毛 謙
摘 要 ITU組織的4年一度的國際電信博覽會是通信領(lǐng)域規(guī)模最大的展覽會，Telecom99又是國際電信博覽會中規(guī)模最大的一次。本報告以參觀Telecom99所了解的情況為基本內(nèi)容，介紹了近年來光通信技術(shù)的發(fā)展情況，說明光纖通信仍然是最主要的傳輸技術(shù)。本報告從光纖通信設(shè)備和系統(tǒng)、光纖光纜、光器件、光儀表、工程施工及其它等幾個角度介紹光纖通信在核心網(wǎng)方面的最新進展，光接入網(wǎng)的技術(shù)另有專題報告，本文不再贅述。
關(guān)鍵詞 光通信 光通信系統(tǒng) 光纖 光纜 光器件
1 概述
ITU每4年一度組織的國際電信博覽會是通信領(lǐng)域規(guī)模最大的展覽會，Telecom99又是國際電信博覽會中規(guī)模最大的一次。參加展出的廠商約1200家，向全世界展示了近年來電信領(lǐng)域技術(shù)的進展。參觀這次國際電信博覽會可以感受到電信技術(shù)發(fā)展的脈搏，更可以感受到電信技術(shù)發(fā)展之快給我們這些電信技術(shù)研發(fā)人員帶來的壓力。當(dāng)然從博覽會也看到社會進步給人類帶來的福音，信息社會為人們的工作、生活帶來更多的方便和利益，反過來又會促進社會更快地進步。
雖然在這次展覽會上，無線通信有一種將壓倒其它通信方式的氣勢。但通過仔細(xì)觀察和分析，可以看出，光纖通信依然是最主要的傳輸手段或者說是最主要的傳輸技術(shù)，特別在核心網(wǎng)方面更加突出。概括起來，可以說世界主要的電信產(chǎn)品供應(yīng)商如Lucent、Nortel、Alcatel、NEC、Siemens、Maconi、Fujitsu等都把光纖通信放在相當(dāng)重要的位置，投入大量的人力、資金進行研究、開發(fā)，并分別取得重大的進展，創(chuàng)造了一個個新的世界記錄。許多原以家電產(chǎn)品為主或聞名的廠商如Toshiba、Hitachi、Sony或計算機廠商Cisco、Canon、3M，也紛紛擠入光纖通信的行列，并且成果斐然。
從電信展的整個情況來看，光纖通信技術(shù)無論是在核心網(wǎng)，即長距離、大容量骨干網(wǎng)的應(yīng)用方面，還是在城域網(wǎng)、接入網(wǎng)應(yīng)用方面發(fā)展都很快；無論是在系統(tǒng)設(shè)備，還是在光纖光纜、光器件的研制方面都有很大的進步�；诜止さ脑蚝推邢�，本報告主要匯報這次電信展反映出來的光纖通信技術(shù)在核心網(wǎng)和城域網(wǎng)方面的新進展。光纖通信技術(shù)在接入網(wǎng)方面的進展情況，另有專題報告，本報告不再贅述。
本報告主要從光通信設(shè)備和系統(tǒng)、光纖光纜、光器件、光儀表、工程施工及其它等幾個方面進行匯報。
2 光通信設(shè)備和系統(tǒng)
Telecom99是光纖通信技術(shù)在近4年內(nèi)（Telecom95之后），特別是OFC'99之后，國際水平進步的集中反映，以個人的認(rèn)識水平，感到有如下幾個特點：
�。�1）超高速大容量系統(tǒng)的記錄不斷被刷新（包括單波道速率和全系統(tǒng)容量）回顧一下超高速大容量系統(tǒng)的歷史記錄可以看出：Telecom'95上Nortel、Hitachi、Toshiba、Philips等公司均推出了單信道10 Gbit／s設(shè)備，這在當(dāng)時是最新記錄；OFC'97 NEC宣布實現(xiàn)了2.6Tbit／s DWDM傳輸系統(tǒng)實驗，號稱最新記錄；OFC’99 NTT宣布完成了3 Tbit/s OTDM＋DWdM的傳輸系統(tǒng)實驗，打破了NEC的記錄；1999年，Siemens宣布了3.2Tbit／s（80×40 Gbit/s）的記錄。在這次Telecon’99上，Nortel宣布了兩個世界記錄：·單信道 80 Gbit／s的最高記錄；·DWDM6.4Tbit／s的最高記錄。
下面簡單介紹Noltel發(fā)表的記錄的主要情況：
