Presentar el estado actual de la investigación de la tecnología de regeneración totalmente óptica en el país y en el extranjero.

La aparición de Internet a finales del siglo XX marcó la entrada de la sociedad humana a una nueva era: la era de la información. En esta era, la demanda de información por parte de las personas ha aumentado dramáticamente y la cantidad de información. La información ha crecido explosivamente como la fisión atómica. La tecnología de comunicación tradicional ha sido difícil de satisfacer los requisitos de capacidad de comunicación cada vez mayores. Como resultado, han surgido algunas tecnologías de comunicación emergentes, como la tecnología CDPD, la tecnología CDMA2000, la tecnología GPRS y la tecnología de comunicación óptica. Entre estas tecnologías de comunicación, la tecnología de comunicación óptica se ha convertido en un soporte para el crecimiento del volumen de negocios de comunicaciones debido a su enorme potencial. Capacidad de ancho de banda. Una de las tecnologías de comunicación más importantes. Sin embargo, en el sistema de comunicación de fibra óptica actual, existen muchos procesos de conversión de óptico a eléctrico y de electro a óptico, y estos procesos de conversión tienen deficiencias como compensación de reloj, diafonía severa y alto consumo de energía, que pueden causar fácilmente Problemas de comunicación. Fenómeno del "cuello de botella de información". Para resolver este problema y aprovechar al máximo las ventajas de la comunicación por fibra óptica, como un ancho de banda extremadamente amplio, interferencias antielectromagnéticas, gran confidencialidad y baja pérdida de transmisión, la tecnología de comunicación totalmente óptica hizo su "gran debut".

1. ¿Qué es la comunicación totalmente óptica?

En primer lugar, hay que decir que la tecnología de comunicación totalmente óptica también es un tipo de tecnología de comunicación por fibra óptica. dirigido a la cantidad relativamente grande de problemas existentes en los sistemas de fibra óptica ordinarios. Una tecnología que se ha mejorado en muchos dispositivos de conversión electrónica. Esta tecnología garantiza que toda la transmisión e intercambio de señales entre usuarios utilice tecnología de ondas de luz, es decir, el proceso de transmisión de. los datos del nodo de origen al nodo de destino se llevan a cabo en el dominio óptico y se llevan a cabo en cada uno de ellos. La conmutación de nodos de red adopta tecnología de conmutación de red totalmente óptica. La realización de la comunicación totalmente óptica se puede completar en dos etapas: primero, en el sistema de transmisión de fibra óptica punto a punto, no hay necesidad de ninguna conversión óptica/eléctrica y eléctrica/óptica en toda la línea. , las señales ópticas en la red no hay obstáculos para la conversión fotoeléctrica en el flujo, y el proceso de transmisión de información no necesita enfrentar la dificultad de aumentar la velocidad de los dispositivos electrónicos. Esta transmisión a larga distancia se basa completamente en la propagación de ondas de luz a lo largo de la fibra óptica, lo que se denomina transmisión totalmente óptica punto a punto entre el extremo de origen y el extremo de recepción. Entonces, cualquier ubicación de usuario en toda la red de comunicación de fibra óptica debería poder lograr una transmisión totalmente óptica con cualquier otra ubicación de usuario, formando así una red de transmisión totalmente óptica, en segundo lugar, después de completar la red de transmisión óptica completa entre usuarios mencionada anteriormente; habrá muchas señales. El procesamiento, el almacenamiento, la conmutación, así como la multiplexación/eliminación, la entrada/salida de la red y otras funciones se completarán transformando la tecnología electrónica en tecnología fotónica. Toda la red de comunicación realizará muchas funciones importantes además de la transmisión por luz. , completar la transmisión, conmutación y procesamiento óptico de un extremo a otro, forma la segunda etapa del desarrollo de las comunicaciones totalmente ópticas, que serán comunicaciones totalmente ópticas más completas.

