光纖通信的過去和未來

世界光纖通信發(fā)展史
光纖的發(fā)明，引起了通信技術(shù)的一場革命，是構(gòu)成21世紀(jì)即將到來的信息社會的一大要素。

1966年出生在中國上海的英籍華人高錕，發(fā)表論文《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，提出用石英玻璃纖維（光纖）傳送光信號來進行通信，可實現(xiàn)長距離、大容量通信。

于1970年損失為20db/km的光纖研制出來了。據(jù)說康寧公司花費3000萬美元，得到30米光纖樣品，認(rèn)為非常值得。這一突破，引起整個通信界的震動，世界發(fā)達(dá)國家開始投入巨大力量研究光纖通信。1976年，美國貝爾實驗室在亞特蘭大到華盛頓間建立了世界第一條實用化的光纖通信線路，速率為45Mb/s，采用的是多模光纖，光源用的是發(fā)光管LED，波長是0.85微米的紅外光。在上世紀(jì)70年代末，大容量的單模光纖和長壽命的半導(dǎo)體激光器研制成功。光纖通信系統(tǒng)開始顯示出長距離、大容量無比的優(yōu)越性。

按理論計算：就光纖通信常用波長1.3微米和1.55微米波長窗口的容量至少有25000GHz。自然會想到采用多波長的波分復(fù)用技術(shù)WDM（WavelengthDivisionMultiplex）。1996年WDM技術(shù)取得突破，貝爾實驗室發(fā)展了WDM技術(shù)，美國MCI公司在1997年開通了商用的WDM線路。光纖通信系統(tǒng)的速率從單波長的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發(fā)展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸。當(dāng)今實驗室光系統(tǒng)速率已達(dá)10Tb/s，幾乎是用之不盡的，所以它的前景輝煌。

中國光纖通信發(fā)展史
1973年，世界光纖通信尚未實用。郵電部武漢郵電科學(xué)研究院（當(dāng)時是武漢郵電學(xué)院）就開始研究光纖通信。由于武漢郵電科學(xué)研究院采用了石英光纖、半導(dǎo)體激光器和編碼制式通信機正確的技術(shù)路線，使我國在發(fā)展光纖通信技術(shù)上少走了不少彎路，從而使我國光纖通信在高新技術(shù)中與發(fā)達(dá)國家有較小的差距。

我國研究開發(fā)光纖通信正處于十年動亂時期，處于封閉狀態(tài)。國外技術(shù)基本無法借鑒，純屬自己摸索，一切都要自己搞，包括光纖、光電子器件和光纖通信系統(tǒng)。就研制光纖來說，原料提純、熔煉車床、拉絲機，還包括光纖的測試儀表和接續(xù)工具也全都要自己開發(fā)，困難極大。武漢郵電科學(xué)研究院，考慮到保證光纖通信最終能為經(jīng)濟建設(shè)所用，開展了全面研究，除研制光纖外，還開展光電子器件和光纖通信系統(tǒng)的研制，使我國至今具有了完整的光纖通信產(chǎn)業(yè)。

1978年改革開放后，光纖通信的研發(fā)工作大大加快。上海、北京、武漢和桂林都研制出光纖通信試驗系統(tǒng)。1982年郵電部重點科研工程“八二工程”在武漢開通。該工程被稱為實用化工程，要求一切是商用產(chǎn)品而不是試驗品，要符合國際CCITT標(biāo)準(zhǔn)，要由設(shè)計院設(shè)計、工人施工，而不是科技人員施工。從此中國的光纖通信進入實用階段。

在20世紀(jì)80年代中期，數(shù)字光纖通信的速率已達(dá)到144Mb/s，可傳送1980路電話，超過同軸電纜載波。于是，光纖通信作為主流被大量采用，在傳輸干線上全面取代電纜。經(jīng)過國家“六五”、“七五”、“八五”和“九五”計劃，中國已建成“八縱八橫”干線網(wǎng)，連通全國各省區(qū)市。現(xiàn)在，中國已敷設(shè)光纜總長約250萬公里。光纖通信已成為中國通信的主要手段。在國家科技部、計委、經(jīng)委的安排下，1999年中國生產(chǎn)的8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)首次在青島至大連開通，隨之沈陽至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統(tǒng)開通。2005年3.2Tbps超大容量的光纖通信系統(tǒng)在上海至杭州開通，是至今世界容量最大的實用線路。

