光纤通信仍然是最主要的传输技术

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光纤通信仍然是最主要的传输技术
摘要ITU组织的4年一度的国际电信博览会是通信领域规模最大的展览会，Telecom
99又是国际电信博览会中规模最
大的一次。本报告以参观Telecom99所了解的情况为基本内容，先容了近年来光通
信技术的发展情况，说明光纤通信仍然是
最主要的传输技术。本报告从光纤通信设备和系统、光纤光缆、光器件、光仪表、
工程施工及其它等几个角度先容光纤通信
在核心网方面的最新进展，光接入网的技术另有专题报告，本文不再赘述。
关键词  光通信  光通信系统  光纤  光缆  光器件
1概述
    ITU每4年一度组织的国际电信博览会是通信领域规模最大的展览会，Telecom
99又是国际电信博览会中规模最大的一次。参加展出的厂商约1200家，向全世界
展示了近年来电信领域技术的进展。参观这次国际电信博览会可以感受到电信技
术发展的脉搏，更可以感受到电信技术发展之快给大家这些电信技术研发人员带
来的压力。当然从博览会也看到社会进步给人类带来的福音，信息社会为人们的
工作、生活带来更多的方便和利益，反过来又会促进社会更快地进步。
    虽然在这次展览会上，无线通信有一种将压倒其它通信方式的气势。但通过
仔细观察和分析，可以看出，光纤通信依然是最主要的传输手段或者说是最主要
的传输技术，特别在核心网方面更加突出。概括起来，可以说世界主要的电信产
品供应商如Lucent、Nortel、Alcatel、NEC、Siemens、Maconi、Fujitsu等都把
光纤通信放在相当重要的位置，投入大量的人力、资金进行研究、开发，并分别
取得重大的进展，创造了一个个新的世界记录。许多原以家电产品为主或闻名的
厂商如Toshiba、Hitachi、索尼或计算机厂商Cisco、Canon、3M，也纷纷挤入光
纤通信的行列，并且成果斐然。
    从电信展的整个情况来看，光纤通信技术无论是在核心网，即长距离、大容
量骨干网的应用方面，还是在城域网、接入网应用方面发展都很快；无论是在系
统设备，还是在光纤光缆、光器件的研制方面都有很大的进步。基于分工的原因
和篇幅有限，本报告主要汇报这次电信展反映出来的光纤通信技术在核心网和城
域网方面的新进展。光纤通信技术在接入网方面的进展情况，另有专题报告，本
报告不再赘述。
    本报告主要从光通信设备和系统、光纤光缆、光器件、光仪表、工程施工及
其它等几个方面进行汇报。2光通信设备和系统
    Telecom99是光纤通信技术在近4年内（Telecom95之后），特别是OFC'99之后，
国际水平进步的集中反映，以个人的认识水平，感到有如下几个特点：
    （1）超高速大容量系统的记录不断被刷新（包括单波道速率和全系统容量）
    回顾一下超高速大容量系统的历史记录可以看出：
    Telecom'95上Nortel、Hitachi、Toshiba、Philips等企业均推出了单信道
10 Gbit／s设备，这在当时是最新记录；
    OFC'97  NEC宣布实现了2.6Tbit／s DWDM传输系统实
            验，号称最新记录；
    OFC’99     NTT宣布完成了3 Tbit/s OTDM＋DWdM的传输
            系统实验，打破了NEC的记录；
    1999年，Siemens宣布了3.2Tbit／s（80×40 Gbit/s）的记录。
    在这次Telecon’99上，Nortel宣布了两个世界记录：
    ·单信道 80 Gbit／s的最高记录；
    ·DWDM6.4Tbit／s的最高记录。
    下面简单先容Noltel发表的记录的主要情况：
    Nortel的单信道80 Gbit／s系统实际上是在实现电的时分复用ETDM 40 Gbit／S
的基础上，采用OTDM技术将2个40 Gbit／s复用为80 Gbit／S信号的。线路码型为
二进制RZ码，没有采用FEC。在正、负色散每5km交替使用的G.655光纤上传送480km
（相当于巴黎到日内瓦）不用电再生器。线路上出现的最大色散为30ps／nm，总