Nortel的單信道80 Gbit／s系統(tǒng)實際上是在實現(xiàn)電的時分復(fù)用ETDM 40 Gbit／S的基礎(chǔ)上，采用OTDM技術(shù)將2個40 Gbit／s復(fù)用為80 Gbit／S信號的。線路碼型為二進制RZ碼，沒有采用FEC。在正、負(fù)色散每5km交替使用的G.655光纖上傳送480km（相當(dāng)于巴黎到日內(nèi)瓦）不用電再生器。線路上出現(xiàn)的最大色散為30ps／nm，總色散為零。工作波長1550nm，全線使用了12個摻餌光纖線路放大器。40Gbit／s信號的產(chǎn)生是用 Mach－ Zehader外調(diào)制器實現(xiàn)的。6.4Tbit／s DWDM系統(tǒng)是在單波道80 Gbit／s的基礎(chǔ)上用 80個波道復(fù)用而成的。系統(tǒng)設(shè)計的可靠性為99.999%。可以具有在一對光纖上可靠地連接2500個核心路由器的能力。
順便提一下，Nortel估計到2002年全球光網(wǎng)絡(luò)的市場可達350億美元，而且容量要求每9個月翻一番。Nortel的10 Gbit／S系統(tǒng)占全球市場的90%，1998年的收入為176億美元，其從光通信市場來的收入每年增長50%。如果按KMI公司的報告，Lucent的全球DWDM市場份額為29%，其收入為22億美元，則全球DWDM市場應(yīng)為76億美元。
實際上這兩個記錄還沒有保持多久，Lucent在11月就宣布了兩項新的世界記錄，又把Nortel遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋在后面：
·單信道160 Gbit／s的新記錄；
DWDM 16Tbit／s的刷新記錄。
Bell labs的一項新的世界記錄是，單波道的最高速率達到160 Gbit／s，在Lucent的TrueWave RS光纖中傳送了300 km。該160 Gbt／s的系統(tǒng)用的是與目前商用的系統(tǒng)同樣的，基于半導(dǎo)體的發(fā)送機和解復(fù)用器。他們還準(zhǔn)備將該系統(tǒng)用于DWDM系統(tǒng)，至少采用當(dāng)前商用可實現(xiàn)的100個波道，屆時單根光纖的傳輸容量將達到16Tbit／s。
40 Gbit／s，即STM－256的SDH設(shè)備，除Nortel、Lucent之外，Hitachi、Fujitsu、Siemens等公司也都已開發(fā)出來。 Lucent不僅研制出TM，還有AdM。
�。�2）無電再生距離不斷加長
通常的DWDM系統(tǒng)的無電再生傳輸距離可達600 km（5× 33 dB），Pirelli公司利用光線路擴展模塊 LEM可以將這個距離提高到 6000 km。
一般的10 Gbit／S系統(tǒng)的傳輸距離為 3000－ 5000 km，每隔300 km需要加以電的再生。而Siemens的TransXpress Iafinity320Gbit／s（32×10 Gbit／s）DWDM系統(tǒng)可以傳輸至 10000km之外，且只需每600km電再生一次。由于它采用了與眾不同的光放大器及可選各種泵浦源，包括預(yù)放的遠(yuǎn)泵，使跨距衰減可達44－75dB，根據(jù)光纖參數(shù)不同，跨距可達210km到385km。同時采用帶外的FEC還可贏得額外的5.5 dB，這對海光纜系統(tǒng)是特別有利的。
（3）波分復(fù)用的波長數(shù)不斷增加
目前商用的DWDM系統(tǒng)的波長數(shù)一般為8波或16波，32波和40波系統(tǒng)也開始使用。80波和160波（如NEC的160×2.5 Gbit／s系統(tǒng)）的實用化系統(tǒng)也已面世。1997年Bell Labs創(chuàng)造的最高記錄是206個波，到1999年11月，Lucent在貝爾實驗室實現(xiàn)了超密集波分復(fù)用（UDWDM），可以在一根光纖中傳送1022個波道，波長間隔為10GHz。