中國已建立了一定規(guī)模的光纖通信產(chǎn)業(yè)。中國生產(chǎn)的光纖光纜、半導(dǎo)體光電子器件和光纖通信系統(tǒng)能供國內(nèi)建設(shè)，并有少量出口。

有人認(rèn)為，我國光纖通信主要干線已經(jīng)建成，光纖通信容量達(dá)到Tbps，幾乎用不完，再則2000年的IT泡沫，使光纖的價格低到每公里100元，幾乎無利可圖。因此不要發(fā)展光纖通信技術(shù)了。

實際上，特別是中國，省內(nèi)農(nóng)村有許多空白需要建設(shè)；3G移動通信網(wǎng)的建設(shè)也需要光纖網(wǎng)來支持；隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)需要擴容等，光纖通信仍有巨大的市場。現(xiàn)在每年光纖通信設(shè)備和光纜的銷售量是上升的。

光纖通信今后如何發(fā)展
FTTH（光纖到家庭）是光纖通信進一步發(fā)展的方向，它被公認(rèn)為理想的寬帶接入網(wǎng)。目前，所謂寬帶業(yè)務(wù)，大多是500kbps的影視節(jié)目。運營商為了充分利用銅線資源，采用ADSL技術(shù)就可提供，這使FTTH成為接入網(wǎng)主流的時間有所推遲。不久的將來，在HDTV普及的情況下，ADSL不能滿足要求，而先進的ADSL2+也許可滿足1chHDTV/戶。如果4chHDTV/戶采用FTTH比較合理。在雙向業(yè)務(wù)廣泛應(yīng)用的情況下，上下行不對稱的ADSL難以對應(yīng)。目前，發(fā)達(dá)國家FTTH建設(shè)普遍開展，日本、韓國和美國比較發(fā)達(dá)，采用各種無源光網(wǎng)PON和以太網(wǎng)技術(shù)。中國的運營商和房地產(chǎn)開發(fā)商已對FTTH進行了試點。近來出現(xiàn)了所謂的網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV），電信運營商提出IPTV的初衷是考慮到有計算機的人少而有電視機的人多。提出的IPTV是采用專用的機頂盒連接電視機可直接瀏覽電信網(wǎng)的內(nèi)容，而不要計算機。IPTV具有常規(guī)電視并兼有點播和時移電視的功能，可能會取代常規(guī)電視。由于IPTV的發(fā)展，影響光纖接入網(wǎng)和FTTH的構(gòu)建。另外，也產(chǎn)生電信運營商和廣播運營商的利益沖突。盡管有限制發(fā)牌照政策以保護廣播運營商，但大勢所趨，不可阻擋。實際上，許多廣播運營商也開始改造其廣播網(wǎng)為數(shù)字雙向，也具備了發(fā)展IPTV的功能。廣播運營商和電信運營商的界限開始有些模糊。

IPTV在國外開始高速發(fā)展。在國內(nèi)，上海、河南等地也開始發(fā)展。
有人考慮到IPTV的發(fā)展，會使現(xiàn)有的城域網(wǎng)和接入網(wǎng)不勝負(fù)擔(dān)，所以提出所謂的P2P（peer-對等）方法。P2P最初的概念是：所有用戶都是信息接收者，又是信息發(fā)送者。即某用戶把收到的節(jié)目用流媒體方法向其他用戶轉(zhuǎn)發(fā)出去（通常是讓用戶下載一個軟件使其具備P2P功能）。這樣便可減免都由中心向用戶播發(fā)，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。事實上，沒有中心是不行的，網(wǎng)上至少要有1個中心服務(wù)器來管理。經(jīng)過少量試行，近來發(fā)現(xiàn)IPTV流量太大，而用戶的接入網(wǎng)根本無法滿足P2P的傳輸，特別是ADSL原來就沒有考慮到大量的上行，用戶接入網(wǎng)負(fù)荷過重而崩潰。有人認(rèn)為P2P是惡魔。

