光纖通信：40Gb/s光模塊的研究與開發

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　　隨著光通信產業的全面回升，光器件市場需求也不斷回升。

武漢電信器件有限公司（WTD）與日本兼松株式會社成功了簽署出口日本FTTH項目的光器件的合同，價值2900萬美元的“光谷”最大的海外定單將進一步促進公司實力的壯大；加上國內最大的光電器件供應商的重要地位，WTD走進了萬象更新、陽光明媚的2004年春天。
　　
　　10Gb/s光收發模塊的研發成功、產品的多樣化、生產的批量化等一系列成果以及迅速占領的國內高端模塊市場份額，促使WTD一路高歌猛進，果斷、堅決地追擊40Gb/s模塊市場，義無反顧地繼續領跑國內模塊高端產品的研發。40Gb/s光收發模塊這一項目同時也取得了國家“十五”攻關重點項目和武漢市科技局光電子重大專項項目的資金資助。
　　
　　40Gb/s光收發模塊的研發曾經經歷了幾度磨難、幾度艱辛。主要的問題有三點：一是資金投入太大，二是技術難度很高，三是市場需求嚴重不足。換句話說，就是“能不能做、做不做得出來、做出來后有沒有人要”的問題。這些一直是光通信學術界和產業界爭論不休、懸而未決的幾個問題。但隨著時間的推移，這些問題現在看起來都將迎刃而解。本文將就這幾個問題作詳細的探討。
　　
　　首先是資金投入的問題，40Gb/s誤碼儀和40Gb/s超高速示波器是主要的研發設備。近一百萬美元的40Gb/s誤碼儀設備報價，使很多野心勃勃、試圖開發40Gb/s光收發模塊的國外小公司望而卻步。特別是在泡沫經濟情況下，紛紛上馬40Gb/s研發項目的美國和歐洲的一些小公司，由于極昂貴的設備投入費用、較高的光器件和IC芯片費用以及相對不菲的研發費用，使得這些小公司債務纏身，被迫關閉。而在中國，由于采取了比較謹慎和務實的研發策略和技術路線，在國外一哄而上開發40Gb/s項目的時候，采取了預研分析、穩健跟隨的方法，等待和捕捉最佳研發時機和市場切入點。40Gb/s模塊項目如果過早開發，由于所需的芯片、器件技術還不成熟，測試設備尚未完善；研發的技術難度非常大，很多問題是研發人員無法自己控制的，即使是花費了九牛二虎之力開發出樣機來，也往往由于成本過高、體積太大、功耗過高、性能不佳等原因，不能很好地適應市場的需要，等到市場有較大的模塊需求時，面對新一代產品的物美價廉的挑戰，將面臨著舊產品方案不忍放棄、新產品方案無力啟動的問題，頗有些“食之無肉、棄之可惜”的雞肋味道。另一方面，如果在研發條件相對成熟，芯片、器件、設備技術相對完善的條件下，沒有積極地開展研發工作，又將喪失技術主導權，失去能“吃到第一口飯”的高利潤時機，只能被動地滿足市場需要，并與國際國內眾多廠商拼成本價格戰。因此，40Gb/s光收發模塊項目的研發時機的選擇是至關重要的。根據我們的調研情況來看，目前是40Gb/s光收發模塊研發的最佳時機。在40Gb/s模塊的研發的前期過程中，完全可以采用2.5Gb/s模塊測試儀表和10Gb/s模塊測試儀表來做模擬分析，只是在最后的40Gb/s模塊總體驗證時需要40Gb/s 誤碼儀和超高速示波器。
　　
　　其次是技術難度的問題。由于WTD在2.5Gb/s和10Gb/s模塊研發和批量生產過程中，積累了豐富的測試設備和雄厚的技術資源，在此基礎上開展40Gb/s模塊研發工作，將起到事半功倍的作用。40Gb/s光收發模塊將采用Transponder模塊的形式，設計成與國際MSA協議(Multi-Source Agreement)兼容的標準樣式，模塊的電接口采用16X2.5Gb/s形式，光接口是39.8Gb/s~43.1Gb/s的光信號。這種設計方式將大大降低40Gb/s光收發模塊研發的技術難度，主要體現在如下四個方面：
