包括骨干网和接入网，正在积极开展研究，从专业期刊上经常可以看到这类研究的文章。IEEE Communications Magazine 2000年1月号登载MIT林肯实验室Kuznetsov等多位专家联合署名的文章：A NextGeneration Optical Regional Access network,叙述他们在研究新一代Internet基金项目的部分成果，特摘要介绍给国内的通信科技工作者参考，也请读者同志们指正。
