中國光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀及未來

1、-. z.中國光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀及未來光纖通信是我國高新技術(shù)中與國際差距較小的領(lǐng)域之一。 光纖通信由于其具有的一系列 特點(diǎn), 使其在傳輸平臺(tái)中居于十分重要的地位。 雖然目前移動(dòng)通信, 甚至衛(wèi)星移動(dòng)通信的熱 浪再現(xiàn)高波,但 Tele99的展示說明,光纖通信仍然是最主要的傳輸手段。在北美,信息 量的 80%以上是通過光纖網(wǎng)來傳輸?shù)?。在我國光纖通信也得到廣泛的應(yīng)用,全國通信網(wǎng)的 傳輸光纖化比例已高達(dá) 82%。光纖通信技術(shù)的應(yīng)用根本到達(dá)國際同類水平,自主開發(fā)的光 纖通信產(chǎn)品也比擬接近國際同類產(chǎn)品水平, 但實(shí)驗(yàn)室的研究水平還有一定的差距。 本文扼要 回憶我國光通信走過的歷程, 并從光纖光纜、 光器件、

2、光傳輸設(shè)備和系統(tǒng)等幾方面介紹光通 信的研發(fā)、 應(yīng)用現(xiàn)狀, 展望光通信在我國的應(yīng)用前景, 將鼓勵(lì)我們?yōu)檎衽d我國光通信民族產(chǎn) 業(yè)做出更大的奉獻(xiàn)。1 我國光通信歷程的回憶我國的光通信起步較早, 70年代初就開場(chǎng)了大氣傳輸光通信的研究,隨之又進(jìn)展 光纖和光電器件的研究,自 1977年初,研制出第一根石英光纖起,跨過一道道難關(guān),取得 了一個(gè)又一個(gè)零的突破。如今回憶起來,所經(jīng)歷的里程碑依然歷歷在目:1977年,第一根短波長 (0. 85mm 階躍型石英光纖問世,長度為 17m ,衰減系數(shù)為 300dB/km。研制出 Si-APD 。1978年,階躍光纖的衰減降至 5dB/km。研制出短波長多模梯度光纖,即

3、 G .651光纖。研制出 GaAs-LD 。1979年,研制出多模長波長光纖,衰減為 1dB/km。建成 5.7km 、 8Mb/s光通信系統(tǒng)試驗(yàn)段。1980年, 1300nm 窗口衰減降至 0.48dB/km, 1550nm 窗口衰減為 0.29dB/km。研制出短波長用的 GaAlAs-LD 。1981年,研制出長波長用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探測(cè)器。多模光纖活動(dòng)連接器進(jìn)入實(shí)用。研制出 34Mb/s光傳輸設(shè)備。1982年,研制成功長波長用的激光器組件和探測(cè)器組件 (PIN-FET。研制出光合波分波器、光耦合器、光衰減器、濾光器等無源器件。研制出 140Mb/s光傳輸設(shè)備。1

4、984年,、* 34Mb/s市話中繼光傳輸系統(tǒng)工程建成 (多模 。1985年,研制出 1300nm 單模光纖,衰減達(dá) 0.40dB/km。1986年,研制出動(dòng)態(tài)單縱模激光器。1988年,全長 245km 的*椌V輻沙市 34Mb/s多模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒 定驗(yàn)收。高郵 4Mb/s單模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。1989年,漢陽漢南 40Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。1990年, 研制出 G .652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖, 最小衰減達(dá) 0.35dB/km。 到 1992年降至 0.26dB/km。 成功地研制出 1550nm 分布反應(yīng)激光器 (DFB-LD。1991年,

5、研制出 G .653色散位移光纖。最小衰減達(dá) 0.22dB/km。研制出 565Mb/s光傳輸設(shè)備。40Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過國家鑒定驗(yàn)收。1992年,研制出摻鉺光纖 EDF 。研制出可調(diào)諧 DFB-LD 和泵浦源 LD 。FC-PC 陶瓷單模光纖活動(dòng)連接器通過郵電部鑒定。1993年,在摻鉺光纖放大器的研究上取得突破性進(jìn)展,小信號(hào)增益達(dá) 25dB 。65Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。該工程的建成,在國內(nèi)外產(chǎn)生了重 大影響,對(duì)此后巴統(tǒng)的解散起到一定的催化作用。1995年,研制出 STM-1、 STM-4 SDH設(shè)備。1996年,研制出 STM-16 SDH設(shè)備。1997年

