光纤通信市场技术发展状况分析

第一节 中国光纤通信技术的现状及未来

一、我国光通信历程的回顾

1、产业周期及其驱动力

光通信产业中最主要的是光纤通信，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，目前世界上大约有60%-80%的通信业务经光纤传输，而光纤网络只占所有网络的30%，其余为电缆网络，预计未来也会逐渐被光网络所取代。目前光纤通信的整体水平仍处于产业螺旋形盘升的初级阶段，其巨大潜力还没有完全开发出来。

可以说，技术进步和市场需求共同推进了光通信产业的发展。1970年美国康宁公司研制出石英玻璃光导纤维，贝尔实验室试制成半导体激光器，这两项新技术的结合导致了光通信时代的到来。此后Internet应用的飞速发展对电信骨干网带宽提出越来越高的需求，信息通信量的增长推动了各种光通信技术的提高，促进了光通信产业的发展。其增长的驱动因素主要来自三个方面：市场需求、技术进步和管制的放松。

1）产业发展的驱动因素分析

80年代中期——高速成长期：语音通讯业务迅速增长，传统电话线（铜轴电缆）的带宽已不能满足需求。此时光纤的传输损耗已大大降低，得以实用化，为光纤通信提供了技术基础。此外，各国酝酿电信业改革，实施政府管制下的有限的竞争，有利于扩大电信设备投资。典型事例是1982年美国AT&T解体，以MCI和Sprint为首的长途电信公司，加大建设长途网络以扩大市场份额。

90年代中后期——再次的高成长：互联网快速发展要求能传输数据、多媒体等各种业务的共享平台，WDM的实用化使光通信技术达到宽带、高速的要求，因此光纤需求暴涨。同时当时电信业转向全球竞争模式，运营商再次铺设新的网络或者进行设备更新。典型事件是96年美国颁布新《电信法》，旨在打破市场限制、推进全面竞争，进军国际市场。

2000年至今——阶段性调整期：2000年第四季度以来，世界电信行业一片萧条，全行业的不景气不仅使运营商们举步唯艰，也殃及池鱼，设备制造商的股价接连跳水（见图2）。2001年第二季度美国半导体行业与电信设备行业的业绩列居66个行业之末，电信设备制造商亏损高达91亿美元，其中北电亏损15.5亿美元。而朗讯第三财季亏损18.9亿美元，全球最大的光纤供应商康宁亏损47.55亿美元。这正是因为该行业处于产业周期的低谷。究其原因，主要是：

第一、运营商前期投资过度造成需求滑落

国际市场上发达国家的传统语音业务趋于饱和，因而电信巨擘对宽带及数据业务等高端市场期望过大，尽管现阶段还不能获得收益支撑，仍盲目地投入过多资金。运营商的过度投资不仅在争夺3G牌照上耗资巨大（如欧洲竞投3G牌照，涉及总成本1500亿美元），还在光纤网建设上投入巨额资金，但由于“最后一公里”的瓶颈尚未突破，光纤的利用率极低，尚不足5%。因而它们在经济不景气的状况下大幅消减资本性支出，从而造成目前需求滑落，设备商库存过剩。

第二、设备商所提供的买方信贷难以收回

近年来，设备商向客户提供大量买方信贷，而且没有任何信用评估级别的限制。这其中包括了一些缺乏资金的新兴运营商，此类中小型客户目前大多面临破产威胁，因此形成大量呆坏帐。

第三、巨额的购货折扣使后续增长无力

设备商为了实现盈利目标，给大运营商巨大的折扣，刺激他们提前购买自己的设备。尽管维持了暂时的繁荣，但大幅度的折扣使设备商的利润越来越薄，而且这些提前购买的运营商未来将不再有需求，因而后期增长难以为继。

因此，目前光通信设备制造业竞争激烈、生产过剩，正面临着产业调整期。至于此波景气何时能再度回升，产品价格下降速度将是关键。

未来增长点：随着世界各国长途光纤网以及海底光纤的顺利建成，城域网和接入网建设已成为光通信领域的主要市场，而光纤入户（FTTH）的需求将带来光纤用量几何级数的爆炸。2005年，北美地区安装光纤到路边服务的户数达191万户/年（约是目前的3倍），而光纤到家的户数达211万户/年；2004年美国城域网和接入网的光设备市场达到35.42亿美元。其实自1985年始，国际上就开始建设光纤接入网（FTTCSDV等），现在向FTTH发展，但由于接入设备价格较高，未能大面积普及。一旦技术的进步带动产品价格下降，市场前景未可限量。

2、国内产业周期波动明显滞后于国际发展，但总的说来有融合的趋势

我国在90年代初电信业务需求才急剧增长，中国电信大规模运用光纤建骨干网，造成92、93年光纤市场供不应求。96年电信业分拆出7个运营商，形成有限竞争的局面，推动了电信网络的建设热潮。近期，尽管全球电信业一片萧瑟，我国的发展势头却独树一帜，99年的电信体制改革使运营市场形成了竞合格局，2000年以来运营商保持持续、快速、平稳地发展，并成为影响通信投资增长的一个主要因素。通信运营业的高速发展推动着我国通信制造业的蓬勃壮大，同时使我国成为世界上发展较快的电信产品市场。此外，国内通信设备制造企业的客户集中于信誉好的大运营商，而不是网站和小运营商，资金最终能够收回，最多是周转期较长。

就产业周期而言，中国的发展明显落后于国际潮流，但是随着全球竞争的深入，国内运营业的发展路向逐渐趋同于国际趋势，制造业的全球竞争格局更是早已明朗。尽管国内通信行业的高额投入推动了光通信产品的市场规模，使国内厂商尚有喘息余地，但要与国际巨头较量仍非易事。

二、我国光通信研究开发与应用的现状

光通信技术是我国高新技术中与国外相比差距最小的领域之一，几乎与国外同时起步，目前已掌握了光纤、器件、系统等各方面的关键技术，步入国际光通信的先进行列。更为可贵的是我国在主要技术上都有自己的特色和创新，形成了自有知识产权，为进一步发展打下了良好的基础。

在光纤研制方面，我国已基本掌握了常规单模和多模光纤的生产技术，已研制出色散位移单模光纤（G.653光纤）、非零色散位移单模光纤（G.655光纤）、大有效面积非零色散位移单模光纤、色散补偿光纤（DCF）、掺饵光纤、保偏光纤、数据光纤等，并能达到生产水平。国内可大批量生产接入网中用光纤光缆，一般芯数为288芯，最高可达960芯。光缆的结构有层绞式、中心管式、骨架式、无金属型、ADSS和OPGW等。

众所周知，光纤制造的核心技术是光纤预制棒技术。从70年代起，我国就开始研究预制棒制造技术，但由于种种原因该技术没有能走出实验室。80年代中后期成立的三家光纤合资厂都把引进制棒技术作为合资的主要条件。90年代成立的几家光纤厂都因合资外方不愿意转让核心技术而只能买棒拉丝。十多年过去了，当初引进制棒技术的三家光纤厂中只有武汉长飞光纤光缆有限公司全面掌握了制棒技术，并逐步形成了自己的研究开发能力，于1997年和1998年独立开发出了具有世界先进水平的保实光纤和大保实光纤。武汉邮科院掌握了预制棒制造技术，使得国外相应降低了预制棒的价格，并向国内转移成熟的预制棒生产技术，考虑到生产的经济性，武汉邮科院的技术没有大规模采用，仅仅作为一个筹码用。