　　
　　1、發射機和接收機集成封裝在一個標準的管殼內，集成度高，從而使體積大大減小，穩定性提高；
　　
　　2、40Gb/s（或40 GHz）的高速電信號全部在模塊內處理，只需設計很短的微波傳輸線，易于實現。同時可降低模塊的維護難度，提高可靠性；
　　
　　3、外部高速接口為光信號接口，電接口全為2.5Gb/s（或2.5GHz）較低速度信號接口；與10Gb/s和40Gb/s信號相比，2.5Gb/s的信號速率明顯降低，相應的輻射、衰減和反射大量減少和降低；由此也避免了系統開發商在線卡上設計長的40Gbit/s高速PCB傳輸線的難題，從而可提高模塊的開發速度，縮短開發周期；
　　
　　4、采用統一的Multi-Source外部光電接口（MSA）和封裝尺寸標準，易于實現多廠商兼容和互換應用；
　　
　　再次就是模塊的市場需求的問題�？陀^地講，目前40Gb/s光收發模塊的市場需求確實很小，但從稍長遠來看，40Gb/s的市場正在逐步提升。主要原因有以下兩個方面：
　　
　　1、在國際上，一些大的生產廠商正積極開發40Gb/s高速光纖傳輸設備，爭取及早搶占市場。隨著我國加入WTO,通信運營業和通信設備制造業所面臨的競爭局勢更加嚴峻,40Gb/s SDH(STM_256)光纖通信設備和系統是光傳輸網的發展方向,是光纖通信的制高點,也是光通信技術實力的標志之一。40Gb/s SDH(STM_256)在國際上能夠掌握的國家不多，該技術的突破將使我國在光通信領域與國際水平的差距進一步縮小，對我國民族光通信產業的發展有重要意義。目前，參與40Gb/s光纖網絡技術與產品市場角逐的供應商主要有Lucent、Alcatel、Cinea、Simens、Cisco等公司，日本的NEC、NTT公司也在致力于這一技術與相關產品的研發。目前，美國和日本的一些公司已經推出40Gb/s 1310nm 2km Transponder模塊等。
　　
　　2、在國內，烽火科技、中興通訊等公司也正積極研究和開發40Gb/s高速光纖傳輸SDH系統，尤其是烽火科技還在開展單通道速率是40Gb/s的 WDM系統的研發工作。近年來，我國新鋪設的主干網、城域網系統有很多是10Gb/s SDH系統和DWDM系統，隨著帶寬需求量的急劇增加，40Gb/s將是今后發展的必然趨勢。因此，研究開發我國自主知識產權的40Gb/s高速大容量光纖傳輸系統具有重大而深遠的意義。這其中關鍵的一點就是要研究開發40Gb/s光電收發模塊，它是40Gb/s光纖傳輸系統的關鍵技術之一。
　　
　　3、40Gb/s光收發模塊還有其他應用領域，特別是2km短距離的數據通信領域的應用，如超高速路由器等。還有超級計算機之間的通信，需要實時傳輸大量數據的領域等。
　　
　　國際上，目前僅有少數廠家提供40Gb/s模塊樣品，尚未形成批量生產。國內尚無廠家提供樣品。WTD及時預測并把握機會，已立項開發40Gb/s 光收發模塊，項目目前進展順利，預計2004年下半年推出樣品，并在開發成功后一年占據國內的主要市場，將產生明顯的經濟效益和社會效益，在平抑國外產品價格的同時，更將有力推動國產高速傳輸系統的發展。
　　
　　作者簡介：胡毅，男，1973年12月出生，華中師范大學無線電電子學專業碩士畢業。目前在武漢郵電科學研究院WTD從事高速光電模塊的研究開發。長期從事2.5Gb/s、10Gb/s光傳輸收發模塊等“863”項目和光模塊自動測試系統等的研發工作，獲得國家發明專利實用新型一項�，F負責40Gb/s光收發模塊項目的研究開發。

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