[分享] 光纤通信七大趋势

jack_w1980

   最近举行的研讨会和商展上的信息表明，光纤通信的各种趋势揭示了导致市场复杂关系的技术相互依赖性。

要点

● 没有一种发展趋势能恰如其分地描述当前光纤通信技术的发展，近期发展重点将仍然主要是MAN技术。
● 数据通信业务量继续急剧增长。但是通信业务量分布模型明显地不均匀，从而导致某些地域通信业务密度很大的格局。这种格局会随着无线局域网和公众热点的普及而变得更明显。
● 不同种类的设备汇聚于10Gbps节点。达到这个数据速率的与协议无关的技术可能对技术开发者、业务提供者和终端用户都有益处。
● 尽管市场的长期低迷，供应商却一直积极地开发复杂的光纤新技术，其中包括新的VCSEL器件和MOEMS信号处理器。这些领域的生产工艺均已成熟，器件也逐渐显现出稳定的性能。

经历大家行业历史上整整两年最严重低迷之后，今年举行的一系列研讨会和商展的参加者稀稀拉拉，无论是供应商、客户、院校还是商业媒体，人们都有一个共同的特点：就像口干舌燥的沙漠中的迷途者一样，与会者都渴望这个久不景气的市场能出现哪怕是一点点好消息。他们以混杂着乐观和猜疑的心情看待各种正面消息，因为他们试图把行业即将复苏的迹象与纯粹的幻想区别开来。

在这种环境下，空洞而无伤大雅的问题扮演着毫无根据的重要角色。过去几年，商贸活动的参与者总是问"有没有重大事件发生？"，业外的朋友则以同样的口吻问"进展怎么样了？"，这只是简单的程式化寒暄和开始普通谈话的话茬，而并非真正的质询。相比之下，今年有许多人曾请教我一些实质问题，而且看来他们是在很认真地寻找答案。

不过，我的确考虑过七种趋势，而且也想到七种趋势共同描绘出大家行业的一幅有趣景象。

如果你希翼你的世界被描述得一清二楚，而描述主题又按互相正交的影片盒安排，那么这一市场就不适合你。无可否认，很少有那样安排的。大多数的光纤通信发展趋势都基于各种技术影响、地域影响、标准影响、规章影响、服务和通信业务种类等相互关联的因素，而且哪一个因素也不是静止不变的。对于大家中间那些宁愿关注技术的人来说（这就像是在馅饼上咬了足以满足食欲的一大口），没有对相关问题的起码了解，简直就不可能理解使产品和技术发展的动力。

那么接下来，就绝非是一个Dave Letterman风格的前10名的排行榜。这个行业内没有什么东西只涉及一个方面（但这并不意味着Letterman本身就是只涉及一个方面的）。不过，我曾试图先列出那些似乎能最广泛推动技术发展及其被采纳速度的趋势。然而，组织这些明显趋势及其相互关系的多次尝试，逼近一个循环的模型，其中，技术基础设施是证明其投资合理的持续通信业务量水平的先决条件；通信业务量水平取决于客户方设备的普及程度；这又取决于硬件和App的价格和实用性、具有吸引力的收费标准和通信业务量的生成因素；而这些又需要基础设施与技术以合理的等待时间处理通信业务。

这也许会把你搞糊涂了。

这也许还会使为某些可能最有影响力的趋势获取可靠数据的任何企图落空。虽然趣闻轶事般的证据不可能取代可靠的统计数据，有关的时间常数--那些行业动态的时间常数和有关收集、分析和呈送统计数据的时间常数--也并非总能带来及时的新数据。另一方面，舆论的评价虽然可能较为模糊，但能给出及时而又公认的定性描述。此外，虽然商业中心能轻易地比较销售数字，但这种统计数字不能直接说明两种代替技术间的竞争情况以及新兴标准带来的影响。技术中心也许会遇到同样的竞争情况，但必须面对这样一个事实：许多竞争者以不同的时间表进行开发，犹如涨落阶段不同的潮汐。例如，发表的数字如不考虑如下情况，就会产生误导：某个给定功能的成本可能会相差一个数量级以上，相差程度视许多应用细节和实现细节而定。

