中国光纤通信技术的现状及未来

1、中国光纤通信技术的现状及未来光纤通信是我国高新技术中与国际差距较小的领域之一。 光纤通信由于其具有的一系列 特点, 使其在传输平台中居于十分重要的地位。 虽然目前移动通信, 甚至卫星移动通信的热 浪再现高波,但 Telecom99的展示说明,光纤通信仍然是最主要的传输手段。在北美,信息 量的 80%以上是通过光纤网来传输的。在我国光纤通信也得到广泛的应用,全国通信网的 传输光纤化比例已高达 82%。光纤通信技术的应用基本达到国际同类水平,自主开发的光 纤通信产品也比较接近国际同类产品水平, 但实验室的研究水平还有一定的差距。 本文扼要 回顾我国光通信走过的历程, 并从光纤光缆、 光器件、 光传

2、输设备和系统等几方面介绍光通 信的研发、 应用现状, 展望光通信在我国的应用前景, 将激励我们为振兴我国光通信民族产 业做出更大的贡献。1 我国光通信历程的回顾我国的光通信起步较早, 70年代初就开始了大气传输光通信的研究,随之又进行 光纤和光电器件的研究,自 1977年初,研制出第一根石英光纤起,跨过一道道难关,取得 了一个又一个零的突破。如今回顾起来,所经历的“里程碑”依然历历在目:1977年,第一根短波长 (0. 85mm 阶跃型石英光纤问世,长度为 17m ,衰减系数为 300dB/km。研制出 Si-APD 。1978年,阶跃光纤的衰减降至 5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤,即

3、 G .651光纤。研制出 GaAs-LD 。1979年,研制出多模长波长光纤,衰减为 1dB/km。建成 5.7km 、 8Mb/s光通信系统试验段。1980年, 1300nm 窗口衰减降至 0.48dB/km, 1550nm 窗口衰减为 0.29dB/km。研制出短波长用的 GaAlAs-LD 。1981年,研制出长波长用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探测器。多模光纤活动连接器进入实用。研制出 34Mb/s光传输设备。1982年,研制成功长波长用的激光器组件和探测器组件 (PIN-FET。研制出光合波分波器、光耦合器、光衰减器、滤光器等无源器件。研制出 140Mb/s光传输设备。1

4、984年,武汉、天津 34Mb/s市话中继光传输系统工程建成 (多模 。1985年,研制出 1300nm 单模光纤,衰减达 0.40dB/km。1986年,研制出动态单纵模激光器。1988年,全长 245km 的武汉椌V輻沙市 34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴 定验收。扬州高邮 4Mb/s单模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。1989年,汉阳汉南 40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。1990年, 研制出 G .652标准单模光纤, 最小衰减达 0.35dB/km。 到 1992年降至 0.26dB/km。 成功地研制出 1550nm 分布反馈激光器 (DFB-LD。

5、1991年,研制出 G .653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km。研制出 565Mb/s光传输设备。合肥芜湖40Mb/s单模光传输系统工程通过国家鉴定验收。1992年,研制出掺铒光纤 EDF 。研制出可调谐 DFB-LD 和泵浦源 LD 。FC-PC 陶瓷单模光纤活动连接器通过邮电部鉴定。1993年,在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展,小信号增益达 25dB 。上海无锡65Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。该工程的建成,在国内外产生了重 大影响,对此后“巴统”的解散起到一定的“催化”作用。1995年,研制出 STM-1、 STM-4 SDH设备。1996年,研制出

6、STM-16 SDH设备。1997年,研制出 G .655非零色散位移光纤。研制出应变多量子阱 DFB 激光器, STM-1、 STM-4收 /发模块和 STM-16接收模块。成都攀枝花 22Mb/s SDH光传输工程通过邮电部鉴定验收;咸宁 622Mb/s SDH双自愈环互连系统工程通过建设部门初验。1998年, 海口三亚 5Gb/s光传输系统工程通过邮电部鉴定验收, 该工程全长 322km , 仅在万宁设一个中继站, 海口万宁的中继距离为 172km , 仅在发送机中使用一个 EDFA 就实现了这一超长中继。研制出 OADM 、 OXC 样机。1999年, 82.5Gb/s DWDM系统通