色散为零。工作波长1550nm，全线使用了12个掺饵光纤线路放大器。40Gbit／s信
号的产生是用 Mach－ Zehader外调制器实现的。
    6.4Tbit／s DWDM系统是在单波道80 Gbit／s的基础上用 80个波道复用而成
的。系统设计的可靠性为99.999%。可以具有在一对光纤上可靠地连接2500个核心
路由器的能力。
    顺便提一下，Nortel估计到2002年全球光网络的市场可达350亿美金，而且容
量要求每9个月翻一番。Nortel的10 Gbit／S系统占全球市场的90%，1998年的收入
为176亿美金，其从光通信市场来的收入每年增长50％。如果按KMI企业的报告，
Lucent的全球DWDM市场份额为29％，其收入为22亿美金，则全球DWDM市场应为76亿
美金。
    实际上这两个记录还没有保持多久，Lucent在11月就宣布了两项新的世界记录，
又把Nortel远远地抛在后面：
    ·单信道160 Gbit／s的新记录；
     DWDM 16Tbit／s的刷新记录。
    Bell labs的一项新的世界记录是，单波道的最高速率达到160 Gbit／s，在L
ucent的TrueWave RS光纤中传送了300 km。该160 Gbt／s的系统用的是与目前商用
的系统同样的，基于半导体的发送机和解复用器。他们还准备将该系统用于DWDM系
统，至少采用当前商用可实现的100个波道，届时单根光纤的传输容量将达到16Tbit／s。

    40 Gbit／s，即STM－256的SDH设备，除Nortel、Lucent之外，Hitachi、Fuji
tsu、Siemens等企业也都已开发出来。 Lucent不仅研制出TM，还有AdM。
    （2）无电再生距离不断加长
    通常的DWDM系统的无电再生传输距离可达600 km（5× 33 dB），Pirelli企业
利用光线路扩展模块 LEM可以将这个距离提高到 6000 km。
    一般的10 Gbit／S系统的传输距离为 3000－ 5000 km，每隔300 km需要加以
电的再生。而Siemens的TransXpress Iafinity320Gbit／s（32×10 Gbit／s）DWD
M系统可以传输至 10000km之外，且只需每600km电再生一次。由于它采用了与众不
同的光放大器及可选各种泵浦源，包括预放的远泵，使跨距衰减可达44－75dB，根
据光纤参数不同，跨距可达210km到385km。同时采用带外的FEC还可赢得额外的5.5
dB，这对海光缆系统是特别有利的。
    （3）波分复用的波长数不断增加
    目前商用的DWDM系统的波长数一般为8波或16波，32波和40波系统也开始使用。
80波和160波（如NEC的160×2.5 Gbit／s系统）的实用化系统也已面世。1997年
Bell Labs创造的最高记录是206个波，到1999年11月，Lucent在贝尔实验室实现了
超密集波分复用（UDWDM），可以在一根光纤中传送1022个波道，波长间隔为10GHz。
    波道数的增加一方面靠减少波道间隔，另一方面靠增加窗口宽度，如Pirelli
的128波道系统是如下安排的：
    1529－1536nm      安排16个波道
    1541－1562nm      安排48个波道
    1575－1502nm      安排64个波道
    最近加拿大LMGR企业宣布，该企业采用声控光波专利技术使单根光纤能够传输
多达65536个彼此分离的光信道，并进行演示。这将使DWDM系统的潜在容量比目前
可商用的160波系统提高400倍。
    （4）DWDM系统从干线进入城域网
    无论是Lucent、Nortel、NEC，还是Alcatel、Siemens、Maconi、Fujitsu等
都展示了城域网的DWDM解决方案。
    典型的有Nortel的OPTera Metro，是基于环形的城域网DWDM系统，系统容量
可达320 Gbit／S。可以提供 Video、以太网和SDH的传输。它可以工作在32个有
保护的波长或64个不保护的波长。每个波长可以传送的信号可从16Mbit／s到2.5
Gbit／s。Lucent的WaveStar AllMetro，是城域网DWDM系统，主要应用于局域网
