● 光纖通信的誕生與發(fā)展給電信網的面貌帶來了巨大變化
● 隨著技術的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的逐步全面開放，光纖通信的發(fā)展又一次呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的新局面
●光纖通信的發(fā)展將對今后電信網和信息產業(yè)產生更加深遠的影響
光纖通信是電信史上的一次重要革命，在電信網中獲得了大規(guī)模應用。光纖通信的廉價、優(yōu)良的帶寬特性使其成為電信網的主要傳輸手段。本文對光纖通信領域的８個不同方面進行綜合評述和分析，旨在對光纖通信領域的現(xiàn)狀和最新發(fā)展趨勢作一全面總結。
１ 傳輸體制的全面轉向
傳統(tǒng)的光纖通信是以準同步傳輸體制（ＰＤＨ）為基礎的，隨著網絡日趨復雜和龐大，以及用戶要求的日益提高，這種傳輸體制正暴露出一系列不可避免的內在缺點。于是，一種有機地結合高速大容量光纖傳輸技術和智能網元技術的新傳輸體制——光同步傳送網應運而生，ＩＴＵ－Ｔ將之稱為同步數(shù)字體系（ＳＤＨ）。
這種ＳＤＨ傳輸體制有一整套完整嚴密的技術規(guī)范，它有全世界統(tǒng)一的網絡節(jié)點接口，從而簡化了信號的互通以及信號的傳輸、復用、交叉連接和交換過程；它有一套標準化的信息結構等級，安排有豐富的開銷比特用于網絡的管理和維護；它有統(tǒng)一的標準光接口，允許不同廠家設備在光路上互通；它大量采用軟件進行網絡配置和控制，使得新功能和新特性的增加比較方便。采用ＳＤＨ技術還可以構成具有高度可靠性的自愈環(huán)結構，這對金融、政府機構和國防安全方面的某些應用十分重要。
２ 向超高速系統(tǒng)發(fā)展
由于高比特率系統(tǒng)的經濟效益大致按指數(shù)規(guī)律增長，因而傳統(tǒng)的光纖通信發(fā)展始終在按照電的時分復用（ＴＤＭ）方式擴容，目前商用系統(tǒng)的速率已達１０Ｇｂｉｔ／ｓ，其速率在２０年時間里增加了２ ０００倍。高速系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅增加了業(yè)務傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務，特別是寬帶業(yè)務和多媒體業(yè)務提供了實現(xiàn)的可能。目前１０Ｇｂｉｔ／ｓ系統(tǒng)已開始批量裝備網絡，全世界安裝的終端已超過１ ０００個，主要在北美，歐洲、日本和澳大利亞也有少量試驗和商用系統(tǒng)。
在理論上，上述基于時分復用的高速系統(tǒng)的速率還有望進一步提高，例如在實驗室傳輸速率已能達４０Ｇｂｉｔ／ｓ。然而，電的４０Ｇｂｉｔ／ｓ系統(tǒng)在性能價格比上以及在實用中是否能成功還是個未知因素，因而唯一現(xiàn)實的出路是轉向光的復用方式。光復用方式有很多種，但目前只有波分復用（ＷＤＭ）方式已進入大規(guī)模商用階段，其他方式尚處于試驗研究階段。
３ 向超大容量波分復用 系統(tǒng)的演進
如前所述，采用電的時分復用系統(tǒng)的擴容潛力已盡，然而光纖的巨大可用帶寬資源僅僅利用了不到１％，９９％的資源尚待發(fā)掘。采用波分復用系統(tǒng)的主要好處是：
.可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使容量可以迅速擴大幾倍至上百倍；
.在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器，從而大大降低傳輸成本；