La red de comunicación totalmente óptica consta de una parte interna totalmente óptica y una parte de control de red general. La red totalmente óptica interna es transparente y puede acomodar una variedad de formatos comerciales que los nodos de red pueden transmitir de forma transparente. seleccionando longitudes de onda apropiadas o recibidas de otros nodos. La transmisión óptica transparente se puede extender a distancias mayores configurando adecuadamente el equipo de conexión cruzada óptica enrutado por longitud de onda. La parte de control externo puede realizar la reconstrucción de la red, de modo que la longitud de onda y la capacidad se asignen dinámicamente dentro de toda la red para cumplir con los cambios en el tráfico, los requisitos comerciales y de rendimiento, y proporcionar una red con buena capacidad de supervivencia y fuerte tolerancia a fallas.

2. Tecnología de realización de la comunicación totalmente óptica

Realizar una red de comunicación totalmente óptica transparente y de alta supervivencia es el objetivo de desarrollo futuro de las redes de comunicación de banda ancha, y lograr dicho objetivo. requiere Respaldadas por tecnología avanzada, las siguientes son las tecnologías que deben usarse para lograr comunicaciones totalmente ópticas precisas, efectivas y confiables:

1. Tecnología de procesamiento superior de capa óptica: esta tecnología utiliza bits de datos adicionales como la sobrecarga de canal de una tecnología de encapsulación digital que envuelve la señal del cliente Och. Tiene la capacidad de gestionar la información OAM (Operación, Gestión, Mantenimiento) del canal óptico (Och) y la capacidad de realizar monitoreo del rendimiento del canal óptico en el. Capa óptica. Esta tecnología también proporciona a las redes ópticas potentes funciones de gestión y garantías de alta confiabilidad que tienen todas las redes SONET/SDH.

2. Tecnología de monitoreo óptico: En los sistemas de comunicación totalmente ópticos, se deben monitorear y administrar amplificadores ópticos y otros dispositivos. La tecnología general utiliza tecnología de monitoreo de longitud de onda adicional, es decir, agregar e insertar un canal adicional en el sistema para transmitir información de monitoreo. La tecnología de monitoreo óptico utiliza una longitud de onda de 1510 nm y proporciona un enrutamiento de protección ECC para el canal de monitoreo. Cuando falla el cable óptico, la información de monitoreo puede continuar transmitiéndose a través de la red de comunicación de datos (DCN).

3. Tecnología de regeneración de información: Como todos sabemos, cuando la información se transmite en un canal de fibra óptica, si la pérdida de fibra óptica es grande y la dispersión es grave, la calidad final de la comunicación será muy pobre. La pérdida hará que la amplitud de la señal óptica varíe según la distancia de transmisión. La ley exponencial se atenúa, lo que puede aumentar la potencia de la señal óptica a través de un amplificador totalmente óptico. La dispersión hará que el pulso óptico se amplíe y cause interferencia entre códigos, lo que aumentará la tasa de error de bits del sistema y afectará gravemente la calidad de la comunicación. Por tanto, se deben tomar medidas para regenerar la señal óptica. Actualmente, los repetidores fotoeléctricos se utilizan para regenerar señales ópticas, es decir, la señal óptica se convierte primero en una señal eléctrica mediante un fotodiodo, después de ser remodelada y amplificada por un circuito, luego se vuelve a activar una fuente de luz para realizar la regeneración. la señal óptica. Este tipo de repetidor fotoeléctrico tiene las desventajas de ser un dispositivo complejo, de gran volumen y de alto consumo de energía. Recientemente, ha surgido una tecnología de regeneración de información totalmente óptica, es decir, se conectan un modulador óptico y un filtro cada pocos amplificadores en el enlace de fibra óptica, y la señal del reloj de sincronización se extrae de la señal óptica transmitida por el enlace y se ingresa al óptico. En el dispositivo, la señal óptica se modula periódicamente y sincrónicamente para estrechar el pulso óptico, ampliar el espectro, reducir la deriva de frecuencia y reducir el ruido del sistema, y ​​la posición del pulso óptico se calibra y se vuelve a cronometrar. La tecnología de regeneración de información totalmente óptica no sólo puede eliminar fundamentalmente la influencia de factores desfavorables como la dispersión, sino también superar las deficiencias de los repetidores fotoeléctricos, convirtiéndose en una de las tecnologías básicas para el procesamiento de información totalmente óptica.