器件是光通信设备和系统的基础，目前国内自行开发的光通信设备中已经采用了最先进的光器件和光电器件。光器件的研制在高速激光器、增益开关半导体激光器、半导体放大器（SOA）、EDFA、应用于接入网的单纤收发集成器件等方面都有显著进展。特别是EDFA和光收发模块已经在国内普遍推广应用。常规光器件除满足国内市场外，已经出口到欧洲，进入国际市场。

光传输设备及系统的研制和生产形势更加喜人，STM-1、STM-4、STM-16的TM、REG、ADM等已经大批量生产，除投入国内市场外，也进入了国际市场。STM-64已研制成功，进行了478.8公里的传输实验。DWDM的研制进展很快，除4X2.5Gb/s、8X2.5Gb/s、16X2.5Gb/s系统的产品已投放市场，32X2.5Gb/s系统也正准备建立实验工程。除DWDM的终端设备外，武汉邮科院已经研制出可以上下4个波道的光分插复用器OADM。

三、我国光纤通信技术发展的展望

光通信领域发展的主要方向是密集波分复用、全光通信、空间光通信等。

光纤问世以来，光传输速率以指数增长，在过去10年中大约提高了100倍左右。预计未来10年中，系统速率将再提高100倍左右。在超高速网络中，采用WDM技术将原来的电中继变成光中继，电复用和电解复用变为光复用和光解复用，电分插复用器（ADM）变为光分插复用器（OADM），SDH中的数字交叉互连（DXC）变为光交叉互连（OXC），就大大减少了原来超高速传输的高额转接费用，实现了全光网络的传输。全光通信网是光纤通信发展的最高阶段，预计可使网络运行速度比目前提高80-160倍，运行费用可节省70%，建网费用可节省90%，其中光集成和光电集成器件是实现全光传输网络的核心部件。

全光通信必须采用新型的光纤，如非零色散位移G.655光纤，以及去年才出现的大有效面积非零色散位移光纤（LEAF）。从全光网的发展来看，LEAF光纤可以减轻色散的线性和高功率的非线性影响，并可以提高入纤功率，增加波分复用数目，代表着光纤的发展方向，它也是“全光网”的重要技术之一。

空间光通信系统具有广阔的应用前景，用光实现星间链路、深空探测等将给通信领域带来巨大变化。用光进行空间通信，可用于同步轨道中继卫星间的通信、高轨道与低轨道卫星链路、低轨道卫星星座链路，同时可用于遥感遥测、对地观测等。小卫星星座中用激光实现星间链路，可实现全球移动终端手持化，这将有利于移动通信的发展。空间光通信在美国、欧洲及日本已经进行了很多年的研究，且已越来越得到各国的重视，可以预计随着各国对空间光通信的重视以及对空间光通信设备的空间实验的进行，空间光通信必然很快进入实用阶段。我国也在加紧进行空间光通信方面的研究工作。

第二节 光纤通信技术发展现状分析

一、光纤通信技术发展

现代世界上的通信的三大媒介是同轴电缆、无线电和光纤，其中，同轴电缆与光纤同属于有线通信类媒介。由于构成光纤的玻璃或塑胶，本身都是绝缘体，所以不会受到射频或电磁等电气干扰；为保护光纤而设置的多重保护层，也起着防止串音的效果。随着光纤传输技术的发展，光纤传输中的损耗已经大幅度降低，每千米和损耗值一般低于1分贝，甚至可以低至0.2分贝，与同轴电缆比较起来低得多。损耗量的降低，既可拓展中间站的间隔距离，又能随着频宽的提升而传输更多的信息。此外，光纤传输还具有更高的保密性，具有比同轴电缆更低的发射功率。光纤除了无法传输电力外，几乎包揽了铜线的大部分功能，因此，光纤在现代通信中起着不可或缺的举足轻重的作用。

早在二十年前，美国康宁（Corning）公司在世界上率先研制成功光纤产品，可以将激光通过玻璃纤维的细线，传送到世界上每一个角落，可以用光速传输信息，因此，光纤产品的问世，催生了一个新兴的产业——光纤通信产业。在这20年里，光纤通信发展很快，已经成为现代通信的重要支柱之一。

光纤通信发展神速光纤根据其制造用材的不同可以分为玻璃、石英、塑胶和复合材料4种。其中前两种统称为石英系统光纤。无论是玻璃还是石英，基本上都属于硅的二氧化物，与半导体的基本材料相同，在自然界的蕴藏量非常丰富，同时，其纯化的技术也日趋成熟，生产成本比较低，因而成为目前光纤通信市场的主流产品。以传输模式分类，光纤又可分为单模与多模；而按光线在多模光纤内部行进的折射率，又可进一步分为步进式折射和渐近式折射两种。单模光纤主要用于长距离、大容量传输；而在多棋形态中，无论是步进式折射或渐进式折射光纤，由于它的纤核直径较大，并且容易连接，因而主要用于局域网，用于大楼内部距离较短而传输量也较小的环境。

目前，市场上常见的多模态渐近式折射率光纤之核与纤壳直径比有3种，分别是50／125、625／125和100／140。在石英光纤系列中，又分为三类：色散位移光纤、偏振恒持光纤和影像光纤。塑胶光纤在结构上与石英光纤大致相似，只是纤核与纤壳部分以塑胶组成，其优点是柔软度高、价格低以及纤核直径较大，从0.1毫米到数毫米不等。但纤壳层却非常薄，仅为几微米。由于塑光纤的几百倍，因而难以应用于中、长距离通信。

近年来，全球光纤通信产品和技术市场进入高速发展阶段。目前，在所有的各种通信技术当中，光纤通信技术是通信速度最快、通信容量最大以及通信质量最高的通信技术，光纤通信能够以最快的速度为广大用户提供最好的音质以及最清晰的影像。专家们预言，光纤通信技术有望成为解决“高速宽频”瓶颈问题的最佳方案。

随着因特网的迅猛发展，对现代通信的速度和容量提出了更高的要求。MCI电话公司的UUNet上网服务事业部新发布的一份资料显示，每过100天，用户对网络传输速度的需求就增长一倍；另外，最近几年来，全球语音电话市场每年都以高于10％的幅度增长，目前已有的电话网络专线容量早已经饱和，而且，传统的电话网络专线存在着速度慢、容量小的老大难问题，尽管DSL方案能够在一定的程度上解决这个问题，但是，这毕竟只是一个过渡性的暂时使用的解决方案，因此，迫切需要迅速提高通信的速度和容量。光纤通信网络则是能够较好地解决这个问题的较好的方案，它可以解决目前困扰业界的通信效率低的问题。利用光纤网络，可以推出诸如上网服务、语音服务、影像服务以及数据传输服务等一系列问题。除此之外，ATM、DSL和IP电话等新的通信技术也可以应用在光纤网络上，从而使光纤网络的通信效率能够大幅度提高。

