中国光纤通信实践超摩尔定律

    30年前，改革开放的春风吹遍神州大地，也促使中国的光纤通信开始了跨越式的发展。30年来，中国的光纤通信产业实现了从零到规模宏大的转变，目前已形成了从光纤光缆、光电器件到系统与网络的产品品种齐全、材料和设备配套的产业体系，光纤光缆用量和网络规模均位居世界前列。2005年，国产超大容量(80×40Gbit/s)传输设备在中国电信所属的上海和杭州之间的光传输线路上开通，且实现了稳定运行，表明我国在超高速率、超大容量光传输上取得了全面突破，达到世界最高的商用水平。

    30年来光纤通信的传输容量以超摩尔定律的速度迅速发展，不仅满足了当代信息社会对传输带宽日益增长的需求，而且对整个信息通信业产生了重要而深远的影响。联合国“1999世界电信论坛会议”副主席约翰·罗斯在论坛开幕演说时表示：“光纤通信容量每9个月会增加一倍，但成本会降低一半，比晶片变革速度的每18个月还快。”按如此疯狂的速度发展，光网络注定会在世界范围的电信基础结构中扮演极其重要的角色。

    任何一项新技术的生命力都离不开市场需求的驱动和技术本身进步的推动。光纤通信正是在信息社会对传送网络带宽和容量的巨大需求的驱动下，实现了技术上的不断发展和变革，从而在应用中获得巨大成功。回顾中国光纤通信的发展历史，从理论研究、科学实验、波长光纤通信发展和部署，到后来DWDM光纤传输系统大规模应用和光网络蔚然兴起，光通信在我国经历了从无到有、不断壮大的过程。

研究工作探路

    我国光纤通信的研究工作起步并不是很晚。在国际上，1970年低损耗光纤和室温条件下连续工作的半导体激光器的研制成功，拉开了光纤通信大发展的序幕。在20世纪70年代初，中国的一些研究院所及高校，如中科院硅酸盐所、电子部23所、邮电部邮科院、机械部上海电缆研究所、北京邮电大学、上海交通大学、上海科学技术大学等在叶培大院士、张绪院士和黄宏嘉院士等老一辈开拓者的带领下，开展了石英系光波导纤维的理论和实验研究工作，在光纤传输理论、光纤光缆和光电器件的研制方面取得了可喜成果。但由于十年文化大革命的影响，在那个时期，我国光纤通信的发展速度不快，与国际上的差距在拉大。1976年，工作在0.85μm波长、速率为44.7Mbit/s的多模光纤通信系统在美国亚特兰大的地下管道进行了现场实验和全面性能测试。1977年，美国芝加哥的两个电话局之间（相距7公里）开通了世界上第一个商用光纤通信系统，标志着光纤通信开始进入商用化阶段。1977年，武汉邮科院拉出中国第一根工作在0.85μm的多模光纤，开始了第一代多模短波长光纤通信系统的研究。

单波长光纤部署

    30年前改革开放的政策给科技工作者极大的鼓舞，我国光纤通信业开始加速发展。在那个时期，“巴黎统筹委员会”（简称“巴统”）对我国进行严密的高新技术封锁，中国的科技人员通过奋发图强，自主创新，攻克一个又一个的难关，推动我国光纤通信快速发展。1979年，北京和上海建成了用于市话的光纤通信试验系统；1982年，我国建立了国内第一条8Mbit/s的光缆市话通信工程。随着对传输带宽需求的不断增长，34Mbit/s、140Mbit/s、565Mbit/s的光终端机和中继设备相继研制成功。国产光电器件的性能不断完善，光纤通信系统的速率不断翻番，并迅速在我国的通信网中获得应用。原邮电部于1988年开始了八纵八横通信干线光纤工程的建设，1989年第一条1920路（140Mbit／s）单模光纤长途干线在合肥、芜湖间建成开通。1990年宁汉光缆干线工程建成投产，全长2400公里。1991年，我国停止建设长途电缆通信系统，做出大力发展光纤通信系统的决定，使我国的光纤通信在20世纪90年代一直保持着高速发展的势头。

    20世纪80年代和90年代前半期，光纤通信完成了两个重要转变。一个转变是由短波长的多模光纤通信转向长波长单模光纤。1.3μm的单模光纤通信具有更低的损耗和零色散，可以承载大容量信息，传输距离更长，因而获得迅速发展。由于光纤在1.55μm波长的损耗最低，所以，从20世纪90年代初开始，光纤通信又向1.55μm波长发展，采用了色散位移光纤、分布反馈激光器等先进技术实现大容量、长距离的信息传输。

    另一个转变是光纤通信由准同步系列（PDH）转向同步系列（SDH）。SDH不仅提供了全球统一的速率等级、帧结构和光接口，而且提供了强大的组网能力。国际上SDH设备的成熟时期正赶上我国光纤骨干网的大建设时期，所以在我国开始大量应用。我国于1988年开始着手研究SDH设备，第一套SDH设备在1995年10月的日内瓦第七届电信博览会上亮相。1996年，国产2.5Gbit/s速率的SDH设备研制成功，从而开始了用国产SDH设备建设我国光纤通信基础设施的尝试。

