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光纤通信仍然是最主要的传输技术（毛谦）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，介绍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介绍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我们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、Sony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OFC99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： Telecom95上Nortel、Hitachi、Toshiba、Philips等公司均推出了单信道 10 Gbits设备，这在当时是最新记录； OFC97 NEC宣布实现了2.6Tbits DWDM传输系统实 验，号称最新记录； OFC99 NTT宣布完成了3 Tbit/s OTDMDWdM的传输 系统实验，打破了NEC的记录； 1999年，Siemens宣布了3.2Tbits（8040 Gbit/s）的记录。 在这次Telecon99上，Nortel宣布了两个世界记录： 单信道 80 Gbits的最高记录； DWDM6.4Tbits的最高记录。 下面简单介绍Noltel发表的记录的主要情况： Nortel的单信道80 Gbits系统实际上是在实现电的时分复用ETDM 40 GbitS 的基础上，采用OTDM技术将2个40 Gbits复用为80 GbitS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30psnm，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。40Gbits信号的产生是用 Mach Zehader外调制器实现的。 6.4Tbits DWDM系统是在单波道80 Gbits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350亿美元，而且容量要求每9个月翻一番。Nortel的10 GbitS系统占全球市场的90%，1998年的收入为176亿美元，其从光通信市场来的收入每年增长50。如果按KMI公司的报告， Lucent的全球DWDM市场份额为29，其收入为22亿美元，则全球DWDM市场应为76亿美元。 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 Gbits的新记录； DWDM 16Tbits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 Gbits，在L ucent的TrueWave RS光纤中传送了300 km。该160 Gbts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16Tbits。 40 Gbits，即STM256的SDH设备，除Nortel、Lucent之外，Hitachi、Fuji tsu、Siemens等公司也都已开发出来。 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公司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 GbitS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 Iafinity320Gbits（3210 Gbits）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4475dB，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1602.5 Gbits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： 15291536nm 安排16个波道 15411562nm 安排48个波道 15751502nm 安排64个波道 最近加拿大LMGR公司宣布，该公司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 GbitS。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16Mbits到2.5 Gbits。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100Gbits。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 Gbits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廉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110-9。 （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2050ms。其光交换的容量是每个子框2.8 Tbits，一个机架装两个子框可达5.6TbitS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 Tbits。 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PILOSS开关，即通道无关插入损耗（PathIndependent Insertion Loss）所关。输入喘口可以为3210 Gbits。 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4010GbitS或80 2.5GbitS，也可以在40 80波之间2.5GbitS与10GbitS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：16010Gbi ts，或6402.5Gbits，或12801.25Gbits，或2560622Mbit/s。当采用F EC时，误码率可低于11015。 Siemens也开发了 OADM和 OXC。利用光开关支持光的11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 Gbits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 Gbits速率。该光束可以通过水帘，说明抗恶劣气候的能力很强。据介绍，该系统用的是1550nm波长。系统的特点是： 容量大：2.520Gbits； 距离远：25km； 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N2.5 GbitS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525dB。 NEC提出了光子IP方案、STMATMIP方案。NEC所提供的综合业务节点可实现ATM STMIP的混合，节点容量可达2Tbit/s。 Lucent的4040 Gbits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10100BaseT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100Tbits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512512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322Mbit/s或4155Mbit/S。STM16设备具有3232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 Gbits，甚至单片10 Gbits 都说明了设备集成度的迅速提高。 （10）速率在10 Gbits以上的设备和系统都考虑了FEC NEC在其1610 GbitS的海光缆系统中采用了G.975所规定的RS（ReedSo 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，长飞公司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的集成度大大提高，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SDHSONET 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 Gbits。