波道數(shù)的增加一方面靠減少波道間隔，另一方面靠增加窗口寬度，如Pirelli的128波道系統(tǒng)是如下安排的：
1529－1536nm 安排16個波道
1541－1562nm 安排48個波道
1575－1502nm 安排64個波道
最近加拿大LMGR公司宣布，該公司采用聲控光波專利技術(shù)使單根光纖能夠傳輸多達65536個彼此分離的光信道，并進行演示。這將使DWDM系統(tǒng)的潛在容量比目前可商用的160波系統(tǒng)提高400倍。
�。�4）DWDM系統(tǒng)從干線進入城域網(wǎng)
無論是Lucent、Nortel、NEC，還是Alcatel、Siemens、Maconi、Fujitsu等都展示了城域網(wǎng)的DWDM解決方案。
典型的有Nortel的OPTera Metro，是基于環(huán)形的城域網(wǎng)DWDM系統(tǒng)，系統(tǒng)容量可達320 Gbit／S�？梢蕴峁� Video、以太網(wǎng)和SDH的傳輸。它可以工作在32個有保護的波長或64個不保護的波長。每個波長可以傳送的信號可從16Mbit／s到2.5Gbit／s。Lucent的WaveStar AllMetro，是城域網(wǎng)DWDM系統(tǒng)，主要應(yīng)用于局域網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)，為光纖到桌面提供最經(jīng)濟的方案，容量可達100Gbit／s。它可在任何波長保護由于光纖出現(xiàn)的故障，并將話音、數(shù)據(jù)和視頻信號綜合在一起，具有容易使用的特點。
�。�5）多模光纖傳輸高速率信號有新的突破
Lucent用新研制的LazrSPEEDTM多模光纖，將10 Gbit／s信號傳輸了1.6km，創(chuàng)造了新的世界記錄。這種多模光纖主要是為局域網(wǎng)LAN設(shè)計的，1998年5月，Bell Labs就做了類似的實驗，當(dāng)時模擬了最壞條件的情況，包括使用4個最壞情況的光連接器，加上光纜受壓力的影響和廉價的光收發(fā)器與光纖的耦合不準(zhǔn)等因素，因此傳輸距離只有300 m。這兩次實驗用的發(fā)光器件都是850nm的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL），系統(tǒng)的誤碼率均達到1×10-9。
（6）對OTN的開發(fā)都給予了高度重視
在展覽會上，許多廠商都展出了OADM、OXC等OTN的網(wǎng)元。
NEC的OADM中的16個波長可以任選波長分插，可以構(gòu)成雙纖線路倒換自愈環(huán)和雙向通道保護自愈環(huán)，通道倒換的時間為50 ms。
Nortel的OXC采用Corning的40波100 GHz波長選擇開關(guān)，可有512個波長進出。還可以實現(xiàn)波長保護，采用的是聚合物波導(dǎo)開關(guān)，開關(guān)的菲特率為100 Fit，開關(guān)執(zhí)行時間2ms，總的光倒換時間為20－50ms。其光交換的容量是每個子框2.8 Tbit／s，一個機架裝兩個子框可達5.6Tbit／S容量，其內(nèi)核仍是電的交換。與之相連的包交換設(shè)備的交換能力可達19.2 Tbit／s。
Fujitsu的OADM有8個端口，每個端口16個波，目前可經(jīng)配置選擇波長分插，2001年可實現(xiàn)任選波長分插。其OXC設(shè)備采用一種PI－LOSS開關(guān)，即通道無關(guān)插入損耗（Path－Independent Insertion Loss）所關(guān)。輸入喘口可以為32×10 Gbit／s。
ECI的OADM可工作于40波的DWDM系統(tǒng)，可以分插16個波長。
Lucent的WaveStar OLS 400 Gbit/s系統(tǒng)可以靈活地用于40×10Gbit／S或80×2.5Gbit／S，也可以在40－ 80波之間2.5Gbit／S與10Gbit／S混用。它的光分插設(shè)備稱為WAD（Wavelength Addand Drop），在直通波道中無需光放大器。
