趙梓森:光纖技術(shù)如何發(fā)展

　　導讀：光纖通信技術(shù)尚有很大的發(fā)展空間，今后會有很大的需求和市場。主要是：光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會有較大的發(fā)展。

　　近來有人對光纖通信的發(fā)展情景，有些困惑。其一，在2000年IT行業(yè)的泡沫，使光纖通信的生產(chǎn)規(guī)模投入過大，生產(chǎn)過剩，IT行業(yè)中許多小公司倒閉。特別是光纖，國外對中國傾銷。其二，有人認為：光纖通信的傳輸能力已經(jīng)達到10Tbps，幾乎用不完，而且現(xiàn)在大干線已經(jīng)建設(shè)得差不多，埋地的剩余光纖還很多，光纖通信技術(shù)不需要更多的發(fā)展。

　　本人認為，光纖通信技術(shù)尚有很大的發(fā)展空間，今后會有很大的需求和市場。主要是：光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會有較大的發(fā)展。下面分別討論光纖通信的發(fā)展趨勢和市場：

　　一、光纖通信的發(fā)展趨勢

　　1、光纖到家庭FTTH的發(fā)展

　　FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬，所以一直被認為是理想的接入方式，對于實現(xiàn)信息社會有重要作用，還需要大規(guī)模推廣和建設(shè)。FTTH所需要的光纖可能是現(xiàn)有已敷光纖的2-3倍。過去由于FTTH成本高，缺少寬帶視頻業(yè)務(wù)和寬帶內(nèi)容等原因，使FTTH還未能提到日程上來，只有少量的試驗。近來，由于光電子器件的進步，光收發(fā)模塊和光纖的價格大大降低，加上寬帶內(nèi)容有所緩解，都加速了FTTH的實用化進程。

　　發(fā)達國家對FTTH的看法不完全相同：美國AT&T認為FTTH市場較小，在OFC2003宣稱：FTTH在20-50年后才有市場。美國運行商Verizon和Sprint比較積極，要在10-12年內(nèi)采用FTTH改造網(wǎng)絡(luò)。日本NTT發(fā)展FTTH最早，現(xiàn)在已經(jīng)有近200萬用戶。目前中國FTTH處于試點階段。

　　* FTTH光纖到家庭遇到的挑戰(zhàn)：現(xiàn)在廣泛采用的ADSL技術(shù)提供寬帶業(yè)務(wù)尚有一定優(yōu)勢。與FTTH相比 價格便宜 利用原有銅線網(wǎng)使工程建設(shè)簡單 對于目前1Mbps-500kbps影視節(jié)目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受制約。

　　對于不久的將來要發(fā)展的寬帶業(yè)務(wù)，如：網(wǎng)上教育，網(wǎng)上辦公，會議電視，網(wǎng)上游戲，遠程診療等雙向業(yè)務(wù)和HDTV高清數(shù)字電視，上下行傳輸不對稱的業(yè)務(wù)，ADSL就難以滿足。尤其是HDTV，經(jīng)過壓縮，目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術(shù)開發(fā)，可壓縮到5~6Mbps。通常認為對QoS有所保證的ADSL的最高傳輸速率是2Mbps，仍難以傳輸HDTV。可以認為HDTV是FTTH的主要推動力。即HDTV業(yè)務(wù)到來時，非FTTH不可。

　　* FTTH的解決方案：通常有P2P點對點和PON無源光網(wǎng)絡(luò)兩大類。

　　P2P方案——優(yōu)點：各用戶獨立傳輸，互不影響，體制變動靈活；可以采用廉價的低速光電子模塊；傳輸距離長。缺點：為了減少用戶直接到局的光纖和管道，需要在用戶區(qū)安置1個匯總用戶的有源節(jié)點。

　　PON方案——優(yōu)點：無源網(wǎng)絡(luò)維護簡單；原則上可以節(jié)省光電子器件和光纖。缺點：需要采用昂貴的高速光電子模塊；需要采用區(qū)分用戶距離不同的電子模塊，以避免各用戶上行信號互相沖突；傳輸距離受PON分比而縮短；各用戶的下行帶寬互相占用，如果用戶帶寬得不到保證時，不單是要網(wǎng)絡(luò)擴容，還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。（按照目前市場價格，P2P比PON經(jīng)濟）。

　　PON有多種，一般情況如下。APON：即ATM-PON，適合ATM交換網(wǎng)絡(luò)。BPON：即寬帶的PON。GPON：采用通用幀處理的GFP-PON。EPON：采用以太網(wǎng)技術(shù)的PON，GEPON是千兆畢以太網(wǎng)的PON。WDM-PON：采用波分復用來區(qū)分用戶的PON，由于用戶與波長有關(guān)，使維護不便，在FTTH中很少采用。

發(fā)達國家發(fā)展FTTH的計劃和技術(shù)方案，根據(jù)各國具體情況有所不同。美國主要采用A-PON，因為ATM交換在美國應用廣泛。日本NTT有一個B-FLET's計劃，采用P2P-MC，B-PON，G-EPON，SCM-PON等多種技術(shù)。SCM-PON：是采用副載波調(diào)制作為多信道復用的PON。