目前芯片有两种：TADMN42G5（和TADM0410G，分别对应于2.5 Gbits 和10 Gbits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DFBLD（一般可调谐 LD的可调范围为35nm），对100 GHz波道间隔的DWDM系统可支持18个波长，对 50 GHz波道间隔的DWDM系统可支持36个波长。这种可调谐DFBLD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DFBLD，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128128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10241024。开关时间为1ms。 Fujitsu做出了用于40 Gbits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88的开关矩阵。下一步要做到316波316波，即4848的能力。 OKI公司为DWDM研制了一系列光器件，包括： 2.5Gbits WDM DFB-LD组件 2.5Gbits WDM DFB-LDEA集成器件 1480nm高功率FP腔LD组件 1510nm监控波道DFBLD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SONETSDH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 Gbits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，除惠普公司（现安捷伦公司（Agilent）和安立公司（Anritsu）外，安藤公司（Ando）和万谷公司（WG）也已开发出来，但40 Gbi ts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6001700nm；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12501600nm；动态范围为65dB。可调谐光源的波长范围为15001640 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公司展出各种接续护套，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公司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，从中我们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。因此我们研制、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 GbitS（STM256）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。WDM技术的原理及其应用与发展（吴海西） 三、WDM系统在传送网中的应用 传送网面临着巨大带宽需求和网络业务调度等压力，2000年传送网络的热点是：长途干线大规模应用DWDM系统，从而提供更多的带宽、降低中继成本；在大容量市话网络中规模应用STM64和STM16系统，支持业务的灵活调度。 1WDM在长途干线传输网中的应用 与由分插复用器（ADM）和中继器构建的传统SDH长途干线网相比，DWDM系统由于采用具有多波长放大能力的接饵光纤放大器技术，从而降低了长途干线网的中继成本，获得了广泛应用。在长途干线传输网中，DWDM负责解决业务的长距离传送，SDH负责解决业务的调度、上下和保护。根据目前长途干线网建设和维护中对DWDM的要求，总结出以下几个要点： 在长途干线网中，中继设备数量大为减少，具有统一管理DWDM和SDH设备能力的网管系统可降低网管系统的投资，简化维护工作。 长途干线中设备节点距离较远，给系统维护和故障排除带来很大不便。如果采用具有定时扫描各种光谱特性的内置光谱分析单元，维护人员就可以在网管中心实时了解动态运行中的每个波长的光功率、中心波长、光信噪比等光谱特性，实现系统在线监控，满足干线网远程监控与维护的需要。 目前ITUT建议只定义了822dB，530dB，333 dB三种规模的光放大单元，但长途干线中实际再生段超出120km的情况很多，随着器件技术水平的提高，采用具有更多光放规格的DWDM系统，在工程设计时就可以超出上述受限范围，最终降低中继建设成本。 目前大多数DWDM系统尚不支持系统误码性能监测和连接完整性确认等重要功能，相反，SDH利用丰富的开销字节能很好地支持上述功能。目前国内有些厂商的DWDM系统在收端和发端的波长转换单元（OTU）进行波长转换的同时，将SDH帧结构中的B1字节提取出来进行校验，可实现在线监测和故障准确定位。 长途干线中具有再定时、再整形和再放大（3R）能力的OTU单元可在国距离原因导致光信噪比下降突破阈值、超出色散容限的节点替代SDH电中继设备，以降低建设成本。 2WDM技术在城域网中的应用 随着技术的进步和业务的发展，WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展，当然这种扩展不是直截了当的，还需要针对城域网的特定环境进行改造。适用于城域网领域的WDM 系统称为城域网WDM系统，其主要特点和要求是：首先，低成本是城域网WDM系统最重要的特点，特别是按每波长计其成本必须明显低于长途网用的WDM系统。由于城域网范围传输距离通常不超过100km，因而不必使用长途网必须用的外调制器和光放大器。由于没有光放大器，也就不需要任何形式的通路均衡，从而减少了分波器和合波器的复杂性，也不会遭受与光放大器有关的非线性损伤。光放大段的设计仅仅是光损耗的设计，十分简单明了。最后，由于没有光放大器，波长数的增加和扩展也不再受光放大器频带的限制，容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件，特别是无源器件的成本大幅度下降，从而降低了整个系统的成本。 城域网WDM系统容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务，这样用户可以灵活地传送任何格式的信号而不必受限于SDH的结构和格式。特别是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户接口，要能灵活快速地支持各种速率和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应从10Mbit/s到2.5Gbit/s范围的所有信号，包括SDH，ATM，IP，ESCON， FDDI、千兆以太网和光纤通路等。而对于应用在城域网核心的系统，将来有可能还会要求支持10 Gbit/s的SDH信号和10Gbits的以太网信号。 城域网WDM系统还应具备波长可扩展性，新的波长应能随时加上而不会影响原有工作波长。这样，系统可以通过简单地增加波长而迅速提供新的业务，极大地增强运营商的市场竞争能力。 四、WDM技术在数据业务中的应用 随着Internet的迅猛发展，对其骨干网的带宽提出了很大需求。从目前的发展看，最合适的解决方案是千兆以太网（GE）over DWDM，它可以提供几十个千兆比每秒的通信带宽，而且具有以太网的简易性，与其它类似速率的通信技术比较，具有价格低廉的特点。 GE over DWDM实现了以太网基础之上的平滑过渡，综合平衡了现有的端点工作站、管理工具和培训I基础等各种因素。千兆以太网采用802.32协议，与10M，100M以太网具有同样的帧格式和帧长。对于广大的网络用户来说，这意味着现有的投资可以在合理的初始开销上延续到千兆以太网，而不需要对技术支持人员和用户进行重新培训，也不需要作另外的协议和中间件的投资。 IP over DWDM的通俗说法就是让 IP数据包直接在光路上传送，减少网络层之间的冗余部分。由于省去了中间的ATM和SDH层，其传输效率最高，节省了网络运营商的成本，同时也降低了用户获得多媒体通信业务的费用，是一种最直接、最经济的IP网络体系结构。GE over DWDM是IP over DWDM的一种廉价方式，非常适用于大型城域IP骨干网的应用。 GE over DWDM的基本原理和工作方式是：在发送端，将交换机、路由器等设备发出的千兆以太网光信号送给千兆以太网波长转换板进行光电转换，变为电信号；此电信号分为两路，一路送给千兆以太网的MAC芯片，另一路去调制具有特定波长的激光器；通过千兆以太网的MAC芯片可以获取千兆以太网的传输情况，如数据包流量和错误的数据包数量，可以很方便地在传输网管设备上观察到千兆以