4. Tecnología de enrutamiento dinámico y asignación de longitud de onda: dada la topología física de una red y un conjunto de canales ópticos de extremo a extremo que deben establecerse en la red, se determina el enrutamiento y la asignación de longitud de onda. para cada solicitud de ancho de banda El problema de establecer un canal óptico es el problema del enrutamiento de longitud de onda y la asignación de longitud de onda (RWA). En la actualidad, las tecnologías más maduras incluyen el método de ruta más corta, el método de carga mínima y el método de enrutamiento fijo alterno. Según si el nodo proporciona la función de conversión de longitud de onda, el canal óptico se puede dividir en canal de longitud de onda (WP) y canal de longitud de onda virtual (VWP). WP puede considerarse como un caso especial de VMP. Cuando toda la ruta óptica utiliza la misma longitud de onda, se denomina canal de longitud de onda; de lo contrario, es un canal de longitud de onda virtual. En una red de canales de longitud de onda, dado que los canales de longitud de onda asignados a las señales son de extremo a extremo y cada canal está asociado con una longitud de onda fija, generalmente es necesario obtener el estado de toda la red al enrutar y asignar longitudes de onda dinámicamente, por lo que su sistema de control generalmente debe adoptar el método de control centralizado, es decir, solo después de conocer el estado de ocupación de todas las secciones de multiplexación de longitud de onda de toda la red, es posible seleccionar una ruta adecuada para una nueva llamada. En este momento, el tiempo necesario para el enrutamiento dinámico de la red y la asignación de longitud de onda es relativamente largo. En una red de canales de longitud de onda virtual, las longitudes de onda se asignan enlace por enlace, por lo que se puede realizar un control distribuido. Esto puede reducir en gran medida la complejidad del enrutamiento de la capa de ruta óptica y el tiempo requerido para el enrutamiento, pero aumenta la complejidad de las operaciones de los nodos. Debido al largo tiempo requerido para el enrutamiento de longitud de onda, recientemente se ha propuesto una solución de conmutación de etiquetas de longitud de onda (MPLS) multiprotocolo basada en longitudes de onda como etiquetas, que trata los equipos de conexión cruzada óptica como enrutadores de conmutación de etiquetas para el control y la gestión de la red. Hay dos tipos de enrutadores ópticos en las redes de conmutación de etiquetas de longitud de onda óptica basadas en MPLS: enrutadores de borde y enrutadores centrales. El enrutador fronterizo se utiliza para el acceso empresarial a redes de baja velocidad, y el módulo de función de procesamiento electrónico completa las funciones de procesamiento de etiquetas más complejas en MPLS, mientras que el enrutador central utiliza interconexión óptica y tecnología de conversión de longitud de onda para lograr una conmutación de etiquetas de longitud de onda relativamente simple. /drop, etc. Función de procesamiento de señal óptica. Puede administrar y asignar recursos de red de manera más flexible y puede lograr de manera más efectiva la gestión empresarial y la protección y recuperación de la red.

5. Tecnología de Acceso Múltiple por División de Tiempo Óptico (OTDMA): Esta tecnología divide el tiempo en fotogramas periódicos en la misma longitud de onda portadora óptica, y cada fotograma se divide en varios intervalos de tiempo (independientemente del fotograma o intervalos de tiempo que se encuentren). sin superposición), y luego, de acuerdo con un cierto principio de asignación de intervalos de tiempo, cada unidad de red óptica (ONU) solo envía señales de acuerdo con el intervalo de tiempo designado en cada cuadro, y luego utiliza el método de multiplexación por división de tiempo totalmente óptica Un tiempo óptico -La señal de pulso de división se sintetiza en el divisor de potencia óptica y luego se amplifica mediante un amplificador totalmente óptico y se envía a la fibra óptica para su transmisión. En la oficina de conmutación se utiliza multiplexación por división de tiempo totalmente óptica. Para lograr una comunicación de acceso múltiple por división de tiempo óptica precisa y confiable y evitar la posible colisión de los flujos de código enviados por cada ONU al flujo ascendente cuando se combina el divisor de potencia óptica, la oficina de conmutación óptica debe medir su distancia desde cada ONU y medir la distancia entre él y cada ONU en la señal de enlace descendente Especifica una sincronización de transmisión estricta para las unidades de red óptica (ONU).