　　中國ATM使用遠比STM的SDH少，一般不考慮APON。 我們可以考慮的是P2P，GPON和EPON。P2P方案的優(yōu)缺點前面已經(jīng)說過，目前比較經(jīng)濟，使用靈活，傳輸距離遠等，宜采用。又GPON和EPON比較，各有利弊。GPON： 采用GFP技術(shù)網(wǎng)絡(luò)效率高；可以有固話，適合SDH網(wǎng)絡(luò)，與IP結(jié)合沒有EPON好，但目前GPON技術(shù)不很成熟。EPON：與IP結(jié)合好，可用IP電話，如用固話需要借助IAD技術(shù)。目前，中國的FTTH試點采用EPON比較多。FTTH技術(shù)方案的采用，還需要根據(jù)用戶的具體情況不同而不同。

　　近來，無線接入技術(shù)發(fā)展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g協(xié)議，傳輸帶寬可達54Mbps，復蓋范圍達100米以上，目前已可商用。如果采用無線接入WLAN作用戶的數(shù)據(jù)傳輸，包括：上下行數(shù)據(jù)和點播電視VOD的上行數(shù)據(jù)，對于一般用戶其上行不大，IEEE802.11g是可以滿足的。而采用光纖的FTTH主要是解決HDTV寬帶視頻的下行傳輸，當然有需要時也可包含一些下行數(shù)據(jù)。這就形成光纖到家庭+無線接入（FTTH +無線接入）的家庭網(wǎng)絡(luò)。這種家庭網(wǎng)絡(luò)，如果采用PON，就特別簡單，因為此PON無上行信號，就不需要測距的電子模塊，成本大大降低，維護簡單。如果，所屬PON的用戶群體，被無線城域網(wǎng)WiMAX（IEEE802.16）復蓋而可利用，那么可不必建設(shè)專用的WLAN。接入網(wǎng)采用無線是趨勢， 但無線接入網(wǎng)仍需要密布于用戶臨近的光纖網(wǎng)來支撐，與FTTH相差無幾。FTTH+無線接入是未來的發(fā)展趨勢。

1） 光交換的發(fā)展

　　什么是通信？實際上：通信 = 傳輸 + 交換。

　　光纖只是解決傳輸問題，還需要解決光的交換問題。過去，通信網(wǎng)都是由金屬線纜構(gòu)成的，傳輸?shù)氖请娮有盘枺粨Q是采用電子交換機?，F(xiàn)在，通信網(wǎng)除了用戶末端一小段外，都是光纖，傳輸?shù)氖枪庑盘枴：侠淼姆椒☉摬捎霉饨粨Q。但目前，由于目前光開關(guān)器件不成熟，只能采用的是光-電-光方式來解決光網(wǎng)的交換，即把光信號變成電信號，用電子交換后，再變還光信號。顯然是不合理的辦法，是效率不高和不經(jīng)濟的。正在開發(fā)大容量的光開關(guān)，以實現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò)，特別是所謂ASON-自動交換光網(wǎng)絡(luò)。

　　通常在光網(wǎng)里傳輸?shù)男畔ⅲ话闼俣榷际莤Gbps的，電子開關(guān)不能勝任。一般要在低次群中實現(xiàn)電子交換。而光交換可實現(xiàn)高速xGbps的交換。當然，也不是說，一切都要用光交換，特別是低速，顆粒小的信號的交換，應采用成熟的電子交換，沒有必要采用不成熟的大容量的光交換。當前，數(shù)據(jù)網(wǎng)中，信號以“包”的形式出現(xiàn)，采用所謂“包交換”。包的顆粒比較小，可采用電子交換。然而，在大量同方向的包匯總后，數(shù)量很大時，就應該采用容量大的光交換。

　　目前，少通道大容量的光交換已有實用。如用于保護、下路和小量通路調(diào)度等。一般采用機械光開關(guān)、熱光開關(guān)來實現(xiàn)。目前，由于這些光開關(guān)的體積、功耗和集成度的限制，通路數(shù)一般在8-16個。

　　電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時分交換。

　　光空分交換：一般采用光開關(guān)可以把光信號從某一光纖轉(zhuǎn)到另一光纖?？辗值墓忾_關(guān)有機械的、半導體的和熱光開關(guān)等。 近來，采用集成技術(shù)，開發(fā)出MEM微電機光開關(guān)，其體積小到mm。已開發(fā)出1296x1296 MEM光交換機（Lucent），屬于試驗性質(zhì)的。

　　光波長交換：是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是，發(fā)送某1 特定波長就可對某特定對象通信。實現(xiàn)光波長交換的關(guān)鍵是需要開發(fā)實用化的可變波長的光源，光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關(guān)陣列等。已開發(fā)出640x640半導體光開關(guān)+AWG的空分與波長的相結(jié)合的交叉連接試驗系統(tǒng)（Corning）。采用光空分和光波分可構(gòu)成非常靈活的光交換網(wǎng)。日本NTT在Chitose市進行了采用波長路由交換的現(xiàn)場試驗，半徑5公里，共有43個終端節(jié)點（試用5個節(jié)點），速率為2.5Gbps。

