3.2.8光纤通信设备和传输系统的研究与发展

爱卫生

1976年11月中旬，武汉邮电科学研究院，上海硅酸盐研究所与上海光机所联合进行了光纤传送一路黑白电视的演示试验，这是国内首次使用光纤传输电视的实验。并在当年邮电工业学大庆展览会上展示。1977年5月，中国科学院和四机部在桂林联合召开了激光通信机研制工作协调会，首次提出了在1980〜1985年间开发光纤通信的初步规划。1977年6月，研制出了采用半导体激光器的6.144 Mbit/s数字光纤传输系统，于1977年8月参加四机部“全国工业学大庆展览会”展出，这是中同首次公开展出的光纤通信试验样机。

随着技术的进步，光纤通信系统依次经历了PDH、SDH、WDM、MSTP等发展时代，并且信道速率不断提高，传输波长不断增加与传输分组化智能化协同发展，将中国光通信应用水平在2005年推向了世界的高峰。

1978年，中国恢复招收硕士研究生，在首批招生的单位中，北京邮电学院、邮电部邮电科学研究院和武汉邮电科学研究院均设立了光纤通信专业，这是中国最早的光通信专业设置。

(1)准同步数字体系光纤通信系统的发展

1978年，邮电部9所研制了120路数字复用设备，20世纪80年代初，邮电部5所还曾研制微同轴120路数字传输系统在秦皇岛进行试验。但数字技术与具有巨大带宽能力的光纤通信技术结合才得到发展。1980年，邮电部和国家科委联合下达由武汉邮电科学研究院牵头承担武汉准同步数字体系（PDH）8.448 Mbit/s光缆通信实用化工程任务，武汉邮电科学研究院负责系统总体，并提供工程用全部光纤、光端机与光中继机、光纤测试仪器、仪表，同时吸收邮电部5所、502厂、515厂、519厂、郑州设计院、第三工程公司等10多家单位参加，分别承担相关任务。由于限于1982年完成，故简称“82工程”。该工程是一个市内电话局间中继工程，传输速率为8.448 Mbit/s，传输容量为120个市话话路，中继距离是6km，整个线路长13.3km,跨越长江、汉水、贯穿武汉三镇，连接四个市话分局。1982年12月31日，中国光纤通信第一个实用化系统——“82工程”按期全线开通，正式进入武汉市市话网试用，从而标志着中国开始进入光纤通信时代。该工程获得湖北省科技成果一等奖，1985年又获邮电部科技进步一等奖和国家“六五”攻关表彰奖。同期，在上海电缆研究所和邮电部五所等分别在上海和北京都开展了类似的现场试验。

此后，国家科委和邮电部决定利用“82工程”的基础上，同时建立长、短两个波长的34Mbit/s(三次群）480路光缆通信实用化系统，简称“82延伸工程”。1983年年底建立的长波长的34Mbk/s(三次群)480路系统是中国首个长波长光缆通信实用化系统。1985年，长波长34Mbit/s光纤通信实用化系统获国家技术进步二等奖和邮电部科技进步一等奖。

在“82工程”正式进网使用和鉴定后，国内北京、沈阳、南京、杭州、广州等10多个大中城市纷纷要求在本市应用推广光纤通信，掀起中国通信史上第一次使用光纤通信新技术的热潮。武汉邮电科学研究院相继在北京、石家庄、哈尔滨、广州等四个城市开通了试点工程，邮电部决定在“七五”期间再在更大范围内应用推广。“82工程”的建成，是中国光纤通信发展史上的一个重要里程碑，标志着国产光纤通信已由基本技术的准备阶段，发展到实用化、定型生产和应用推广阶段，光纤通信由科研成果转化为现实的生产力。

