中国光纤通信的发展历程以及未来应用
2009-09-25
作者:来源:c114
1973年,世界光纤通信尚未实用。邮电部武汉邮电科学研究院(当时是武汉邮电学院)就开始研究光纤通信。由于武汉邮电科学研究院采用了石英光纤、半导体激光器和编码制式通信机正确的技术路线,使我国在发展光纤通信技术上少走了不少弯路,从而使我国光纤通信在高新技术中与发达国家有较小的差距。
我国研究开发光纤通信正处于十年动乱时期,处于封闭状态。国外技术基本无法借鉴,纯属自己摸索,一切都要自己搞,包括光纤、光电子器件和光纤通信系统。就研制光纤来说,原料提纯、熔炼车床、拉丝机,还包括光纤的测试仪表和接续工具也全都要自己开发,困难极大。武汉邮电科学研究院,考虑到保证光纤通信最终能为经济建设所用,开展了全面研究,除研制光纤外,还开展光电子器件和光纤通信系统的研制,使我国至今具有了完整的光纤通信产业。
1978年改革开放后,光纤通信的研发工作大大加快。上海、北京、武汉和桂林都研制出光纤通信试验系统。1982年邮电部重点科研工程“八二工程”在武汉开通。该工程被称为实用化工程,要求一切是商用产品而不是试验品,要符合国际CCITT标准,要由设计院设计、工人施工,而不是科技人员施工。从此中国的光纤通信进入实用阶段。
在20世纪80年代中期,数字光纤通信的速率已达到144Mb/s,可传送1980路电话,超过同轴电缆载波。于是,光纤通信作为主流被大量采用,在传输干线上全面取代电缆。经过国家“六五”、“七五”、“八五”和“九五”计划,中国已建成“八纵八横”干线网,连通全国各省区市。现在,中国已敷设光缆总长约250万公里。光纤通信已成为中国通信的主要手段。在国家科技部、计委、经委的安排下,1999年中国生产的8×2.5Gb/sWDM系统首次在青岛至大连开通,随之沈阳至大连的32×2.5Gb/sWDM光纤通信系统开通。2005年3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通,是至今世界容量最大的实用线路。
中国已建立了一定规模的光纤通信产业。中国生产的光纤光缆、半导体光电子器件和光纤通信系统能供国内建设,并有少量出口。
有人认为,我国光纤通信主要干线已经建成,光纤通信容量达到Tbps,几乎用不完,再则2000年的IT泡沫,使光纤的价格低到每公里100元,几乎无利可图。因此不要发展光纤通信技术了。
实际上,特别是中国,省内农村有许多空白需要建设;3G移动通信网的建设也需要光纤网来支持;随着宽带业务的发展、网络需要扩容等,光纤通信仍有巨大的市场。现在每年光纤通信设备和光缆的销售量是上升的。
光纤通信今后如何发展
FTTH(光纤到家庭)是光纤通信进一步发展的方向,它被公认为理想的宽带接入网。目前,所谓宽带业务,大多是500kbps的影视节目。运营商为了充分利用铜线资源,采用ADSL技术就可提供,这使FTTH成为接入网主流的时间有所推迟。不久的将来,在HDTV普及的情况下,ADSL不能满足要求,而先进的ADSL2+也许可满足1chHDTV/户。如果4chHDTV/户采用FTTH比较合理。在双向业务广泛应用的情况下,上下行不对称的ADSL难以对应。目前,发达国家FTTH建设普遍开展,日本、韩国和美国比较发达,采用各种无源光网PON和以太网技术。中国的运营商和房地产开发商已对FTTH进行了试点。近来出现了所谓的网络电视(IPTV),电信运营商提出IPTV的初衷是考虑到有计算机的人少而有电视机的人多。提出的IPTV是采用专用的机顶盒连接电视机可直接浏览电信网的内容,而不要计算机。IPTV具有常规电视并兼有点播和时移电视的功能,可能会取代常规电视。由于IPTV的发展,影响光纤接入网和FTTH的构建。另外,也产生电信运营商和广播运营商的利益冲突。尽管有限制发牌照政策以保护广播运营商,但大势所趋,不可阻挡。实际上,许多广播运营商也开始改造其广播网为数字双向,也具备了发展IPTV的功能。广播运营商和电信运营商的界限开始有些模糊。