由于寬帶業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的容量不足。對于運營商而言，最根本和實際有效的辦法是對城域網(wǎng)和接入網(wǎng)擴容。事實上，采用WDM技術(shù)擴容，投資不很大，而可適應(yīng)今后寬帶業(yè)務(wù)的繼續(xù)發(fā)展。

無線接入技術(shù)發(fā)展迅猛。人需要移動，采用無線接入比較方便。無線接入可滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，但帶寬有限，寬帶的視頻特別是HDTV仍需要采用光纖通信。

光纖通信需要發(fā)展光交換——采用電纜通信的網(wǎng)是金屬網(wǎng)，傳輸?shù)氖请娦盘�，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用電子交換機進行交換。現(xiàn)在，光纖通信的網(wǎng)是光纖網(wǎng)，傳輸?shù)氖枪庑盘�，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點目前還沒有全光交換機，在網(wǎng)絡(luò)上只好采用“光-電-光”方式進行交換，即先把來自光纖網(wǎng)的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，用電子交換機進行交換，之后，又把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘�，再進入光纖網(wǎng)。這種方法是不經(jīng)濟的，需要開發(fā)可把光信號直接交換的光交換機。目前已經(jīng)有小規(guī)模的光交換，它是作光線路保護的。通常這種光交換的通路是固定而不是可改變的，對于線路的調(diào)度不利�，F(xiàn)正在開發(fā)具有自動交換的光網(wǎng)絡(luò)稱為ASON。ASON的關(guān)鍵技術(shù)是可重組光分插復(fù)用器ROADM，使線路可方便地調(diào)度。ASON不但可作光線路的保護，還可滿足線路調(diào)度和今后發(fā)展出租電路的需要。目前，已經(jīng)有非全光的ASON產(chǎn)品。

現(xiàn)在的通信網(wǎng)正在從SDH網(wǎng)向IP網(wǎng)過渡，交換機也要IP化。發(fā)展光網(wǎng)絡(luò)還要考慮IP化，還要進一步發(fā)展光路由器，其中需要解決光地址的取存和光緩存技術(shù)。

光電子器件和集成光器件需要大力發(fā)展，因為光纖通信技術(shù)的發(fā)展，依賴光器件的進步。

由于網(wǎng)絡(luò)的速率不斷提高，目前單波長電子速率為40Gbps的光通信系統(tǒng)已經(jīng)商用，速率為160Gbps的電子系統(tǒng)在試驗室開發(fā)。因此，光電子器件要與之相適應(yīng)，包括高速調(diào)制激光器等需要開發(fā)。實現(xiàn)ROADM需要發(fā)展波長可調(diào)的光濾波器、波長可調(diào)激光器和光開關(guān)等，其中有許多可創(chuàng)新的空間。

把許多分立的光電子器件集成在一起成為集成的光電子器件，其優(yōu)點是功能豐富、體積小、速度高、可靠。目前已經(jīng)有小規(guī)模集成的光電子器件，需要開發(fā)更大規(guī)模的光電子集成器件�；旌霞�成可降低難度，提高成品率�；旌霞�成的關(guān)鍵技術(shù)是平面光波導(dǎo)線路PLC，它是一塊具有光波導(dǎo)的線路板，可把分立的光器件安裝在上面。目前商用的光電子集成器件有8波長激光器模塊、100波長以上的AWG光濾波器、AWG+光衰減器和32×32光開關(guān)等。光集成器件的工藝有單片集成和混合集成兩種。目前集成光電子器件處于初級階段，我國應(yīng)迎頭趕上，否則就會吃大虧。

光纖通信的優(yōu)勢是容量大和傳輸距離遠(yuǎn)。無線通信的優(yōu)勢是可移動，但帶寬小。可以想象，近距離小容量的數(shù)據(jù)接入趨向采用無線接入，而大容量的視頻影視采用光纖傳輸。衛(wèi)星傳輸距離也很長，唯容量和壽命有限。無線和光纖通信是互補的，它們是永存的兩個物理網(wǎng)。