光波分复用技术的光纤通信论文

2022-04-10

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光波分复用技术的光纤通信论文 篇1:

浅析光传输系统应用和展望

摘要:随着经济和信息技术的发展,人们对目前网络的容量、速度、质量以及服务种类的需求越来越高,带动了光通信市场需求的发展。我们知道,延长中继距离、提高传输容量和效率是光纤通信的优势和努力地方向。本篇文章主要是对我国光传输网络发展进行了一个简单的介绍,并介绍了我国光传输的技术发展的一个状况,同时也多我国未来的光传输系统的发展趋势和光传输中的关键技术作了一个展望。

关键词:网络 中继 光通信 自动光交换网络 光纤到户 粗波分复用

1 光传输的发展概述

在20世纪70年代的后期就半导体光器和硅基光导纤维的两大基础元件在理论和实践创造了崭新的光通信世界。随着网络技术的先进发展全球的通信业务展现出一种爆炸式增长的发展趋势,带宽的要求对传输网络也越来越高. 作为一种高带宽的光纤低损耗的优良传输介质, 必将成为未来网络信息的骨干支柱.然而,光纤的容量还远远没有得到充分利用由于电领域的技术限制,目前充分利用光纤容量的方法中最具吸引力的一种光波分复用的技术(WDM)可以允许在一根光纤中同时传输若干路不同波长的光信号,利用WDM传输技术和波长路由选择在物理网络上构架光层(Optical Layer)或虚拓扑层,为高层提供了大的容量且结构灵活的传输通道,将会成为未来道路上通信骨干网的核心传输方式.在这种网络中,即使是在很短的时间内网络中断都可能丢失大量的数据,所以只好在这种网络中加入了保护路,提高了网络的容错能力,让网络在一些工作路不可用的情况下仍能对用户所需的数据透明地传输。

2 我国光传输系统现状

现如今,中国经过了近20年努力的通信网,先进技术光纤传输网络足以覆盖全国所有县级以上城市的。加上卫星、微波等多种传输的技术,并采用光纤传输为主,组成了立体型的交叉网状网结构,现代化光传输网络构成了一个多手段、大容量、数字化、多路由承载的各种业务。

中国在接入光网络建设的方面,基本覆盖了绝大部分的地区。大面积选用G655/G652 光纤在光缆的铺设方面,这样有利于以后扩容的需要便敷设硅芯塑料管。

3 未来光传输系统发展趋势

关于未来光网络技术的发展,还是会以现有的技术为基础。二十年来光技术的发展方向主要表现为WDM、 MSTP、FTTH和PON。从物理层传输技术到网络层传输技术,从光子光器件技术到组网技术,这些都是以后光传输系统的主要发展方向。

4 光传输系统中关键技术分析

4.1 光传输系统的物理层技术将进会一步提高物理传输质量

全光网络是未来光通信的主流发展趋向,光电子的技术将继微电子技术之后的将会是再次推动人类科学技术的革命。目前光传输系统的物理层技术主要集中在光纤光缆技术、光电子器件技术、物理传输技术等这些方面。

4.1.1 光电子器件技术

平面光波导技术(PLC)技术以其成本低、便于批量生产、稳定性好、易于集成等诸多特点,被认为是光通信产业的明日之星,PLC技术能将激光器、探测器等器件混合集成,为更高度的光电集成提供了技术基础。

4.1.2 光纤光缆技术

O—L波段新型单模光纤,用于广域长途传输的全带非零色散位移单模光纤(扩展G656)和城域接入网的无水峰光纤(G652C/D),能适应新一代光纤应具有的低色散斜率、大的有效面积、低偏振模色散特性,并能克服光纤带来 的色散限制和非线性效应问题。

4.1.3 物理传输技术

功率和色散主要限制了光传输系统,色散补偿可以解决系统的色散限制问题,光放大技术解决了系统的功率的限制问题,但光放大和色散补偿带来的噪声和码间干扰,以及非线性效应等因素限制了光传输系统容量的扩大和传输距离的进一步延长。

