06年03月JLT光通讯论文评析

一、 光网络与系统：
   开放最短路径优先(OSPF)是面向IP技术而开发的网络协议，然而由于其对链路故障的良好预防能力，使得技术对基于WDM的光网络运用也非常具有吸引力。对通常的OSPF，最主要的有五种数据包形式：Hello（用于建立两个路由器间的关系）、Database  description（顾名思义，用来对数据包信息做描绘）、Link state request（用于向相邻路由器提出数据包要求，是防止阻塞的方法）、Link state update（LSU，是对请求数据包的响应）和Link state acknowledgment（收到LSU）。然而要建立面向光网络应用的OSPF路由，还有许多难点。关于这点，J. Moy于98年出版的《OSPF Version 2》有着系统的叙述。例如对LSU数据包，由于WDM网络要面对更高频率的升级报告，因此给控制通道和电子处理单元都带来沉重的压力，失效的链路信息可能会对网络性能造成致命损伤。本期南洋理工大学的研究者就对相关问题开展了研究，旨在在有限的控制带宽下，降低失效LSU带来的网络阻塞。总的思路很简单，概括为一句话就是要在协议控制开销与阻塞概率之间取个折衷。作者称其提供的算法为GURA，其核心思想是给不同类型的升级报文加上优先权因子，然后动态的决定LSU处理进度，优先权高的数据被优先发送，这样那些失效包会被逐渐淘汰。测试表明改进方法既能够有效压缩控制模块占据的带宽，同时也维持了很低的阻塞率。
    对全光网络，链路保护是网络管理里非常重要的一环。通常的链路保护分为分段保护和路径保护两类，前者在故障链路相邻两个节点间开展，后者则在故障标签路径的端点开展。通常两者互有优劣，分段保护有着更快的保护恢复时间，而路径保护通常具有更好的综合性能。通常路径保护有两种方式，专一式保护（DPP）和共享式保护（SPP），前者为每条主通道配置一条备份通道，任何条件下，备份通道都不会交叉使用，而后者预先分配了与主通道数目不等的备份通道，平常备份通道不传输数据，只有在发生故障时，才选择一条备份通道来传输数据。显然从资源优化利用的角度来看，后者优于前者，但仔细研究，SPP仍存在某些资源浪费。本期成都电子科技大学的研究者就对此进行了改进研究，提出了被称为混合共享的路径保护方案。作者将可利用资源分为三类：供主通道使用的主要资源；供后备通道使用的空闲资源；以及主通道和备份通道可共享的共享资源。对共享资源，只要链路空闲，主通道和备份通道都可以使用。当然为了保证链路安全合理，对共享资源的使用必须采取必要的限制条件。通过对静态、动态分配的测试，证明了作者建议的方案能获得比DPP和SPP更优的性能。
    就OCDMA技术，本期有两篇来自台湾的研究论文：（1）第一篇是利用FBG改进快速跳频OCDMA系统频带利用效率的。和CDMA相似，OCDMA常用的扩频方式也有直接序列码和跳频两种。其中跳频是指周期性地改变传输信号的载波频率。对光快速跳频CDMA（OFFH-CDMA）通常为了获得稳定系统性能和较低的成本均使用FBG阵列作合成器。在系统实用过程里，由于很难让码序列完全正交，因此系统容易受到多址干扰的影响，系统可容纳用户数量不能太多。相应的这一局限也为许多研究提供了方向，即降低系统的多址干扰，提升用户容量。本期台湾交大的研究者就对此开展了研究。思路很简单，将用户分组，每个组分配一段频率，而最大的特色在于这些频段存在交叉，显然这有利于提高频带利用率。但一个很大的问题是如果光栅已经能实现平顶滤波（事实上很多设计已经可以满足这点），该设计并不能明显改进多址干扰。（2）载波频率快速变化可以实现跳频，到了光网络里，很容易想到其实也可以通过快速切换波长来实现系统扩容。其实利用AWG或FBG，要实现OCDMA系统的快速波长切换从技术上看也并不难，最关键的是要实现波长对时间的编码。近来对此方向已经有了许多理论和实验进展。通常为了降低多址干扰，波长对时间编码的互相关系数被设定为1，本期台湾清华大学的研究者探讨采用更高的互相关系数，系统性能会发生哪些变化，作者认为靠提高该系数，可以为每个用户分配更多的码列，以提升系统容量。其实结果也很直白，即系统性能（主要指多址干扰大小）与传输容量之间存在更折衷的选择方案。