.與信號速率及電調制方式無關，是引入寬帶新業(yè)務的方便手段；
.利用ＷＤＭ實現(xiàn)網絡交換和復用可望實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網。
鑒于應用上的巨大好處以及近幾年來技術上的重大突破和市場驅動，波分復用系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。目前全球實際敷設的ＷＤＭ系統(tǒng)已超過２ ０００個，而實用化系統(tǒng)的最大容量已達１６０Ｇｂｉｔ／ｓ（１６×
１０Ｇｂｉｔ／ｓ）。美國朗訊公司宣布年底將推出８０個不同波長的ＷＤＭ系統(tǒng)，其總容量可達２００Ｇｂｉｔ／ｓ（８０×２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）或４００Ｇｂｉｔ／ｓ（４０×１０Ｇｂｉｔ／ｓ）。實驗室的最高水平則已達到２．６Ｔｂｉｔ／ｓ（１３２×２０Ｇｂｉｔ／ｓ）。可以認為，近兩年來超大容量密集波分復用系統(tǒng)的發(fā)展是光纖通信發(fā)展史上的又一次劃時代的里程碑。
４ 實現(xiàn)全光聯(lián)網——戰(zhàn)略大方向
上述ＷＤＭ技術盡管具有巨大的傳輸容量，但基本是以點到點通信為基礎的系統(tǒng)，其靈活性和可靠性還不夠理想。如果在光路上也能實現(xiàn)類似ＳＤＨ在電路上的分插功能和交叉連接功能的話，無疑將是一次新的飛躍。根據(jù)這一基本思路，光的分插復用器（ＯＡＤＭ）和光的交叉連接設備（ＯＸＣ）均已在實驗室研制成功，ＯＡＤＭ已開始商用。
實現(xiàn)光聯(lián)網的基本目的是：
.實現(xiàn)超大容量光網絡（一對光纖達８０Ｇｂｉｔ／ｓ～３２０Ｇｂｉｔ／ｓ）；
.實現(xiàn)網絡擴展性，允許網絡的節(jié)點數(shù)和業(yè)務量的不斷增長；
.實現(xiàn)網絡可重構性，達到靈活重組網絡的目的；
.實現(xiàn)網絡的透明性，允許互聯(lián)不同系統(tǒng)和不同制式的信號；
.實現(xiàn)快速網絡恢復，恢復時間可達１００ｍｓ。
鑒于光聯(lián)網具有上述潛在的巨大優(yōu)勢，發(fā)達國家投入了大量的人力、物力和財力進行預研，特別是美國國防部預研局資助了一系列光聯(lián)網項目，諸如以Ｂｅｌｌｃｏｒｅ為主開發(fā)的光網技術合作計劃（ＯＮＴＣ），以朗訊公司為主開發(fā)的全光通信網預研計劃，多波長光網絡（ＭＯＮＥＴ）和國家透明光網絡（ＮＴＯＮ）等等。在歐洲和日本，也分別有類似的光聯(lián)網項目在進行。列出了世界上幾個比較典型的全光聯(lián)網項目的概況。
綜上所述，全光聯(lián)網已經成為繼ＳＤＨ電聯(lián)網以后的又一次新的光通信發(fā)展高潮，其標準化工作將于１９９９年基本完成，其設備的商用化時間也大約在２０００年左右。
５ 新一代的光纖
自光纖通信誕生以來，作為傳輸媒質的光纖已經經歷了幾次重大變革。８０年代中期以前基本上是多模光纖的天下，此后，由于設計和工藝的改進，設計簡單、損耗低、色散小、成本低的單模光纖逐漸成為主要的傳輸媒質，目前的公用電信領域幾乎由單模光纖一統(tǒng)天下。然而，隨著光纖網容量需求的迅速增長，傳輸速率已經增長到１０Ｇｂｉｔ／ｓ，波分復用技術也開始應用，無再生傳輸距離也隨著光纖放大器的引入而迅速延長。面對這種超高速、超大容量、超長傳輸距離的新形勢，傳統(tǒng)的單模光纖（即Ｇ．６５２光纖）已暴露出力不從心的態(tài)勢，出路有３條：
（１）對于已敷設的Ｇ．６５２光纖可以采用各種新的色散調節(jié)技術來使網絡的傳輸容量和傳輸距離進一步擴展。
