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光纖通信的發(fā)展

來(lái)源:本站 時(shí)間:2012-05-09

近來(lái)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)規模投入過(guò)大,生產(chǎn)過(guò)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(xiāo)。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,而且現在大干線(xiàn)已經(jīng)建設得差不多,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(huì )有很大的需求和市場(chǎng)。主要是:光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會(huì )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(chǎng):

  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(hù)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(shí)現信息社會(huì )有重要作用,還需要大規模推廣和建設。FTTH所需要的光纖可能是現有已敷光纖的2-3倍。過(guò)去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業(yè)務(wù)和寬帶內容等原因,使FTTH還未能提到日程上來(lái),只有少量的試驗。近來(lái),由于光電子器件的進(jìn)步,光收發(fā)模塊和光纖的價(jià)格大大降低,加上寬帶內容有所緩解,都加速了FTTH的實(shí)用化進(jìn)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(chǎng)較小,在OFC2003宣稱(chēng):FTTH在20-50年后才有市場(chǎng)。美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10-12年內采用FTTH改造網(wǎng)絡(luò )。日本NTT發(fā)展FTTH最早,現在已經(jīng)有近200萬(wàn)用戶(hù)。目前中國FTTH處于試點(diǎn)階段。

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

  對于不久的將來(lái)要發(fā)展的寬帶業(yè)務(wù),如:網(wǎng)上教育,網(wǎng)上辦公,會(huì )議電視,網(wǎng)上游戲,遠程診療等雙向業(yè)務(wù)和HDTV高清數字電視,上下行傳輸不對稱(chēng)的業(yè)務(wù),ADSL就難以滿(mǎn)足。尤其是HDTV,經(jīng)過(guò)壓縮,目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術(shù)開(kāi)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??梢哉J為HDTV是FTTH的主要推動(dòng)力。即HDTV業(yè)務(wù)到來(lái)時(shí),非FTTH不可。

  * FTTH的解決方案:通常有P2P點(diǎn)對點(diǎn)和PON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )兩大類(lèi)。

  P2P方案——優(yōu)點(diǎn):各用戶(hù)獨立傳輸,互不影響,體制變動(dòng)靈活;可以采用廉價(jià)的低速光電子模塊;傳輸距離長(cháng)。缺點(diǎn):為了減少用戶(hù)直接到局的光纖和管道,需要在用戶(hù)區安置1個(gè)匯總用戶(hù)的有源節點(diǎn)。

  PON方案——優(yōu)點(diǎn):無(wú)源網(wǎng)絡(luò )維護簡(jiǎn)單;原則上可以節省光電子器件和光纖。缺點(diǎn):需要采用昂貴的高速光電子模塊;需要采用區分用戶(hù)距離不同的電子模塊,以避免各用戶(hù)上行信號互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各用戶(hù)的下行帶寬互相占用,如果用戶(hù)帶寬得不到保證時(shí),不單是要網(wǎng)絡(luò )擴容,還需要更換PON和更換用戶(hù)模塊來(lái)解決。(按照目前市場(chǎng)價(jià)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(lái)區分用戶(hù)的PON,由于用戶(hù)與波長(cháng)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(gè)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(diǎn)前面已經(jīng)說(shuō)過(guò),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(huà),適合SDH網(wǎng)絡(luò ),與IP結合沒(méi)有EPON好,但目前GPON技術(shù)不很成熟。EPON:與IP結合好,可用IP電話(huà),如用固話(huà)需要借助IAD技術(shù)。目前,中國的FTTH試點(diǎn)采用EPON比較多。FTTH技術(shù)方案的采用,還需要根據用戶(hù)的具體情況不同而不同。

  近來(lái),無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)發(fā)展迅速??捎米鱓LAN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(wú)線(xiàn)接入WLAN作用戶(hù)的數據傳輸,包括:上下行數據和點(diǎn)播電視VOD的上行數據,對于一般用戶(hù)其上行不大,IEEE802.11g是可以滿(mǎn)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(shí)也可包含一些下行數據。這就形成光纖到家庭+無(wú)線(xiàn)接入(FTTH +無(wú)線(xiàn)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(jiǎn)單,因為此PON無(wú)上行信號,就不需要測距的電子模塊,成本大大降低,維護簡(jiǎn)單。如果,所屬PON的用戶(hù)群體,被無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)WiMAX(IEEE802.16)復蓋而可利用,那么可不必建設專(zhuān)用的WLAN。接入網(wǎng)采用無(wú)線(xiàn)是趨勢,但無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)仍需要密布于用戶(hù)臨近的光纖網(wǎng)來(lái)支撐,與FTTH相差無(wú)幾。FTTH+無(wú)線(xiàn)接入是未來(lái)的發(fā)展趨勢。

  1)光交換的發(fā)展

  什么是通信?實(shí)際上:通信=傳輸 + 交換。

  光纖只是解決傳輸問(wèn)題,還需要解決光的交換問(wèn)題。過(guò)去,通信網(wǎng)都是由金屬線(xiàn)纜構成的,傳輸的是電子信號,交換是采用電子交換機?,F在,通信網(wǎng)除了用戶(hù)末端一小段外,都是光纖,傳輸的是光信號。合理的方法應該采用光交換。但目前,由于目前光開(kāi)關(guān)器件不成熟,只能采用的是光-電-光方式來(lái)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(kāi)發(fā)大容量的光開(kāi)關(guān),以實(shí)現光交換網(wǎng)絡(luò ),特別是所謂ASON-自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )。