和企业网，为光纤到桌面提供最经济的方案，容量可达100Gbit／s。它可在任何
波长保护由于光纤出现的故障，并将话音、数据和视频信号综合在一起，具有容
易使用的特点。
    （5）多模光纤传输高速率信号有新的突破
    Lucent用新研制的LazrSPEEDTM多模光纤，将10 Gbit／s信号传输了1.6km，创
造了新的世界记录。这种多模光纤主要是为局域网LAN设计的，1998年5月，Bell
Labs就做了类似的实验，当时模拟了最坏条件的情况，包括使用4个最坏情况的光连
接器，加上光缆受压力的影响和低价的光收发器与光纤的耦合不准等因素，因此传
输距离只有300 m。这两次实验用的发光器件都是850nm的垂直腔表面发射激光器
（VCSEL），系统的误码率均达到1×10-9。
    （6）对OTN的开发都给予了高度重视
    在展览会上，许多厂商都展出了OADM、OXC等OTN的网元。
    NEC的OADM中的16个波长可以任选波长分插，可以构成双纤线路倒换自愈环和双
向通道保护自愈环，通道倒换的时间为50 ms。
    Nortel的OXC采用Corning的40波100 GHz波长选择开关，可有512个波长进出。
还可以实现波长保护，采用的是聚合物波导开关，开关的菲特率为100 Fit，开关执
行时间2ms，总的光倒换时间为20－50ms。其光交换的容量是每个子框2.8 Tbit／s，
一个机架装两个子框可达5.6Tbit／S容量，其内核仍是电的交换。与之相连的包交
换设备的交换能力可达19.2 Tbit／s。
    Fujitsu的OADM有8个端口，每个端口16个波，目前可经配置选择波长分插，20
01年可实现任选波长分插。其OXC设备采用一种PI－LOSS开关，即通道无关插入损耗
（Path－Independent Insertion Loss）所关。输入喘口可以为32×10 Gbit／s。
    ECI的OADM可工作于40波的DWDM系统，可以分插16个波长。
    Lucent的WaveStar OLS 400 Gbit/s系统可以灵活地用于40×10Gbit／S或80×
2.5Gbit／S，也可以在40－ 80波之间2.5Gbit／S与10Gbit／S混用。它的光分插设
备称为WAD（Wavelength Addand Drop），在直通波道中无需光放大器。
    Nortel的OADM可以灵活地应用于不同的波道速率，其最大容量为：160×10Gbi
t／s，或640×2.5Gbit／s，或1280×1.25Gbit／s，或2560×622Mbit/s。当采用F
EC时，误码率可低于1×10－15。
    Siemens也开发了 OADM和 OXC。利用光开关支撑光的1＋1线路保护，用OXC的自
由光保护机制对付多个故障的出现。
   （7）光的大气传输为光通信增加了灵活性
    Luent宣布，载送话音、数据和视频业务的2.5 Gbit／s单波道光信号可以直接
通过大气传送。传送距离到2000年3月可达2km，到2000年9月可达5km。并准备用DW
DM技术将8个波道复用后，达 20 Gbit／s速率。该光束可以通过水帘，说明抗恶劣
气候的能力很强。据先容，该系统用的是1550nm波长。系统的特点是：
    ·容量大：2.5－20Gbit／s；
    ·距离远：2－5km；
    ·对人眼安全：符合IEC60825；
    ·安装时间短：允许快速、简易安装；
    ·投资效率高：是光纤接人的经济的替代方式。
    其主要应用是：
    ·要求增强带宽时（如话音、数据、Internet和CATV）的“最后一公里”解决
方案；
    ·提供大楼到大楼的城域链路或计算机网络；
    ·在没有接入条件或原带宽不能满足时提供的高效接入方案；
    ·光缆线路维修的临时链路或第二备用手段。
    （8）光通信都要为Data传输提供解决方案
    NEC在其N×2.5 Gbit／S的DWDM环中，可以连接其IX7000核心路由器（100C背板
容量）及IX5000边缘路由器（4G背板容量），而这些路由器均可提供ATM、ISDN、PO
TS、WPN和VOIP等接口。其IP的传送是先映射进SDH，然后通过WDM实现的。组网能力