4.2 光传输系统网络层技术将继续优化组网模式

电信业的主流观点之一是:“基于IP分组是下一代的电信网的数字通信技术为核心的通信网,下一代电信网的核心技术将是IP技术。下一代光传送网将逐步地走向智能化、扁平化、网格化。当下,我们对于光传送网的网络层关键技术的研究主要集中在光交换技术、下一代SDH技术、城域CWDM技术、智能光网络技术等方面,其中,智能光网络技术代表了光通信的发展方向,未来互联网在光层上的灵活、动态、高效的组网有关的一些问题通过研究该技术的光联网可以解决。智能光网络的设计应在未来的规划中得到高度的重视,主要是在光层上如何针对未来的基于IP业务网络流量进行设计以及规划的问题。

5 结束语

对于国内光传输市场的发展趋势,普遍认为,未来几年将保持平稳增长。而光传输技术的发展,为光传输市场的发展提供了基础保障。21世纪就是光子时代。光通信技术为社会信息化提供了一种最有发展动力的信息交换与传输手段,光子构成的网络必将更广泛地、不可替代地连接起全人类的智慧和文明。

参考文献:

[1]Agrawal G P.Nonlinear Fiber Optics.Academic Press,1995.

[2]郑君里,杨为理,应启衍.信号与系统[MI.北京:高等教育出版社,1997.

[3]邹鲲,袁俊泉,龚享铱.MATLAB 6.X信号处理[M].清华大学出版社,2003.

[4]ASON在长途传输网中的部署策略[J].华为技术,2005(7).

[5]中国电信骨干传输网现状与发展动向回粥[L].

[6]中国信息产业部编.“十一五”规划前期研究课题汇编[C].北京:人民邮电出版社,2005.

作者:刘军滇

光波分复用技术的光纤通信论文 篇2:

浅析基于DWDM的光纤通信技术及其发展趋势

摘要:文章介绍了光波分复用(DWDM)技术的概念,探讨了DWDM技术的优缺点,并对密集波分复用(DWDM)技术进行了研究,提出了波分复用技术的发展趋势及应用前景。

关键词:DWDM;波分复用;趋势

近些年,随着多媒体通信业务的发展和计算机网络技术的广泛应用,信息交流的范围不断扩大,以IP为代表的数据业务大幅增长,通信网络的容量需求急剧增加,因此提高通信系统的带宽成为通信发展的首要问题。这样就要求承载这些业务的基础光传输网络不断提高容量。

传统的传输网络扩容方法采用空分复用(SDM)或时分复用(TDM)两种方式。空分复用和时分复用的扩容方式,其基本的传输网络均采用由单一波长光信号传输的PDH或SDH技术,由于光纤的带宽是无限大的,上述复用方式造成光纤带宽资源的巨大浪费。由此产生了密集波分复用技术(DWDM),它大幅增加了网络的容量并且充分利用了光纤的带宽资源。随着光电器件的迅速发展,特别是掺饵光纤放大器(EDFA)的成熟和商用化,使密集波分复用技术得到广泛应用。

1 波分复用(DWDM)技术的概念

波分复用(DWDM)就是将一系列载有信息的光载波,在光频域内以1至几百纳米的波长间隔,在发送端经复用器(Multiplexer)汇聚并耦合在一起沿单根光纤传输,在接收端再经解复用器(Demultiplexer)将各个不同波长的光载波分开的技术。由于每个不同波长信道的光信号在同一光纤中是独立传输的,因此在一根纤芯中可实现多种信息(如声音、数据和图像等)的传输。它能充分利用光纤宽带的传输特性,使一根光纤起到多根光纤的作用。

WDM其实质是光频域上的频分复用(FDM)技术,即每个波长通路占用一段光纤的带宽。按照波长通路间隔的不同,WDM可分为稀疏波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM)。它们的信道间隔为纳米级别,例如:DWDM的信道间隔为0.2nm至1.2nm。CWDM成本较低,能够用很低的成本提供高的接入带宽,适用于点对点、以太网、SONET环等网络结构,特别适合短距离、高带宽、接入点密集的通信应用场合,如楼内或楼与楼之间的网络通信。由于CWDM技术上的局限性,它存在以下缺点:1) CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少,造成系统扩容成本增加;2) CWDM城域网节点间距离较短,不适用于城域网。DWDM完美的解决了CWDM的不足,因此,DWDM无疑是当今光纤应用领域的首选技术。

