【摘要】本文首先说明通信业务种类的发展和数据通信业务量急剧增长的情况。于是简 述光纤线路扩大容量和延长距离所需的波分多路和光纤放大器技术，以及光纤类型和特 性的相应选择。接着，估测通信网体制将从传统电话网进化为以分组为基的核心网，又 将从电通信网进化至光通信网。 关键词 光纤通信 数据通信 波分多路 分组交换 光通信网 互联网规约 自90年代开始以来，我国对光纤通信建设加大力度和加快进程，发展顺利，成绩可 喜。尤其是在不久前完成了八纵八横光缆工程，作为整个国家南北、东西两方向的通信 主干线，共约7－8万公里，特别令人振奋，还有几项国际通信光缆，建设进度也很满意。 而国际上光纤通信技术和装备，仍在不停地飞跃发展。我国正看准方向，推动研究设计， 准备继续大踏步前进，发挥光纤通信网建设对社会主义现代化经济建设的重要作用。现 在正值世纪之交，本文批参照国际上进展动向，对我国光纤通信网跨入新世纪后的发展 趋势作粗浅概述，请同行们指教。 一、通信业务种类和业务合的增长 人们日常使用通信的信息业务，主要分话音（audio）、图视（video）、和数据 （data）三大类。长期的传统是以电话通信为基本的业务，一个国家和地区的通信建设 多少，常以电话普及率百分数为标志。国家和地区建设‘公用交换电话网’（PSTN）， 成为传统的固定通信网。电话业务量逐年增长，世界各国都是如此。后来，用户装置和 使用计算机加多，需要数据通信。用户又扩大要求，需要图象通信和电视通信。对此， 通信网把话音和图视信息的模拟信号都转换为与计算机数据信号一样的二进制数字信号。 由此，固定通信网不仅传送话音，还要传送图视以及数据等各种数字信号。这意味着， 传统的电话网（PSTN）进化为综合业务数字网（ISDN），并且可能演变为宽带网。 然而，90年代中期起，情况起了急剧变化。以传输数据信息为主的国际互联网（In ternet）兴起，向全世界的广大计算机用户开放，计算机用户要求接入Internet，称为 ‘上网’，藉以向对方计算机用户发送电子信函（E－mail）或文件转移，甚至连通环球 信息网（WWW），索取所需的资料信息。与此同时，计算机本身价格降低，使用方便，世 界上拥有计算机的人很普遍，他们全都欢迎Internet，以致各国通信网上数据信息业务 量急剧增长。据报道，在全世界，Internet的兴起使通信网上数据信息业务量几乎每半 年增加一倍（比摩尔定律所说每一年半增加一倍还要快），当然比传统电话业务量增加 快得多。估计跨入新世纪不到几年，通信网上的数据信息业务量总数将与电话业务量总 数相等或超过。通信网服务对象将首先以数据为主，而不是传统电话，尽管电话通信还 要保持畅通。与此同肘，可视通信、可视会议等业务比过去为人们更多需要。而且，人 们在住家为了文化娱乐、丰富生活，需要各自按爱好和方便，使用‘点播电视／电影’ （VOD／MOD）。所以，图现信息业务的重要性不容忽视，其业务量在将来必然会增长的。 况且，计算机通信在不久的将来可能既要传送数据，又要话音和图视，三者密切配合使 用，实现多媒体（Multimedia）通信，这可以说是用户最向往的通信方式。从以上简单 描述可以看出：用户需要的信息业务种类和业务量，现在与过去有很大差异，通信网的 运营企业必须深刻地领会这种变化，从而研究对策，宽带网是肯定需要的，但不能再以 过去传统设想的B－ISDN为追求目标了。 二、光纤线路的扩大容五和延长距离 面对通信业务量急剧增长的势头，光纤线路的无比优越性可以大大地发挥作用。这 是因为光纤不仅有传输损耗低等许多优点，而且在传输容量具有极大潜力可供发掘利用。 虽然光纤上每一光载波载荷的是由电的‘时分多路’（TDM）组成的信号，其数字速率 有～定的极限，在目前是10Gb／s，称为‘电子瓶颈’。这也是通信网中同步数字系列 （SDH）：155Mb／s、622Mb／s、 2.5Gb／S、10Gb/s的最高一级。然而，光纤在有些波 长窗口，不仅能传输一个光载波，而是能够同时传输多路光载波，只要它们各个波长相 互间有足够的间隔，不引起路际干扰。如每一光载波传输一个TDM信号，有一定的数字速 率，则一对光纤能同时传输多倍的数字速率，加大传输容量多倍。这叫做光的‘波分多 路’（WDM）系统。 