毛 謙
摘 要 ITU組織的4年一度的國際電信博覽會是通信領域規模最大的展覽會，Telecom99又是國際電信博覽會中規模最大的一次。本報告以參觀Telecom99所了解的情況為基本內容，介紹了近年來光通信技術的發展情況，說明光纖通信仍然是最主要的傳輸技術。本報告從光纖通信設備和系統、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方面的最新進展，光接入網的技術另有專題報告，本文不再贅述。
關鍵詞 光通信 光通信系統 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域規模最大的展覽會，Telecom99又是國際電信博覽會中規模最大的一次。參加展出的廠商約1200家，向全世界展示了近年來電信領域技術的進展。參觀這次國際電信博覽會可以感受到電信技術發展的脈搏，更可以感受到電信技術發展之快給我們這些電信技術研發人員帶來的壓力。當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，特別在核心網方面更加突出。概括起來，可以說世界主要的電信產品供應商如Lucent、Nortel、Alcatel、NEC、Siemens、Maconi、Fujitsu等都把光纖通信放在相當重要的位置，投入大量的人力、資金進行研究、開發，并分別取得重大的進展，創造了一個個新的世界記錄。許多原以家電產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，光纖通信技術無論是在核心網，即長距離、大容量骨干網的應用方面，還是在城域網、接入網應用方面發展都很快；無論是在系統設備，還是在光纖光纜、光器件的研制方面都有很大的進步。基于分工的原因和篇幅有限，本報告主要匯報這次電信展反映出來的光纖通信技術在核心網和城域網方面的新進展。光纖通信技術在接入網方面的進展情況，另有專題報告，本報告不再贅述。
本報告主要從光通信設備和系統、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 光通信設備和系統
Telecom99是光纖通信技術在近4年內（Telecom95之后），特別是OFC'99之后，國際水平進步的集中反映，以個人的認識水平，感到有如下幾個特點：
（1）超高速大容量系統的記錄不斷被刷新（包括單波道速率和全系統容量）回顧一下超高速大容量系統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設備，這在當時是最新記錄；OFC'97 NEC宣布實現了2.6Tbit／s DWDM傳輸系統實驗，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發表的記錄的主要情況：
Nortel的單信道80 Gbit／s系統實際上是在實現電的時分復用ETDM 40 Gbit／S的基礎上，采用OTDM技術將2個40 Gbit／s復用為80 Gbit／S信號的。線路碼型為二進制RZ碼，沒有采用FEC。在正、負色散每5km交替使用的G.655光纖上傳送480km（相當于巴黎到日內瓦）不用電再生器。線路上出現的最大色散為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信號的產生是用 Mach－ Zehader外調制器實現的。6.4Tbit／s DWDM系統是在單波道80 Gbit／s的基礎上用 80個波道復用而成的。系統設計的可靠性為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年全球光網絡的市場可達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遠遠地拋在后面：
·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的系統用的是與目前商用的系統同樣的，基于半導體的發送機和解復用器。他們還準備將該系統用于DWDM系統，至少采用當前商用可實現的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設備，除Nortel、Lucent之外，Hitachi、Fujitsu、Siemens等公司也都已開發出來。 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，包括預放的遠泵，使跨距衰減可達44－75dB，根據光纖參數不同，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，這對海光纜系統是特別有利的。
（3）波分復用的波長數不斷增加
目前商用的DWDM系統的波長數一般為8波或16波，32波和40波系統也開始使用。80波和160波（如NEC的160×2.5 Gbit／s系統）的實用化系統也已面世。1997年Bell Labs創造的最高記錄是206個波，到1999年11月，Lucent在貝爾實驗室實現了超密集波分復用（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系統的潛在容量比目前可商用的160波系統提高400倍。
（4）DWDM系統從干線進入城域網
無論是Lucent、Nortel、NEC，還是Alcatel、Siemens、Maconi、Fujitsu等都展示了城域網的DWDM解決方案。
典型的有Nortel的OPTera Metro，是基于環形的城域網DWDM系統，系統容量可達320 Gbit／S。可以提供 Video、以太網和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DWDM系統，主要應用于局域網和企業網，為光纖到桌面提供最經濟的方案，容量可達100Gbit／s。它可在任何波長保護由于光纖出現的故障，并將話音、數據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，創造了新的世界記錄。這種多模光纖主要是為局域網LAN設計的，1998年5月，Bell Labs就做了類似的實驗，當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器與光纖的耦合不準等因素，因此傳輸距離只有300 m。這兩次實驗用的發光器件都是850nm的垂直腔表面發射激光器（VCSEL），系統的誤碼率均達到1×10-9。
（6）對OTN的開發都給予了高度重視
在展覽會上，許多廠商都展出了OADM、OXC等OTN的網元。
NEC的OADM中的16個波長可以任選波長分插，可以構成雙纖線路倒換自愈環和雙向通道保護自愈環，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，可有512個波長進出。還可以實現波長保護，采用的是聚合物波導開關，開關的菲特率為100 Fit，開關執行時間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，其內核仍是電的交換。與之相連的包交換設備的交換能力可達19.2 Tbit／s。
Fujitsu的OADM有8個端口，每個端口16個波，目前可經配置選擇波長分插，2001年可實現任選波長分插。其OXC設備采用一種PI－LOSS開關，即通道無關插入損耗（Path－Independent Insertion Loss）所關。輸入喘口可以為32×10 Gbit／s。
ECI的OADM可工作于40波的DWDM系統，可以分插16個波長。
Lucent的WaveStar OLS 400 Gbit/s系統可以靈活地用于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。當采用FEC時，誤碼率可低于1×10－15。
