● 光纖通信的誕生與發(fā)展給電信網(wǎng)的面貌帶來了巨大變化
● 隨著技術(shù)的進(jìn)步，電信管理體制的改革以及電信市場的逐步全面開放，光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的新局面
●光纖通信的發(fā)展將對今后電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響
光纖通信是電信史上的一次重要革命，在電信網(wǎng)中獲得了大規(guī)模應(yīng)用。光纖通信的廉價(jià)、優(yōu)良的帶寬特性使其成為電信網(wǎng)的主要傳輸手段。本文對光纖通信領(lǐng)域的８個(gè)不同方面進(jìn)行綜合評述和分析，旨在對光纖通信領(lǐng)域的現(xiàn)狀和最新發(fā)展趨勢作一全面總結(jié)。
１ 傳輸體制的全面轉(zhuǎn)向
傳統(tǒng)的光纖通信是以準(zhǔn)同步傳輸體制（ＰＤＨ）為基礎(chǔ)的，隨著網(wǎng)絡(luò)日趨復(fù)雜和龐大，以及用戶要求的日益提高，這種傳輸體制正暴露出一系列不可避免的內(nèi)在缺點(diǎn)。于是，一種有機(jī)地結(jié)合高速大容量光纖傳輸技術(shù)和智能網(wǎng)元技術(shù)的新傳輸體制——光同步傳送網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，ＩＴＵ－Ｔ將之稱為同步數(shù)字體系（ＳＤＨ）。
這種ＳＤＨ傳輸體制有一整套完整嚴(yán)密的技術(shù)規(guī)范，它有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，從而簡化了信號的互通以及信號的傳輸、復(fù)用、交叉連接和交換過程；它有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，安排有豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)；它有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口，允許不同廠家設(shè)備在光路上互通；它大量采用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和控制，使得新功能和新特性的增加比較方便。采用ＳＤＨ技術(shù)還可以構(gòu)成具有高度可靠性的自愈環(huán)結(jié)構(gòu)，這對金融、政府機(jī)構(gòu)和國防安全方面的某些應(yīng)用十分重要。
２ 向超高速系統(tǒng)發(fā)展
由于高比特率系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益大致按指數(shù)規(guī)律增長，因而傳統(tǒng)的光纖通信發(fā)展始終在按照電的時(shí)分復(fù)用（ＴＤＭ）方式擴(kuò)容，目前商用系統(tǒng)的速率已達(dá)１０Ｇｂｉｔ／ｓ，其速率在２０年時(shí)間里增加了２ ０００倍。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅增加了業(yè)務(wù)傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務(wù)，特別是寬帶業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。目前１０Ｇｂｉｔ／ｓ系統(tǒng)已開始批量裝備網(wǎng)絡(luò)，全世界安裝的終端已超過１ ０００個(gè)，主要在北美，歐洲、日本和澳大利亞也有少量試驗(yàn)和商用系統(tǒng)。
在理論上，上述基于時(shí)分復(fù)用的高速系統(tǒng)的速率還有望進(jìn)一步提高，例如在實(shí)驗(yàn)室傳輸速率已能達(dá)４０Ｇｂｉｔ／ｓ。然而，電的４０Ｇｂｉｔ／ｓ系統(tǒng)在性能價(jià)格比上以及在實(shí)用中是否能成功還是個(gè)未知因素，因而唯一現(xiàn)實(shí)的出路是轉(zhuǎn)向光的復(fù)用方式。光復(fù)用方式有很多種，但目前只有波分復(fù)用（ＷＤＭ）方式已進(jìn)入大規(guī)模商用階段，其他方式尚處于試驗(yàn)研究階段。
３ 向超大容量波分復(fù)用 系統(tǒng)的演進(jìn)
如前所述，采用電的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力已盡，然而光纖的巨大可用帶寬資源僅僅利用了不到１％，９９％的資源尚待發(fā)掘。采用波分復(fù)用系統(tǒng)的主要好處是：
.可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使容量可以迅速擴(kuò)大幾倍至上百倍；
.在大容量長途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖和再生器，從而大大降低傳輸成本；
.與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)，是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段；