汉荆沙工程于1987年12月建成，1988年6月通过邮电部鉴定验收。速率为34Mbit/s，它是中国第一条全国产化省内二级长途干线架空光缆通信工程。扬高工程于1987年11月开工，1988年4月竣工，1988年9月1日通过邮电部鉴定验收。从江苏省扬州市到髙邮县，由长776km的8芯单模架空光缆构成，速率为34Mbit/s，它是中国第一条全国产化长波长单模架空光缆通信工程。同期，邮电部五所研制完成了成都一灌县工程。

汉南工程于1988年1月开工，6月18日竣工。从武汉市汉阳区到汉南区，由长35km的4芯单模架空光缆（其中包括900m水线）构成，速率为140Mbit/s市话中继线。1989年1月通过邮电部鉴定验收。它是中国第一条全国产化140Mbit/s单模架空光缆通信工程。1990年5月，武汉邮电科学研究院完成了苏州一嘉兴一杭州光缆工程，这是中国首个国产的省际一级干线光纤通信工程。

由武汉邮电科学研究院和邮电部5所等承担的合芜工程于1990年年底竣工，1991年5月6日通过邮电部鉴定验收。同年，获邮电部国家“七五”重点科技攻关项目一等奖。从合肥市到芜湖市，由长146km的12芯单模直埋光缆（含芜湖过长江水线光缆一条）构成，速率为140Mbit/s。它是中国第一个140Mbit/s国产省内二级干线直埋单模光缆通信系统。1993年，京汉广架空光缆通信工程开工，是中国也是世界上最长的架空通信线路。连接6个省、市，对疏通全网电路、加速经济发展作出了贡献。

武汉邮电科学研究院毛谦负责的上海一无锡565Mbit/s光缆通信试验段工程于1993年5月召开了鉴定验收会，它是中国第一条全国产化565Mbit/s单模光缆通信丁_程。该工程打破了“巴统”的技术封锁，对巴统的解散起到一定的推动作用。

为了适应光信号在光纤中的传输和维护管理的要求，武汉邮电科学研究院毛谦等在国内率先进行了光线路码型研究，在对mBnB、mBlP、mBlC、mBlH等各种帧结构研究的基础上，提出了mBIH方案，最典型的是1B1H码，解决了PDH系统在中继站上下话路(区间通信）和网络管理的问题，得到广泛应用。这类帧结构的构思和后来SDH所采用的帧结构构思不谋而合，至今仍有使用。为适应光纤通信系统网络管理方面的需要，武汉邮电科学研究院在国内率先研制成功“长途干线光缆通信监控系统”，能在业务不中断的情况下，对系统进行自动监控；根据用户需要，完善了光纤通信系统屮的监控技术，实现对所有光电设备多方向、跨数字段的监控和管理。超大规模集成数字复用设备是大容量髙速率数字光纤通信的关键设备，国际竞争激烈，西方又对中国进行严加封锁，武汉邮电科学研究院在国内首次研制出WG系列（包括基群到四次群）通信专用超大规模集成电路，为中国通信市场提供了关键技术和关键产品，为中国整机赶超国际先进水平提供了技术基础。

(2)同步数字体系光纤通信系统的发展

1988年，CCITT正式发布了同步数字体系（SDH）的第一套建议G.707,0.708和G.709。1991年，邮电部5所在国内最早研制出SDH设备科研样机，1993年，组织了邮电部5所、中国邮电工业总公司、眉山通信设备厂、重庆通信设备厂、上海通信设备厂和广州通信设备厂参加，先在成都、后在重庆地SDH产品的大会战。会战队由电信科学技术研究院副总工邬贺铨和邮电工业总公司副总工髙全斌等组织协调，1995年10月包括622Mbit/s和155Mbit/s的ADM中继器和中文界面网管，全部按照生产丁.艺和检验程序要求研制的设备共18个机架，联成系统。此项目属于国家计委“八五”攻关、国家科委的“863”、邮电部的重点科技项目、国家经贸委的重点技改项目，通过由邮电部组织的鉴定。专家组认为达到20世纪90年代初国际水平。“863”专家组评定该项目成果为Aa级。此后该项目获国家科技进步二等奖。上述产品当年组成中国首条国产SDH设备光通信线路成都一西昌一攀枝花工程，次年用于南京一杭州一级干线工程。