（２）新敷光纖采用色散移位光纖（稱Ｇ．６５３光纖）。這種光纖使零色散點移到１ ５５０ｎｍ窗口，從而與光纖的最小衰減窗口獲得匹配，使超高速、超長距離的傳輸成為可能。然而，隨著光纖放大器和波分復用技術的引入，這種光纖暴露出嚴重的四波混合（ＦＷＭ）影響，即光纖的非線性會導致產生許多新的波長，產生串音干擾或很大的信號衰減，限制了波分復用技術的應用。
（３）針對上述Ｇ．６５２光纖的弱點，近兩年出現(xiàn)了一種新型的非零色散光纖，稱之為Ｇ．６５５光纖。這是一種為下一代超大容量波分復用系統(tǒng)設計的新型光纖，基本的設計思路是使零色散點波長不會落在１ ５５０ｎｍ附近，而是向長波長方向或者向短波長方向偏移，有意地使１ ５５０ｎｍ附近呈現(xiàn)一定大小的色散。這樣，一方面可能大大減輕四波混合的影響，保證８～１６個波長的波分復用傳輸，另一方面又適度控制１ ５５０ｎｍ附近的色散使之不會限制１０Ｇｂｉｔ／ｓ信號的傳輸距離，保證１０Ｇｂｉｔ／ｓ信號至少能傳輸３００ｋｍ以上。目前北美新敷設干線光纜已放棄Ｇ．６５２光纖和Ｇ．６５３光纖，全部轉向Ｇ．６５５光纖。而且第２代的Ｇ．６５５光纖——大有效芯徑的光纖也已經問世。６ ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ與ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ
以ＩＰ業(yè)務為主的數(shù)據(jù)業(yè)務是當前世界信息業(yè)發(fā)展的主要推動力，因而能否有效地支持ＩＰ業(yè)務已成為某項新技術能否有長遠技術壽命的標志。
目前，ＡＴＭ和ＳＤＨ均能支持ＩＰ，分別稱為ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ和ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ，兩者各有千秋。ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ利用ＡＴＭ的速度快、容量大、多業(yè)務支持能力強的優(yōu)點以及ＩＰ的簡單、靈活、易擴充和統(tǒng)一性的特點，可以達到優(yōu)勢互補的目的，不足之處是網絡體系結構復雜、傳輸效率低、開銷損失大（達２５％～３０％）。而ＳＤＨ與ＩＰ的結合能較好地彌補上述ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ的弱點。其基本思路是將ＩＰ數(shù)據(jù)通過點到點協(xié)議（ＰＰＰ）直接映射到ＳＤＨ幀，省掉了中間復雜的ＡＴＭ層。具體作法是先把ＩＰ數(shù)據(jù)報封裝進ＰＰＰ分組，然后利用高速數(shù)據(jù)鏈路（ＨＤＬＣ）組幀，再將字節(jié)同步映射進ＳＤＨ的虛信道（ＶＣ）包封中，最后再加上相應ＳＤＨ開銷置入ＳＴＭ－Ｎ幀中即可。
ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ在本質上保留了因特網作為ＩＰ網的無連接特征，形成統(tǒng)一的平面網，簡化了網絡體系結構，提高了傳輸效率，降低了成本，易于實現(xiàn)ＩＰ組播和兼容不同技術體系，實現(xiàn)網間互聯(lián)。最主要的優(yōu)點是可以省掉ＡＴＭ方式所不可缺少的信頭開銷、ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ封裝和分段組裝功能，使通透量增加２５％～３０％，這對于成本很高的廣域網而言是十分珍貴的。缺點是網絡容量和擁塞控制能力差，大規(guī)模網絡路由表太復雜，只有業(yè)務分級，無優(yōu)先級業(yè)務質量，對高質量業(yè)務難以確保質量，不適于多業(yè)務平臺，僅是以運載ＩＰ業(yè)務為主的網絡的理想方案。