6、,研制出 G .655非零色散位移光纖。研制出應(yīng)變多量子阱 DFB 激光器, STM-1、 STM-4收 /發(fā)模塊和 STM-16接收模塊。 22Mb/s SDH光傳輸工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收; 622Mb/s SDH雙自愈環(huán)互連系統(tǒng)工程通過建立部門初驗(yàn)。1998年, 5Gb/s光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收, 該工程全長 322km , 僅在萬寧設(shè)一個(gè)中繼站, 萬寧的中繼距離為 172km , 僅在發(fā)送機(jī)中使用一個(gè) EDFA 就實(shí)現(xiàn)了這一超長中繼。研制出 OADM 、 O*C 樣機(jī)。1999年, 82.5Gb/s DWDM系統(tǒng)通過國家驗(yàn)收。研制出 STM-64 SDH設(shè)備。IP over S

7、DH的建議被 ITU-T 確認(rèn)。中國光通信技術(shù)的開展, 經(jīng)歷了許多曲折和困難, 有研發(fā)初期 巴統(tǒng) 的技術(shù)封鎖, 根底和配套工業(yè)設(shè)施跟不上, 資金投入的缺乏, 人才資源缺乏等。 但我國光通信界的同行們 為開展自己的民族光通信事業(yè), 克制了重重困難,掌握了光纖、 器件、系統(tǒng)等各方面的關(guān)鍵技 術(shù),逐漸走進(jìn)了國際光通信的先進(jìn)展列。特別是在主要技術(shù)上,都有自己的特色和創(chuàng)新,如 1B1H 的光線路碼型、 自己特色的網(wǎng) 絡(luò)管理系統(tǒng)、 能構(gòu)成自愈環(huán)的 PDH 設(shè)備、 自行設(shè)計(jì)的全套 SDH 專用芯片、 在線升級(jí)的 SDH 設(shè)備、通過 LAPS 實(shí)現(xiàn)的 IP over SDH等,形成了自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán),為進(jìn)一步開

8、展打下了良 好的根底。2、研究開發(fā)與應(yīng)用的現(xiàn)狀下面分別從光纖光纜、 光電器件/光器件、 設(shè)備與系統(tǒng)等幾個(gè)方面介紹光通信在我 國研究、開發(fā)和應(yīng)用的現(xiàn)狀。在光纖研制方面, 我們已根本掌握了常規(guī)單模和多模光纖的生產(chǎn)技術(shù), 已研制出了 色散位移單模光纖 (G. 653光纖 、非零色散位移單模光纖 (G. 655光纖 、大有效面積非零 色散位移單模光纖、色散補(bǔ)償光纖 (DCF、摻鉺光纖、保偏光纖、數(shù)據(jù)光纖等,并能到達(dá)生 產(chǎn)水平。 對(duì)通信用塑料光纖的制造和特性也進(jìn)展了深入的研究。 其中以大保實(shí)光纖為代表的 大有效面積非零色散位移單模光纖已在工程中應(yīng)用,其主要特性如表 1所示。國內(nèi)有多家光纜廠,可大批量生產(chǎn)

9、接入網(wǎng)中用光纖帶光纜,一般芯數(shù)為 288芯, 最高芯數(shù)可達(dá) 960芯。 光纖帶光纜的構(gòu)造有層絞式、 中心管式、 骨架式、無金屬型、 ADSS 和 OPGW 等。雖然光纖光纜的研制僅短短的 20多年,其應(yīng)用卻已相當(dāng)普遍。迄今,已敷設(shè)光纜 長度超過 100萬 km ,光纜已敷設(shè)到世界屋脊*。生產(chǎn)光纜的廠家有 200多家,每年所用 光纖的數(shù)量超過 400萬 km 。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中,無論是核心網(wǎng)還是接入網(wǎng),目前主要應(yīng)用的還 是 G.652光纖。在核心網(wǎng)中新建線路已開場(chǎng)采用 G.655光纖,在接入網(wǎng)中已開場(chǎng)應(yīng)用光纖帶 光纜。器件是光通信設(shè)備和系統(tǒng)的根底, 目前國內(nèi)自行開發(fā)的光通信設(shè)備中, 已采用了最 先進(jìn)