Siemens也開發了 OADM和 OXC。利用光開關支持光的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。
（7）光的大氣傳輸為光通信增加了靈活性
Luent宣布，載送話音、數據和視頻業務的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。并準備用DWDM技術將8個波道復用后，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。據介紹，該系統用的是1550nm波長。系統的特點是：
·容量大：2.5－20Gbit／s；
·距離遠：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：是光纖接人的經濟的替代方式。
其主要應用是：
·要求增強帶寬時（如話音、數據、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絡；
·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實現的。組網能力為5×25dB。
NEC提出了光子IP方案、STM／ATMIP方案。NEC所提供的綜合業務節點可實現ATM／STM／IP的混合，節點容量可達2Tbit/s。
Lucent的40×40 Gbit／s系統，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，可以直接插人服務器，這樣服務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接入的適配卡。
Nortel的OPTera PacketCore及OPTera Connect也是為 IP提供解決方案的。可以提供10／100Base－T和千兆比以大網接口。還有Versalar15000、Versalar 25000M、Passport 15000等都是將光層和路由層綜合在一起，能夠處理多種協議，如IP／MPLS。ATM、TDM或專線等，容量可擴充至100Tbit／s以上，系統可靠性在99.999%以上。
（9）傳輸設備的集成度越來越高
Alcatel的16808M 10 Gbit/s設備，在一個子框中可以容納 2個10 Gbit/S的ADM設備，每個ADM具有512×512個VC4的交叉能力。其他SDH設備的集成度也很高，單板普遍實現32×2Mbit/s或4×155Mbit/S。STM－16設備具有32×32個VC4的交叉能力，可以當小型DXC使用。在后面要提到的單片2.5 Gbit／s，甚至單片10 Gbit／s都說明了設備集成度的迅速提高。
（10）速率在10 Gbit／s以上的設備和系統都考慮了FEC
NEC在其16×10 Gbit／S的海光纜系統中采用了G.975所規定的RS（Reed－Solomo,）碼作為FEC碼。
Alcate的1680SM 10Gbit/s設備也采用了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，但無法了解其技術細節。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，最關鍵問題是需要相應波長的光器件與之配套，才能發揮各自的特點。
光纜方面沒有太多新的展示，除了接入網用的光纖帶光纜之外，ADSS和OPGW在電力部門的應用也越來越普遍，纏繞式光纜在數年前就有應用，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，比人的頭發還要細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速度快一倍。采用這種技術有望將集成電路，特別是ASIC的集成度大大提高，數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，實現了“Systm on Chip”。這種芯片采用CMOS技術，工作速率為2.5-10 Gbit／s。目前芯片有兩種：TADMN42G5（和TADM0410G，分別對應于2.5 Gbit／s和10 Gbit／s系統。
（2）光器件
Nortal宣布用最先進的技術開發出可調諧范圍為15nm的DFB－LD（一般可調諧LD的可調范圍為3－5nm），對100 GHz波道間隔的DWDM系統可支持18個波長，對50 GHz波道間隔的DWDM系統可支持36個波長。這種可調諧DFB－LD的關鍵技術是采用了三段電極級聯，每一段電極提供5nm的可調范圍，總的連續可調15 nm。如果將兩個這樣的器件耦合進同一根光纖，則可調范圍可擴展為30 nm。其特點是：簡單、可控、易于生產。
Fujitsu用于DWDM的可調諧LD，是在一個基片上做8個可調諧DFB－LD，并且還有SOA。
Lucent在其OXC中所用的光開關是自由空間光開關，是用微鏡陣列（Micrro-mirror Array），構成了128×128的光開關矩陣。每個開關尺寸為0.5mm，開關間隔為1mm，做在硅的基片上，最大規模可達1024×1024。開關時間為1ms。
Fujitsu做出了用于40 Gbit／s的LiNb03（銀酸鋰）外調制器。
它還研制了用于OXC的光開關，采用PLC技術，每個基片上可集成8×8的開關矩陣。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監控波道DFB－LD組件
·1625nm監控波道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先，它有成套的各種光器件，如SONET／SDH光發射機、SONET/SDH光接收機、光收發器、并聯光互連模塊、塑料光纖模塊等。特別是它的16波622Mbit/s到10 Gbit／s的光發送和接收模塊，為設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動態范圍和-90 dBm靈敏度等。多波長計的波長范圍為1250－1600nm；動態范圍為65dB。可調諧光源的波長范圍為1500－1640nm；輸出功率達+10dBm。可以對DWDM系統進行測試，也可對系統的元器件（如EDFA）、合波／分波器、濾光器、連接器等進行測試。
當光纜的芯數逐漸加大時，光纜的接續護套能否適應光纜芯數的需要，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護套，適于多芯及光纖帶光纜的72碟片的接續護套，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，有各種多分支接續護套。
Plumett公司專門展出其氣動容管的設備，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備展出。
光纖熔接設備比較突出的還是多芯一次熔接的熔接機。
6 結語
微電子技術、光電子技術和計算機技術的飛速發展為光纖通信技術的快速發展創造了有利的條件。這次展覽會的展示表明，近年來光纖通信技術的發展也是日新月異，從中我們也看到了自己的差距。我國在光纖通信領域與國際水平相比，在應用和產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，遠遠趕不上國際水平。因此我們研制、開發的設備中，主要器件都是從國外采購的。Teecom99上亮相的器件都是當前最新技術的結晶，超高速、大容量的系統沒有這些器件是無法實現的。例如40 Gbit／S（STM－256）設備目前在國內就難以開展研究，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。這些問題單靠企業本身是難以解決的，建議政府進一步重視基礎環節，并加大投入力度，為科研人員營造更為良好的研究環境，通過數年奮斗，振興我國的民族光通信產業.