Nortel的OADM可以靈活地應(yīng)用于不同的波道速率，其最大容量為：160×10Gbit／s，或640×2.5Gbit／s，或1280×1.25Gbit／s，或2560×622Mbit/s。當(dāng)采用FEC時，誤碼率可低于1×10－15。
Siemens也開發(fā)了 OADM和 OXC。利用光開關(guān)支持光的1＋1線路保護，用OXC的自由光保護機制對付多個故障的出現(xiàn)。
（7）光的大氣傳輸為光通信增加了靈活性
Luent宣布，載送話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的2.5 Gbit／s單波道光信號可以直接通過大氣傳送。傳送距離到2000年3月可達2km，到2000年9月可達5km。并準(zhǔn)備用DWDM技術(shù)將8個波道復(fù)用后，達 20 Gbit／s速率。該光束可以通過水簾，說明抗惡劣氣候的能力很強。據(jù)介紹，該系統(tǒng)用的是1550nm波長。系統(tǒng)的特點是：
·容量大：2.5－20Gbit／s；
·距離遠(yuǎn)：2－5km；
·對人眼安全：符合IEC60825；
·安裝時間短：允許快速、簡易安裝；
·投資效率高：是光纖接人的經(jīng)濟的替代方式。
其主要應(yīng)用是：
·要求增強帶寬時（如話音、數(shù)據(jù)、Internet和CATV）的“最后一公里”解決方案；
·提供大樓到大樓的城域鏈路或計算機網(wǎng)絡(luò)；
·在沒有接入條件或原帶寬不能滿足時提供的高效接入方案；
·光纜線路維修的臨時鏈路或第二備用手段。
�。�8）光通信都要為Data傳輸提供解決方案
NEC在其N×2.5 Gbit／S的DWDM環(huán)中，可以連接其IX7000核心路由器（100C背板容量）及IX5000邊緣路由器（4G背板容量），而這些路由器均可提供ATM、ISDN、POTS、WPN和VOIP等接口。其IP的傳送是先映射進SDH，然后通過WDM實現(xiàn)的。組網(wǎng)能力為5×25dB。
NEC提出了光子IP方案、STM／ATMIP方案。NEC所提供的綜合業(yè)務(wù)節(jié)點可實現(xiàn)ATM／STM／IP的混合，節(jié)點容量可達2Tbit/s。
Lucent的40×40 Gbit／s系統(tǒng)，采用了具有拉曼增益的光線路放大器。其中可以傳送 DVS（Digital Video SystemS），這是MPEG2的編碼信號，用VC12級聯(lián)的方式映射到SDH幀中傳送。
Lucent的OptiStar OC48和Optistar OC12就是一種 IP適配卡，可以直接插人服務(wù)器，這樣服務(wù)器就可以直接連到光纖主干線路上了。而OptiStar GE1000則是全速千兆比以太網(wǎng)接入的適配卡。
Nortel的OPTera PacketCore及OPTera Connect也是為 IP提供解決方案的�？梢蕴峁�10／100Base－T和千兆比以大網(wǎng)接口。還有Versalar15000、Versalar 25000M、Passport 15000等都是將光層和路由層綜合在一起，能夠處理多種協(xié)議，如IP／MPLS。ATM、TDM或?qū)＞�等，容量可擴充至100Tbit／s以上，系統(tǒng)可靠性在99.999%以上。
�。�9）傳輸設(shè)備的集成度越來越高
Alcatel的16808M 10 Gbit/s設(shè)備，在一個子框中可以容納 2個10 Gbit/S的ADM設(shè)備，每個ADM具有512×512個VC4的交叉能力。其他SDH設(shè)備的集成度也很高，單板普遍實現(xiàn)32×2Mbit/s或4×155Mbit/S。STM－16設(shè)備具有32×32個VC4的交叉能力，可以當(dāng)小型DXC使用。在后面要提到的單片2.5 Gbit／s，甚至單片10 Gbit／s都說明了設(shè)備集成度的迅速提高。