回忆50－60年代在明线和电缆传输模拟信号时，曾经利用电的‘频分多路’（FDM） 系统，那时称为载波电话。现在光纤装置光的WDM，实际上就是光的额分多路（FDM）， 只不过光通信用光波长表达比光频率更方便。（当然，光纤WDM用的方法与电线FDM用的 方法大不相同，电的FDM那时利用载波遏止、单边带传输的方法。） 举例，光纤上装置4路WDM系统，如每路光载波传输2.5Gb／s，则一对光纤的传输容 量成为4×2.5Gb／s＝10Gb／s。如每路为10Gb／S，则光纤容量加大为4×10Gb／=40Gb／S， 打破了电的TDM的限制。如果精心制造每路的激光管和滤波器等器件，使各路光载波波长 的相互间隔减小，那末同样光纤一个波长窗口可以容许更多路光载波同时传输，称为‘密 集波分多路’（DWDM）（D指dense）。现在国外实验室里已经制成100路DWDM系统，如每 路TDM数字速率为10Gb/s，则一对光纤的传输容量成为100×10Gb/s=1Tb/s。由此可见， 波分多路／密集波分多路（WDM／DWDM）是发掘利用发纤潜在传输容量的好办法，实践证 明是行得通的合于经济原则的好办法。现在国际已着手利用WDM／DWDM技术于实际的光纤 传输线路，以扩大其传输容量、适应通信业务量快速增长的需要。我国已经注意到WDM这 种扩大光纤传输容量的好办法，已在有些光纤线路上实际装置运用，并准备陆续在更多 的线路上装用，而且每一WDM系统的路数越来越多，每对光纤的传输容量越来越大。这种 策略是符合潮流的，满足通信发展需要的。 光纤本身损耗虽低，0.2dB／Bm，但光信号功率经过光纤传输一定距离，例如几十公 里以上，还是需要放大的。因此，沿长途线路每隔一定距离设立中间放大站，旧时的办 法是在这样的中间站装置再生中继机，把接收的光信号转换为电信号，经过电的放大、 整形、定时等再生过程（3R），再转换为光信号发送。直至90年代初，掺饵光纤放大器 （EDFA）研制成功，能对波长1.55pm的光信号提供有用的光功率增益，不需要光／电和 电／光转换。这当然是极其成功和合乎需要的设备，对光纤线路延长传输距离非常有利。 例如长途光纤线路传输1.55pm波长的光信号，每隔100km设置一个利用EDFA的光放大中间 站，那末沿线有9个这样的放大站，就可延长通信距离至1，000km，这是长途全光传输。 而且，这种EDFA能够在1550nm波长窗口有一定的波带宽度、例如20nm范围内提供平坦的 光功率增益特性，这就使同一光纤放大器有可能给WDM系统的多路光信号提供光功率增益， 这对长途线路的波分多路系统非常节约和方便。由此，EDFA和WDM配合一同运用，可使光 纤线路既扩大传输容量，又延长传输距离。现在EDFA在1550nm窗口约20－30nm宽度提供 增益，使一定路数的WDM一同放大。当WDM路数加多、成为密集波分多路系统DWDM时，占 用波带可能扩大至80nm，光纤上同时传输的路数大2加多，则EDFA必须作相应的改进，以 致能在较宽的波带、例如80nm，同时对很多路数的光信号提供平坦的增益特性，这就成 为‘宽带光纤放大器’（W－EDFA）（W指Wide－band）。这意味着，DWDM和W－EDFA配合 一同运用，可以组成大容量、长距离光纤主干线。例如50路DWDM，每路10Gb/s，总的传 输速率500Gb/s，线路每隔100km设置W－EDFA，总的线路长度1，000km，就是陆地上利用 DWDM和W－EDFA的大容量、长距离主干（线）的典型例子。 三、光纤类型和特性的选择 光纤有多模光纤和单模光纤，对于公用通信网的骨干网，包括市内骨干网，甚至接 入网的光纤线路，都需要使用单模光纤，只有专用的局域网和其它短距离光纤线路才使 用多模光纤。光纤的工作波长有短波长和长波长，短波长是0.85pm，长波长则是1.31pm 和1.55pm两种。光纤的损耗在1.31pm为0.35dB／km，在1.55pm为0.20dB／km。在较长时 期制成的单模光纤称为’常规单模光纤’，简写SMF，其特点是在设计和加工制造时使波 长1.31pm的色散为零，而最低损耗波长1.55pm却有不小的色散（Chromatic dispersion， 简写dispersion），对长距离、高速率脉冲信号传输有限制。