DWDM大规模应用

    20世纪90年代中后期，数据业务量爆炸式增长，如何有效增加传输带宽成为业界最关注的问题，在这种需求的驱动下，DWDM技术应运而生。

    促使DWDM迅速发展的另一因素是掺铒光纤放大器（EDFA）的问世并迅速实用化。EDFA的高增益、低噪声使其成为最理想的中继光放大设备，若能将多个波长的WDM信号集中在EDFA的有效带宽内同时放大，便可以以较低的成本和简单的结构实现大容量信息的长距离传输。DWDM技术可以几倍、几十倍、几百倍地提高单根光纤的传输容量，使得DWDM+EDFA很快成为光纤通信产业最亮丽的风景线。

    经过10余年的努力，中国的光纤通信产业已大大缩小了与国际上的差距。AT&T于1996年3月建立了世界上第一条8通道的DWDM实用化系统，1997年我国第一套4×2.5Gbit/s系统在广州-深圳间一级国家通信干线上进行了试运行。1998年，我国首次研发成功８×２.5Gbit/s的DWDM系统，并于1999年建成济南-青岛DWDM国家一级干线工程。进入21世纪后，在国家863项目的支持下，我国自主研发的160×10Gbit/s、40×40Gbit/s的超大容量、超长距离（5000公里以上）传输设备均获得成功。2007年中国电信启动了1.6Tbit/s的DWDM国家一级传输干线项目的建设，连接上海、江苏、广东、湖北、江西、安徽等省市。国产DWDM设备不仅在国内市场站稳了脚跟，而且大量出口，远销国外。

光网络蔚然兴起

    信息社会对带宽与容量持续增长的需求和传输容量的极大提高，必然给交换节点带来巨大的压力，同时也促使交换领域发生变革，开始引入光子技术。20世纪90年代中期，WDM光网络已经蔚然兴起，全光网的研究与实验成为热点课题。全光网是指信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生和交换/选路，中间不经过任何光电转换。然而，由于光信号固有的模拟特性，同时，近期在光域内很难完成3R中继功能（即重新定时、整形和放大），因此，人们逐渐淡化全光的目标，转而用“光传送网”来代替。在上个世纪末和21世纪初国际上建立了多个实验网，如美国MONET、NTON、WEST和ICON，欧洲的PHOTON、OPEN、METON等。1996年中国开始了全光通信网的研究，并于1998年分别在北京和上海研制成功全光试验网，2001年建成“中国自然基金光英特网”（NSFCNet）和“中国高速信息示范网”（CANORNET）。

    进入21世纪，IP业务流量的自相似、突发、多变、不对称等特点在通信网中表现日益突出，网络运营商不仅要解决带宽问题，还需要提升网络功能，赋予网络智能，这推动了自动交换光网络（ASON）的发展。ASON最早是在2000年3月由ITU-T的Q19/13研究组正式提出的，是能够智能化、自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网，通过控制平面的自动发现，信令、路由和链路资源管理机制实现连接的自动建立和删除，并支持各种新业务的开通。

    我国在2002年由产学研联合开展了ASON的研究，于2005年在上海和杭州建成3TNet（Tbit/s路由、Tbit/sASON、Tbit/sWDM）示范网，拥有2.8万个用户，为每个用户提供40Mbit/s的带宽，传送1路高清电视、2路标清电视和9Mbit/s的数据带宽。2005年后，国产ASON设备在中国电信、中国网通、中国铁通等运营商的网络上也开始了规模应用。

超大容量超长距离继续主导未来走向

    回顾改革开放30年，光纤通信实现了跨越式发展，成为我国高新技术中与国际水平差距最小的领域之一，为通信网络提供了难以想象的传输带宽，成为信息网络最主要的传输手段。在基本满足了传输带宽需求并提升了网络智能后，光纤通信进一步的发展方向可能有如下几个方面。

    第一，持续向超大容量、超长距离光传输发展，向支持光域交叉连接和分插复用的光传送网/ASON发展。业务流量的持续增长使得我国信息通信网核心节点的交换容量在3～5年后达到Tbit/s量级，增加光交换层、缓解电交换的压力势在必行。

    第二，光与无线网络的融合。RadiooverFiber已成为热点研究课题，并由此诱发了新兴交叉学科“微波光子学”的发展。用各种先进的微波光子学技术解决无线通信向超宽带发展中的信息传送问题已引起业界的普遍关注。

    第三，基于电路交换的光网络向分组交换逐渐演变。随着数据业务的爆炸式增长，整个信息通信网络由电路交换向分组交换的趋势日益明显，光网络也不例外。融合了传送网的健壮性（很强的OAM功能）和分组交换灵活性的分组传送网解决方案（如T-MPLS、PBT等）已在国内引起关注，对100Gbit/s光以太网、光突发交换网（OBS）、光分组交换网的研究也已开始。

    第四，各种支撑大容量信息超长距离（无电中继）传输的新技术、提高频谱利用率的新型调制格式、各种基于高速DSP的电域补偿技术等也成为业界关注的前沿研究课题。这些课题的研究必将把光纤通信的质量和效率推向更高的水平。