�。�10）速率在10 Gbit／s以上的設(shè)備和系統(tǒng)都考慮了FEC
NEC在其16×10 Gbit／S的海光纜系統(tǒng)中采用了G.975所規(guī)定的RS（Reed－Solomo,）碼作為FEC碼。
Alcate的1680SM 10Gbit/s設(shè)備也采用了RS碼作為FEC碼。
3 光纖光纜
光纖光纜方面的展出內(nèi)容相對較少，光纖方面主要仍是Corning的Leaf光纖和Lucent的RS光纖，光海線需采用正負(fù)色散交替的G.655光纖。
Prilli又推出一種叫FreeLight的光纖，仍是一種G.655光纖，主要是把工作窗口擴展到了1625nm。
此外，如前所述，Lucent新研制了LazrSPEED（tm）多模光纖，但無法了解其技術(shù)細(xì)節(jié)。Lucent還研制了全波光纖，長飛公司研制了色散平坦光纖，這些光纖各有所長，最關(guān)鍵問題是需要相應(yīng)波長的光器件與之配套，才能發(fā)揮各自的特點。
光纜方面沒有太多新的展示，除了接入網(wǎng)用的光纖帶光纜之外，ADSS和OPGW在電力部門的應(yīng)用也越來越普遍，纏繞式光纜在數(shù)年前就有應(yīng)用，這次亦有展出。
4 微電子器件和光器件
�。�1）微電子器件
Lucent發(fā)布一項消息說，他們做出了僅 50 nm的晶體三極管，比人的頭發(fā)還要細(xì)2000倍。這是一種垂直型晶體管，體積比180 nm的普通水平型晶體管小，同時它比通常的晶體管的開關(guān)速度快一倍。采用這種技術(shù)有望將集成電路，特別是ASIC的集成度大大提高，數(shù)百萬門甚至千萬門的ASIC將不是夢想。
Lucent宣布做出了第一個可以把一個SDH／SONET ADM功能放在一片芯片上的ASIC，實現(xiàn)了“Systm on Chip”。這種芯片采用CMOS技術(shù)，工作速率為2.5-10 Gbit／s。目前芯片有兩種：TADMN42G5（和TADM0410G，分別對應(yīng)于2.5 Gbit／s和10 Gbit／s系統(tǒng)。
�。�2）光器件
Nortal宣布用最先進的技術(shù)開發(fā)出可調(diào)諧范圍為15nm的DFB－LD（一般可調(diào)諧LD的可調(diào)范圍為3－5nm），對100 GHz波道間隔的DWDM系統(tǒng)可支持18個波長，對50 GHz波道間隔的DWDM系統(tǒng)可支持36個波長。這種可調(diào)諧DFB－LD的關(guān)鍵技術(shù)是采用了三段電極級聯(lián)，每一段電極提供5nm的可調(diào)范圍，總的連續(xù)可調(diào)15 nm。如果將兩個這樣的器件耦合進同一根光纖，則可調(diào)范圍可擴展為30 nm。其特點是：簡單、可控、易于生產(chǎn)。
Fujitsu用于DWDM的可調(diào)諧LD，是在一個基片上做8個可調(diào)諧DFB－LD，并且還有SOA。
Lucent在其OXC中所用的光開關(guān)是自由空間光開關(guān)，是用微鏡陣列（Micrro-mirror Array），構(gòu)成了128×128的光開關(guān)矩陣。每個開關(guān)尺寸為0.5mm，開關(guān)間隔為1mm，做在硅的基片上，最大規(guī)模可達1024×1024。開關(guān)時間為1ms。
Fujitsu做出了用于40 Gbit／s的LiNb03（銀酸鋰）外調(diào)制器。
它還研制了用于OXC的光開關(guān)，采用PLC技術(shù)，每個基片上可集成8×8的開關(guān)矩陣。下一步要做到3×16波×3×16波，即48×48的能力。
OKI公司為DWDM研制了一系列光器件，包括：
·2.5Gbit／s WDM DFB-LD組件
·2.5Gbit／s WDM DFB-LD＋EA集成器件
·1480nm高功率FP腔LD組件
·1510nm監(jiān)控波道DFB－LD組件