当波长1.55pm的光纤放大 器（EDFA）实际应用成功时，长途线路自然地倾向于使用1.55pm，因而一度重新设计光 纤，使零色散波长从1.31pm移位至1.55pm，这样的单模光纤就称为‘色散移位光纤’， 简写DSF（dispersionshifted fiber）。然而，当准备在波长1.55pm窗口装用波分多路 系统（WDM）时，发现光纤中光功率较大而引起的非线性，尤其是‘四波混频’（FWM， four wave mixing），使WDM系统各路之间发生串扰，妨碍WDM正常运用。不久，又发现 光纤本身如存在小量色教，反而可以遏止FWM，对WDM有利。经反复验证属实后，果断地 放弃DSF的设计，改而使波长1. 55pm运用WDM的窗口存在小量的色散恰恰足够抵消FWM的 影响，这种光纤称为‘非零色散光纤’，简写NZDF（non－zerodispersion fiber）。对 于这种光纤，如1550nm使用WDM／DWDM的窗口为1520－1620nm，则一般可把本色散波长定 在1520nm以下或1620nm以上，使窗口以内的波长存在小量的正色散或负散和小量的色散 斜率。看来，为了充分发展WDM/DWDM系统的应用，选择NZDF光纤最为合适，可惜这种NZ DF在目前售价太高，未能普遍使用。 在长波长1350-1520nm范围，过去因为在1385nm附近出现氢氧离子（OH-）的吸收高 峰，光纤损耗太大，以致未能利用。但据最近报道，制造过程已想出有效办法消除这一 损耗高峰，变成可供实现实际使用的新窗口，暂称1.40pm窗口。这一新窗口的光纤损耗 比1.31pm窗口的损耗小，而光纤色散比1.55pm窗口的色散小，因此可以考虑装置WDM系 统。由于窗口波长范围较大，容许WDM系统的各路波长间隔选得较大，仍能取得较多的 路数。如波长间隔较大，则对各路的激光管和滤波器都不会有过于严格要求，而且容许 每一激光管受信号直接调制，器件成本可以降低。这意味着，1.40pm新窗口装用WDM系 统的成本仍不会很高。不过，这一新窗口迄今还没有光纤放大器，因而无法在长途线路 上使用，但它可以在大城市的市内骨干网局间线使用，它们需要装用WDM系统，但希望 成本不贵。 四、通信网体制设计的进化 一个国家的固定通信网有骨干网（backbone），或称核心网（corenetwork），其 中可分全国性的、由省际长途主干线构成的骨干网、省内干线的骨干网，市内局间线的 骨干网。还有市内的接入网（accessnetwork）。这里先浅谈全国性骨干网的体制设计。 前面曾提到通信网的基本要求，明确指出通信网应该考虑通信业务种类和业务量的 情况和增长趋势。过去长期以来的传统PSTN是以电话业务为主要对象，是宽带网，采用 ‘电路交换’（circuit switching）。现在，Internet兴起，数据通信业务量的增长 率在大超过电话业务量的增长率，而在跨入新世纪后不要多久，数据业务量总数将等于 电话业务量总数，并逐年超过。这就迫使传统通信网PSTN从速作出较大的革新，应该改 以数据业务为主要对象，应该升为宽带网，又应该采用‘分组交换’（packet switchi ng），以‘互联网规约’IP（Internet Protocol）为主。当然，仍应保证电话通信和 图视通信继续畅通和扩大使用，满足规定的‘业务质量’（QoS）指标，让用户满意。 还应该保证顺利过滤至多媒体通信（multimedia），它是由计算机操作，应该属于数据 通信范畴。 原来的国家通信网根据国际标准和共同趋向，正在发展数字网和宽带网，采用时分 多路TDM的‘同步数字系列’SDH（Synchranous Digital Hierarchy），又采用综合业务 的‘异步转移模式’ATM（Asynchronous Transfer Mode）等等，仍然应该取其长处，充 分发挥其作用。不过，今后不能走B-ISDN的路子，而是应该以IP为主、建立以分组为基 的骨干网（packet-based core network）。在现阶段，可以考虑过滤方案。例如由IP路 由器（router）与ATM交换机（Swith）结合使用，称为IP overATM。也可以考虑通信网 中继续使用时分多路TDM的SDH，称为Ipover SDH。