2 DWDM技术分析及其优缺点

2.1 DWDM技术分析

DWDM系统有传输容量大、传输距离长、价格高等特点,因此在国家干线﹑省级干线﹑城域核心层的传输系统中有广泛应用。在长途传输中, DWDM系统采用了NZDSF光纤(非0色散位移光纤)、高波长稳定度的激光器、密集波分复用器和解复用器,在整个线路上进行光功率均衡。这些高性能的器件价格都很贵,从而使DWDM成本较高,但由于骨干传输网络传输距离很长,DWDM系统中多个波长通道可共用光纤和放大器,因此综合考虑,在成本上有很强的竞争力。另外,DWDM系统有比较完善的保护方式和网管,DWDM系统组网一般为环网拓扑,节点采用的都是有保护功能的光分插复用设备(OADM,Optical Add/Drop Multiplexer),并采用光复用段保护和光通道保护环系统,对所有业务都进行保护,大大提高了系统可靠性。一些大城市如上海、广州、西安运营商为解决带宽资源紧张问题及保证系统可靠性在城域核心层均倾向于选择可靠性高的DWDM系统。

对于超长距离传输,理想的光纤特性应该是具有很小的衰减、宽而平坦的光谱、适当的色散、较大的有效面积、理想的弯曲特性、存在可做色散补偿的色散互逆单元等等。实际中光纤很难同时满足这些要求,但总可以满足部分要求以期望能够改善信号传输质量。例如大有效面积光纤LAF、色散平坦光纤DFF、全波光纤AWF等,这些新型光纤均可用于DWDM系统,实现超长距离传输。

DWDM系统对工作波长有严格要求,如1.6Tbit/s系统中,规定最大中心频率偏移约为0.04nm,而在320Gbit/s系统中,约为0.1nm。由此看出,随着DWDM系统复用波长数量的增加,系统对激光器的稳定性要求更加严格。在DWDM系统中,采用DFB激光器作为光源,DFB激光器的温度漂移系数约为0.08nm/℃,它需要采用冷却技术来稳定波长,以防止由于温度变化使波长漂移到复用器和解复用器的滤波器通带之外。

为了确保大容量DWDM系统的性能,要求波分复用器件插入损耗小,间隔度大,带内平坦,带外插入损耗变化陡峭,温度稳定性好,尺寸小等。对于DWDM系统,随着复用通路数的增加即复用的波长数目增多,相邻通道间隔变小,这时对复用器件隔离度的要求就更加严格了。

DWDM网中通常采用光分插复用设备(OADM)来上下波长信道,供本地通信或转接,OADM内含有光开关(OS)或光交叉连接器(OXC),以实现复用段保护和调度。同时,DWDM的光通道保护也保证了DWDM系统线路的可靠性。光通道保护即指某一设备的故障保护,区别于整段线路的故障保护。只有多方向、线路迂回的环状网,才能保证通信不间断。这里介绍两种光通道保护方式:专用保护环(DPR,Dedicated Protection Ring)和分享保护环(SPR,Shared Protection Ring)。DRP即1+1保护环,使用专用的备用资源。SPR分享资源作为备用,即从其他正在工作的线路通道中调配备用资源。速率较高的保护倒换要采用光开关(OS)或光交叉连接器(OXC)。

2.2 DWDM系统的特点

2.2.1 DWDM系统的优点

DWDM系统之所以在近些年有很大的发展,是因为具有其他系统不具备的优点:DWDM系统的传输容量很大,复用的速率可以是2.5 Gbit/s、10 Gbit/s等,复用的通路数量可以是4、8、16、32或更多,因此系统的容量可以达到几百Gbit/s;充分利用光纤的带宽资源,多波长复用在单模光纤中传输,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍;由于同一光纤中传输的信号波长彼此单独,因而能够传输特性完全不同的信号,完成各种业务信号的综合和分离,包括数字信号和模拟信号、PDH信号和SDH信号的综合和分离;波分复用通道对数据格式透明,即和信号速率及电调制方式无关;利用带宽很宽的掺饵光纤放大器就可以對系统各复用光通路信号同时进行放大,实现系统的超长距离传输,避免了每个光传输通路都需要一个光放大器的情况;在DWDM技术下,系统能够组成全光网络,各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的,从而消除了电光转换中电子器件的瓶颈。