世界上一些著名的科研机构和著名厂商，近年来全力以赴地研究开发光纤通信新技术。美国朗讯科技贝尔实验室最近在光纤通信研究领域又获得了三项重大突破：一、成功地实现了单波长光160吉比特每秒的信息传输速度；二、成功地用一根光纤同时传输了1022种不同波长的光束；三、成功地推出新型“无光纤”光纤网系统，可以通过光束直接穿越空气传输数据，大大提高局域数据网容量，拓展容量光纤系统的抵达范围。贝尔实验室推出的WaveStarOpticAir系统，采用密集波分复用（DWDM）技术，能够大大增强网络容量。该系统可以通过突破性激光放大器和接收器，将数据、语音或者视频信号放火光束，因而能够穿越空气，实现点对点的信息传输。WaveStarOpticAir系统是最先采用DWDM技术的无光纤网络系统，这种新技术可以处理包括数据、语音和视频在内的多种多样的业务，可以同时传输光的不同波长和各种颜色，并且在其中的每一个承载不同的信息流，从而扩大其容量。Wav-eStarOpticAir系统将使商业用户和运营商每秒传输容量多达10GB的信息，以满足广大用户的越来越高的需求。WaveStarOPticAir系统单波长目前支持2.5Gb／s的数据传输率。

朗讯科技贝尔实验室新推出的这三项技术，将大大提高未来的光纤通信能力。目前的信息传输，主要是通过光纤传递数据流的方式进行的。但是，如果只靠增加光纤的数量来提高信息传输能力，不但成本高昂，也跟不上通信业迅猛发展的需求，因此，科学家们将增加信息传输能力的重点放在提高单根光纤的数据传输能力上。提高光纤中单波长光的数据传输速度，或者在一根光纤中传送更多的不同波长的光束，都可以提高光纤的信息传输能力。贝尔实验室最近在这两项技术的研究方面都取得了重大的进展。科学家们预测，运用这两项最新的研究成果，不久将可达到每秒万亿比特的光纤信息传输能力，届时，人们打移动电话或者上因特网，将不再遇到网络塞车的尴尬处境。

日本在塑胶光纤的研究开发领域成绩斐然，尤其是针对传输性能开展了大量的研究工作。像美国康宁公司改进了光纤制作中的OVD方法一样，日本的住友公司也改进了光纤制作工艺中的AVD方法，使得光纤的性能、（NEC）与Keio大学联合开发出具有2.5GbPs传输率的塑胶光纤，它可传送400通道MPEG2的视频压缩信号。同时，日本也推出了可在150℃高温下连续使用400小时的塑胶光纤；若温度降至130℃，则使用时间可长达1000小时，并且其传送损耗也有所降低。日本新推出的步进式塑胶光纤比渐近式塑胶光纤在技术上更为成熟，传统型产品大多用于音频设备和低速的局域网络，而目前的研究重点则侧重于汽车内部通信应用。渐近式塑胶光纤问世后，光线在传送过程中的损耗也不断降低，一因而其应用领域得以不断拓展。RAD集团为了进一步推动光纤通信技术的研究，最近宣布正式成立新的成员公司RAD－OP公司，这是衣集团的第14个成员公司。RAD－OP公司将肩负着为光通信发展光纤技术的特殊使命，它将与研究所和大专院校进行广泛的合作，精心挑选一流的科学家和研究人员，并且与他们发展技术合作关系，专家们的研究成果将以最快的速度应用到光纤通信业。在确立合适的研究项目时，RAD—OP公司将与相关的学术单位和科学家们密切合作，以便使研究工作能够面向可行的商业应用。一旦科学家们的研究成果确实可以转化为实际的样品之时，RAD—OP公司将马上对样品实现商业化的可能性进行评估，并且努力寻找到商品化的最快途径。

光纤通信发展趋势目前，世界各国不断开复出光纤通信的新技术和新产品，促使光纤通信向着高速、大容量、长距离系统的方向发展，光纤向着普通家庭用户延伸，向宽带综合业务网（B－ISDN）的方向发展，并且将在21世纪更广泛地进入千家万户，目前，全球光纤通信业的主要发展趋势是：

1、增加光纤网络的覆盖面，大量铺设光纤基础网络专线。大型通信公司大多以发展长途电话网络为主，其中包括国际性光纤网络和全国性光纤网络；而中小型通信公司则主要是建立地区性的都市区域光纤网络；

2、提高光纤通信的带宽和容量，使之进一步满足用户的需求。目前。由于全球市场对光纤通信的高速宽频的要求不断提高，即使目前不断地增加光纤网络。但是将来也总会有朝一日趋于饱和，因此，在有限的网络专线内增加容量，也就是继续增加光纤网络的带频宽，就成了通信专家们主要的研究课题。

3、随着光纤网络的不断拓展，对光纤设备和材料的需求也愈加迫切，从而使得生产光纤设备和材料的厂商也越来越多，从而形成一个新兴光纤通信产业。

二、光纤光缆技术与市场应用

（一）光纤制造技术

光纤和激光器的问世，拉开了光纤通信的序幕。与此同时，计算机和互联网日益普及，又大大地刺激人们对信息交换的需求。正是光纤、激光器、系统设备、计算机、互联网共同构筑的通信平台创造出了一个崭新的信息时代。

1、光纤制造

通信用光纤大多数是由石英玻璃材料组成的。光纤的制造要经历光纤预制棒制备、光纤拉丝等具体的工艺步骤。最常使用的工艺是两步法：第一步采用四种气相沉积工艺，即：外气相沉积（OutsideVapourDeposition-OVD）、轴向气相沉积（VapourAxialDeposition-VAD）、改进的化学气相沉积（ModifiedChemicalVapourDeposition-MCVD）、等离子化学气相沉积（PlasmaChemicalVapourDeposition-PCVD）中的任一工艺来生产光纤预制棒的芯棒；第二步是在气相沉积获得的芯棒上施加外包层制成大光纤预制棒。值得强调的是，光纤预制棒的光学特性主要取决于芯棒的制造技术，光纤预制棒的成本主要取决于外包技术。

1）芯棒制造

芯棒制造技术普遍采用气相沉积工艺，如OVD、VAD、MCVD、PCVD。其中OVD工艺是1970年美国康宁公司的Kapron研发的简捷工艺。OVD工艺的化学反应机理为火焰水解，即所需的芯玻璃组成是通过氢氧焰或甲烷焰中携带的气态卤化物（SiCl4等）产生“粉末”逐渐地一层一层沉积而获得的。OVD工艺有沉积和烧结两个具体工艺步骤：先按所设计的光纤折射分布要求进行多孔玻璃预制棒芯棒的沉积（预制棒生长方向是径向由里向外），再将沉积好的预制棒芯棒进行烧结处理，除去残留水份，以求制得一根透明无水份的光纤预制棒芯棒，OVD工艺最新的发展经历从单喷灯沉积到多喷灯同时沉积，由一台设备一次沉积一根棒到一台设备一次沉积多根棒，从而大大提高了生产率，降低了成本。

VAD工艺是1977年由日本电报电话公司的伊泽立男等人，为避免与康宁公司的OVD专利的纠纷所发明的连续工艺。VAD工艺的化学反应机理与OVD工艺相同，也是火焰水解。与OVD工艺不同的是，VAD工艺沉积获得的预制棒的生长方向是由下向上垂直轴向生长的。烧结和沉积是在同一台设备中不同空间同时完成的，即预制棒连续制造。VAD工艺的最新发展由70年代的芯、包同时沉积烧结，到80年代先沉积芯棒再套管的两步法，再到90年代的粉尘外包层代替套管制成光纤预制棒。