.利用ＷＤＭ實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和復(fù)用可望實(shí)現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)。
鑒于應(yīng)用上的巨大好處以及近幾年來技術(shù)上的重大突破和市場驅(qū)動，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。目前全球?qū)嶋H敷設(shè)的ＷＤＭ系統(tǒng)已超過２ ０００個(gè)，而實(shí)用化系統(tǒng)的最大容量已達(dá)１６０Ｇｂｉｔ／ｓ（１６×
１０Ｇｂｉｔ／ｓ）。美國朗訊公司宣布年底將推出８０個(gè)不同波長的ＷＤＭ系統(tǒng)，其總?cè)萘靠蛇_(dá)２００Ｇｂｉｔ／ｓ（８０×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）或４００Ｇｂｉｔ／ｓ（４０×１０Ｇｂｉｔ／ｓ）。實(shí)驗(yàn)室的最高水平則已達(dá)到２．６Ｔｂｉｔ／ｓ（１３２×２０Ｇｂｉｔ／ｓ）?？梢哉J(rèn)為，近兩年來超大容量密集波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展是光纖通信發(fā)展史上的又一次劃時(shí)代的里程碑。
４ 實(shí)現(xiàn)全光聯(lián)網(wǎng)——戰(zhàn)略大方向
上述ＷＤＭ技術(shù)盡管具有巨大的傳輸容量，但基本是以點(diǎn)到點(diǎn)通信為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實(shí)現(xiàn)類似ＳＤＨ在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將是一次新的飛躍。根據(jù)這一基本思路，光的分插復(fù)用器（ＯＡＤＭ）和光的交叉連接設(shè)備（ＯＸＣ）均已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，ＯＡＤＭ已開始商用。
實(shí)現(xiàn)光聯(lián)網(wǎng)的基本目的是：
.實(shí)現(xiàn)超大容量光網(wǎng)絡(luò)（一對光纖達(dá)８０Ｇｂｉｔ／ｓ～３２０Ｇｂｉｔ／ｓ）；
.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，允許網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量的不斷增長；
.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)性，達(dá)到靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的；
.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明性，允許互聯(lián)不同系統(tǒng)和不同制式的信號；
.實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，恢復(fù)時(shí)間可達(dá)１００ｍｓ。
鑒于光聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢，發(fā)達(dá)國家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行預(yù)研，特別是美國國防部預(yù)研局資助了一系列光聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，諸如以Ｂｅｌｌｃｏｒｅ為主開發(fā)的光網(wǎng)技術(shù)合作計(jì)劃（ＯＮＴＣ），以朗訊公司為主開發(fā)的全光通信網(wǎng)預(yù)研計(jì)劃，多波長光網(wǎng)絡(luò)（ＭＯＮＥＴ）和國家透明光網(wǎng)絡(luò)（ＮＴＯＮ）等等。在歐洲和日本，也分別有類似的光聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目在進(jìn)行。列出了世界上幾個(gè)比較典型的全光聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的概況。
綜上所述，全光聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼ＳＤＨ電聯(lián)網(wǎng)以后的又一次新的光通信發(fā)展高潮，其標(biāo)準(zhǔn)化工作將于１９９９年基本完成，其設(shè)備的商用化時(shí)間也大約在２０００年左右。
５ 新一代的光纖
自光纖通信誕生以來，作為傳輸媒質(zhì)的光纖已經(jīng)經(jīng)歷了幾次重大變革。８０年代中期以前基本上是多模光纖的天下，此后，由于設(shè)計(jì)和工藝的改進(jìn)，設(shè)計(jì)簡單、損耗低、色散小、成本低的單模光纖逐漸成為主要的傳輸媒質(zhì)，目前的公用電信領(lǐng)域幾乎由單模光纖一統(tǒng)天下。然而，隨著光纖網(wǎng)容量需求的迅速增長，傳輸速率已經(jīng)增長到１０Ｇｂｉｔ／ｓ，波分復(fù)用技術(shù)也開始應(yīng)用，無再生傳輸距離也隨著光纖放大器的引入而迅速延長。面對這種超高速、超大容量、超長傳輸距離的新形勢，傳統(tǒng)的單模光纖（即Ｇ．６５２光纖）已暴露出力不從心的態(tài)勢，出路有３條：