10、的光器件和光電器件。光電器件的研制在高速激光器、 增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器、 量子阱雙穩(wěn)態(tài)激光器、 摻 鉺光纖激光器、 主動(dòng)鎖模光纖環(huán)形孤子激光器、 被動(dòng)鎖模光纖環(huán)形激光器、 光纖光柵激光器、 光收發(fā)模塊、半導(dǎo)體光放大器 (SOA、摻鉺光纖放大器 (EDFA、增益平坦 EDFA 、高增益低 噪聲 EDFA 、摻鉺光纖均衡放大器、 DFB-LD 與 EA 型外調(diào)制器的集成器件、應(yīng)用于接入網(wǎng) 的單纖收發(fā)集成器件等方面都有顯著進(jìn)展。 特別是國產(chǎn)的 EDFA 和光收發(fā)模塊已在國內(nèi)普遍 推廣應(yīng)用。典型的 DWDM 用摻鉺光纖放大器的特性參數(shù)如表 2所示。光器件方面常規(guī)的光連接器、光隔離器、 光準(zhǔn)直器、 光衰

11、減器 (固定衰減器和可變 衰減器 、濾光器和光耦合器等已在批量生產(chǎn),除滿足國內(nèi)市場(chǎng)需求外,已經(jīng)出口到歐洲, 進(jìn)入國際市場(chǎng)。 光纖光柵的制作, 以及利用光纖光柵做成各種光器件是目前的熱點(diǎn)之一。 我 國已研制了光纖光柵波分復(fù)用器、光纖光柵分插復(fù)用器、 光纖光柵色散補(bǔ)償器等。 此外,在 平面光波導(dǎo)器件的研制上也有新的突破, 如聚合物薄膜光波導(dǎo)、 極化聚合物光波導(dǎo)、 硅基光 波導(dǎo)器件、集成光波導(dǎo)器件等。目前在研制的還有雙芯 SC 光纖活動(dòng)連接器、光纖帶光連接 器、光環(huán)形器、高速光開關(guān)、混合集成光開關(guān)等。光傳輸設(shè)備及系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)更是形勢(shì)喜人, STM-1、 STM-4、 STM-16的 TM 、 R

12、EG 、 ADM 等已經(jīng)大批量生產(chǎn),除投入國內(nèi)市場(chǎng)外,也進(jìn)入了國際市場(chǎng)。 STM-64已研制 成功, 進(jìn)展了 478.8km 的傳輸實(shí)驗(yàn)。 DWDM 的研制進(jìn)展很快, 除了 42.5Gb/s、 82.5Gb/s、 162.5Gb/s系統(tǒng)的產(chǎn)品已投放市場(chǎng), 322.5Gb/s系統(tǒng)正準(zhǔn)備建立試驗(yàn)工程。 810Gb/s系 統(tǒng)完成了傳輸實(shí)驗(yàn)。目前正在進(jìn)展 1610Gb/s系統(tǒng)的研制。此外,許多院、所、校還開展 了光時(shí)分復(fù)用 (OTDM方面的研究, 42.5Gb/s的 OTDM 已初見成效, 410Gb/s 或 810Gb/s的研究也拉開了帷幕。 對(duì)光纖 CDMA 、 光 ATM 交換系統(tǒng)、 光孤子傳輸

13、等的研究也有 很大進(jìn)展。除 DWDM 的終端設(shè)備外, 信息產(chǎn)業(yè)部*郵電科學(xué)研究院已研制出可以上下 4個(gè) 波道的光分插復(fù)用器 OADM 。郵電大學(xué)、清華大學(xué)、*交通大學(xué)等已研制出小型的 光穿插設(shè)備 O*C 。除了向高速大容量系統(tǒng)開展之外, 在光接入網(wǎng)的研究方面也投入了很大力量。 目前 的研究目標(biāo)是在盡量使光纖接近用戶、綜合業(yè)務(wù)接入、寬帶接入、 降低本錢等方面。例如帶 V5接口的無源光網(wǎng)絡(luò) (PON , 帶 V5接口的 IDLC 、 電信業(yè)務(wù)與播送電視的綜合接入、 寬帶 全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)及降低光接入網(wǎng)的本錢等是最主要的課題。用于接入網(wǎng)的 SDH 設(shè)備,如緊湊 型 STM-1(單板 STM-1設(shè)備已大量

14、投放市場(chǎng), PON 、 IDLC 等已有產(chǎn)品提供。目前正在開 發(fā)綜合寬帶光接入系統(tǒng)如 ATM-PON 等,為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) FTTH 打下根底。我國的核心網(wǎng)光傳輸已主要采用 2.5Gb/s以上的 SDH 系統(tǒng)。局部干線采用 82.5Gb/s DWDM 系統(tǒng)。為進(jìn)一步滿足未來開展的需要,近兩年我國將在長達(dá) 3萬 km 的 18條光纜干線上主要采用 82.5Gb/s以上的波分復(fù)用技術(shù)進(jìn)展擴(kuò)容改造。許多省內(nèi)干線正在 建立 82.5Gb/s或 162.5Gb/s DWDM系統(tǒng)。省際干線正在進(jìn)展 410Gb/s DWDM(引進(jìn) 設(shè)備的試驗(yàn)。引進(jìn)的 3210Gb/s系統(tǒng)也將開場(chǎng)試驗(yàn)。國產(chǎn)的 82.5Gb/s系

