作者:光纖在線特邀編輯 宋軍博士
一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
    先來看PON相關(guān)的研究：
    韓國(guó)研究者對(duì)時(shí)分復(fù)用的TDM-PON里組播數(shù)據(jù)流帶寬分配問題做了研究。作者提出的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是面向具有視頻會(huì)議等要求的應(yīng)用而提出的。就在這兩天，我看到新浪上一則新聞，說韓國(guó)的寬帶普及率已列世界第一。綜合這兩年的JLT和PTL論文發(fā)表情況，必須承認(rèn)的是，韓國(guó)在光接入應(yīng)用上做的確實(shí)很好。許多論文都是圍繞光接入一些關(guān)鍵問題開展的較為深入的理論與實(shí)踐研究。且很多問題頗具前瞻性，作為未來技術(shù)儲(chǔ)備已經(jīng)走在了世界的前端。這些是值得國(guó)內(nèi)研究者學(xué)習(xí)的。言歸正傳，來看該研究成果。作者的研究立足于TDM-PON，使用了中央化的傳輸控制平臺(tái)，即由OLT統(tǒng)一給各ONU分配傳輸窗口，阻止數(shù)據(jù)沖突。然而對(duì)組播傳輸方式，做到公平的帶寬分配并不容易。對(duì)下行數(shù)據(jù)，當(dāng)流量過大時(shí)，很可能是某些ONU過載，而某些容量卻不足。特別作者談到，對(duì)這種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，交換控制也是一個(gè)難點(diǎn)。作者的工作就是試圖要解決這兩個(gè)問題。在OLT里，組播信號(hào)在MAC層被安排在一個(gè)組播序列里，而單播信號(hào)則放在相應(yīng)的ONU序列里。兩者經(jīng)過一個(gè)分離的交換節(jié)點(diǎn)發(fā)射，并統(tǒng)一由一個(gè)控制單元決定每個(gè)序列的發(fā)射幾率。為了解決組播帶寬分配的公平性問題，作者建議了環(huán)狀傳輸模型。在這個(gè)方案里，作者將時(shí)隙帶寬分為三個(gè)類型，對(duì)固定大小數(shù)據(jù)包和管理信號(hào)分配一段靜態(tài)時(shí)隙帶寬，然后再分別給組播信號(hào)和單播信號(hào)分配各自的帶寬。實(shí)際操作中，先通過一個(gè)控制端口為靜態(tài)和組播信號(hào)分配帶寬，而分配后的殘余帶寬才用做單播信號(hào)。而對(duì)組播信號(hào)又具有強(qiáng)制性控制單元，以防止信息獨(dú)占的擁堵發(fā)生。
    此外，加拿大研究者對(duì)雙向WDM-PON的工作性能做了研究。以前多次談到，對(duì)雙向WDM-PON，當(dāng)前的研究焦點(diǎn)在無色化光源的使用，并在上行端對(duì)下行波長(zhǎng)再利用，以最大化的節(jié)約光源成本。作者主要對(duì)兩種無色光源系統(tǒng)做了研究，其一是使用受激自發(fā)輻射（ASE）光源做注入，并使用鎖模的Fabry-Perot （FP）激光器作光源；其二是使用了裝配反射式的半導(dǎo)體光放大器（RSOA）的VCSEL激光器作光源，注入鎖定光直接被加在下行信號(hào)上。作者重點(diǎn)分析了回?fù)p對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。這里說的回?fù)p，也就是后向反射，既可能來自O(shè)LT元件，也可能來自上行信號(hào)。作者證明后向反射直接和上下行信號(hào)的線寬相關(guān)，大線寬有利于抑制回?fù)p影響。這暗示了使用ASE做注入光源最有利于抑制回?fù)p對(duì)性能的惡化。而使用了RSOA的無色光源則有可能造成較大的回波損耗。