IPTV在国外开始高速发展。在国内,上海、河南等地也开始发展。
有人考虑到IPTV的发展,会使现有的城域网和接入网不胜负担,所以提出所谓的P2P(peer-对等)方法。P2P最初的概念是:所有用户都是信息接收者,又是信息发送者。即某用户把收到的节目用流媒体方法向其他用户转发出去(通常是让用户下载一个软件使其具备P2P功能)。这样便可减免都由中心向用户播发,以节省网络带宽。事实上,没有中心是不行的,网上至少要有1个中心服务器来管理。经过少量试行,近来发现IPTV流量太大,而用户的接入网根本无法满足P2P的传输,特别是ADSL原来就没有考虑到大量的上行,用户接入网负荷过重而崩溃。有人认为P2P是恶魔。
由于宽带业务的不断发展,现有的城域网、接入网的容量不足。对于运营商而言,最根本和实际有效的办法是对城域网和接入网扩容。事实上,采用WDM技术扩容,投资不很大,而可适应今后宽带业务的继续发展。
无线接入技术发展迅猛。人需要移动,采用无线接入比较方便。无线接入可满足数据传输的需要,但带宽有限,宽带的视频特别是HDTV仍需要采用光纤通信。
光纤通信需要发展光交换——采用电缆通信的网是金属网,传输的是电信号,在网络节点采用电子交换机进行交换。现在,光纤通信的网是光纤网,传输的是光信号,在网络节点目前还没有全光交换机,在网络上只好采用“光-电-光”方式进行交换,即先把来自光纤网的光信号转变为电信号,用电子交换机进行交换,之后,又把电信号转变为光信号,再进入光纤网。这种方法是不经济的,需要开发可把光信号直接交换的光交换机。目前已经有小规模的光交换,它是作光线路保护的。通常这种光交换的通路是固定而不是可改变的,对于线路的调度不利。现正在开发具有自动交换的光网络称为ASON。ASON的关键技术是可重组光分插复用器ROADM,使线路可方便地调度。ASON不但可作光线路的保护,还可满足线路调度和今后发展出租电路的需要。目前,已经有非全光的ASON产品。
现在的通信网正在从SDH网向IP网过渡,交换机也要IP化。发展光网络还要考虑IP化,还要进一步发展光路由器,其中需要解决光地址的取存和光缓存技术。
光电子器件和集成光器件需要大力发展,因为光纤通信技术的发展,依赖光器件的进步。
由于网络的速率不断提高,目前单波长电子速率为40Gbps的光通信系统已经商用,速率为160Gbps的电子系统在试验室开发。因此,光电子器件要与之相适应,包括高速调制激光器等需要开发。实现ROADM需要发展波长可调的光滤波器、波长可调激光器和光开关等,其中有许多可创新的空间。
把许多分立的光电子器件集成在一起成为集成的光电子器件,其优点是功能丰富、体积小、速度高、可靠。目前已经有小规模集成的光电子器件,需要开发更大规模的光电子集成器件。混合集成可降低难度,提高成品率。混合集成的关键技术是平面光波导线路PLC,它是一块具有光波导的线路板,可把分立的光器件安装在上面。目前商用的光电子集成器件有8波长激光器模块、100波长以上的AWG光滤波器、AWG+光衰减器和32×32光开关等。光集成器件的工艺有单片集成和混合集成两种。目前集成光电子器件处于初级阶段,我国应迎头赶上,否则就会吃大亏。
光纤通信的优势是容量大和传输距离远。无线通信的优势是可移动,但带宽小。可以想象,近距离小容量的数据接入趋向采用无线接入,而大容量的视频影视采用光纤传输。卫星传输距离也很长,唯容量和寿命有限。无线和光纤通信是互补的,它们是永存的两个物理网。