既然通信网以IP为主，那末对电话业 务必须积极研究开发IP－phone或分组话音（packetVoice），确保实时电话通信的QOS。 事实上，这种技术对干Internet也是急需的，现在世界上普遍要求Internet不仅高效率 传送数据信息，还要能够通电话、电视、以及多媒体。 新型的、以分组为基的核心 网体制不仅适用于国家省际、省内的骨干网，还要推广“至城市的市内通信骨干网。新 的分组网应该连接原来的PSTN，不让已有设备立即废弃。市内的新网还要连接当地无线 移动通信的蜂窝网，让移动用户的便携计算机能够方便地接入Internet，于需要时使用 数据通信和多媒体通信。至于市内的接入网，为了让用户随时使用Internet和VOD业务， 需要不对称的数字用户线（ADSL）。 五、从电通信网发展至光通信网 现在光纤通信的应用越来越普通，通信网的很多点至点的传输干线部用了光纤，市 内网的局间线很多使用光纤，大企业、大单位用户的接入线也用了光纤，只有小单位和 住家用户才保留使用原来的对绞铜线。而且，很多的这些光纤线路已经或即将装上波分 多路WDM系统，充分发挥光纤的潜在传输容量。 至于通信网内部的各个结点（node），现在利用电的各种设备。诸如模／数和数／ 模转换（A／D和D／A converter），把用尸发出话音或图视的模拟信号转换为数字信号。 于是利用时分多路（TDM）的合路器（multiplexer）／分路器（demultiplexer），把若 干路合为一群和把～群分为若干路。过去曾用‘准同步数字系列’（PDH），把2、8、34、 140、565Mb/s为各级群；今后将多用同步数字系列（SDH），把155Mb／s、622Mb／s、 2.5Gb／s、10Gb／s为各级群。结点中有‘可上下的分合路器’（ADM，Add-DropMultiP lexer），把一个TDM群分为各路后，有几路在结点‘取下’使用，其它几路则与结点 ‘插上’的几路合为一个群。结点中还有‘数字交叉连接’（DXC，Digital Cross Con nect），各路按照需要连接。结点中还有异步转移模式（ATM），实现各种信息业务数字 信号的复合（multiplexing）和交换（switching）功能。信息的数字信号按53个字节作 为一个信元（cell），就按信元进行交换，相当于快速分组交换。从结点中这些过程和 设备来说，现用的通信网是电通信网。当现有通信网以数据通信为主要对象、改革为以 分组为基的核心网时，IP成为基本设备，但仍属于电通信网。 最近把点至点光纤传输利用WDM的技术和设备移植至通信网内部，每一光波长是各为 一个光通路（每一光通路带有由电的TDM提供的数字速率）。通信网内部的结点各设置波 分多路（WDM）的合波器（multiplexer）／分波器（demultiplexer）。结点中有‘可上 下的分合波器’，但把原来的ADM变成波长的W－ADM或光的OADM。在结点可从分波器输出 ‘取下’几路波长洪业务使用，也可因业务需要把同样波长的几路‘插上’合波器输入， 与没有取下，而直达合波器输入的几路波长合为新的WDM信号输出。结点中又有光的交叉 连接（OXC）代替原来的电数字DXC；在光的交叉连接过程中视需要可以变换波长。当IP 成为主要时，波长可以用于选寻路由。结点中可以由光直接连通，成为透明通道。这就 是IP与WDM结合使用，称为IP over WDM，或者， IP与光结合运用，称为IP over Optics。 这时，电通信网发展成为光通信网。通信网将是多波长光通信网（MONET），或全光通信 网（AON）。估计跨入新世纪10年时间，有希望在世界上开始实现光通信网。当然，光通 信网到了实际使用阶段，必须具备网络运用管理、带宽管理、和网络某处发生故障能迅 速调度或自愈等配套措施。 至于城市的用户接入网，现在虽已利用各种宽带接入的几种不同的办法，并且尽量 使已有对绞铜线发挥作用，但无源光纤网（PON，PassiveOptical Network）利用WDM的 方案似乎最有发展前途，估计跨入世纪后若干年，光纤连到每一位家（FTTH）有希望实 现的。到那时，整个固定通信网，从最初一公里至最后一公里，将全是利用光纤，而且 加用波分多路WDM系统。