为5×25dB。
    NEC提出了光子IP方案、STM／ATMIP方案。NEC所提供的综合业务节点可实现ATM
／STM／IP的混合，节点容量可达2Tbit/s。
    Lucent的40×40 Gbit／s系统，采用了具有拉曼增益的光线路放大器。其中可
以传送 DVS（Digital Video SystemS），这是MPEG2的编码信号，用VC12级联的方
式映射到SDH帧中传送。
    Lucent的OptiStar OC48和Optistar OC12就是一种 IP适配卡，可以直接插人服
务器，这样服务器就可以直接连到光纤主干线路上了。而OptiStar GE1000则是全速
千兆比以太网接入的适配卡。
    Nortel的OPTera PacketCore及OPTera Connect也是为 IP提供解决方案的。可
以提供10／100Base－T和千兆比以大网接口。还有Versalar15000、Versalar 2500
0M、Passport 15000等都是将光层和路由层综合在一起，能够处理多种协议，如IP
／MPLS。ATM、TDM或专线等，容量可扩充至100Tbit／s以上，系统可靠性在99.999％
以上。
    （9）传输设备的集成度越来越高
    Alcatel的16808M 10 Gbit/s设备，在一个子框中可以容纳 2个10 Gbit/S的AD
M设备，每个ADM具有512×512个VC4的交叉能力。其他SDH设备的集成度也很高，单
板普遍实现32×2Mbit/s或4×155Mbit/S。STM－16设备具有32×32个VC4的交叉能
力，可以当小型DXC使用。在后面要提到的单片2.5 Gbit／s，甚至单片10 Gbit／s
都说明了设备集成度的迅速提高。
    （10）速率在10 Gbit／s以上的设备和系统都考虑了FEC
    NEC在其16×10 Gbit／S的海光缆系统中采用了G.975所规定的RS（Reed－So
lomo,）码作为FEC码。
    Alcate的1680SM 10Gbit/s设备也采用了RS码作为FEC码。
3光纤光缆
    光纤光缆方面的展出内容相对较少，光纤方面主要仍是Corning的Leaf光纤和
Lucent的RS光纤，光海线需采用正负色散交替的G.655光纤。
    Prilli又推出一种叫FreeLight的光纤，仍是一种G.655光纤，主要是把工作窗
口扩展到了1625nm。
    此外，如前所述，Lucent新研制了LazrSPEED（tm）多模光纤，但无法了解其
技术细节。Lucent还研制了全波光纤，长飞企业研制了色散平坦光纤，这些光纤各
有所长，最关键问题是需要相应波长的光器件与之配套，才能发挥各自的特点。
    光缆方面没有太多新的展示，除了接入网用的光纤带光缆之外，ADSS和OPGW在
电力部门的应用也越来越普遍，缠绕式光缆在数年前就有应用，这次亦有展出。
4微电子器件和光器件
    （1）微电子器件
    Lucent发布一项消息说，他们做出了仅 50 nm的晶体三极管，比人的头发还
要细2000倍。这是一种垂直型晶体管，体积比180 nm的普通水平型晶体管小，同
时它比通常的晶体管的开关速度快一倍。采用这种技术有望将集成电路，特别是
ASIC的集成度提高，数百万门甚至千万门的ASIC将不是梦想。
    Lucent宣布做出了第一个可以把一个SDH／SONET ADM功能放在一片芯片上的
ASIC，实现了“Systm on Chip”。这种芯片采用CMOS技术，工作速率为2.5-10
Gbit／s。目前芯片有两种：TADMN42G5（和TADM0410G，分别对应于2.5 Gbit／s
和10 Gbit／s系统。
    （2）光器件
    Nortal宣布用最先进的技术开发出可调谐范围为15nm的DFB－LD（一般可调谐
LD的可调范围为3－5nm），对100 GHz波道间隔的DWDM系统可支撑18个波长，对
50 GHz波道间隔的DWDM系统可支撑36个波长。这种可调谐DFB－LD的关键技术是采
用了三段电极级联，每一段电极提供5nm的可调范围，总的连续可调15 nm。如果
将两个这样的器件耦合进同一根光纤，则可调范围可扩展为30 nm。其特点是：简