    对WDM-PON，光交换既是难点也是重点。通常的光交换包括两个环节，频域上的波长转换和空间上的路径切换。因此通常的光交换机都是基于光开关和波长转换器两种基本元件实现的。Nebraska-Lincoln大学的研究者提出疑问，能否不那么麻烦，一次性的完成两个信号间的信息交换呢？其实可实现两信号直接发生信息转换（即空间切换和波长转换一次性完成）的技术已经有一些，如四波混频、非线性光子晶体、高非线性色散漂移光纤等。Nebraska-Lincoln大学的研究者于是在假定这些技术可利用于光交换的前提下，对交换机的工作模式作了详细规划。研究思路很新颖，但致命的问题还在其假设上，尽管有这些技术可以实现瞬时的光交换，但要么技术难度大，要么器件成本高，可以说研究的意义只在给我们一些理论的启示而已。
    其余系统方面的研究还有：（1）剑桥大学的研究者利用多模光纤开展了单纤双向系统的研究，其利用商用的VCSEL激光器并结合共振增强型的雪崩二极管制作了发射－接收结合的双工系统。其系统另一个显著特点是兼容了射频信号的传输；(2)瑞典研究者首次实现了对40Gb/s系统的模数转换，并且还可以在转换同时完成双二进制编码；（3）传输网内线放大过程里噪声和信号间会发生类似克尔效应的非线性干扰，进而产生相位噪声，这对相位编码的传输系统会有致命的影响。本期斯坦福大学的研究者证明对一定的传输距离，可以通过对放大器数目和间隔的选择来最小化相位噪声的影响；（4）使用相干光能有效提升光网络信息容量，但相干光更容易受到发射端和接收端相位噪声的影响，这限制了技术的运用。本期加州大学的研究者通过光数字信号处理的方法（如使用自适应性滤波等）实现了对有源部分相位噪声的有效补偿；（5）对直接探测的DQPSK系统，主要有四种因素限制系统性能，即去谐效应、有限的消光比、MZ干涉仪不对称引起的延时误差和光电二极管的强度失衡。本期意大利研究者系统研究了这些因素对该系统性能的影响；（6）贝尔实验室的研究者利用硅雪崩二极管敏感的双光子吸收效应，制作了对10Gb/s传输系统的网络性能监控器，主要原理就是在双光子吸收时完成自相关操作；（7）贝尔实验室的研究者对EDFA和拉曼放大的性能作了比较，认为每160km放大一次的拉曼系统性能可以与每80km放大一次的EDFA系统相媲美。
二、 无源器件：
    （1）在光通讯应用里，很多环节如链路保护等，都需要分束比可调的分束器，而通常的Y分支、MMI等器件很难实现大的分束比调节。本期武汉邮科院的研究者报导了其最新的研究，他们利用三块双折射晶体和一些半波片来进行偏振分光和偏振态调节。其中一块半波片可以旋转，根据旋转角度的不同，改变两束光的功率差，根据这个原理，可以控制实现0－100％的分光。由于利用偏振分光的原理，因此器件还能获得极低的PDL，也具有较好的波长独立性。但由于采用了体元件，器件尺寸相比通常的无源器件会显过大；（2）香港城市大学的研究者报导了其最新的多通道FBG设计制作技术，该技术可以最小化光纤芯层折射率的变化，这样的FBG可以用于对WDM系统不同波长传输进行色散补偿，甚至可以让群时延线性化（从本质上消除了色散）；（3）Texas大学的研究者报导了其最新的光开关设计，其利用热光效应改变聚合物材料折射率，进而控制是否发生全内反射，以控制是否通光。该开关具有大带宽，低PDL的优势。但由于其基于热光效应的原理，也决定了该开关不可能实现太高的响应速度（相比电光效应）。
三、 有源器件：
（1）Texas大学的研究者对VCSEL工艺作了一些改进，使其更容易阵列化，同时可兼容RF使用。很新颖的地方在于其工艺同时结合了MEMs技术和喷墨印刷的原理，可以完成很多精细操作，例如可以直接在发射端镀上微透镜，以改进光纤对器件的耦合效率。阵列式的MEMs基底可以方便器件与电子元件连接；（2）NTT研究者将通常的半导体光放大器与多量子阱有源层结合，以实现应力调整，这样的改进器件具有极低的偏振敏感度；（3）加州大学的研究者利用湿法对三五族材料各向异性的刻蚀，有选择性的改变多量子阱层的结构，进而可以优化很多使用多量子阱结构的有源器件的性能，例如可以让电吸收调制器获得更高的消光比，也可以让半导体探测器获得接近100％的量子效率。