编辑收集了以下趋势，这是2002年11月慕尼黑电子会议、2003年2月旧金山ISSCC（国际固态电路会议）、特别是2003年5月至6月亚特兰大OFC（光纤通信会议）和Supercomm会议的成果。编辑还参加了许多会议，与物理层及相关技术主要供应商进行了一系列交流。

趋势1－数据的供求

从20世纪90年代初以来，全球向信息密集的工作方式和生活方式的转变，推动了光纤行业的发展。在此之前，数据处理资源的性能开始有可能实现各种各样的应用，而所需成本对大众市场很有吸引力。在很大程度上能使现代大规模数字通信网络得以实现并产生对其需求的分布式计算资源这一概念并没有促成数据传输技术方面直接并行的构建。因此，除了一些值得注意的特例之外，与其说各种应用可能受计算资源缺乏的限制，倒不如说受输入输出的束缚。这个显著特点与以前几十年计算资源的速度缓慢和价格昂贵形成了鲜明对比。以前几十年的数据密度比较稀疏，应用领域也在很大程度上局限于由一个或仅仅几个CPU和数据存储器支撑的LAN（局域网）。

在近10年内，数据客户的数量急速增长。从模拟方式到占主流通信模式的数字传输方式的转变将历来孤立而又不相关的系统转变为可能共享同一网络的"服务"。因此，譬如说，有线电视服务提供商可以通过传统的线路末端的电器，如电视机、电脑、手机提供视频服务、互联网服务和电话服务。这些电器在某种程度上起着专用数据终端设备的作用。甚至各类终端设备之间的差别也开始变得模糊不清，因为任何人都可用当今一代手机读电子邮件、拍照和打电话。最终用户现在能够在任何时间，从几乎任何地方使用各种服务。在用户只访问的数据只有一部分来自PAN（个人网）或LAN数据存储器的情况下，越来越大的数据流必须经由基于光纤的公用网。

到1998年底，公用网中的数据通信业务量超过了电话通信业务量。从此，互联网通信业务量的增长率从每年45％上升到100％。这种增长率与报刊上神话般夸大的每季度甚至每100天通信业务量翻一番的报道--这些报道甚至使最虔诚的Mooresian也汗颜--形成对比。

虽然声名狼藉的"网络"泡沫对金融市场产生了短暂影响，但数据通信业务量却呈现出一种稳定得多的趋势。然而，正如简单的均匀分布模型所表明的，通信业务总量的增长并没有直接带来相应的主干网带宽需求的扩大。相反，超过半数的万维网请求都只以估计总共20亿个网站中的头1000个为目标。大型互联网服务提供商都保留万维网缓存服务器来处理他们所接收的数量庞大的数据请求。这种服务策略实际上产生了许多不同地域的镜象网站，导致相当部分的互联网通信业务量不通过主干网，而是通信业务量的产生和终止都在同一网络之内。



图1 如果目前的增长趋势继续下去，则到2005年底，长距通信业务量将达到10×1018字节/月。

这种格局对于光纤接口技术来说有几种含义。长途通信业务量实际一直在增长，大约每年翻一番，2002年12月估计达到每月100×1015字节（图1）。即使如此大量的通信业务量也没有反映出MAN（城域网）环路必须容纳的总通信业务量。所以，虽然均匀分布模型预测出主干网带宽远不能满足需求，但实际上瓶颈更可能出现在城域网环路上。

趋势2－接入到接入

如果按照以美国或欧洲为中心的视角来看，则对光纤接口设备的需求似乎并不很紧迫。事实上，我所采访的所有物理层供应商都说中国正在进行的基础设施建设是他们最重要的增长机会。环太平洋区域其他地方接入设备的更新在通信元件的其余销售额增长中占很大比重。一个说明接入需求增长的例子证明远东地区网络承受着种种压力。几个参与近期商展的芯片制造商将他们所有的VDSL销售活动都归功于远东市场。单单一家供应商报导说，VDSL在韩国以每月10万件的持续速度替代ADSL调制解调器。以人口比例计算，那个供应商用VDSL替换ADSL技术的速度比在美国采用ADSL和基于电缆的数据业务的总速度还要快。虽然ADSL和电缆业务都不直接采用光纤链路，他们却有助于指明趋势，因为基于铜线的"最后一英里"技术所促进的通信业务要使用光纤技术主宰的MAN中的网络容量。