MCVD工艺是1974年由美国AT&T公司贝尔实验室的Machesney等人开发的经典工艺。MCVD工艺为朗讯等公司所采用的方法。MCVD工艺是一种以氢氧焰热源，发生在高纯度石英玻璃管内进行的气相沉积。MCVD工艺的化学反应机理为高温氧化。MCVD工艺是由沉积和成棒两个工艺步骤组成。沉积是获得设计要求的光纤芯折射率分布，成棒是将巳沉积好的空心高纯石英玻璃管熔缩成一根实心的光纤预制棒芯棒。现MCVD工艺采用大直径合成石英玻璃管和外包技术，例如用火焰水解外包和等离子外包技术来制作大预制棒。这些外包技术弥补了传统的MCVD工艺沉积速率低、几何尺寸精度差的缺点，提高了质量、降低了成本，增强了MCVD工艺的竞争力。

PCVD工艺是1975年由荷兰飞利浦公司的Koenings提出的微波工艺。长飞公司采用的就是这种工艺。PCVD与MCVD的工艺相似之处是，它们都是在高纯石英玻璃管管内进行气相沉积和高温氧化反应。所不同之处是热源和反应机理，PCVD工艺用的热源是微波，其反应机理为微波激活气体产生等离子使反应气体电离，电离的反应气体呈带电离子。带电离子重新结合时释放出的热能熔化气态反应物形成透明的石英玻璃沉积薄层。PCVD工艺制备芯棒的工艺有两个具体步骤，即沉积和成棒。沉积是借助低压等离子使流进高纯石英玻璃沉积管内气态卤化物和氧气在大约1000C°的高温下直接沉积成设计要求的光纤芯玻璃组成。成棒则是将沉积好的石英玻璃管移至成棒用的玻璃车床上，利用氢氧焰高温作用将该管熔缩成实心的光纤预制棒芯棒。PCVD工艺的最新发展是采用大直径合成石英玻璃管为沉积衬底管，沉积速率提高到了2-3g/min，沉积长度达到1.2-1.5m。

2）外包层制造

外包层制造技术主要有套管法、等离子喷涂法、火焰水解法等。外包层制造技术是光纤通信全球性高速发展应运而生的大光纤预制棒制造新技术。外包层技术发展和完善的目的是将光纤预制棒做的更粗、更长，即提高光纤生产率，降低生产成本，使光纤通信比其他介质的通信形式具有更大、更强的竞争力。外包层技术中的套管法是将气相沉积工艺制成的芯棒置入一根作光纤外包层的高纯石英玻璃管内制造大预制棒技术。等离子喷涂法是用高频等离子焰将石英粉末熔制于气相沉积工艺得到的芯棒上制成大预制棒的技术。火焰水解法（粉末外包）实质上就是OVD、VAD等火焰水解外沉积工艺在芯棒上的应用。

通常，将气相沉积法工艺和外包层技术结合制成的大预制棒直径缩小，且保持芯包比和折射率分布恒定的操作称为光纤拉丝。拉丝过程中要对裸光纤施加预涂覆层保护。涂覆层既可以保护光纤的机械强度、隔离外界潮湿，又可以避免外应力引起光纤的微弯损耗。此外，高速拉丝还应注意光纤的充分冷却，消除光纤中的残余内应力，以求确保光纤的翘曲度指标最优。

2、光纤性能

当今，光纤制造技术日趋完善，再加上器件和系统的飞速发展带来了光纤品种不断推陈出新，特别是网络业务呈指数式增长势态，使得光纤网带宽每6-9月就可翻一番。为切实满足网络业务高速发展的需要，光纤通信业内的科研工作者不懈地努力开发新光纤、新器件、新系统来实现高速率、大容量、远距离光纤通信。正是高速率、大容量、远距离光纤通信促使光纤的性能研究由最初的衰减、色散转向非线性效应、偏振模色散、色散斜率、色散绝对值大小。与之相应的推出了一个供不同光纤通信系统选用的光纤系列，如：G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、色散补偿光纤等。

光纤业内人士熟知光纤通信系统发展初期，传输距离短、传输速率低、传输容量小，故系统对光纤性能的要求仅仅停留在“衰减”一个性能上，与之适应的光纤为G.651光纤。通信系统发展中期，传输距离延长、传输速率提高、传输容量增大，这时系统对光纤性能的要求就由“衰减”一个性能指标转向“低衰减”、“高带宽”2个性能，从而诞生了G.652光纤。G.652光纤因其在1310nm波段上具有零色散（高带宽）、低衰减特点，但在1550nm波段色散大约为18ps/(nm.km），限制了其在1550nm波段传输宽带和传输距离。人们通过改变光纤的折射率分布来改变波导色散，从而使光纤的总色散在1550nm波长上为零，这样便研究开发出了在1550nm波长上兼有最低衰减和最大宽带的G.653光纤。正是跨洋海底光缆线路需要用极低衰减的光纤，人们又开发出了衰减极小的G.654光纤。G.654光纤是一种截止波长大于1310nm，专门用于1550nm波段（衰减最小窗口）的海底光纤通信系统用光纤。

今天正逢光纤通信发展的盛世，为实现超长传输距离、超高传输速率、超大容量传输发展需要用掺铒光纤放大器来延长传输距离，用波分复用技术来增大传输容量，用时分复用技术来提高传输速率。这样，在用掺铒光纤放大器和波分复用，甚至密集波分复用相结合的高速率、大容量、远距离光纤通信线路中，大功率的激光光源和低衰减单模光纤的使用，使光纤芯内光强度很高，低衰减使高光强连续传输很长距离。然而光场和光纤介质相互作用产生非线性效应变得十分显著。光纤的非线性效应会损伤系统传输信号质量，引起数字信号误码和模拟信号畸变。

在光纤放大器的使用波长（1530-1565nm）上，采用波分复用或密集波分复用的光纤通信系统中，减少光纤非线性效应的办法有，增大光纤有效受光面积和在1530-1565nm波段中引入一定的色散值等措施。减小光纤偏振模色散的方法是保证所生产的光纤纤芯截面为理想圆和避免光纤遭受内、外应力作用。

这样，人们又开发出了G.655光纤。毫无疑问，当前在不断发展中的时分复用、波分复用、掺铒光纤放大器组成的光纤通信系统中，G.655光纤是最佳传输介质的理想选择。2000年，信息产业部武汉邮电研究院参照ITU-T有关单模光纤的最新建议，起草了单模光纤系列的最新国家标准，如：GB/T9771.1《非色散位移单模光纤特性》（G.652A、G.652B）；GB/T9771.3《波长段扩展的非色散位移单模光纤特性》（G.652C）；GB/T9771.4《色散位移单模光纤特性》(G.653）；GB/T977.2《截止波长位移单模光纤特性》（G.654）；GB/T9771.5《非零色散位移单模光纤特性》（G.655A、G.655B）。

（二）光缆技术的发展

1、新型光纤不断出现

随着光传送网向更高速率、更大容量、更长距离方向发展，光纤通信不同层次网络对光纤要求不尽相同，如核心网光纤性能要求于色散、色散斜率、非线性效应等；城域网光纤性能则更重视工作波长范围。局域网光纤性能强调的是工作带宽和接续成本。

现在核心网采用光纤主要是G.655光纤。由于G.655光纤的性能在逐渐的完善，所以各个光纤制造厂商不断推出新产品，如康宁公司推出的PureModePM系列新型光纤；阿尔卡特推出的TeralightUltra光纤，实现了单波道40Gbit/s、总容量10.2Tbit/s的DWDM传输100km。而日本住友开发出的超低损耗纯硅芯光纤PSCF，其衰减仅0.151dB/km，而光纤有效面积已经达到了170μm2，使传输的非线性大大减少。特别是2003年1月20日至31日在瑞士日内瓦ITU-TSG15召开的会议上将G.655光纤类别由G.655A、G.655B进一步细分为G.655A、G.655B、G.655C三类，以适应了核心干线网络发展的要求。