2.2.2 DWDM系统面临的问题

DWDM系统采用了较多的光器件,由此造成了系统成本过高,这是当前制约DWDM系统大规模应用的主要因素;DWDM技术相关标准的制定还不完善,国内各运营商相关方面的试验以及应用先于标准的制定,相信随着技术的成熟,这个领域的标准工作会更加完善;作为信息的骨干传输平台,DWDM系统还有很多问题需要解决,比如低成本的波分复用光源阵列问题、提高频谱效率和性能优良的信号调制格式问题、理想性能的光纤设计与制造问题、系统性能的在线监测与评估问题等等,这些问题的解决给现有的器件生产、设备制造、系统开发都带来了机遇和挑战。

3 波分复用技术的发展趋势

3.1 将广泛采用更先进的技术和器件

目前,DWDM系统的应用在个别方面还面临着很大的技术困难,例如色散补偿、非线性效应积累、长距离传输以及OADM引入带来的滤波效应累计,等等,在相关技术方面还需要进一步研究,但总的发展趋势是:DWDM系统将广泛采用更先进的技术和器件,使系统性能不断得到提升。以光放大器为例,其作用是补偿光纤和其他无源器件对光功率的损耗,但在提升信号功率的同时也引入了噪声干扰,降低了信噪比。为解决这一矛盾,放大器的发展将由集中式放大器向分布式放大器转变,因此分布式光纤喇曼放大器(DFRA)已经逐渐成为DWDM系统必选设备,作为传统的掺铒光纤放大器(EDFA)的前置放大器或者完全选用EDFA放大器以减小放大器引入的噪声功率。

再例如,新的信号调制与接收处理技术的研究和应用使信号调制向着频谱效率更高的多进制调制和编码调制方向发展,这提高了DWDM系统线路信噪比,并且可以增加DWDM系统的传输距离;简单高效的纠错编码方案的研究,可以提升DWDM系统的传输质量。

3.2 波分复用技术的发展前景

波分复用技术自从九十年代中期进入中国以来,从骨干网应用的DWDM系统到城域WDM环网技术,均得到很大发展。随着光网络向面向连接波长交换光网络演进再向无连接光分组交换网络演进,新的技术将有广阔的发展前景。

波分复用是一种在光域上的复用技术,形成一个光层的网络既全光网,将是光通讯的最高阶段。 建立一个以WDM和OXC(光交叉连接器)为基础的光网络层,实现用户端到端的全光网连接,建立智能化的网络对等模型,将是未来的趋势。

IP业务的爆炸式增长以及流量的指数级增加对通信网的承载能力提出了越来越高的要求.因此,利用波分复用系统承载IP业务的IP over WDM光网络也将成为一种必然选择而获得发展。

4 结束语

DWDM系统的广泛应用提高了通信系统的性能,增加了系统带宽,满足了信息社会不断增长的业务需求。从长远来看,以波分复用技术为基础的光纤通信网络将覆盖整个国家或几个国家,最终实现一个高速、大容量、能满足未来通信业务需求的全光网络。

参考文献:

[1] 樊昌信.通信原理[M].北京:国防工业出版社,2006,9.

[2] 徐宁榕.WDM技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2002,12.

作者:贾金岭

光波分复用技术的光纤通信论文 篇3:

现代通信新技术发展趋势

[摘 要]文章介绍了现代通信所采用的新技术及其发展现状、发展趋势,并重点介绍了通信网中核心网技术、接入网技术、光纤通信技术与第三代移动通信技术等。

[关键词]通信新技术;核心网;接入网;光纤通信;第三代移动通信

[作者简介]谢彤,广西工业职业技术学院电子与电气工程系助理实验师,广西 南宁,530003

一、 通信新业务的发展

当今社会人类已步入了信息化的时代,多媒体通信业务、基于IP的业务、移动数据通信业务和智能网业务的发展速度超过话音业务慢慢成为主流业务。随着数据业务的高速发展,未来通信业务的宽带化和多媒体化是通信发展的一大趋势。在宽带业务方面,大体分为以下几种类型:1.高速数据和图文通信业务;2.人际视频通信业务;3.获取视频业务;4.广播式节目和数据传送。同时,由于IP网和移动网的迅猛发展,基于IP和第三代移动通信的业务将会有很大增长。另一方面,由于各种网络的不断演进与融合,又产生了基于网络融合的众多新业务,典型的有移动互联网业务、PINI(PSIN与Internet互通)业务和移动智能网业务等。