来自eMarketer企业的有关10个国家和地区上网技术部署率的数据被一份美国商务部报告所引用，该报告按照上网家庭和宽带上网家庭所占的百分比将美国排在第六位（表1）。有意思的是，虽然在报告中居前六位的国家和地区的上网率相差不大--为52% ~ 62%，但宽带上网率却相差很大：韩国是52%（排名第一），而美国是10%。换句话说，91%的韩国上网家庭都使用宽带"最后一英里"技术，而美国上网家庭中只有20%这样做。韩国的家庭比美国少1/3。不管这两个市场的相对规模如何，看来在没有迹象表明美国宽带部署格局发生悬而未决的变化情况下，美国市场无法推动技术企业的战略计划。对提供光纤接口供应商和最后一公里铜线技术供应商的采访加深了这个印象；他们中没有人相信这种变化即将来临。各个供应商，从半导体制造商到大系统集成商，实际上都认为当前美国的管理环境是非同轴电缆"最后一英里"宽带技术应用的主要障碍。商务部的数据证实美国宽带技术的低采用率并不是因为缺少需求。



除了几条线路之外，虽然目前升级至MAN成了公共网增强工作中值得注意的二部分，但是在美国，这样的活动大多是为了降低运营成本，而不是为了提高容量。MAN环路正在扩展地域并随之扩大单程服务长度的需求，这是一种为全世界通信企业的目的服务的趋势。例如一年前，为MAN业务提供光纤模块的大多数供应商，他们所报出的最大单程服务长度为40公里。2003年3月在亚特兰大举行的光纤会议上，光纤模块供应商一般都报出80公里单程服务长度；能达到100到120公里并因此取消中继器成了供应商吹牛的资本。

趋势3－位速率的汇聚

10Gbps节点作为一种最有效的节点在继续发展，因为在这种节点上，许多在其他方面根本不同的高速通信设备的要求都汇集在一起。OC-48节点与非电信中心业务，如千兆以太网和光纤信道，几乎没有什么通用性。但是，城域网核心及边缘、企业主干网和大型SAN均可利用标志着重要技术里程碑的收发器芯片组：芯片厂商已开发出能满足SONET抖动要求的、利用CMOS工艺的低成本和巨大生产能力的10G业务的电路和设计规则。增强信号捕获功能的方案，例如自适应CDR（时钟和数据恢复），有利于补偿非协议特定的信号劣化，如色散和衰减。

10Gbps收发器的TAM（总体可用市场）很小，不能形成采购和模块生产的规模经济。但是，将常规技术用于数种设备的能力确实能使模块和芯片组供应商在电路设计工程和生产工艺开发方面实现类似的利益。10Gbps市场的这个方面对于设计和开发组织而言是双赢。他们不用管理多个开发项目，就能够获取TAM中的更大份额。他们可通过提高诸如测试系统和组装工具等昂贵投资设备的利用率，来更好地管理其支出。

与协议无关的收发器芯片组还可利用汇聚于10Gbps的信令传送速率。这些器件为网络运营商提供一种不同的部署和经营模型。运营商不是在安装收发器时就把光纤或波长分配给特定通信业务类型，而是可在传输过程中进行这种分配，从而使他们能够处理混合业务和动态需求，并将运营成本降至最低。与协议无关的收发器还可以通过减少运营商在仓库中必须保存的各种备件来降低网络成本。

近两年市场低迷已经延缓了40Gbps节点的部署。当前舆论认为汇聚于10Gbps技术的种种好处会使OC－768的大规模部署再推迟3~5年，超过供应商预计的18个月。上一代技术，如千兆以太网，会继续增长。实际上，10Gbps节点的成功应会推动使用光纤或铜线的LAN客户节点利用吉位以太网。同样，大型数据中心均可综合利用传输速率为1Gbps、2Gbps和10Gbps的光纤信道技术。