但隨著千兆比特高速路由器的商用化，其發(fā)展勢頭很強。例如美國Ｓｐｒｉｎｔ公司和ＧＴＥ公司已決定采用Ｃｉｓｃｏ的ＧＳＲ１２０００高速路由器作為節(jié)點建立ＩＰ骨干網。世界最大的ＩＳＤＮ業(yè)務供應商ＵＵＮｅｔ也宣布將在骨干網上采用ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ。采用這種技術的關鍵是千兆比特高速路由器，這方面近來已有重要突破性進展，例如美國Ｃｉｓｃｏ公司已于１９９７年９月推出１２０００系列千兆比特交換路由器（ＧＳＲ），可以在千兆比特率速率上實現(xiàn)因特網業(yè)務選路，還具有５Ｇｂｉｔ／ｓ～６０Ｇｂｉｔ／ｓ的多帶寬交換能力，提供靈活的擁塞管理、組播和服務質量（ＱＯＳ）功能，其骨干網速率可以高達２．５Ｇｂｉｔ／ｓ。簡言之，隨著千兆比特高速路由器的成熟和ＩＰ業(yè)務的大發(fā)展，ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ將會獲得越來越廣泛的應用，其發(fā)展趨向值得密切注視。
從長遠看，當ＩＰ業(yè)務量逐漸增加，則有可能最終省掉中間的ＳＤＨ層，ＩＰ直接在光路上跑，形成十分簡單的統(tǒng)一的ＩＰ網結構——ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ，其開銷最低，傳輸效率最高，因而最適用于未來超大型ＩＰ骨干網的核心匯接。在相當長的時期，ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ、ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ和ＩＰ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ將會共存互補，各有其最佳應用場合和領域。
７ 海底光纜系統(tǒng)的新發(fā)展
截至１９９７年，全球安裝的海底光纜系統(tǒng)已超過４０多萬路由公里，它已成為溝通全球間通信的橋梁，遍及全球的海底信息高速公路已經形成。
預計在未來的幾年內，海底光纜的建設速度仍將持續(xù)高速發(fā)展，據(jù)有關分析表明，從１９９８年到２００３年，平均每年建設的海底光纜系統(tǒng)將為６．５萬路由公里～７．５萬路由公里，其中１９９８年和１９９９年計劃安裝的海底光纜系統(tǒng)每年將超過１０萬路由公里，幾乎為１９９７年的２倍。
基于戰(zhàn)略作用和商業(yè)利益的考慮，美國ＣＴＲ公司提出了一個全球“Ｏｘｙｇｅｎ（氧氣）”工程的計劃。其主要目標是實現(xiàn)“全球信息超級高速公路”的夢想，建立面向全球商業(yè)應用的光纖超級互聯(lián)網絡，真正實現(xiàn)傳統(tǒng)電話服務和互聯(lián)網絡服務的集成化。
ＣＴＲ公司提出的設計建議如下：光纜連接到全球所有的大陸；在１７５個國家和地區(qū)建立２６５個登陸點；在３３個不同光環(huán)上建立自動恢復系統(tǒng)；光纜總長度約２７．５萬公里；耗資約１４０億美元；在２０００年到２００３年間分階段實施。Ｏｘｙｇｅｎ計劃網絡每一分段的數(shù)據(jù)速率至少達１００Ｇｂｉｔ／ｓ，某些路由達到１ ０００Ｇｂｉｔ／ｓ。在中國的登陸點是上海、海口、天津、青島、香港和澳門。其中，上海、青島和天津屬于北太平洋地區(qū)環(huán)。該環(huán)帶寬為３２０Ｇｂｉｔ／ｓ。海口、澳門和香港屬于南太平洋地區(qū)環(huán)，海口至澳門的帶寬為３２０Ｇｂｉｔ／ｓ，澳門至香港帶寬為９６０Ｇｂｉｔ／ｓ。
