06年08月JLT光通讯论文评析

作者:浙江大学 宋军 博士
一、光网络与系统：
1.光交换
    现在的光网络交换技术主要有三种，即光路交换OCS，光分组交换OPS和光突发交换OBS。目前研究最成熟，应用也最简单的是OCS，这是一种完全面向连接的交换方式，网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的地端的光路，其优点是协议机制相对简单，技术成熟，易于实现，缺点是信道利用率差，不适合容量高速增长的网络要求；而最终光网络交换技术的目标则是要实现OPS，在该交换技术里，有效信息载荷紧跟标签信息在同一光路中传输，采取单向预约的机制，在到达网络节点前根据标签信息决定路由，因此需要一定的缓存时间。其优势是带宽利用率高，适应性好，数据比特率和格式透明性强，劣势是尚存在技术瓶颈，如光缓存、逻辑运算，以及数据包同步都较难实现；而OBS则被认为是这两者之间的过渡技术。其结合了两者的优点却克服各自的缺点，因此很多研究者认为OBS才是近期最优商用潜力的光交换技术。
    首先来看本期关于OPS的研究。前面提到OPS存在几个明显的瓶颈，因此目前很多研究都是围绕如何解决这些瓶颈而开展。本期英国Bristol大学的研究者则致力于为OPS应用提供一种具有时间可调的光缓存技术。先简单提一下光缓存的研究现状，目前的研究里，可以实现光缓存的途径有很多，其中不乏创新性的概念，例如最近很热门的“慢光效应”，这是在去年11月出版的《自然》杂志上，由IBM科学家开展的一项革命性研究，他们通过引导光穿过一个精心设计的被称为“光子晶体波导管”的多孔硅通道，可以成功将光速降低到不到正常速度的三百分之一。此外，只需通过为波导管加上一个电压，这一设备的独特设计还能够在很大的范围内轻松改变光的速度。从直观感觉上看，如果这样的器件真的能够引入大规模实用，光缓存会变得不再困难。但是毕竟类似的研究都还在预研阶段，无论器件成本还是技术成熟度都距离实用还很遥远，因此似乎目前我们能够应用的光缓存办法还只有使用光纤延时线。但也很容易想到，一定长度的光纤只能起到确定的延时，而光交换所需要的缓存时间是可变的，因此就需要附加一些系统或器件，来实现可变的延时。目前已有的解决方案也不少，本期作者采用的方案在结构上是使用有源的交叉节点光开关在不同延时线间作切换，原理上实际是采用了光时隙分配（包括时隙交换、串行－并行转换、脉冲压缩等操作）技术。这样作者能够实现从1到999个时隙的可调延时。而单个时隙的长度其实也是可变的，这样可调延时的动态范围就增加了，光缓存的能力也更强了。
    再来看本期有关OBS的研究。North Carolina State大学的研究者旨在解决突发交换过程里固有的网络拥堵问题，以降低数据包的突发掉落概率。作者试图在交换过程里引入一种自适应式的路径选择机制。对每个数据源，都有一个简短的替代路径列表，并根据最新的路径竞争状态来给每个替代路径进行使用优先权的排序。然后让待交换数据使用竞争度最小的路径。在文中，作者比较了两种路径选择方案，即最短路径选择和自适应的选择。证明后者更具有优势。所谓自适应选择，其实就是给路径分配一些权重因子，而分配权重的方法作者这里使用的一种较为复杂的，动态静态结合分配的方案。此外，日本National Institute of Informatics的研究者同样研究了OBS过程的阻塞率问题，作者采用优先带宽分配的方案来有差别的对待突发数据包。该篇文章更侧重于原理上的研究，作者用了大量篇幅来解析的对OBS系统阻塞率进行评价。
2.WDM
    对WDM-PON，长距离应用通常选用基于DFB-LD的光发射器，但由于基于FP-LD的发射器更便宜，所以也有很多研究者试图对FP-LD的模式性能做一些改进，以便让其能在WDM-PON以及LAN中得到更广泛的应用。本期日本Shibaura Institute of Technology的研究者就对此作了研究。首先作者使用边模注入锁定的办法来让发射机获得稳定的单纵模输出，并研究了系统对注入功率、波长去谐、啁啾等因素对系统性能的影响。然后作者还从理论和实验上分别验证了使用不连续光做注入锁模的可行性，其结论是虽然可行，但要承担一定的性能恶化风险。