城域网光纤主要是工作波长扩展光纤（又称为低水峰光纤）。低水峰光纤发展历程分别为：1998年朗讯就推出了AllWave全波光纤；2001年4月康宁推出了SM-28e低水峰光纤，同年阿尔卡特也推出ESMF增强型单模光纤。日本住友也开发出了水峰压缩WPS-NZ-DSF光纤，如图1所示。这类低水峰光纤都是在原有G.652或G.655光纤基础上通过控制OH根压缩1385nm窗口的吸收峰（俗称水峰），这样其可用波长范围扩展到1270-1650nm整个波段，使得CWDM可以开通16个波长。

局域网光纤性能强调的是工作带宽和接续费用。特别是随着吉比特以太网和10G比特以太网快速发展多模光纤已经成为首选传输媒质。国内外光纤厂家如，康宁、阿尔卡特、烽火、长飞等先后推出了吉比特以太网多模光纤并已经大量商用。2002年IEEE在802.3ae标准中，又提出了一种高带宽50/125μm多模光纤。它提高了850nm波长的带宽，在链路中选用低价格的850nm波长垂直腔表面发射激光器（VCSEL）和两级编码技术，这种多模光纤的“激光器带宽”为2000MHz.km，足以支持10Gb/s以太网传输达300m。当前，高带宽50/125μm多模光纤正在成为吉比特以太网采用的主要光纤。

2002年，Ericsson公司研制出了一种多模和单模结合的MM-SM光纤，它与多模光纤连接时可用作多模光纤，与单模光纤连接时用作单模光纤。这种新型光纤适用于FTTH，它使得光纤线路可由多模向单模升级。这为光纤的研究又提供了一个新的思路。

除了玻璃光纤新品迭出之外，塑料光纤最近又有了较大的技术突破。又据2003年3月23日至28日在美国召开的OFC’s报道，塑料光纤以单波长2.5Gb/s速率可传输144m。我们相信，塑料光纤将会在光纤到家庭和光纤到桌面中大显身手。

2、新型结构的光缆

众所周知，现在大多数室外光缆都是松套光缆。究其原因是松套光缆具有三大优点：1.松套管能够为光纤提供初级保护；2.松套管可以容纳阻水油膏；3.松套管还可为光纤提供合适的余长，使光纤处在松疏状态。松套光缆按照缆芯可以容纳的纤芯数的多少和缆芯的剖面结构形状可以分为三种基本结构形式：中心管式光缆、层绞式光缆、骨架式光缆。

新型结构的光缆要解决的主要问题是：1.设法积极选择新的材料，为研究新的光缆结构奠定物质基础；2.减小光缆尺寸，降低光缆重量，节约光缆材料（降低光缆成本，提高生产和施工速度）；3.采用干式结构，缩短接续时间，节省施工费用等。

1）、小直径、轻重量光缆

一般，评价光缆质量优劣的性能包括：光传输性能、机械性能、环境性能。光缆的光传输性能是由光缆中采用的光纤类型所决定的。光缆的机械性能和环境性能则取决于光缆结构、选用的材料种类及其质量、光缆制造技术水平。

针对目前光纤通信工程中，光缆结构发展趋势呈现出以管道光缆为主，以直埋光缆和室外架空光缆为辅的格局。人们自然会想是否可以将对光缆结构的重型保护移植到管道上或者选择其他的光缆材料，这样做既可以降低光缆成本（减小光缆尺寸，降低光缆重量），又可以节约施工费用（节约管道空间和施工更简便）。美国OFSBrightWaveCarrollton的Richard.G.Gravely论文[1]指出减小松套管光缆尺寸和重量的办法是首先在保证光缆耐低温弯曲和机械性能稳定的前提下，设法减小松套管和中心加强件的尺寸，其次是减小护套和皱纹金属覆膜带厚度。这种方法适用于全介质单层护套光缆、轻型铠装光缆（单层护套、单层铠装）、铠装光缆（双层护套、单层铠装）和短跨度接入ADSS光缆。例如，他们研制的144芯单层护套小直径管道光缆的直径仅为13.4mm，而典型商用144芯单层护套管道光缆的直径为18.8mm。

目前国内光缆制造厂商纷纷在采用减小松套管尺寸的方法来减少光缆材料的用量，进而达到降低光缆成本，以此提高市场竞争力。但是，本文作者要提请广大用户注意，在验收光缆时您应该重点对光缆做温度循环试验，测量出光纤的温度衰减性能，以此来证明您购买的即将投入使用的光缆余长是合理的。

2）、全干式松套光缆

众所周知，光缆最忌讳水，究其原因是水即会引起光纤的水峰衰减，又可以通过渗透腐蚀作用导致光纤断裂。在潮湿条件下，水还会通过光缆护套扩散进入内部形成自由水的凝聚。如果不加控制，水会沿着光缆缆芯纵向迁移流到接头盒给通信系统带来潜在的危险甚至造成业务中断。传统光缆采用的填充阻水措施是将憎水油膏填满光缆中的松套管的所有空间来切断水的纵向流动路径。

填充的阻水油膏基本作用是除了能够阻止光缆内部的纵向水迁移，还能够提供给光缆缓解外来压力和振动阻尼作用。尽管传统光缆具有良好的性能和可靠性，但是在光缆接续前要清除油膏和清洁光纤。在光缆安装施工操作中这是一项增加费用和降低生产效率的耗费时间的工作。填充阻水油膏的光缆也会明显地增加光缆重量，增加长途线路安装所需要的人和设备。另外，阻水油膏是粘连或油腻的油脂，所以光缆接续需要在一个活动的帐篷或者带篷的卡车中进行。为了克服填充阻水油膏的光缆的上述缺点，最近美国OFS(原朗讯）光纤光缆部的RichardH.Norris等人共同开发出12-216芯一系列的中心管完全没有填充阻水油膏的室外用全干式中心管光纤带光缆[2]，其结构从光缆中心至光缆外护层依次是光纤带、空气、纤用高级吸水膨胀阻水带（代替纤用阻水油膏）、改善了冲击性能的聚丙烯松套管、缆芯用高级吸水膨胀阻水带（代替缆用阻水油膏）、皱纹金属覆膜带铠装层、两根平行金属加强件钢丝和高密度聚乙烯外护层（HDPE）。

如果这种光缆被用于雷电频繁和存在干扰电流的场所时金属加强件应该采用全介质的玻璃钢/环氧树脂棒，在棒的外面应该涂上一层紫外固化“摩擦涂层”，以求在棒与护层之间形成良好的机械耦合力。这里要特别提请读者注意的是，为了防止水在外护层和缆芯之间流动，缆芯用的标准高级吸水膨胀阻水带是缠绕在聚丙烯松套管上的。这类光缆外护层采用HDPE的理由为HDPE具有良好的硬度、强度和小的摩擦系数，从而满足了所有光缆安装性能要求。