趋势4－跟踪占用面积大小

知情者向我断言MSA（多源协议）并非兔子，但考虑到其数量的增长速率，怀疑是理所当然的。现有的模块占用面积、模块变种和模块供应商均超过任何人的需要。这种情况往往会带来合并，尤其是考虑到10Gbps节点的汇聚时。诀窍是猜出哪些MSA可能会成功，而哪些MSA会被淘汰。

但应记住，不同的MSA并不争相用于同一种设备，所以有充足的理由存在多种模块占用面积，但从长期来看不会很多。300脚MSA可用作为OC192业务优化的可插入模块的事实上的模块占用面积标准。符合300脚MSA的模块都提供一条系统一侧的数据通路，数据通路包含有映射到10Gbps光纤馈线的16条622Mbps线路。收发器可分为SR（短距离）、IR（中距离）和LR（长距离）3个等级。SR主要用于某一设施内部的链路；IR适合于40公里的距离；LR用于80公里或更长间距的点对点传输。收发器可采用带有波长锁定装置的可调谐激光器和具有长距传输所需高消光比的调制器。

Xenpak MSA 试图将300脚模块的大部分装入到空间更小、接口更简单的封装里，从而将300脚模块的16条622Mbps线路减少至4条3.25Gbps线路。Xenpak模块能够与他们的线路卡平行地插拔，所以不用拔出线路卡就可更换模块。这种创新可缩短检修时间，提高组装密度。

对于不需要长距离光纤子系统的应用来说，Xenpak模块的体积仍然比许多OEM要求的要大。为缩小模块占用空间，Xpak、X2和XFP三种MSA正在竞相用于相同设备中，尽管它们并不共用同一系统接口。Xpak和X2几乎是相同的，都共用Xenpak电接口，但主要在机械细节上有所不同。XFP的占用面积在端插入模块系列中是最小的，XFD的与单线路XF1（10Gbps串行）接口的电接口也是最小的。

仅仅几个月前， OEM好像抵制过XFP，因为他们需要增加SERDES（串行器/解串行器）并需要在印刷电路板上排列全速10Gbps线路。SERDES问题在于在系统采购和应用期间可插入模块是否合用：最终客户可能使用仅仅具有他们所需模块数量的线路卡来满足眼前的需求。当他们的需求增加时，他们可以热插入另外的模块来满足需要，而不需把整个线路卡卸下。另外，具有不同传输特性的模块可插入相同的插座。所以这样可以减小模块和线卡的备件库存，长距离通信用的1550nm模块和为短距优化的1310nm模块可以使用同一种线路卡。但XFP的功能分割却使SERDES安装在线路卡上，因而不论是否马上需要，OEM必须在每个模块的位置安装一个SERDES--总共有32个位置。虽然XFP模块的成本会低于Xen类模块，但由于功能分割的不同，尤其是SERDES具有更粗的采集颗粒度，使XFP的信道平均成本更高。

如果听起来好像XFP没有成功的希翼，则要考虑今年春节商展上随便算算就可看出宣称生产XFP的产品的供应商要比声称生产任何别的MSA模块的供应商多。Xenpak、Xpak和X2三种模块在市场定向和发展势头上的混乱状态似乎已为XFP的成功大开方便之门。多数生产Xen类模块的供应商也提供XFP，由此来保护其赌注有可能成功的模块。虽然还没有迹象表明X2联盟独自产生他们的MSA来撤换Xpak，但Xen类的第三种格式还基本没有人完成。目前为止，宣布生产符合X2 MSA的模块的制造商寥寥无几--值得注意的是Sumitomo企业和Merge Optics企业。

并非只有模块厂家圈占XFP市场。几家通信系统大企业已在他们的线路卡上设计了XFP，从而利用它非凡的组装密度并将Xen类型模块视为他们可以跳过的过渡产品和短期替代品。如果XFP的近期市场接受程度持续增长，全部三种Xen类MSA会发现他们受到了排挤，最坏情况就是完全被挤出市场，最好情况也只是进入XFP的小型封装所不能支撑的更远程的应用。