　　自動交換的光網(wǎng)，稱為ASON，是進一步發(fā)展的方向。

2） 集成光電子器件的發(fā)展

　　如同電子器件那樣，光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成，但會有相當?shù)囊徊糠质切枰沂强梢约傻?。目前正在發(fā)展的PLC-平面光波導線路，如同一塊印刷電路板，可以把光電子器件組裝于其上，也可以直接集成為一個光電子器件。要實現(xiàn)FTTH也好，ASON也好，都需要有新的、體積小的和廉價的和集成的光電子器件。

　　日本NTT采用PLC技術(shù)研制出16x16熱光開關(guān)；1x128熱光開關(guān)陣列；用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監(jiān)測集成在一起；8波長每波速率為80Gbps的WDM的復用和去復用分別集成在1塊芯片上，尺寸僅15x7mm，如圖1。NTT采用以上集成器件構(gòu)成32通路的OADM。其中有些已經(jīng)商用。近幾年，集成光電子器件有比較大的進展。

　　中國的集成光電子器件有一定進展。集成的小通道光開關(guān)和屬于PLC技術(shù)的AWG有所突破。但與發(fā)達國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上，就會重復如同微電子落后的被動局面。

二、光纖通信的市場

　　眾所周知，2000年IT行業(yè)泡沫，使光纖通信產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模爆炸性地發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)過剩。無論是光傳輸設(shè)備，光電子器件和光纖的價格都狂跌。特別是光纖，每公里泡沫時期價格為￥1200，現(xiàn)在價格￥100左右1公里，比銅線還便宜。光纖通信的市場何時能恢復？

　　根據(jù)RHK的對北美通信產(chǎn)業(yè)投入的統(tǒng)計和預測，在2002年是最低谷，相當于倒退4年?，F(xiàn)在有所回升，但還不能恢復。按此推測，在2007-2008年才能復元。光纖通信的市場也隨IT市場好轉(zhuǎn)。這些好轉(zhuǎn)，在相當大的程度是由FTTH和寬帶數(shù)字電視所帶動的。

　　作者認為：FTTH畢竟是信息社會的需求，光纖通信的市場一定有美好的情景。發(fā)達國家的FTTH已經(jīng)開始建設(shè)，已經(jīng)有相當?shù)氖袌?。大體上看，器件和設(shè)備隨市場的需要，其利潤會逐步回升，2007-2008年可能良好。但光纖產(chǎn)業(yè)，盡管反傾銷成功，目前價格也仍低迷不起，利潤甚微。實際上，在世界范圍內(nèi)，光纖的生產(chǎn)規(guī)模過大，而FTTH的發(fā)展速度受社會環(huán)境、包括市民的經(jīng)濟條件和數(shù)字電視的發(fā)展的影響，上升緩慢。據(jù)了解，有大公司目前封存幾個光纖廠，根據(jù)市場情況，可隨時啟動生產(chǎn)，其結(jié)果是始終供大于求。供不應求才能漲價，是通常的市場規(guī)律，所以光纖產(chǎn)業(yè)要想厚利，可能是2009年后的事情。中國經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)和小城鎮(zhèn)，還需要建設(shè)光纖線路，但光纖用量仍然處于供大于求的范圍內(nèi)。

　　對中國市場，F(xiàn)TTH受ADSL的挑戰(zhàn)和數(shù)字電視HDTV發(fā)展的制約，會有所延后。目前，中國大量建設(shè)FTTH的社會環(huán)境和條件尚未具備，可能需要等待一段時間。不過，北京奧運會需要HDTV的推動和設(shè)備價格的下降，會促進FTTH的發(fā)展。預計在2007-2008年在中國FTTH可開始推廣。不過也有些大城市的所謂中心商業(yè)區(qū)CBD，有比較強的經(jīng)濟力量，現(xiàn)在已經(jīng)采用光纖到住地FTTP來建設(shè)?？偟膩碚f，目前中國的FTTH處于試點階段。試點的作用，一方面是摸索技術(shù)和建設(shè)的經(jīng)驗，另一方面，還起競爭搶占用戶的作用。所以，現(xiàn)在電信運行商，地方業(yè)主都積極對FTTH試點，以便發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)。因此，廣播運行商受到巨大的挑戰(zhàn)，廣播商應加快發(fā)展數(shù)字電視的進程，并且要充實節(jié)目內(nèi)容和采取有競爭力的商業(yè)模式。如果廣播商要發(fā)展VOD點播電視，還需要對電纜電視網(wǎng)雙向改造，如果采用光纖網(wǎng)，可更充分地適應未來的技術(shù)發(fā)展和市場需求。

 

摘自：慧聰網(wǎng)通信行業(yè)