光纤通信技术的发展趋势

　　光纤通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命。近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革连同电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面，本文旨在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述和展望。


　　1 向超高速系统的发展

　　从过去2O多年的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用（TDM）方式进行，每当传输速率提高4倍，传输每比特的成本大约下降30％～40％；因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年来一直在持续增加的根本原因。现在商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年时间里增加了20O0倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不但增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。现在10Gbps系统已开始大批量装备网络，全世界安装的终端和中继器已超过5000个，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。我国也将在近期开始现场试验。需要注意的是，10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已敷设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的需要，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。

　　在理论上，上述基于时分复用的高速系统的速率更有望进一步提高，例如在实验室传输速率已能达到4OGbps，采用色度色散和极化模色散补偿连同伪三进制（即双二进制）编码后已能传输100km。然而，采用电的时分复用来提高传输容量的作法已接近硅和镓砷技术的极限，没有太多潜力可挖了，此外，电的40Gbps系统在性能价格比及在实用中是否能成功还是个未知因素，因而更现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但现在只有波分复用（WDM）方式进入大规模商用阶段，而其他方式尚处于试验研究阶段。

　　2 向超大容量WDM系统的演进光纤接入|光纤传输

　　如前所述，采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1％，99％的资源尚待发掘。假如将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用（WDM）的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是：（1）能够充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量能够迅速扩大几倍至上百倍；（2）在大容量长途传输时能够节约大量光纤和再生器，从而大大降低了传输成本；（3）和信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；（4）利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具备高度生存性的光连网。

　　鉴于上述应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。假如认为1995年是起飞年的话，其全球销售额仅仅为1亿美元，而2000年预计可超过40亿美元，2005年可达120亿美元，发展趋势之快令人惊讶。现在全球实际敷设的WDM系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达320Gbps（2*16*10Gbps），美国朗讯公司已宣布将推出80个波长的WDM系统，其总容量可达200Gbps（80*2.5Gbps）
或400Gbps（40*10Gbps）。实验室的最高水平则已达到2.6Tbps（13*20Gbps）。预计不久实用化系统的容量即可达到1Tbps的水平。能够认为近2年来超大容量密集波分复用系统的发展是光纤通信发展史上的又一里程碑。不但完全研发了无穷无尽的光传输键路的容量，而且也成为IP业务爆炸式发展的催化剂和下一代光传送网灵活光节点的基础。

　　3 实现光连网——战略大方向

　　上述实用化的波分复用系统技术尽管具备巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。假如在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设备（OXC）均已在实验室研制成功，前者已投入商用。

　　实现光连网的基本目的是：（1）实现超大容量光网络；（2）实现网络扩展性，允许网络的节点数和业务量的不断增长；（3）实现网络可重构性，达到灵活重组网络的
目的；（4）实现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；（5）实现快速网络恢复，恢复时间可达100ms。

　　鉴于光连网具备上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局（DARPA）资助了一系列光连网项目，如以Be11core为主研发的“光网技术合作计划（ONTC）”，以朗讯公司为主研发的“全光通信网”预研计划”，“多波长光网络（MONET）”和“国家透明光网络（NTON）”等。在欧洲和日本，也分别有类似的光连网项目在进行。光纤接入|光纤传输综上所述光连网已成为继SDH电连网以后的又一新的光通信发展高潮。其标准化工作将于2000年基本完成，其设备的商用化时间也大约在2000年左右。建设一个最大透明的。高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络不但能够为未来的国家信息基础设施(NII) 奠定一个坚实的物理基础，而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞连同国家的安全有极其重要的战略意义。

　　4 新一代的光纤

　　近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具备巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，研发新型光纤已成为研发下一代网络基础设施的重要组成部分。现在，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤（G.655光纤）和无水吸收峰光纤（全波光纤）。

　　4.1 新一代的非零色散光纤

　　非零色散光纤（G.655光纤）的基本设计思想是在1550窗口工作波长区具备合理的较低色散，足以支持10Gbps的长距离传输而无需色散补偿，从而节省了色散补偿器及其附加光放大器的成本；同时，其色散值又保持非零特性，具备一起码的最小数值（如2ps／（nm.km）以上），足以压制四波混合和交叉相位调制等非线性影响，适宜开通具备足够多波长的DWDM系统，同时满足TDM和DWDM两种发展方向的需要。为了达到上述目的，能够将零色散点移向短波长侧（通常1510～1520nm范围）或长波长侧（157nm附近），使之在1550nm附近的工作波长区呈现一定大小的色散值以满足上述需要。典型G.655光纤在1550nm波长区的色散值为G.652光纤的1／6～1／7，因此色散补偿距离也大致为G.652光纤的6～7倍，色散补偿成本（包括光放大器，

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