关于"Xs的争夺"的讨论很少涉及在SAN和LAN中流行的SFF（小形状系数）MSA和SFP（小形状系数可插入）MSA。这些小模块的机械设计，都不考虑热插拔，所以，虽然它们的定义是与SONET兼容的，但却不太可能成为需要最高工作性能的线路卡的竞争者。新增加的MSA扩展产品，即eSFF和eSFP，已经在超越SAN和LAN的应用中带来了引人瞩目的功能。要么这些功能会移植到其它的MSA上，要么eSFF和eSFP MSA像10Gbps节点汇聚的其他含义一样成为市场未知数。

趋势5 － VCSELS满街都是

与边沿发射激光二极管技术相比，VCSEL的加工工艺更便宜，成品率更高。VCSEL也能够在发射器和光纤接口提供比边沿发射半导体激光器的光耦合效率更好的光束几何形状。直至最近，VCSEL仅能用作工作在850nm的短波长器件。今年春天，Picolight企业和英飞凌企业几乎同时发布了新的1310nm的VCSEL器件。波长更长的激光二极管将会把VCSEL技术的应用从短距和超短距业务推进至中距业务。

这两个发布的其它含义是各企业在长期市场低迷中并不仅仅在老产品上做表面文章。关键技术的开发仍在继续，企业之间也在一如既往地展开激烈竞争。

趋势6－超级物理层

各系统历来都包含有信道监视器以有助于保证QOS（服务质量）等级。这些监视器工作于网络层和传输层，既是定义OSI模型第三层的路由和排序功能的一部分又是定义第四层的流量控制和纠错功能的一部分。

如果网络节点间存在透明信道，如果物理层设备能检测和正确解析比特流，则数据链路层和网络层就会确保正常工作，除非系统出现故障，例如电力不足或冷却系统中断。

然而，系统还能在物理层检测大部分信道变化，QOS（服务质量）在物理层更意味着"信号质量"。物理层的监视器功能能报告有关信道情况的诊断数据，以驱动路由判决，触发维护请求和引导维护工作。物理层的监视器还能作为信道优化方案的一部分发挥作用，以提高容限并将误码率的统计数据降至最少。

Vitesse企业和AMCC企业提供的物理层芯片都是集成了基于伺服的数据眼图优化设备的例子。Cicata半导体企业、BitBlitz企业和Accelerant Networks企业已设计了主要供基于铜缆设备用的自适应技术，其中包括T3和吉比以太网I/O，以及高速背板收发器。

直到最近，光模块MSA几乎不利用智能物理层芯片报告的功能，来提高系统对媒质层或接口层状况的了解。SFF和SFP MSA定义的新扩展部分增加了对光纤模块工作参数的实时访问，其中包括温度、供电电压、发射器偏置电流、发射器输出功率和接收信号强度。每个可测量参数的可编程高、低警告门限和报警门限使得模块能够将故障和工作状况或信号状况不良区分开来。

趋势7－MOEMS的前兆

自由空间光功能正变得多种多样。虽然众多开发团体已经发布大规模自由空间2维和3维开关结构的原型，但看来可伸缩性的限制使这些开关结构的商业化前景成为疑问。

另外一方面，MOEMS（微光机电系统）信号调节部件能提高系统的波长捷变能力并改善光纤使用率。这些部件包括DGE（动态增益均衡器），用以补偿信号功率大的变化。DGE在各种波长进出DWDM馈线时进行这种补偿，因而这些波长行进的距离不同，所遭受的信号损耗相差很大。例如，基于衍射MOEMS结构的DGE可用一个器件对多达100个信道上进行波长均衡，并具有小于0.2dB的输出纹波。这种器件在机械上很牢固，功耗很小，并且可使用成熟高产的生产工艺。因为他们的信号调节功能完全在光域内实现，所以MOEMS器件自然就是与协议无关的。

衍射结构也能在带宽不间断的光波波段上产生作用。当DWDM信道数量增加，促使信道宽度从100GHz减小到50GHz，再减小到25GHz时，MOEMS信号处理器能保持其特性而没有过大的纹波，而且还能控制由于高传信速率的带宽扩展所产生的串扰。