为了验证这种光缆结构设计是否合理，RichardH.Norris等人按照美国标准TelcordiaGR-20对该光缆进行了阻水性能试验、机械性能试验、环境性能试验、老化性能试验、安装模拟试验。阻水性能试验就是要用一系列渗水试验来验证纤用高级吸水膨胀阻水带是否能够阻止水在中心管内具有的大空间的渗透。具体的做法是将光缆试样放置于1米静压头下，让水静压头作用到多个缆芯试样上，以满足光缆阻水性能标准规范要求。机械性能试验是按照美国标准TelcordiaGR-20对金属加强和非金属加强全干式中心管光纤带光缆进行了试验，以验证其是否满足机械性能要求。

3）、微型吹气安装光缆

在当前的全球经济萧条的形势下，电信业务运营商面临着两大问题：1.在投入资金有限的同时，还要建设光缆路由来满足用户带宽日益增长的需要；2.要想方设法减少光缆路由基础设施费用，降低光缆生产成本。光缆制造商解决这两个问题的具体方法是：1.光缆可以利用城市现有的基础设施（如在交通道路、煤/天然气管道、下水道中安装布放光缆的子管）或者通过城市新建的微型管道系统引入用户。2.为了最大限度的利用子管系统和微型管道系统的资源，需要用一种新的小直径微型吹气安装光缆。

为此，美国OFS光缆部的H.PaulDebban等人开发出了一种新的小直径（直径与铅笔相当）微型吹气安装光缆，其结构为48或72芯中心管式光纤带光缆[3]。这种光缆的设计思想是尺寸、刚性、柔软性必须满足小直径管道安装要求。光纤芯数应该足以保证城市路由基础设施需要。光缆要有足够的机械保护和抗拉强度来满足施工安装和光纤保护要求。在期望工作的温度范围内，光缆的衰减性能要好。此外，光缆中的光纤要容易识别。

这种光缆从缆芯至外护层的具体结构分别是光纤带、纤用阻水油膏、松套管、螺旋缠绕的玻璃钢棒、螺旋缠绕的玻璃纤维增强塑料带、撕裂绳、HDPE外护层。选用中心管式结构是为了提高小直径光缆的强度。与光纤束和分立光纤相比较，采用光纤带既增加了光纤密度，又节约了接续时间和施工费用，而且光纤带的识别方便。6根玻璃钢棒加强件螺旋缠绕在中心管周围，以防止光缆产生小的弯曲。HDPE外护层完完全全包围着加强件和中心管构成一个预应力结构来抵抗光缆受到的侧压和冲击力的作用。HDPE外护层通过薄层赋予光缆坚韧性能和高温下的小的摩擦系数。

4）、泡沫阻水光缆

众所周知，传统的松套管光缆采用填充阻水油膏或吸水膨胀阻水纱来进行纵向阻水。然而阻水油膏会给光缆施工和环境带来一定的负面影响，如擦拭阻水油膏的溶剂挥发会刺激人们的皮肤，长期使用会引起湿疹；擦拭阻水油膏的卫生纸会污染环境。为此，光缆施工安装和现场测试人员十分期待着不采用填充阻水油膏或吸水膨胀阻水纱的干式光缆的诞生。正是为了克服阻水油膏和阻水纱的缺点，爱立信网络技术公司的BorjeLindblom等研制出一种泡沫阻水光缆。

泡沫阻水光缆的关键技术是用发泡的热塑弹性体来代替阻水油膏作为光缆的纵向阻水材料。泡沫阻水光缆的结构是在外护层以下，中心加强件和松套管之间的所有空间都填充发泡的热塑弹性体泡沫。采用泡沫阻水的优点是既能够减小光缆尺寸和光缆机械性能，又可以提高光缆施工速度。在护套工艺过程中发泡热塑弹性体材料很容易与PE外护套材料结合为一体。这样合理地控制发泡过程，就可以获得阻水效果十分完美的密封泡沫结构。

5）、新型材料光缆

现有光缆中使用的如PVC燃烧时会放出有毒性气体，光缆稳定剂中有时含铅，都是对人体及环境有害的。从环境保护及阻燃性能的要求出发，有光缆厂家已经采用环保材料开发出了生态环保光缆，应用于大楼及家庭等室内环境。如对室内用缆，可采用含有阻燃添加剂的聚酞胺化合物，以及无卤性阻燃塑料。2001年ITU-T已通过了L45建议即“使电信网外部设备对环境的影响最小化”建议，以规范和控制光缆对环境的负面影响。另外光缆中还可采用纳米光纤涂料、纳米光纤油膏、纳米护套用聚乙烯（PE）及光纤护套管用纳米PBT等材料。采用纳米材料的光缆，利用了纳米材料所具有的许多优异性能，对光缆的抗机械冲击性能、阻水、阻气性都有一定的改善，并可延长光缆的使用寿命。

总之，由以上的介绍我们可以得到如下结论，新型光缆结构的变化趋势应该是向着直径小、重量轻、全干式、布放快的方向发展。具体而言，光缆的结构形式要微型化，光缆阻水方式将会向着干式阻水发展，光缆技术研究的重点也将由室外光缆逐渐转向室内光缆，光缆工程的施工将由人工敷设向气吹敷设发展。

（三）光纤通信技术发展前景

1、SDH走向网络边缘——融合的多业务节点

SDH是当前电信网的主要传送体制，然而，由于WDM的出现和发展，SDH的作用和角色有了很大的转变。除了在核心网继续作为承载技术外，SDH的作用已经降低为WDM层的客户层，其角色正开始向网络边缘转移。鉴于网络边缘复杂的客户层信号特点，SDH必须从纯传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台，即融合的多业务节点。其出发点是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技术，特别是其保护恢复能力和确保的延时性能，加以改造以适应多业务应用，支持２层乃至３层的数据智能。基本思路是将多种不同业务通过VC级联等方式映射进不同的SDH时隙。而SDH设备与２层乃至３层分组设备在物理上集成为一个实体。即将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成业务层和传送层一体化的下一代SDH节点称为融合的网络节点或多业务节点，主要定位于网络边缘。

SDH多业务平台的出现不仅减少了大量独立的业务节点和传送节点设备，简化了节点结构，而且降低了设备成本，减少了机架数、机房占地、功耗和架间互连，简化了电路指配，加快了业务提供速度，改进了网络扩展性，节省了运营维护和培训成本，还可以提供诸如虚拟专网VPN或视频广播等新的增值业务。特别是集成了IP选路、以太网、帧中继或ATM后，可以通过统计复用和超额订购业务来提高TDM通路的带宽利用率和减少局端设备的端口数使现有SDH基础设施最佳化。最后，SDH多业务节点还可以方便地完成协议终结和转换功能，使运营者可以在网络边缘提供多种不同业务，同时将这些业务的协议转换成其特有的骨干网协议。随着网络中数据业务份量的加重，SDH多业务平台也正逐渐从简单的支持数据业务的固定封装和透传的方式向更有效地支持数据业务的新一代系统演进和发展。有些设备还具备自动选路和指配功能，利用OSPF选路协议可以与路由器或光交换机构成一体化网络，实现通道的自动指配等高智能功能。

总的看，SDH多业务平台最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务量，特别是以TDM业务量为主的混合型业务量。不仅适合缺乏网络基础设施的新运营者，应用场合于局间或POP间，乃至大企事业用户驻地，而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营公司，以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。