信息化的关键是国家信息基础设施(NIT)的建设,即要向广大用户提供多种形式和大量信息的,由通信网、计算机、数据库和日用电子产品组成的完备网络。要实现全业务的通信网,涉及到各种通信新技术。如:IP与宽带核心网技术、宽带接入网技术、先进的光通信技术以及第三代移动通信技术、新一代的卫星通信技术和其他无线通信技术、IP网络环境下的智能网技术和信息技术等。现代通信的发展,各种新技术的应用,又有赖于微电子、微光学、计算机以及信号与信息化处理技术的发展。市场需求是推动通信业务和技术发展的驱动力。而在市场需求的驱使下,新业务和新技术又是相互推进的。可以预见,在各种基础技术快速发展的支撑下,现代通信技术必将以惊人的速度向网络化、智能化的方向快速发展。

二、核心网技术

通信网的发展趋势是宽带化、智能化、个人化和综合化,能够支持各类窄带和宽带、实时和非实时、恒定速率和可变速率,尤其是多媒体业务。目前规模最大的三大网是电信网、有线电视网和计算机网,它们都有各自的优势和不足:电信网可高质量地支持话音业务,但带宽不够,所有的程控交换机均按传输话音的带宽设计。同时智能不够,虽有智能网业务,但仍达不到计算机网的智能;计算机网虽可以很好地支持数据业务,但实时性差,不能保障QoS,不支持电话和实时图像业务,网络管理的计费和安全性不够;有线电视网虽然实时性和宽带能力均很好,但不能双向通信,无交换和网络管理。三种网都在逐步演变,使自身具备其他两网的优点,电信网通过采用光纤、XDSL、以太网和ATM技术,提供Internet的高速接入和交互多媒体业务;有线电视网则以更换同轴电缆,采用HFC技术进行双向化改造,而网络公司则围绕Internet技术建网,力争在同一个网上,支持全业务。为实现通信网的发展要求,“三网融合”的概念被提了出来。“三网融合”不是指三网在物理上的兼并合一,而是高层业务应用的融合,即技术上互相渗透,网络层上实现互通,应用层上使用相同的协议,但运行和管理是分开的。为了推动网络的融合,ITU提出了GII的概念。GII的结构目标是通过互连、互操作的电信网、计算机网和有线电视网等网络资源的无缝融合来构成一个具有接入和应用界面的高效网络。GII强调全球现有网络资源的融合而淡化在某种网络基础上的业务综合,以充分发挥各种网络技术的优势。

基于Internet飞速发展的巨大推动作用,IP网络技术成为事实上的主流网络技术。但是,随着全业务要求的提出,IP网逐渐暴露出它在技术上的不足之处,为着重从寻址、性能和安全这三个方面对IP网进行改进,出现了IPv6协议。在现行IPv4协议的基础上,IPv6中采取了许多重大的改进措施,在网络容量和伸缩性、用户接入的方便性、中间节点对IP包处理的有效性以及对实时业务的支持和安全性方面均有很大改善。未来的核心网正朝着基于IP或IP/ATM的多业务网及至最终实现综合业务网的方向演进。各种非IP业务将通过本地的窄带和宽带、固定或移动接入方式经由相应的媒体网络与这样的核心网相连。

三、接入网技术

接入网是由业务节点接口(SNI)与相关用户网络接口(VNI)之间的一系列传送实体,如统一口径设备和传输设备组成的实施网络,它为电信业务提供所需的传送承载能力,可经管理接口来进行配置和管理。通俗地说,接入网是在公共电信网中核心网与用户或用户驻地的桥梁,是本地交换机到用户终端的实施系统。