6. Tecnología de conmutación de datos en ráfaga óptica: esta tecnología se propone porque la tecnología de procesamiento de señales ópticas actual no está lo suficientemente madura. En esta tecnología, existen dos tecnologías de paquetes ópticos: paquetes de control que contienen información de enrutamiento. Tecnología de paquetes de datos para transportar servicios. La información de control en la tecnología de paquete de control debe ser procesada electrónicamente por el enrutador, mientras que la tecnología de paquete de datos no requiere conversión fotoeléctrica/electroóptica ni reenvío por parte del enrutador electrónico, y se transmite directamente en la transmisión transparente de extremo a extremo. canal.

7. Tecnología de acceso múltiple por división de longitud de onda óptica (WDMA): esta tecnología asigna múltiples portadoras ópticas no superpuestas de diferentes longitudes de onda a diferentes unidades de red óptica (ONU) para implementar señales de enlace ascendente, es decir, cada una. La ONU modula los pulsos de información enviados de acuerdo con la portadora óptica asignada, generando así múltiples pulsos ópticos de diferentes longitudes de onda, y luego utiliza el método de multiplexación por división de longitud de onda para formar una señal de pulso óptico a través del combinador para recibir la señal. Disfrute de la fibra de transmisión y envíela. a la oficina de conmutación óptica. Para lograr cualquier acceso de múltiples longitudes de onda que permita a los nodos compartir canales en un sistema WDMA, se debe establecer un protocolo para prevenir o manejar colisiones. Este protocolo incluye protocolos de asignación fija, protocolos de acceso aleatorio (incluidos mecanismos de reserva, conmutación y colisiones). . Tecnología reservada) y reglamentos de arbitraje y permisos de modificación y entrega, etc. 8. Tecnología de reenvío óptico: en los sistemas de comunicación totalmente ópticos, existen requisitos especiales para la longitud de onda, la dispersión y la potencia de las señales ópticas. Para cumplir con los estándares y especificaciones del UIT-T, se debe utilizar tecnología de reenvío óptico-eléctrico-óptico. para transmitir señales de entrada. La luz de señal está estandarizada y se utiliza tecnología de modulación externa para superar la influencia de la dispersión en los sistemas de transmisión de larga distancia. Los módulos de reenvío óptico utilizados en los sistemas de transmisión de fibra óptica incluyen principalmente módulos de reenvío ópticos modulados directamente y módulos de reenvío ópticos modulados externamente. Los módulos de reenvío óptico modulados externamente incluyen modulación de electroabsorción (EA) y modulación LiNbO3. En un sistema de transmisión de fibra óptica, la elección del módulo óptico depende de la distancia de transmisión real y de la dispersión de la fibra óptica. En sistemas de comunicación totalmente ópticos, se pueden utilizar módulos de reenvío óptico de varios tipos de modulación. Las tolerancias de dispersión incluyen 1800/4000/7200/12800ps/nm y muchas otras opciones para satisfacer las necesidades de diferentes distancias de transmisión, brindando a los usuarios servicios que van desde. De 1 km a 640 km. La mejor solución rentable para diversas distancias de transmisión, y la estabilidad de la longitud de onda de la parte transmisora ​​de la unidad de reenvío óptico es inferior a ±3 GHz en el rango de 0 ~ 60 °C.

9. Tecnología de acceso múltiple subportadora (SCMA): el principio básico de esta tecnología es modular múltiples señales de control de banda base en ondas de radiofrecuencia (de onda ultracorta a frecuencia de microondas) de diferentes frecuencias y luego convertir las múltiples radiofrecuencia Después de multiplexar la señal, se modula una portadora óptica. La demodulación secundaria se realiza en el extremo de la ONU. Primero, se utiliza un fotodetector para obtener múltiples señales de radiofrecuencia a partir de la señal óptica, y a partir de ella se selecciona la señal de control que la unidad necesita recibir. Luego se utilizan métodos electrónicos para recuperar la banda base. Control desde la señal de radiofrecuencia. El uso del acceso SCMA en el canal de control no solo puede reducir los costos de la red, sino también resolver la competencia del canal de control.