3.OCDMA
     现为日本国立信息与通信技术研究机构（NICT)高级研究员的王旭是这两年国际上对OCDMA研究比较活跃也比较有代表性的人物之一。在这个领域里，他做过许多有益贡献，例如在04年他设计研制了世界上最长（511位），最快（640G/秒）的OCDMA编/解码器；05年他主持完成了世界上第一个OCDMA网络实验；同年主持完成了世界上最高容量（10×10.7Gbps）的多用户异步OCDMA网络实验等。本期，王所在的研究组有一篇论文是关于混合OCDMA/OPS网络的。作者认为OPS是未来光网络最有实用潜力的光交换技术，也认为OCDMA是未来数年最有潜力的光接入技术。因此把两项技术如果结合使用，理所当然的会有很好的效果。在文中，作者使用光码分多址之处在光标签，即使用光码分复用的光标签（OC-label）。作者指出使用这样的光标签有利于传输交换可变长度的数据包。而对光码分复用的编解码作者采用了PLC与超精细FBG相结合的技术。其实作者类似的研究已经在去年的ECOC上有过简单的报导，当然这次的更加深入一些。
    此外法国的一项研究很细节化，即对利用FBG对直接序列扩频光纤码分多址（DS-OCDMA）系统进行编解码效果的测定。作者采用的测量仪器主要是一个光低相干反射仪(OLCR)，其主要工作原理是使用微米空间分辨率测量单模光学设备的反射分布。因此它很容易获得FBG的反射波长以及物理长度等相关信息。而对其干涉图谱的测量则可以精确反映编解码的相关信息。
4.其它研究：
    （1）希腊的研究者报导了其最新研制的40Gb/s的异步自路由光网络。所谓自路由，是指每个数据包都具有分层的光标签，每一层对应一个特定的网络节点，包含相应的控制信号，以决定数据包被连接到合适的节点或进入下一个hop。然后再这样一hop一hop的判断下去。显然其最明显的优势就是操作简单；（2）Bell的研究者利用电子时分复用器制作了107Gb/s的光发射机，为了突破调制极限，作者结合使用了低带宽下的光多进制调制和光学均衡两项关键技术；（3）清华的研究者利用两个环状注入锁模光纤激光器做时钟恢复，用电吸收调制器做再整形的光学判定门，从而制作了面向40Gb/s光网络的3R再生器；（4）以色列的研究者研究了长距离通讯系统，线内滤波对信号强度抖动的影响，作者证明，依据滤波器的位置不同，滤波既可能让强度抖动加强，却也可能起到抑制强度噪声的作用。因此如果合理分配这些滤波器，可能很好的改善系统性能。
二、有源器件：
    对高速光收发模块，常常需要将高速驱动及收发电路这些电器元件，和光学模块集成在一起。这就要求光模块部分本身具有良好的电磁抗扰性。很容易想到，在一个器件外面加一个金属壳就能有效屏蔽电磁干扰。本期台湾中山大学的研究者针对有源模块的电磁屏蔽，提供了一种性价比更好的封装技术。即试图用塑料来屏蔽电磁波。但聚合物材料本身对电磁辐射是透明的，起不到屏蔽作用，因此要想应用在这个方向，必然需要改变材料结构。作者这里采用了一种被称为炭纤环氧化合物的材料，在有源模块上涂覆1mm的该材料，可以屏蔽10GHz左右电磁辐射60dB左右。
    Wales大学的研究者就偏振对VCSEL激光器的影响作了研究。器件中光反馈环的偏振改变主要会影响VCSEL激光器的强度噪声和偏振稳定性两个量。对强度噪声，还要看反馈的强弱，如是弱反馈，则附加强度噪声主要分布在低频段，而对强反馈，则强度噪声会均匀分布在整个光谱范围内。同时作者证明使用偏振选择性的反馈，有利于通过调节来保证器件偏振的稳定性。
    此外，NEC的研究者，研究了外腔可调激光器的波长调节精确性问题。作者通过在内腔使用一个波长标准具作参考，可以将波长调节的精度控制在0.6GHz以内。且能在整个C波段实现间隔50GHz的波长调节。
三、无源器件：
    加拿大Communications Research Centre的研究者使用一种叫做PFCB的聚合物材料制作了AWG。比起用其它材料制作的同类解复用器，该器件具有低损耗，热稳定性好，折射率容易调节，容易制作等优势。