·1625nm監(jiān)控波道FP腔LD組件
·小型封裝MWQ FP LD組件
·小型封裝雙向組件
·小型封裝帶前放PD組件
HitaChi的光器件一直比較領(lǐng)先，它有成套的各種光器件，如SONET／SDH光發(fā)射機、SONET/SDH光接收機、光收發(fā)器、并聯(lián)光互連模塊、塑料光纖模塊等。特別是它的16波622Mbit/s到10 Gbit／s的光發(fā)送和接收模塊，為設(shè)備制造廠商提供了很大的方便。
5光儀表、工程施工及其它
光測試儀表方面的新內(nèi)容也不多，主要在兩個方面：
10 Gbit/s信號分析儀，除惠普公司（現(xiàn)安捷倫公司（Agilent））和安立公司（Anritsu）外，安藤公司（Ando）和萬谷公司（WG）也已開發(fā)出來，但40 Gbit／s的儀表尚未見到展示。
DWDM的測試儀表比較多，如光譜分析儀、多波長計、可調(diào)諧光源和多路光源等。光譜分析儀的性能有較大的提高，如Agilent 86142A和86145A的分析帶寬均達到600－1700nm；實時掃描；70dB動態(tài)范圍和-90 dBm靈敏度等。多波長計的波長范圍為1250－1600nm；動態(tài)范圍為65dB�？烧{(diào)諧光源的波長范圍為1500－1640nm；輸出功率達+10dBm�？梢詫WDM系統(tǒng)進行測試，也可對系統(tǒng)的元器件（如EDFA）、合波／分波器、濾光器、連接器等進行測試。
當(dāng)光纜的芯數(shù)逐漸加大時，光纜的接續(xù)護套能否適應(yīng)光纜芯數(shù)的需要，就成了突出的矛盾。在展覽會上，有專門研制光纜施工所需器材的公司展出各種接續(xù)護套，HellermannTrton就是其中之一。它展出了18碟片的通常束管式光纜接續(xù)護套，適于多芯及光纖帶光纜的72碟片的接續(xù)護套，每碟片可容納54個光接頭，最大容量為2000芯。同時也考慮了光纜分支的需要，有各種多分支接續(xù)護套。
Plumett公司專門展出其氣動容管的設(shè)備，其穿管的能力達1000m到3000m。同時還有配套的器件和專用工具，也有纏繞式光纜的纏繞設(shè)備展出。
光纖熔接設(shè)備比較突出的還是多芯一次熔接的熔接機。
6 結(jié)語
微電子技術(shù)、光電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展為光纖通信技術(shù)的快速發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。這次展覽會的展示表明，近年來光纖通信技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，從中我們也看到了自己的差距。我國在光纖通信領(lǐng)域與國際水平相比，在應(yīng)用和產(chǎn)品方面相對來說差距還略小一些，但實驗室水平的差距就太大了。其主要原因有科研經(jīng)費投入不足、高科技人才的不斷流失、裝備條件差等方面的問題，也有配套基礎(chǔ)力量弱的因素，如器件研究和制造水平差距太大，無論是微電子器件還是光電子器件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國際水平。因此我們研制、開發(fā)的設(shè)備中，主要器件都是從國外采購的。Teecom99上亮相的器件都是當(dāng)前最新技術(shù)的結(jié)晶，超高速、大容量的系統(tǒng)沒有這些器件是無法實現(xiàn)的。例如40 Gbit／S（STM－256）設(shè)備目前在國內(nèi)就難以開展研究，主要問題就是沒有器件，即使國外肯賣，價格也是天價，無法問津。這些問題單靠企業(yè)本身是難以解決的，建議政府進一步重視基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，并加大投入力度，為科研人員營造更為良好的研究環(huán)境，通過數(shù)年奮斗，振興我國的民族光通信產(chǎn)業(yè).