7、过国家验收。研制出 STM-64 SDH设备。IP over SDH的建议被 ITU-T 确认。中国光通信技术的发展, 经历了许多曲折和困难, 有研发初期 “巴统” 的技术封锁, 基础和配套工业设施跟不上, 资金投入的不足, 人才资源缺乏等。 但我国光通信界的同行们 为发展自己的民族光通信事业, 克服了重重困难,掌握了光纤、 器件、系统等各方面的关键技 术,逐渐走进了国际光通信的先进行列。特别是在主要技术上,都有自己的特色和创新,如 1B1H 的光线路码型、 自己特色的网 络管理系统、 能构成自愈环的 PDH 设备、 自行设计的全套 SDH 专用芯片、 在线升级的 SDH 设备、通过 LAPS

8、 实现的 IP over SDH等,形成了自己的知识产权,为进一步发展打下了良 好的基础。2、研究开发与应用的现状下面分别从光纤光缆、 光电器件/光器件、 设备与系统等几个方面介绍光通信在我 国研究、开发和应用的现状。在光纤研制方面, 我们已基本掌握了常规单模和多模光纤的生产技术, 已研制出了 色散位移单模光纤 (G. 653光纤 、非零色散位移单模光纤 (G. 655光纤 、大有效面积非零 色散位移单模光纤、色散补偿光纤 (DCF、掺铒光纤、保偏光纤、数据光纤等,并能达到生 产水平。 对通信用塑料光纤的制造和特性也进行了深入的研究。 其中以大保实光纤为代表的 大有效面积非零色散位移单模光纤已

9、在工程中应用,其主要特性如表 1所示。国内有多家光缆厂,可大批量生产接入网中用光纤带光缆,一般芯数为 288芯, 最高芯数可达 960芯。 光纤带光缆的结构有层绞式、 中心管式、 骨架式、无金属型、 ADSS 和 OPGW 等。虽然光纤光缆的研制仅短短的 20多年,其应用却已相当普遍。迄今,已敷设光缆 长度超过 100万 km ,光缆已敷设到世界屋脊西藏。生产光缆的厂家有 200多家,每年所用 光纤的数量超过 400万 km 。在实际网络中,无论是核心网还是接入网,目前主要应用的还 是 G.652光纤。在核心网中新建线路已开始采用 G.655光纤,在接入网中已开始应用光纤带 光缆。器件是光通信

10、设备和系统的基础, 目前国内自行开发的光通信设备中, 已采用了最 先进的光器件和光电器件。光电器件的研制在高速激光器、 增益开关半导体激光器、 量子阱双稳态激光器、 掺 铒光纤激光器、 主动锁模光纤环形孤子激光器、 被动锁模光纤环形激光器、 光纤光栅激光器、 光收发模块、半导体光放大器 (SOA、掺铒光纤放大器 (EDFA、增益平坦 EDFA 、高增益低 噪声 EDFA 、掺铒光纤均衡放大器、 DFB-LD 与 EA 型外调制器的集成器件、应用于接入网 的单纤收发集成器件等方面都有显著进展。 特别是国产的 EDFA 和光收发模块已在国内普遍 推广应用。典型的 DWDM 用掺铒光纤放大器的特性参

11、数如表 2所示。光器件方面常规的光连接器、光隔离器、 光准直器、 光衰减器 (固定衰减器和可变 衰减器 、滤光器和光耦合器等已在批量生产,除满足国内市场需求外,已经出口到欧洲, 进入国际市场。 光纤光栅的制作, 以及利用光纤光栅做成各种光器件是目前的热点之一。 我 国已研制了光纤光栅波分复用器、光纤光栅分插复用器、 光纤光栅色散补偿器等。 此外,在 平面光波导器件的研制上也有新的突破, 如聚合物薄膜光波导、 极化聚合物光波导、 硅基光 波导器件、集成光波导器件等。目前在研制的还有双芯 SC 光纤活动连接器、光纤带光连接 器、光环形器、高速光开关、混合集成光开关等。光传输设备及系统的研制和生产更

12、是形势喜人, STM-1、 STM-4、 STM-16的 TM 、 REG 、 ADM 等已经大批量生产,除投入国内市场外,也进入了国际市场。 STM-64已研制 成功, 进行了 478.8km 的传输实验。 DWDM 的研制进展很快, 除了 42.5Gb/s、 82.5Gb/s、 162.5Gb/s系统的产品已投放市场, 322.5Gb/s系统正准备建立试验工程。 810Gb/s系 统完成了传输实验。目前正在进行 1610Gb/s系统的研制。此外,许多院、所、校还开展 了光时分复用 (OTDM方面的研究, 42.5Gb/s的 OTDM 已初见成效, 410Gb/s 或 810Gb/s的研究也