2、向40G系统的发展和主要挑战

目前10G系统已大批量装备网络，不少公司实验室已开发出40G的系统。从网络应用看，带10G接口的路由器已经问世，而且路由器间的突发性IP业务量还在迅速增长。为了提高核心网的效率和功能，希望单波长内能处理多个数字连接，因此核心网的单波长速率向40G乃至更高速率的方向演进是合乎逻辑的。

然而，单路波长的传输速率会受限于集成电路硅材料和镓砷材料的电子和空穴的迁移率，其次受限于传输媒质的色散和极化模色散，最后还受限于所开发系统的性能价格比是否合算。目前看来，材料问题已不是主要限制，特别是具有较高电子和空穴迁移率的铟磷材料已经在40Gbit/s以上速率显示了出色的性能和尺寸小功耗低的特点，但后两项限制成为这一速率的实用化瓶颈。

从实际应用看，对于40G传输系统，尚无直接调制的光源可用，必须用外调制器；能具备足够输出电压驱动外调制器的驱动集成电路也不成熟；适用于10Gbit/s及以下速率的不归零（NRZ）调制方式能否有效可靠地工作于40Gbit/s还没有定论，是否应转向普通归零（RZ）调制方式、载频抑制的RZ调制方式、CS-RZ、光孤子调制方式、伪线性RZ调制方式还是双二进制甚至其他调制方式都还在探索过程之中。最后，除了技术因素外，经济上是否可行也是必须考虑的因素，只有成本降到目前价格的1/3以内才有可能获得大规模应用。总之，40G系统的真正成熟和规模商用还需要2年左右的时间。特别是交换机和路由器的4G接口的难度更大，与传输系统的复用器不同，40G数据设备接口需复杂的处理能力，包括在40G速率实现包基础的业务量整形、过滤和优先，涉及很多元件，包括成帧器、网络处理器、流量工程实现芯片和高速I/O芯片等，预计其商用化时间比传输系统还晚一年。

3、向超大容量超长距离波分复用系统的发展

由于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猛。目前1.6Tbit/sWDM系统已经开始大量商用。日本NEC和法国阿尔卡特公司分别在100公里距离上实现了总容量为10.9Tbit/s、273*40Gbit/s和总容量为10.2Tbit/s256*40Gbit/s的传输容量最新世界记录。其中前者实现了273个通路，每通路速率为40Gbit/s，间隔50GHZ，覆盖Ｓ、Ｃ和Ｌ波段。而后者实现了256个通路，利用锗硅技术实现每通路速率42.7Gbit/s，其中FEC开销7%，结合采用了交替间插的75GHZ和50GHZ通路间隔、残留边带过滤和极化复用技术，有效减少了路际干扰，频谱效率高达1.28bit/s/HZ，系统工作范围覆盖C和L波段。

WDM系统除了波长数和传输总容量不断突破以外，为了尽量减少电再生点的数量以及随着光层联网能力的引入，全光传输距离也在大幅度扩展，从目前的600Km左右扩展到3000Km以上。主要的使能技术有分布式喇曼放大器、超强前向纠错技术（FEC）、色散管理技术以及严格的光均衡技术等。采用超长传输的主要优点是降低系统初始投资，距离越长效果越明显，同时也减少了机房占地和运行成本。

从技术上看，在５年左右的时间内，实用化的最大传输链路容量有可能达到5-10Tbit/s乃至20Tbit/s。甚至有报道称单波长容量达到100Tbit/s是可能的。简言之，网络容量将不会受限于传输链路，焦点将集中在网络节点上。

4、城域网WDM技术需要继续改进性价比

城域网WDM系统主要特点和要求可以归纳如下：首先是低成本，特别是按每波长计其成本必须明显低于长途网用的WDM系统。幸运的是由于城域网范围传输距离通常不超过100Km。因而长途网必须用的外调制器和光放大器在城域网中不一定使用。由于可能省掉光放大器，波长数的增加和扩展不再受光放大器频带的限制，可以容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降，降低了整个系统的成本。

应用城域网WDM系统容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务。这样用户可以灵活地传送任何格式的信号而不必受限于SDH的结构和格式。特别是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户接口，需要能灵活快速地支持各种速率和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应从10Mbit/s到2.5Gbit/s范围的所有信号，包括SDH、ATM、IP、ESCON、FDDI，千兆比以太网和光纤通路等。而对于应用在城域网核心的系统，则将来有可能还会要求支持10Gbit/s的SDH信号和10Gbit/s的以太网信号。

为了进一步降低城域网ＷＤＭ系统的成本，有人提出了粗波分复用CWDM系统的概念。这种系统的典型波长数为８到１６个，波长通路间隔达20nm之宽，因此对激光器的要求大大降低，甚至可以在制造DVD光驱用激光器的生产线上制造出来，因此其成本大为降低。此外，由于CWDM系统对激光器的波长精度要求很低，无须致冷器和波长缩定器，不仅功耗低，尺寸小，而且其封装可以用简单的同轴结构，比传统碟型封装成本低、激光器模块的总成本可以减少三分之二。

总的看，CWDM系统无论是激光器输出功率、温度的敏感度、色散容忍度的要求，还是对封装的要求都远低于DWDM激光器，再加上对滤波器的要求降低，使系统成本有望明显下降。特别是近来ITU-IT对波长的安排有了统一规范，将有效促进CWDM系统的发展。

总的看，由于性价比不够理想，城域网WDM系统的发展不尽人意，与预测相差甚远。预计还需要有新的突破才有可能获得大规模应用。

5、从点到点WDM走向光联网

普通的点到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量，但只提供了原始的传输带宽，需要有灵活的节点才能实现高效的灵活组网能力。然而现有的电DXC系统十分复杂，其节点容量大约是每2-3年翻番，显然无法跟上网络传输链路容量每12个月翻番的增长速度。于是业界的注意力开始转向光节点，即光分插复用器OADM和光交叉连接器OXC，靠光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题，其带宽颗粒从VC-4增加到一个波长，同样1000个端口的单个节点容量可以从160Gbit/s增加到10Tbit/s乃至40Tbit/s。

OXC的研究工作已进行了很多年，但目前仍处于现场试验和小规模试用阶段。主要问题之一是尚未有性能价格比好、容量可扩展、稳定可靠的光交换矩阵核心是光开关。近来，一种称为微电子机械开关。MEMS的新型光开关已显示了巨大的发展前途，这种机电一体化的开关器件结合了机械光开关和固体波导开关的特点，结构紧凑、集成度高、性能优良、矩阵规模大、便于批量生产，正成为实用化大型OXC的主选开关技术之一。美国朗讯公司采用三维EMES

矩阵技术实现了256*256的全光交叉连接器，称为波长路由器，可节约25%的运行费用和99%的能耗。

光传送联网的一个最新发展趋势是引入自动波长配置功能，即所谓自动交换光网络（ASON），使光联网从静态光联网走向自动交换光网络，所带来的主要好处有：允许将网络资源动态地分配给路由，缩短了业务层升级扩容时间，明显增加业务层节点的业务量负荷；具有可扩展的信令能力集；快速的业务提供和拓展；降低维护管理运营费用；光层的快速业务恢复能力；减少了用于新技术配置管理的运行支持系统软件的需要，只需维护一个动态数据库，也减少了人工出错机会；还可以引入新的业务类型，诸如按需带宽业务、波长批发、波长出租、带宽交易、动态路由分配、光层虚拟专用网等，使传统的传送网向业务网方向演进。