    而臺(tái)灣清華大學(xué)的研究者則針對(duì)單跳WDM網(wǎng)絡(luò)，采用陣列化固定光源做發(fā)射器，研究了降低數(shù)據(jù)包延遲的方法。這里作者采用的是預(yù)約型的數(shù)據(jù)調(diào)度算法，作者使用一個(gè)或更多個(gè)波長(zhǎng)作為控制通道以加載預(yù)約信息。相應(yīng)波長(zhǎng)再在時(shí)間上分為若干個(gè)幀，每個(gè)幀再細(xì)分為若干個(gè)控制時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙用于對(duì)每個(gè)確定節(jié)點(diǎn)作控制。因此每發(fā)射一個(gè)數(shù)據(jù)包之前都會(huì)由相應(yīng)節(jié)點(diǎn)在指定的時(shí)隙發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)用于帶寬預(yù)約。為了進(jìn)一步優(yōu)化資源利用，作者建議對(duì)控制幀和時(shí)隙長(zhǎng)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，以降低信息延遲。但發(fā)現(xiàn)單純動(dòng)態(tài)分配在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕的時(shí)候容易出現(xiàn)“控制過頭”的現(xiàn)象，反而抑制了預(yù)約效率。因此作者進(jìn)一步改進(jìn)了算法，將時(shí)隙部分固定，部分動(dòng)態(tài)分配，證明這種混合分配方案最小化了平均數(shù)據(jù)包延時(shí)。
    接下來看一些光碼分多址復(fù)用（OCDMA）的相關(guān)研究：
    OCDMA在高速大容量接入上，無論如何是不能與WDM相媲美的。但作為簡(jiǎn)單靈活，高保密性的光接入技術(shù)，仍可作為未來光接入的有利候選方案。OCDMA技術(shù)在火熱研究了三年以后，又漸漸走向了平靜，盡管每期相關(guān)的研究還很多，但缺乏振奮人心的研究，多是一些枝梢末節(jié)的內(nèi)容，本期也不例外。下面我們簡(jiǎn)單瀏覽這些研究結(jié)果：
    （1）西班牙的研究者對(duì)時(shí)間擴(kuò)展的相干OCDMA系統(tǒng)工作性能做了理論研究，對(duì)OOK和DPSK兩種調(diào)制格式，分別給出了直觀的解析表達(dá)，以說明拍頻噪聲和多址串?dāng)_的影響程度。例如使用作者的模型，我們可以大致估算一定時(shí)隙數(shù)和給定串?dāng)_下，可獲得的最大用戶數(shù)。（2）NTT的研究者對(duì)采用相干的光外差探測(cè)來減小譜-強(qiáng)度編碼OCDMA系統(tǒng)拍頻干擾的可行性做了論證。作者通過實(shí)驗(yàn)證明了要達(dá)到目的，必須保證部分信號(hào)光和局域光形成均勻的相位差。這一先決條件即使在只對(duì)包絡(luò)探測(cè)時(shí)也必須要保證。（3）英國(guó)研究者通過對(duì)同步FSK（頻率漂移鍵控）調(diào)制格式的OCDMA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，最大限度抑制了多址串?dāng)_的影響。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)作者主要做了三個(gè)改進(jìn)，使用參考光（沒加載任何信號(hào)），簡(jiǎn)化接收器結(jié)構(gòu)，以及使用改進(jìn)擴(kuò)時(shí)碼形。這里作者采用的擴(kuò)時(shí)碼是一種特殊的單極素?cái)?shù)碼，通過這些串?dāng)_消除改進(jìn)，作者證明對(duì)特定比特率傳輸，系統(tǒng)容量可得到顯著增加。
    以色列研究者對(duì)基于多模光纖的多進(jìn)多出（MIMO）發(fā)射做了研究。對(duì)多模光纖的接入，模間色散是一個(gè)重要問題，對(duì)300－1000米的較長(zhǎng)距離接入，通常是通過電子增益均衡或使用新型調(diào)制格式來改進(jìn)性能的。而這里作者只針對(duì)50米以內(nèi)的短距離接入，因此不需要特別考慮這個(gè)問題。在發(fā)射端作者將一個(gè)超連續(xù)光源與陣列化的硅基波導(dǎo)PSK調(diào)制器相連，實(shí)現(xiàn)批量并行發(fā)射。通過與多模光纖相連作者能夠?qū)崿F(xiàn)近乎理想的Shannon隨機(jī)碼序列發(fā)射。在接收端，作者使用了相干探測(cè)的方式，在經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化后，使用了基于最大似然估計(jì)算法的電子色散補(bǔ)償元件來抑制碼間串?dāng)_。這樣，作者實(shí)現(xiàn)了并行10路，每路10Gb/s，也就是總共100Gb/s的MIMO發(fā)射。從總?cè)萘可峡�，�?dāng)然這談不上高速，但作者采用的收發(fā)，特別是解碼方式相對(duì)簡(jiǎn)單。因此可以說作者建議的系統(tǒng)是在比特率和系統(tǒng)復(fù)雜性間取了個(gè)折衷考慮。