13、拉开了帷幕。 对光纤 CDMA 、 光 ATM 交换系统、 光孤子传输等的研究也有 很大进展。除 DWDM 的终端设备外, 信息产业部武汉邮电科学研究院已研制出可以上下 4个 波道的光分插复用器 OADM 。北京邮电大学、清华大学、上海交通大学等已研制出小型的 光交叉设备 OXC 。除了向高速大容量系统发展之外, 在光接入网的研究方面也投入了很大力量。 目前 的研究目标是在尽量使光纤接近用户、综合业务接入、宽带接入、 降低成本等方面。例如带 V5接口的无源光网络 (PON , 带 V5接口的 IDLC 、 电信业务与广播电视的综合接入、 宽带 全业务接入网及降低光接入网的成本等是最主要的课题。

14、用于接入网的 SDH 设备,如紧凑 型 STM-1(单板 STM-1设备已大量投放市场, PON 、 IDLC 等已有产品提供。目前正在开 发综合宽带光接入系统如 ATM-PON 等,为进一步实现 FTTH 打下基础。我国的核心网光传输已主要采用 2.5Gb/s以上的 SDH 系统。部分干线采用 82.5Gb/s DWDM 系统。为进一步满足未来发展的需要,近两年我国将在长达 3万 km 的 18条光缆干线上主要采用 82.5Gb/s以上的波分复用技术进行扩容改造。许多省内干线正在 建设 82.5Gb/s或 162.5Gb/s DWDM系统。省际干线正在进行 410Gb/s DWDM(引进 设

15、备的试验。引进的 3210Gb/s系统也将开始试验。国产的 82.5Gb/s系统已应用于干线工程,如武汉邮电科学研究院的济南 -青岛 82.5Gb/s DWDM 工程已于 1999年 5月 7日通过终验。五所的广州 -汕头 82.5Gb/s也于 2000年初通过终验。目前已建的 DWDM 系统基本上都是点到点的系统,还没有形成环路, 部分考虑了 SDH 层面上的保护。正在建设的 DWDM 系统已在采用 OADM 环网的方案。 接入网中已较大量采用了光纤接入的方式,包括采用有源光接入 DLC (如以 PDH 或 SDH 为传输平台和无源光网络(PON 的光纤接入方式,以实现 FTTC 、 FTT

16、B ,为最 终实现 FTTH 打下基础。 有的城市已用光纤带光缆敷设了 100多个光纤环, 为全市的光纤接 入化迈出了重要的一步。在广电部门,光纤 CA TV 的应用已十分广泛,并主要采用 HFC 、 Cable Modem技术实现广播电视与话音、数据的综合接入。3 我国光纤通信技术发展的展望微电子技术、 光电子技术和计算机技术的飞速发展, 为光通信技术的发展创造了非 常好的条件, 使得光通信也得以快速地发展。 总的来说, 光通信在高速、 大容量方面和宽带、 综合、低成本接入方面都在迅速发展。国际上 DWDM 已做到 16Tb/s,单波道的电的复用方 式已达到的最高速率为 160Gb/s,如果

17、用 100个波道复用,则 DWDM 的容量即为 16Tb/s。 400Gb/s的信号在现有光纤无电中继传输距离达到 3200km 。光纤方面研制出了全波光纤, 消除了 1380nm 处的 OH 吸收峰, 使得光纤从 1250nm 到 1625nm 都成为可利用窗口。 DWDM 最高波道数已达到 65535个。塑料光纤的研究进展也很快。单片集成一个 2.5Gb/s或 10Gb/s系统的 ASIC 已经问世, 一个芯片包含 8个可调谐 LD 的光集成器件也研制成功。 FSAN (以 ATM-PON 为基础的全业务接入网正在稳步推进。据估计,全球光网络市场 2000年约为 350亿美元,到 2003

18、年将超过 600亿美元。从国际的发展趋势可以预计我国光纤通信的发展也会是很快的,而且同样会在高 速、大容量的核心网及宽带、综合光接入网两个领域同时取得进步。除了研究、开发更高水 平(如可选波长的 OADM 和 OXC ,研制更大容量的 DWDM 系统,研究宽带综合光接入 技术,尽可能降低光接入网的成本外,将更注重网络技术的发展,如对 OTN 的研究,对突 发模式光的包交换的探索, 超大容量光接口核心路由器的研制等, 而且要通过建立中国高速 信息示范网(863重大项目 ,建成一个基于光因特网技术的高速信息网络试验环境,连接 我国部分重要科研院所和著名高校, 对光传送网络技术、 光因特网技术、 宽带综合光接入技 术等进行深入研究, 取得光通信技术更新的成果, 并能转化为产业, 为国民经济发展做出贡 献。4 结语光纤通信技术在中国的应