  通常在光網(wǎng)里傳輸的信息,一般速度都是xGbps的,電子開(kāi)關(guān)不能勝任。一般要在低次群中實(shí)現電子交換。而光交換可實(shí)現高速xGbps的交換。當然,也不是說(shuō),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(méi)有必要采用不成熟的大容量的光交換。當前,數據網(wǎng)中,信號以“包”的形式出現,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,數量很大時(shí),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(shí)用。如用于保護、下路和小量通路調度等。一般采用機械光開(kāi)關(guān)、熱光開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現。目前,由于這些光開(kāi)關(guān)的體積、功耗和集成度的限制,通路數一般在8-16個(gè)。

  電子交換一般有“空分”和“時(shí)分”方式。在光交換中有“空分”、“時(shí)分”和“波長(cháng)交換”。光纖通信很少采用光時(shí)分交換。

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

  光波長(cháng)交換:是對各交換對象賦于1個(gè)特定的波長(cháng)。于是,發(fā)送某一特定波長(cháng)就可對某特定對象通信。實(shí)現光波長(cháng)交換的關(guān)鍵是需要開(kāi)發(fā)實(shí)用化的可變波長(cháng)的光源,光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開(kāi)關(guān)陣列等。已開(kāi)發(fā)出640×640半導體光開(kāi)關(guān)+AWG的空分與波長(cháng)的相結合的交叉連接試驗系統(Corning)。采用光空分和光波分可構成非常靈活的光交換網(wǎng)。日本NTT在Chitose市進(jìn)行了采用波長(cháng)路由交換的現場(chǎng)試驗,半徑5公里,共有43個(gè)終端節點(diǎn)(試用5個(gè)節點(diǎn)),速率為2.5Gbps。

  自動(dòng)交換的光網(wǎng),稱(chēng)為ASON,是進(jìn)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(huì )有相當的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發(fā)展的PLC-平面光波導線(xiàn)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(gè)光電子器件。要實(shí)現FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價(jià)的和集成的光電子器件。

  日本NTT采用PLC技術(shù)研制出16×16熱光開(kāi)關(guān);1×128熱光開(kāi)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+光功率監測集成在一起;8波長(cháng)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15×7mm。NTT采用以上集成器件構成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(jìn)展。

  中國的集成光電子器件有一定進(jìn)展。集成的小通道光開(kāi)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(huì )重復如同微電子落后的被動(dòng)局面。

  二、光纖通信的市場(chǎng)

  眾所周知,2000年IT行業(yè)泡沫,使光纖通信產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規模爆炸性地發(fā)展,產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)剩。無(wú)論是光傳輸設備,光電子器件和光纖的價(jià)格都狂跌。特別是光纖,每公里泡沫時(shí)期價(jià)格為¥1200,現在價(jià)格¥100左右1公里,比銅線(xiàn)還便宜。光纖通信的市場(chǎng)何時(shí)能恢復?

  根據RHK的對北美通信產(chǎn)業(yè)投入的統計和預測,在2002年是最低谷,相當于倒退4年?,F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(chǎng)也隨IT市場(chǎng)好轉。這些好轉,在相當大的程度是由FTTH和寬帶數字電視所帶動(dòng)的。

  作者認為:FTTH畢竟是信息社會(huì )的需求,光纖通信的市場(chǎng)一定有美好的情景。發(fā)達國家的FTTH已經(jīng)開(kāi)始建設,已經(jīng)有相當的市場(chǎng)。大體上看,器件和設備隨市場(chǎng)的需要,其利潤會(huì )逐步回升,2007-2008年可能良好。但光纖產(chǎn)業(yè),盡管反傾銷(xiāo)成功,目前價(jià)格也仍低迷不起,利潤甚微。實(shí)際上,在世界范圍內,光纖的生產(chǎn)規模過(guò)大,而FTTH的發(fā)展速度受社會(huì )環(huán)境、包括市民的經(jīng)濟條件和數字電視的發(fā)展的影響,上升緩慢。據了解,有大公司目前封存幾個(gè)光纖廠(chǎng),根據市場(chǎng)情況,可隨時(shí)啟動(dòng)生產(chǎn),其結果是始終供大于求。供不應求才能漲價(jià),是通常的市場(chǎng)規律,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)達地區和小城鎮,還需要建設光纖線(xiàn)路,但光纖用量仍然處于供大于求的范圍內。

  對中國市場(chǎng),FTTH受ADSL的挑戰和數字電視HDTV發(fā)展的制約,會(huì )有所延后。目前,中國大量建設FTTH的社會(huì )環(huán)境和條件尚未具備,可能需要等待一段時(shí)間。不過(guò),北京奧運會(huì )需要HDTV的推動(dòng)和設備價(jià)格的下降,會(huì )促進(jìn)FTTH的發(fā)展。預計在2007-2008年在中國FTTH可開(kāi)始推廣。不過(guò)也有些大城市的所謂中心商業(yè)區CBD,有比較強的經(jīng)濟力量,現在已經(jīng)采用光纖到住地FTTP來(lái)建設??偟膩?lái)說(shuō),目前中國的FTTH處于試點(diǎn)階段。試點(diǎn)的作用,一方面是摸索技術(shù)和建設的經(jīng)驗,另一方面,還起競爭搶占用戶(hù)的作用。所以,現在電信運行商,地方業(yè)主都積極對FTTH試點(diǎn),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,廣播商應加快發(fā)展數字電視的進(jìn)程,并且要充實(shí)節目?jì)热莺筒扇∮懈偁幜Φ纳虡I(yè)模式。如果廣播商要發(fā)展VOD點(diǎn)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(lái)的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求。

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