10. Tecnología de conmutación óptica por división de espacio: el principio básico de esta tecnología es formar un interruptor de matriz de puertas con elementos de conmutación óptica y controlar adecuadamente el interruptor de matriz de puertas, que se puede formar entre cualquier fibra de entrada y cualquier ruta de salida. Debido a sus diferentes elementos de intercambio, se puede dividir en tipo mecánico, tipo de conversión fotoeléctrica, tipo de guía de onda compuesta, tipo de reflexión total y interruptor de puerta de diodo láser. Por ejemplo, el molibdato de potasio del elemento de intercambio de tipo guía de onda acoplada es un material electroóptico con. un índice de refracción. Propiedades ópticas que cambian con los cambios en el campo eléctrico externo. Utilizando niobato de potasio como sustrato, el titanio se difunde sobre el sustrato para formar una guía de ondas óptica con un índice de refracción que aumenta gradualmente, es decir, una ruta óptica después de soldar los electrodos, que se puede utilizar como elemento de intercambio óptico. Cuando se combinan adecuadamente dos guías de ondas muy cercanas, se produce un intercambio de energía entre los haces de luz que pasan a través de las dos guías de ondas. La fuerza del intercambio de energía depende del coeficiente de recombinación. La longitud de la guía de ondas paralela y la diferencia de fase entre las dos guías de ondas cambian siempre que los parámetros seleccionados sean apropiados, los haces de luz se tambalearán completamente en la guía de ondas si se aplica un cierto voltaje a los electrodos, el índice de refracción y la fase. La diferencia se puede cambiar. Se puede observar que controlando el voltaje en los electrodos se pueden obtener dos estados de intercambio, paralelo y cruzado.

11. Tecnología de amplificación óptica: Para superar la pérdida en la transmisión por fibra óptica, la señal debe "regenerarse" eléctricamente cada vez que se transmite a una distancia determinada. A medida que aumenta la velocidad del código de transmisión, también aumenta la dificultad de "regeneración", convirtiéndose en un "cuello de botella" para la expansión de la capacidad de transmisión de señales.

Como resultado, surgió un nuevo tipo de tecnología de amplificación óptica, por ejemplo, el uso práctico de amplificadores de fibra dopada con erbio ha logrado una amplificación óptica directa, ahorrando una gran cantidad de repetidores regenerativos, haciendo que la pérdida de fibra durante la transmisión ya no sea un problema importante. y al mismo tiempo hacer la transmisión La "transparencia" del enlace simplifica el sistema, expande la capacidad de transmisión varias o docenas de veces, promueve el rápido desarrollo de la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda densa verdadera y es una revolución en el campo de Comunicaciones por fibra óptica.

12. Tecnología de conmutación óptica por división de tiempo: el principio de esta tecnología es exactamente el mismo que el sistema de conmutación por división de tiempo en la conmutación electrónica controlada por programa actual, por lo que puede coincidir con el sistema de transmisión óptica utilizando todo- Método óptico de multiplexación por división de tiempo. Con esta tecnología, cada dispositivo óptico se puede multiplexar por división de tiempo, se puede reducir el equipo de hardware y se puede formar un conmutador óptico de gran capacidad. La red de tecnología de comunicación compuesta por esta tecnología consta de módulos de conmutación por división de tiempo y módulos de conmutación por división de espacio. El módulo de conmutación por división espacial que utiliza es exactamente el mismo que el bloque de función de conmutación óptica por división espacial mencionado anteriormente. En el módulo de conmutación óptica por división de tiempo, se requiere memoria óptica (como memoria de retardo de fibra, memoria de diodo láser biestable) y puerta óptica. (como un conmutador de matriz compuesta direccional) para realizar la conmutación correspondiente.

13. Tecnología de red óptica pasiva (PON): La tecnología de red óptica pasiva se utiliza principalmente en la parte de la red de acceso. Proporciona medios de transmisión óptica entre el terminal de línea óptica (OLT) y la unidad de red óptica (ONU) P de forma punto a multipunto, que a su vez debe utilizar tecnología de acceso múltiple. Actualmente se utilizan tres métodos: acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), multiplexación por división de longitud de onda (WDM) y acceso múltiple por subportadora (SCMA). Los componentes ópticos pasivos utilizados en PON incluyen cables de fibra óptica, conectores de fibra óptica, conectores ópticos, divisores ópticos, multiplexores por división de longitud de onda y atenuadores ópticos. La estructura de topología puede adoptar varias estructuras, como forma de bus, forma de estrella, forma de árbol, etc.