作为网络敷设实例，美国ＡＴ＆Ｔ公司已经率先在全国范围内敷设了连接约１００个城市的智能光网络，由约１００台智能光交换机和８００多台ＳＯＮＥＴ多业务平台构成。新网络不仅减少了成本和配置出错机会，使运作流畅，增加了容量，也简化了网络结构层次，极大地缩短了企事业用户的高速电路配置时间，能有效对付网络大故障，快速恢复业务、恢复时间为数百毫秒。

6、ＩＰ层与光传送层的融合

宏观地看，未来整个网络可以粗分为两部分，即光传送网和业务网。光传送网由光交换机和ＷＤＭ传输链路组成，负责高容量业务量的可靠传输并提供波长级流量工程网络接口给业务平台。业务平台包括路由器、ＡＴＭ交换机和ＡＤＭ已从传送层转移到业务层。业务层完全依靠光传送层提供波长通路来与对等层节点或网元实现连接。

在网络向两层结构的演进过程中，最初在核心ＩＰ层，没有流量工程时通常ＩＰ流按照最短路径走，会导致重负荷链路产生瓶颈。利用ＭＰＬＳ和流量工程可以保证网络负荷均衡，使路由器间链路的使用最佳化。再进一步则可能需要有一种统一的跨层资源控制方法来完成两层网络的有机结合，即将ＭＰＬＳ扩展到光传送层包括光连接在内。所谓多协议波长标记交换ＭＰＬｍＳ是一种将ＭＰＬＳ流量控制平面技术与光交换技术相结合的新思路，将标记交换的概念扩展至包括波长选路和交换的光通道，让业务流来控制连接。

与ＬＳＲ的交换标记对应，光交换机的标记是波长。这种方法可以使业务层上的路由器、ＡＴＭ交换机或ＡＤＭ动态地要求传送网提供所需的波长，实现统一的网络控制和快速业务供给，使网络的资源（包括波长、ＳＤＨ通道和路由器的端口等）得到最佳利用，简化了ＩＰ层与光传送层的融合以及跨层的网络管理，降低了网络运行和业务拓展成本，有利于大规模网络敷设。ＩＰ层与光传送层的融合正展现了前所未有的前景。

各种国际标准组织都在全力开发相关的标准，ＩＴＵ重在规范整个体系结构，而ＩＥＴＦ重在具体的信令和选路协议规范，提出了通用的多协议标记交换ＧＭＰＬＳ概念，又称多协议波长交换，旨在对目前比较成熟的信令和选路协议进行修改的基础上，使之不仅支持分组交换，而且还支持时分交换、波分交换和空分交换。

ＩＰ层与光传送层的融合由于技术背景的不同所导致的融合思路也不尽相同。目前主要有两种基本网络演进结构，即重迭模型和集成模型。尽管两者都是以ＩＰ为中心的控制结构，都将应用简化的ＭＰＬＳ信令和基于下一代光网状网结构，但在管理应用上有很大的不同，基本反映了计算机界和电信界的不同思路。对于多数传统的全业务运营者，可能采用重迭模型是目前最现实的选择。而对于仅提供ＩＰ业务并拥有自己的ＩＰ网和光传送网的运营者，则采用集成模型是一种直接了当的选择，可以明显地得益于集成ＧＭＰＬＳ的简洁性。从长远看，特别是ＩＰ成为网络绝对主导的业务，其他业务都可以由ＩＰ携带后，则集成模型将成为统一的最佳选择。

7、光以太网的发展与主要挑战

全球已有超过６亿个以太网交换端口，目前已成为仅次于供电插口的第二大住宅和办公室公用设施接口。采用以太网作为企事业用户接入手段的主要原因是已有巨大的网络基础和长期的经验知识、目前所有流行的操作系统和应用也都是与以太网兼容的、初始成本和运营成本均较低、扩展性好、容易安装开通以及高可靠性等。容量分为１０／１００／１０００Ｍ三级，可按需以１Ｍｂｉｔ／ｓ乃至细到１２８ｋｂｉｔ／ｓ的带宽颗粒逐步提供所需的带宽，用户真正实现按需付费，１０Ｇ以太网系统也即将问世。也就是说，容量可以从１０Ｍ一直扩展到１０Ｇ而不会影响诸如３层选路和４层到７层智能，包括ＱｏＳＣｏＳ高速缓存，服务器负荷均衡，安全和基于策略的联网能力等。特别是１Ｇ和１０Ｇ以太网技术直接与光技术结合后，由于省掉了中间的ＡＴＭ层和ＳＤＨ层，可以使总的投资成本减少３０％，而总的所有权成本降低４０％。

然而，由于计费、质量、寻址、管理、安全以及私有性等多种因素。以太网作为公用电信网接入方式尚需进一步改进。主要问题是目前以太网还没有机制保证端到端性能，无法提供实时业务所需要的ＱｏＳ和多用户共享节点及网络所必须的计费统计能力。

其次，以太网不能提供电信级公用电信网所必须的硬件和软件可靠性，特别是由于以太网交换机的光口不具备内置的故障定位和性能监视能力，使以太网中发生的故障更难以诊断和修复。进而，以太网原来根本没有网内安全机制，而一旦用于公网，情况就完全不同了。还有，以太网没有内置保护功能，主要靠路由器来实施保护，需要大约１秒的时间才能使数据流重新定向，使以太网无法传送电信级的语音数据流。

再有，以太网最适合高密集用户区应用，然而其低成本通常是在用户实装率至少超过３０％时才有意义，而目前我国多数新敷设地区的用户实装率不到１０％，其成本远高于ＡＤＳＬ技术。

最后，新出现的１０Ｇ以太网的广域网接口在开销内容和抖动指标方面与ＳＴＭ－６４还不兼容，需要转接设备，很不方便。因此，以太网目前主要适用于节点数不多的局域网环境。只有全面妥善地解决了上述主要问题后，传统以太网才能顺利地应用于公用电信网的环境。

简言之，源于企事业用户驻地网的以太网正在以其原来的形式或修改的形式积极地向其他领域渗透，诸如公用电信网接入网领域、城域网领域乃至广域网领域。从长远看，以太网以其高带宽、低成本、易安装、易维护、可扩展、标准化和广泛的商用软硬件支持特点有可能最终成为压倒一切的２层技术。

8、以太网与无源光网络的结合——ＥＰＯＮ

无源光网络ＰＯＮ是一种很有吸引力的纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。而另一方面，如前所述，以太网作为一种第２层技术有着一系列应用优势和很大的发展潜力。那么能否将作为接入网物理层的最佳协议无源光网络与未来最有发展潜力的链路层协议以太网结合在一起呢？有，这就是以太网ＰＯＮ（ＥＰＯＮ）。

ＥＰＯＮ的基本做法是在Ｇ．９８３的基础上，设法保留ＡＰＯＮＡＴＭＰＯＮ的精华部分——物理层ＰＯＮ，而用以太网代替ＡＴＭ作为数据链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更宽业务能力的新的结合体。这一思想已经在以太网界获得到了积极响应。２０００年１１月，在ＩＥＥＥ８０２．３的旗帜下，通过成立第一英里以太网ＥＦＭ研究组的方式开始了ＥＰＯＮ的标准化工作，６９个公司计划要介入这一领域的工作，其工作重点将放在ＥＰＯＮ的ＭＡＣ协议上，其余将主要参照ＦＳＡＮ和ＩＴＵ－ＴＧ．９８３建议，从而希望以最快速度完成有关ＥＰＯＮ的标准并投入商用。


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