光纖通信的發展歷程以及未來應用

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世界光纖通信發展史

　　光纖的發明，引起了通信技術的一場革命，是構成21世紀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，發表論文《光頻介質纖維表面波導》，提出用石英玻璃纖維（光纖）傳送光信號來進行通信，可實現長距離、大容量通信。

　　于1970年損失為20db/km的光纖研制出來了。據說康寧公司花費3000萬美元，得到30米光纖樣品，認為非常值得。這一突破，引起整個通信界的震動，世界發達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，光源用的是發光管LED，波長是0.85微米的紅外光。在上世紀70年代末，大容量的單模光纖和長壽命的半導體激光器研制成功。光纖通信系統開始顯示出長距離、大容量無比的優越性。

　　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用技術WDM（WavelengthDivisionMultiplex）。1996年WDM技術取得突破，貝爾實驗室發展了WDM技術，美國MCI公司在1997年開通了商用的WDM線路。光纖通信系統的速率從單波長的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸。當今實驗室光系統速率已達10Tb/s，幾乎是用之不盡的，所以它的前景輝煌。

中國光纖通信發展史

　　1973年，世界光纖通信尚未實用。郵電部武漢郵電科學研究院（當時是武漢郵電學院）就開始研究光纖通信。由于武漢郵電科學研究院采用了石英光纖、半導體激光器和編碼制式通信機正確的技術路線，使我國在發展光纖通信技術上少走了不少彎路，從而使我國光纖通信在高新技術中與發達國家有較小的差距。

　　我國研究開發光纖通信正處于十年動亂時期，處于封閉狀態。國外技術基本無法借鑒，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。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工具也全都要自己開發，困難極大。武漢郵電科學研究院，考慮到保證光纖通信最終能為經濟建設所用，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的研制，使我國至今具有了完整的光纖通信產業。

　　1978年改革開放后，光纖通信的研發工作大大加快。上海、北京、武漢和桂林都研制出光纖通信試驗系統。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，要求一切是商用產品而不是試驗品，要符合國際CCITT標準，要由設計院設計、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80年代中期，數字光纖通信的速率已達到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，連通全國各省區市�，F在，中國已敷設光纜總長約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、經委的安排下，1999年中國生產的8×2.5Gb/sWDM系統首次在青島至大連開通，隨之沈陽至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統開通。2005年3.2Tbps超大容量的光纖通信系統在上海至杭州開通，是至今世界容量最大的實用線路。

　　中國已建立了一定規模的光纖通信產業。中國生產的光纖光纜、半導體光電子器件和光纖通信系統能供國內建設，并有少量出口。

　　有人認為，我國光纖通信主要干線已經建成，光纖通信容量達到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。因此不要發展光纖通信技術了。

　　實際上，特別是中國，省內農村有許多空白需要建設；3G移動通信網的建設也需要光纖網來支持；隨著寬帶業務的發展、網絡需要擴容等，光纖通信仍有巨大的市場�，F在每年光纖通信設備和光纜的銷售量是上升的。

光纖通信今后如何發展

　　FTTH（光纖到家庭）是光纖通信進一步發展的方向，它被公認為理想的寬帶接入網。目前，所謂寬帶業務，大多是500kbps的影視節目。運營商為了充分利用銅線資源，采用ADSL技術就可提供，這使FTTH成為接入網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。在雙向業務廣泛應用的情況下，上下行不對稱的ADSL難以對應。目前，發達國家FTTH建設普遍開展，日本、韓國和美國比較發達，采用各種無源光網PON和以太網技術。中國的運營商和房地產開發商已對FTTH進行了試點。近來出現了所謂的網絡電視（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的內容，而不要計算機。IPTV具有常規電視并兼有點播和時移電視的功能，可能會取代常規電視。由于IPTV的發展，影響光纖接入網和FTTH的構建。另外，也產生電信運營商和廣播運營商的利益沖突。盡管有限制發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為數字雙向，也具備了發展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在國外開始高速發展。在國內，上海、河南等地也開始發展。

　　有人考慮到IPTV的發展，會使現有的城域網和接入網不勝負擔，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，又是信息發送者。即某用戶把收到的節目用流媒體方法向其他用戶轉發出去（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，以節省網絡帶寬。事實上，沒有中心是不行的，網上至少要有1個中心服務器來管理。經過少量試行，近來發現IPTV流量太大，而用戶的接入網根本無法滿足P2P的傳輸，特別是ADSL原來就沒有考慮到大量的上行，用戶接入網負荷過重而崩潰。有人認為P2P是惡魔。

　　由于寬帶業務的不斷發展，現有的城域網、接入網的容量不足。對于運營商而言，最根本和實際有效的辦法是對城域網和接入網擴容。事實上，采用WDM技術擴容，投資不很大，而可適應今后寬帶業務的繼續發展。

　　無線接入技術發展迅猛。人需要移動，采用無線接入比較方便。無線接入可滿足數據傳輸的需要，但帶寬有限，寬帶的視頻特別是HDTV仍需要采用光纖通信。

　　光纖通信需要發展光交換——采用電纜通信的網是金屬網，傳輸的是電信號，在網絡節點采用電子交換機進行交換�，F在，光纖通信的網是光纖網，傳輸的是光信號，在網絡節點目前還沒有全光交換機，在網絡上只好采用“光-電-光”方式進行交換，即先把來自光纖網的光信號轉變為電信號，用電子交換機進行交換，之后，又把電信號轉變為光信號，再進入光纖網。這種方法是不經濟的，需要開發可把光信號直接交換的光交換機。目前已經有小規模的光交換，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，對于線路的調度不利�，F正在開發具有自動交換的光網絡稱為ASON。ASON的關鍵技術是可重組光分插復用器ROADM，使線路可方便地調度。ASON不但可作光線路的保護，還可滿足線路調度和今后發展出租電路的需要。目前，已經有非全光的ASON產品。

　　現在的通信網正在從SDH網向IP網過渡，交換機也要IP化。發展光網絡還要考慮IP化，還要進一步發展光路由器，其中需要解決光地址的取存和光緩存技術。

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

　　由于網絡的速率不斷提高，目前單波長電子速率為40Gbps的光通信系統已經商用，速率為160Gbps的電子系統在試驗室開發。因此，光電子器件要與之相適應，包括高速調制激光器等需要開發。實現ROADM需要發展波長可調的光濾波器、波長可調激光器和光開關等，其中有許多可創新的空間。

　　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，其優點是功能豐富、體積小、速度高、可靠。目前已經有小規模集成的光電子器件，需要開發更大規模的光電子集成器件�；旌霞�成可降低難度，提高成品率�；旌霞�成的關鍵技術是平面光波導線路PLC，它是一塊具有光波導的線路板，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，我國應迎頭趕上，否則就會吃大虧。

　　光纖通信的優勢是容量大和傳輸距離遠。無線通信的優勢是可移動，但帶寬小�？梢韵胂�，近距離小容量的數據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。

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