随着电信业务的多样化,以接入网的宽带化为基础的宽带综合接入技术迅速发展。在接入的宽带化进程中,属于XDSL的AKSL、VKSL,以及轻型ADSL-VDSL将继续受到重视。以太网技术用于宽带接入具有很强的势头。光纤接入网中,DLC将根据需要叠加宽带模块而升级为具有宽带接入能力的DLC,基于ATM的宽带PON(APON)将分阶成为支持全业务的重要接入方式。有线电视网利用其原先的带宽优势,通过双向化改造在电缆调制解调器和机顶盒(STB)配合下将成为能提供交互式数字视频、因特网宽带接入的又一种选择。在合理的频率规划下,LMDS以及经双向化和数字化改造后的MMDS有可能成为新兴网络运营商快捷、灵活地提供宽带接入能力的、具有竞争力的无线固定接入方式。采用DBS技术的多频道卫星数字电视广播与数据同播系统将逐步与通信配合。低轨非同步卫星共享Ku波段,提供本地宽带固定接入能力;由于低轨非同步卫星具有低传输时延和良好的传输效率,十分有利于它对宽带实时业务的支持。

总之,从GII的观点出发,现有各种宽带接入网,包括各种有线和无线接入网,通过相应的媒体网与主干网相连,是实现向下一代网络体系过渡的一种较好的解决方案。

四、光纤通信技术与第三代移动通信技术

光通信是20世纪70年代后期发展起来的新技术,此后每隔几年光纤通信技术就上升到一个新的台阶。光纤传输容量几乎每年翻一番,由最初的第一代用作城市局间中继的光纤通信系统发展到了以DWDM与放大器相结合的第四代光纤通信系统。传输速率已由当初的每对光纤数10Mb/s发展到当今的10Tb/s以上。光传输体制从最初的准同步数字体系(PDH)逐步被同步数字体系(SDH)所取代。采用SDH体制的光纤通信网又称为同步光网络(SONET)。同步光网是第二代网络,可称其为光电混合网络,其传输在光域实现,但在网络节点处信息的交换、数据流的分出和插入都在电域完成,其性能必然受到电子器件处理速率的制约。近几年,随着因特网的快速发展,原来的光传输网已经不能满足要求,人们又开发出了第三代光网络。第三代光网络就是全光网络,其以光纤为物理介质,采用光波分复用设备、光放大器、光交换机、光路由器等光设备组成。全光网络利用光节点代替电节点,信号的复用、传输、交换、存储和业务调度都在光域内进行,避免了光电信号的反复转换,既提高了信号的质量,又克服了光电转换器件响应速度慢的瓶颈,加快了信号的传输速率。虽然第三代全光网的部分技术尚处于探索阶段,但可以预见在不久的将来,全光网必将在通信中占有越来越重要的地位。

从上世纪80年代后期第三代移动通信技术标准的提出,到今天3G在我们的生活中已是“山雨欲来风满楼”,3G已经走过了将近20年的发展历程。这期间,如何确立一个具有前瞻性的3G标准、如何实现业务上的升级、如何实现从现有2G向3G的平滑过渡等问题被逐个提出并一一解决。在技术标准层面,从2G向3G网络的演进涉及到网络功能结构和相关协议等一系列问题。而在应用上,在商业应用领域又有通过2GGSM向3GUMTS演进和通过2GIP-95窄带CDMA向3GCDMA2000演进两种不同的渠道。在第三代移动通信中,通信新技术所带来的变化是巨大和深刻的,这些新技术包括:软件无线电技术(SDR)、DSP技术、无线定位技术(Geolocation)、智能天线技术(Intelligent Antenna)、超导体(Superconductor)、塔顶放大器技术(TTLNA)和多用户检测技术(MUD)。3G技术提高了频谱利用率,在数据传输和频率复用能力方面都有重大的进步。从技术角度来看,这些进步是革命性的,它大大提高并拓展了人与人、人与机器甚至机器与机器之间的通信能力,并进一步挖掘了通信潜力。

五、结 语

今天,也许很多人已经不能想象没有移动电话和网络的生活。在一个通信技术无处不在的世界,人们感受到的是一种逐渐被通信新技术所改变的生活。虽然,也有一些新技术因不适合发展的需要而被更新的、更容易实现的技术所取代,但这也正体现了通信新技术的日新月异。这些新技术拥有巨大的商业潜能,一旦步入商业实用阶段,将会给运营商带来巨大的经济效益。当然也同时会让广大通信用户的梦想成真。

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作者:谢 彤

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