单、可控、易于生产。
    Fujitsu用于DWDM的可调谐LD，是在一个基片上做8个可调谐DFB－LD，并且还
有SOA。
    Lucent在其OXC中所用的光开关是自由空间光开关，是用微镜阵列（Micrro-
mirror Array），构成了128×128的光开关矩阵。每个开关尺寸为0.5mm，开关间
隔为1mm，做在硅的基片上，最大规模可达1024×1024。开关时间为1ms。
    Fujitsu做出了用于40 Gbit／s的LiNb03（银酸锂）外调制器。
    它还研制了用于OXC的光开关，采用PLC技术，每个基片上可集成8×8的开关
矩阵。下一步要做到3×16波×3×16波，即48×48的能力。
    OKI企业为DWDM研制了一系列光器件，包括：
    ·2.5Gbit／s WDM DFB-LD组件
    ·2.5Gbit／s WDM DFB-LD＋EA集成器件
    ·1480nm高功率FP腔LD组件
    ·1510nm监控波道DFB－LD组件
    ·1625nm监控波道FP腔LD组件
    ·小型封装MWQ FP LD组件
    ·小型封装双向组件
    ·小型封装带前放PD组件
    HitaChi的光器件一直比较领先，它有成套的各种光器件，如SONET／SDH光发
射机、SONET/SDH光接收机、光收发器、并联光互连模块、塑料光纤模块等。特别
是它的16波622Mbit/s到10 Gbit／s的光发送和接收模块，为设备制造厂商提供了
很大的方便。
5光仪表、工程施工及其它
    光测试仪表方面的新内容也不多，主要在两个方面：
    10 Gbit/s信号分析仪，除惠普企业（现安捷伦企业（Agilent））和安立公
司（Anritsu）外，安藤企业（Ando）和万谷企业（WG）也已开发出来，但40 Gbi
t／s的仪表尚未见到展示。
    DWDM的测试仪表比较多，如光谱分析仪、多波长计、可调谐光源和多路光源
等。光谱分析仪的性能有较大的提高，如Agilent 86142A和86145A的分析带宽均
达到600－1700nm；实时扫描；70dB动态范围和-90 dBm灵敏度等。多波长计的波
长范围为1250－1600nm；动态范围为65dB。可调谐光源的波长范围为1500－1640
nm；输出功率达+10dBm。可以对DWDM系统进行测试，也可对系统的元器件（如ED
FA）、合波／分波器、滤光器、连接器等进行测试。
    当光缆的芯数逐渐加大时，光缆的接续护套能否适应光缆芯数的需要，就成
了突出的矛盾。在展览会上，有专门研制光缆施工所需器材的企业展出各种接续
护套，HellermannTrton就是其中之一。它展出了18碟片的通常束管式光缆接续
护套，适于多芯及光纤带光缆的72碟片的接续护套，每碟片可容纳54个光接头，
最大容量为2000芯。同时也考虑了光缆分支的需要，有各种多分支接续护套。
    Plumett企业专门展出其气动容管的设备，其穿管的能力达1000m到3000m。
同时还有配套的器件和专用工具，也有缠绕式光缆的缠绕设备展出。
    光纤熔接设备比较突出的还是多芯一次熔接的熔接机。
6结语
    微电子技术、光电子技术和计算机技术的飞速发展为光纤通信技术的快速发
展创造了有利的条件。这次展览会的展示表明，近年来光纤通信技术的发展也是
日新月异，从中大家也看到了自己的差距。我国在光纤通信领域与国际水平相比，
在应用和产品方面相对来说差距还略小一些，但实验室水平的差距就太大了。其
主要原因有科研经费投入不足、高科技人才的不断流失、装备条件差等方面的问
题，也有配套基础力量弱的因素，如器件研究和制造水平差距太大，无论是微电
子器件还是光电子器件，远远赶不上国际水平。因此大家研制、开发的设备中，
主要器件都是从国外采购的。Teecom99上亮相的器件都是当前最新技术的结晶，
超高速、大容量的系统没有这些器件是无法实现的。例如40 Gbit／S（STM－256）
设备目前在国内就难以开展研究，主要问题就是没有器件，即使国外肯卖，价格
也是天价，无法问津。这些问题单靠企业本身是难以解决的，建议政府进一步重
视基础环节，并加大投入力度，为科研人员营造更为良好的研究环境，通过数年
奋斗，振兴我国的民族光通信产业。