（１）對于已敷設(shè)的Ｇ．６５２光纖可以采用各種新的色散調(diào)節(jié)技術(shù)來使網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量和傳輸距離進(jìn)一步擴(kuò)展。
（２）新敷光纖采用色散移位光纖（稱Ｇ．６５３光纖）。這種光纖使零色散點(diǎn)移到１ ５５０ｎｍ窗口，從而與光纖的最小衰減窗口獲得匹配，使超高速、超長距離的傳輸成為可能。然而，隨著光纖放大器和波分復(fù)用技術(shù)的引入，這種光纖暴露出嚴(yán)重的四波混合（ＦＷＭ）影響，即光纖的非線性會導(dǎo)致產(chǎn)生許多新的波長，產(chǎn)生串音干擾或很大的信號衰減，限制了波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用。
（３）針對上述Ｇ．６５２光纖的弱點(diǎn)，近兩年出現(xiàn)了一種新型的非零色散光纖，稱之為Ｇ．６５５光纖。這是一種為下一代超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新型光纖，基本的設(shè)計(jì)思路是使零色散點(diǎn)波長不會落在１ ５５０ｎｍ附近，而是向長波長方向或者向短波長方向偏移，有意地使１ ５５０ｎｍ附近呈現(xiàn)一定大小的色散。這樣，一方面可能大大減輕四波混合的影響，保證８～１６個(gè)波長的波分復(fù)用傳輸，另一方面又適度控制１ ５５０ｎｍ附近的色散使之不會限制１０Ｇｂｉｔ／ｓ信號的傳輸距離，保證１０Ｇｂｉｔ／ｓ信號至少能傳輸３００ｋｍ以上。目前北美新敷設(shè)干線光纜已放棄Ｇ．６５２光纖和Ｇ．６５３光纖，全部轉(zhuǎn)向Ｇ．６５５光纖。而且第２代的Ｇ．６５５光纖——大有效芯徑的光纖也已經(jīng)問世。６ ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ與ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ
以ＩＰ業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是當(dāng)前世界信息業(yè)發(fā)展的主要推動力，因而能否有效地支持ＩＰ業(yè)務(wù)已成為某項(xiàng)新技術(shù)能否有長遠(yuǎn)技術(shù)壽命的標(biāo)志。
目前，ＡＴＭ和ＳＤＨ均能支持ＩＰ，分別稱為ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ和ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ，兩者各有千秋。ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ利用ＡＴＭ的速度快、容量大、多業(yè)務(wù)支持能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)以及ＩＰ的簡單、靈活、易擴(kuò)充和統(tǒng)一性的特點(diǎn)，可以達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的目的，不足之處是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳輸效率低、開銷損失大（達(dá)２５％～３０％）。而ＳＤＨ與ＩＰ的結(jié)合能較好地彌補(bǔ)上述ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ的弱點(diǎn)。其基本思路是將ＩＰ數(shù)據(jù)通過點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（ＰＰＰ）直接映射到ＳＤＨ幀，省掉了中間復(fù)雜的ＡＴＭ層。具體作法是先把ＩＰ數(shù)據(jù)報(bào)封裝進(jìn)ＰＰＰ分組，然后利用高速數(shù)據(jù)鏈路（ＨＤＬＣ）組幀，再將字節(jié)同步映射進(jìn)ＳＤＨ的虛信道（ＶＣ）包封中，最后再加上相應(yīng)ＳＤＨ開銷置入ＳＴＭ－Ｎ幀中即可。
ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ在本質(zhì)上保留了因特網(wǎng)作為ＩＰ網(wǎng)的無連接特征，形成統(tǒng)一的平面網(wǎng)，簡化了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，降低了成本，易于實(shí)現(xiàn)ＩＰ組播和兼容不同技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)。最主要的優(yōu)點(diǎn)是可以省掉ＡＴＭ方式所不可缺少的信頭開銷、ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ封裝和分段組裝功能，使通透量增加２５％～３０％，這對于成本很高的廣域網(wǎng)而言是十分珍貴的。缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)容量和擁塞控制能力差，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)路由表太復(fù)雜，只有業(yè)務(wù)分級，無優(yōu)先級業(yè)務(wù)質(zhì)量，對高質(zhì)量業(yè)務(wù)難以確保質(zhì)量，不適于多業(yè)務(wù)平臺，僅是以運(yùn)載ＩＰ業(yè)務(wù)為主的網(wǎng)絡(luò)的理想方案。但隨著千兆比特高速路由器的商用化，其發(fā)展勢頭很強(qiáng)。例如美國Ｓｐｒｉｎｔ公司和ＧＴＥ公司已決定采用Ｃｉｓｃｏ的ＧＳＲ１２０００高速路由器作為節(jié)點(diǎn)建立ＩＰ骨干網(wǎng)。世界最大的ＩＳＤＮ業(yè)務(wù)供應(yīng)商ＵＵＮｅｔ也宣布將在骨干網(wǎng)上采用ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ。采用這種技術(shù)的關(guān)鍵是千兆比特高速路由器，這方面近來已有重要突破性進(jìn)展，例如美國Ｃｉｓｃｏ公司已于１９９７年９月推出１２０００系列千兆比特交換路由器（ＧＳＲ），可以在千兆比特率速率上實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)選路，還具有５Ｇｂｉｔ／ｓ～６０Ｇｂｉｔ／ｓ的多帶寬交換能力，提供靈活的擁塞管理、組播和服務(wù)質(zhì)量（ＱＯＳ）功能，其骨干網(wǎng)速率可以高達(dá)２．５Ｇｂｉｔ／ｓ。簡言之，隨著千兆比特高速路由器的成熟和ＩＰ業(yè)務(wù)的大發(fā)展，ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ將會獲得越來越廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展趨向值得密切注視。
從長遠(yuǎn)看，當(dāng)ＩＰ業(yè)務(wù)量逐漸增加，則有可能最終省掉中間的ＳＤＨ層，ＩＰ直接在光路上跑，形成十分簡單的統(tǒng)一的ＩＰ網(wǎng)結(jié)構(gòu)——ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ，其開銷最低，傳輸效率最高，因而最適用于未來超大型ＩＰ骨干網(wǎng)的核心匯接。在相當(dāng)長的時(shí)期，ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ和ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ將會共存互補(bǔ)，各有其最佳應(yīng)用場合和領(lǐng)域。
７ 海底光纜系統(tǒng)的新發(fā)展
截至１９９７年，全球安裝的海底光纜系統(tǒng)已超過４０多萬路由公里，它已成為溝通全球間通信的橋梁，遍及全球的海底信息高速公路已經(jīng)形成。
預(yù)計(jì)在未來的幾年內(nèi)，海底光纜的建設(shè)速度仍將持續(xù)高速發(fā)展，據(jù)有關(guān)分析表明，從１９９８年到２００３年，平均每年建設(shè)的海底光纜系統(tǒng)將為６．５萬路由公里～７．５萬路由公里，其中１９９８年和１９９９年計(jì)劃安裝的海底光纜系統(tǒng)每年將超過１０萬路由公里，幾乎為１９９７年的２倍。
基于戰(zhàn)略作用和商業(yè)利益的考慮，美國ＣＴＲ公司提出了一個(gè)全球“Ｏｘｙｇｅｎ（氧氣）”工程的計(jì)劃。其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“全球信息超級高速公路”的夢想，建立面向全球商業(yè)應(yīng)用的光纖超級互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，真正實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電話服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的集成化。
ＣＴＲ公司提出的設(shè)計(jì)建議如下：光纜連接到全球所有的大陸；在１７５個(gè)國家和地區(qū)建立２６５個(gè)登陸點(diǎn)；在３３個(gè)不同光環(huán)上建立自動恢復(fù)系統(tǒng)；光纜總長度約２７．５萬公里；耗資約１４０億美元；在２０００年到２００３年間分階段實(shí)施。Ｏｘｙｇｅｎ計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)每一分段的數(shù)據(jù)速率至少達(dá)１００Ｇｂｉｔ／ｓ，某些路由達(dá)到１ ０００Ｇｂｉｔ／ｓ。在中國的登陸點(diǎn)是上海、?？?、天津、青島、香港和澳門。其中，上海、青島和天津?qū)儆诒碧窖蟮貐^(qū)環(huán)。該環(huán)帶寬為３２０Ｇｂｉｔ／ｓ。海口、澳門和香港屬于南太平洋地區(qū)環(huán)，?？谥涟拈T的帶寬為３２０Ｇｂｉｔ／ｓ，澳門至香港帶寬為９６０Ｇｂｉｔ／ｓ。