    Central Florida大學(xué)的研究者探討了鎖模半導(dǎo)體激光器（MSL）在相干光通訊里的應(yīng)用。到目前為止，我們所使用的光通訊系統(tǒng)基本都是非相干的。相干比起非相干通訊，能夠獲得相當(dāng)優(yōu)越的信噪比特性，也能支持更窄的通道間隔。但是相干通訊操作較復(fù)雜，性價(jià)比不高。這主要表現(xiàn)在相干通訊需要嚴(yán)格的頻率穩(wěn)定性控制，并要求各激光發(fā)射間，維持穩(wěn)定的相位同步，這是較難實(shí)現(xiàn)的。本篇研究作者指出MSL是相干通訊應(yīng)用上，最有潛力的光源。原因有兩個(gè)，其一是MSL比較容易實(shí)現(xiàn)高速發(fā)射，能夠獲得皮秒量級(jí)的脈沖序列，其二是MSL通過簡(jiǎn)單的光注入鎖定技術(shù)，利用鎖模梳狀譜初始相位的良好相干性，能夠容易的生成空間位置分離的多個(gè)光頻輸出，且這些輸出維持了非常好的同步特性。作者基于這些原理，提出了具體的同步和動(dòng)態(tài)鎖模方案，并比較了將MSL應(yīng)用在不同相干系統(tǒng)里，采用外差和零差探測(cè)的效果，比較分析了相對(duì)強(qiáng)度噪聲、頻率穩(wěn)定性和線寬等主要技術(shù)指標(biāo)。最后作者特別指出MSL非常適合譜-相位編碼的OCDMA應(yīng)用。
二、光器件：
     有源器件方面：
    （1）新加坡南洋理工的研究者提出了一種調(diào)Q摻鉺光纖環(huán)狀激光器設(shè)計(jì)。諧振腔內(nèi)包括了一段相位漂移光纖光柵（FBG）和另一個(gè)變跡FBG。通過壓電調(diào)節(jié)可以改變變跡FBG的周期，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)Q功能。該器件具有窄線寬、波長(zhǎng)穩(wěn)定和高重復(fù)率的特性；（2）英國(guó)研究者為了抑制雙泵浦光纖參量放大器和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器中，由于自相位調(diào)制產(chǎn)生的頻譜展寬和增益扭曲現(xiàn)象，基于鈮酸鋰材料設(shè)計(jì)了一個(gè)Y分支同步雙向調(diào)制器，通過對(duì)兩個(gè)入射信號(hào)瞬時(shí)耦合，進(jìn)行高速反相調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能；（3）California大學(xué)的研究者制作了性能優(yōu)異的模擬信號(hào)光發(fā)射器，該器件由采樣分布Bragg發(fā)射激光器、半導(dǎo)體光放大器和一個(gè)調(diào)制器單片集成構(gòu)成。此外，為了獲得低噪聲圖譜特性，作者還使用RF預(yù)放元件；（4）加拿大研究者利用電吸收調(diào)制器內(nèi)的交叉吸收調(diào)制效應(yīng)，制作了一個(gè)10GHz的MSL。該激光器諧振腔內(nèi)還包含一段啁啾的FBG，通過色散調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的波長(zhǎng)可調(diào)發(fā)射。在全部可調(diào)范圍內(nèi)，激光器都顯示了較為均勻的脈沖輸出特性，并且作者將該激光器用在了全光時(shí)鐘恢復(fù)系統(tǒng)中，取得了很好的效果。
    無源器件方面：
    瑞典研究者利用啁啾Bragg光柵對(duì)光通訊系統(tǒng)色散進(jìn)行了補(bǔ)償，作者指出由于Bragg光柵本身的缺陷也能導(dǎo)致信號(hào)相位的波動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生額外的系統(tǒng)損耗，進(jìn)而作者通過簡(jiǎn)歷理論模型，分析了這些對(duì)眼開的影響；澳大利亞研究者基于光纖Sagnac干涉環(huán)制作了陷波濾波器，用于過濾某些特定頻率的信號(hào)。該Sagnac環(huán)內(nèi)包含了一個(gè)偏心的電吸收調(diào)制器和一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的延時(shí)器。