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光通信的历史及其发展现状

时间:2010-12-24


光通信的历史、现状、发展趋势
06007235 方云龙 光通信的历史: 光通信的历史: 原始形式的光通信是通过中国古代的“烽火台”报警,欧洲人用旗语传送信息。1880 年,美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话” 。贝尔光电话是现代光通信 的雏型。 1960 年, 美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器, 给光通信带来了新的希望。 激光器的发明和应用,使沉睡了 80 年的光通信进入一个崭新的阶段。 1966 年, 英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概 念的论文,指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光 通信——光纤通信的基础。 “原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤” 通过 这一发展方向。 1970 年,美国康宁(Corning)公司研制成功损耗 20dB/km 的石英光纤。把光纤通信的研 究开发推向一个新阶段。 1973 年, 美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到 2.5dB/km。 1974 年降低到 1.1dB/km。 1976 年,日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到 0.47 dB/km(波长 1.2μm)。在以后 的 10 年中, 波长为 1.55 μm 的光纤损耗: 1979 年是 0.20 dB/km, 1984 年是 0.157 dB/km, 1986 年是 0.154 dB/km, 接近了光纤最低损耗的理论极限。 1970 年,美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后,研制成功室温下连续振 荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时,但它为半导 体激光器的发展奠定了基础。 1977 年, 贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到 10 万小时。 1979 年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm 的连续 振荡半导体激光器。 1976 年,美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。 1980 年,美国标准化 FT - 3 光纤通信系统投入商业应用。 1976 年和 1978 年,日本先后进行了速率为 34 Mb/s 的突变型多模光纤通信系统, 以 及速率为 100 Mb/s 的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983 年敷设了纵贯日本南北的光缆 长途干线。 随后,由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8 海底光缆通信系统于 1988 年建成。第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于 1989 年建成。从此,海底 光缆通信系统的建设得到了全面展开,促进了全球通信网的发展。 现状: 现状: 目前国内光纤光缆的生产能力过剩,供大于求。特种光纤如 FTTH(光纤到户)用光纤 仍需进口,但总量不大,国内生产光纤光缆价格与国际市场没有差别,成本无法再降,已经 是零利润,在国际市场没有太强竞争力,出口量很小。二十年来的光技术的两个主要发展, WDM(Wavelength Division Multiplexing:波分复用)和 PON(Passive Optical Network:无源 光纤网络) ,这两个已经相对比较成熟。 今天,40Gbps 的光通信系统得到广泛商用。作为新一代光网络的领军技术,40G 商用 大门的开启,满足日益增长的带宽需求同时,还为 ROADM、先进光调制技术、超强 EFC 等 新技术的应用赢得了市场发展空间,并为全光网的演进、升级创造了条件。不过,这只是 40Gbps 的一个开始, 要承担起未来传输主力的重任, 还需要很多路要走。 40G 现在对 40Gbps, 乃至更高速率的 100Gbps 而言,光学硬件的发展是关键,同时还必须与其他光通讯技术协 同发展,包括复杂的调制技术、信号处理技术、并行接口、主动追踪和补偿技术,这些条件

对光通讯硬件产品提出了比以往更加高的要求。不过可以期待的是,40G 网络部署将会持续 健康发展,现在行业最重要的事情是降低 40G 的成本,让更多的用户接受它。 2010 年 6 月 10 日, 阿尔卡特朗讯推出其第一套采用下一代相干通信技术的单载波 100Gbps 光传输板卡。阿尔卡特朗讯表示已经有 20 多家运营商正在测试他们的 100Gbps 传 输系统。根据 Lightreading 的报道,思科,NEC, Infinera, 诺基亚西门子以及中国的华为都在 准备推出 100Gbps 商用系统。据称华为的 100Gbps 系统推出会放在 2011 年。阿尔卡特朗讯 今天的宣布预料将会大大刺激 100Gbps 设备市场的竞争态势。 光纤通信技术的趋势及展望 目前在光通信领域有几个发展热点即超高速传输系统、超大容量 WDM 系统、光传送联 网技术、新一代的光纤、IPoverOptical 以及光接入网技术。 (一)向超高速系统的发展 目前 10Gbps、40Gbps 系统已开始大批量装备网络,主要在北美,在欧洲、日本和澳大 利亚、 中国也已开始大量应用。 但是, 10Gbps、 40Gbps 系统对于光缆极化模色散比较敏感, 而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用 10Gbps、40Gbps 系统的要求,需要实际测 试,验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很 多种, 但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段, 而其它方式尚处于试验研究 阶段。 (二)向超大容量 WDM 系统的演进 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率 低于 1%, 还有 99%的资源尚待发掘。 如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级 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。基于 WDM 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。目前全球实际铺设的 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)。预计不久的将来,实用化系统的容量即可达到 1Tbps 的水平。 (三)实现光联网 上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量, 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。如果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,光光联网既 可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性,又允许网络的节点数和业务量的 不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。 由于光联网具有潜在的巨大优势, 美欧日等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)资助了一系列光联网项目。 光联网已经成为继 SDH 电联网以后的又一新的光通信发展高潮。 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,不仅可以为未来的国家信息基础设施(NJJ)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以及国家的安全有极其重要的战略意义。 (四)开发新代的光纤 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,开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前,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(G.655 光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。其中,全波光纤将是以后开发的重点,也是现在研究的 热点。从长远来看,BPON 技术无可争议地将是未来宽带接入技术的发展方向,但从当前技 术发展、 成本及应用需求的实际状况看, 它距离实现广泛应用于电信接入网络这一最终目标

还会有一个较长的发展过程。 (五)IPoverSDH 与 IpoverOptical 以 lP 业务为主的数据业务是当前世界信息业发展的主要推动力,因而能否有效地支持 JP 业务已成为新技术能否有长远技术寿命的标志。目前,ATM 和 SDH 均能支持 lP,分别称 为 IPoverATM 和 IPoverSDH 两者各有千秋。 但从长远看, IP 业务量逐渐增加, 当 需要高于 2. 4 吉位每秒的链路容量时,则有可能最终会省掉中间的 SDH 层,IP 直接在光路上跑,形成十 分简单统一的 IP 网结构(IPoverOptical)。三种 IP 传送技术都将在电信网发展的不同时期和网 络的不同部分发挥自己应有的历史作用。但从面向未来的视角看。IPoverOptical 将是最具长 远生命力的技术。特别是随着 IP 业务逐渐成为网络的主导业务后,这种对 JP 业务最理想的 传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。 (六)解决全网瓶颈的手段一光接入网 近几年,网络的核心部分发生了翻天覆地的变化,无论是交换,还是传输都己更新了好 几代。不久,网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的 网络,而另一方面,现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90%以上)、原始落后的模拟 系统。两者在技术上存在巨大的反差,制约全网的进一步发展。为了能从根本上彻底解决这 一问题,必须大力发展光接入网技术。因为光接入网有以下几个优点: (1)减少维护管理费 用和故障率; (2)配合本地网络结构的调整,减少节点,扩大覆盖; (3)充分利用光纤化所 带来的一系列好处; (4)建设透明光网络,迎接多媒体时代。


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