15、統(tǒng)已應(yīng)用于干線工程,如*郵電科學(xué)研究院的* - 82.5Gb/s DWDM 工程已于 1999年 5月 7日通過終驗(yàn)。五所的* - 82.5Gb/s也于 2000年初通過終驗(yàn)。目前已建的 DWDM 系統(tǒng)根本上都是點(diǎn)到點(diǎn)的系統(tǒng),還沒有形成環(huán)路, 局部考慮了 SDH 層面上的保護(hù)。正在建立的 DWDM 系統(tǒng)已在采用 OADM 環(huán)網(wǎng)的方案。 接入網(wǎng)中已較大量采用了光纖接入的方式,包括采用有源光接入 DLC (如以 PDH 或 SDH 為傳輸平臺(tái)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON 的光纖接入方式,以實(shí)現(xiàn) FTTC 、 FTTB ,為最 終實(shí)現(xiàn) FTTH 打下根底。 有的城市已用光纖帶光纜敷設(shè)了 100多個(gè)光纖環(huán),

16、為全市的光纖接 入化邁出了重要的一步。在廣電部門,光纖 CA TV 的應(yīng)用已十分廣泛,并主要采用 HFC 、 Cable Modem技術(shù)實(shí)現(xiàn)播送電視與話音、數(shù)據(jù)的綜合接入。3 我國光纖通信技術(shù)開展的展望微電子技術(shù)、 光電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開展, 為光通信技術(shù)的開展創(chuàng)造了非 常好的條件, 使得光通信也得以快速地開展。 總的來說, 光通信在高速、 大容量方面和寬帶、 綜合、低本錢接入方面都在迅速開展。國際上 DWDM 已做到 16Tb/s,單波道的電的復(fù)用方 式已到達(dá)的最高速率為 160Gb/s,如果用 100個(gè)波道復(fù)用,則 DWDM 的容量即為 16Tb/s。 400Gb/s的信號(hào)在現(xiàn)有光

17、纖無電中繼傳輸距離到達(dá) 3200km 。光纖方面研制出了全波光纖, 消除了 1380nm 處的 OH 吸收峰, 使得光纖從 1250nm 到 1625nm 都成為可利用窗口。 DWDM 最高波道數(shù)已到達(dá) 65535個(gè)。塑料光纖的研究進(jìn)展也很快。單片集成一個(gè) 2.5Gb/s或 10Gb/s系統(tǒng)的 ASIC 已經(jīng)問世, 一個(gè)芯片包含 8個(gè)可調(diào)諧 LD 的光集成器件也研制成功。 FSAN (以 ATM-PON 為根底的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)正在穩(wěn)步推進(jìn)。據(jù)估計(jì),全球光網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng) 2000年約為 350億美元,到 2003年將超過 600億美元。從國際的開展趨勢(shì)可以預(yù)計(jì)我國光纖通信的開展也會(huì)是很快的,而且同樣會(huì)在

18、高 速、大容量的核心網(wǎng)及寬帶、綜合光接入網(wǎng)兩個(gè)領(lǐng)域同時(shí)取得進(jìn)步。除了研究、開發(fā)更高水 平(如可選波長的 OADM 和 O*C ,研制更大容量的 DWDM 系統(tǒng),研究寬帶綜合光接入 技術(shù),盡可能降低光接入網(wǎng)的本錢外,將更注重網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展,如對(duì) OTN 的研究,對(duì)突 發(fā)模式光的包交換的探索, 超大容量光接口核心路由器的研制等, 而且要通過建立中國高速 信息示*網(wǎng)(863重大工程 ,建成一個(gè)基于光因特網(wǎng)技術(shù)的高速信息網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)環(huán)境,連接 我國局部重要科研院所和著名高校, 對(duì)光傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 光因特網(wǎng)技術(shù)、 寬帶綜合光接入技 術(shù)等進(jìn)展深入研究, 取得光通信技術(shù)更新的成果, 并能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè), 為國民經(jīng)濟(jì)開展做出貢 獻(xiàn)。4 結(jié)語光纖通信技術(shù)在中國的應(yīng)用面