1996年，武汉邮电科学研究院的“2.488Gbit/sSDH高速光纤传输系统”（STM-16)、“SDH单元级网管系统（SEMS1.0)”等五项研究成果通过邮电部主持的鉴定会，2.488Gbit/s系统属国内首创，1998年7月，2.5Gbit/sSDH海口一三亚光纤通信工程进行鉴定验收。工程由海南省海口经万宁至三亚全长322km，其中海口至万宁再生段全长172km，是当时国内最长跨距的再生段线路。这一工程是中国第一个使用国产2.5Gbh/sSDH光纤通信设备、增强型光纤放大器的实用化工程。1998年，武汉邮电科学研究院承担的国家“863”计划项目“10Gbit/sSDH时分复用实验系统”顺利通过“863”专家组的验收。系统在两段80kmG.652光纤上传输，采用了光纤色散补偿技术，光接口参数和系统的功能符合G.691和G.681的要求。

2000年开始，以中国电信和中国联通为代表，开始广泛在骨干传送网上采用SDH超长fl愈环技术，在2000〜2006年时间段，SDH自愈环是骨干网、省内网甚至城域网的最重要的组网方式。2001年，以华为技术有限公司、烽火通信科技股份有限公司为代表的多光接口2.5Gbit/sSDH系统成熟并在国内大规模应用，国内SDH的产品竞争力开始与国外产品相当。2002年，华为技术有限公司STM-64速率级别的新一代MADM光传输系统获得国家科技进步奖二等奖。

2001年，ITU通过了(1动交换光网络ASON标准，国内制造商开始研发ASON设备，由国家高性能宽带信息网专项（3TNET)支持的华为技术有限公司、烽火通信科技股份有限公司大容量智能光交换系统率先在智能光交换领域实现组播和突发业务申请(BILNI);结合运营商实际应用，创新实现了智能业务弓非智能业务的转换。

2001年2月，武汉烽火网络有限责任公司与美国Agilent公司合作，开发出符合X.85和X.86标准的芯片（170万门规模），Ethernet over STS-3c/STM-l主要用于城域网多业务传送平台（MSTP)，这是在硅谷诞生全球首款MSTP芯片。2002年，基于SDH的多业务传送MSTP技术（又称为新一代SDH)标准问世，使得SDH也能支持分组业务，适应了业务分组化的大趋势。2002年9月上述两公司又合作开发出第二款符合X.85和X.86标准的芯片（800万门规模），主要用于城域网多业务传送平台（MSTP)，X.85和X.86已被美国ANSI和美国城域以太网论坛引用，用X.85和X.86标准开发设备的厂商如美国Appian、ANDA、Transwitch、Agilent、日本Fujitsu、NEC、韩国LG等，中国电信、中国联通、中国网通、中国移动的网上有多条线路运行X.85和X.86标准。2003年中国电信主导国内外16个厂商的MSTP互通测试成功，实现了基于GFP映射的多厂商互通，从此MSTP建设进人了规模建设时期，可以支持以太网交换和接口的MSTP全面代替了传统SDH。SDH技术的发展进人了MSTP时代，华为技术、烽火科技、中兴通讯基本垄断了国内市场并走向世界。2006年中国电信在骨干网上引入了30个节点的ASON网络，中国联通也建设了类似网络，但是由于各种原因，ASON网络规模并没有扩大，其业务恢复功能的特点也并没有得到充分发挥。但是2006年开始，许多城域网、本地网使用了ASON设备并开启了控制层，并取得了良好效果。

2009年1月9日，由毛谦负责的“40Gbit/s SDH(STM_256)光纤通信设备与系统”项目获2008年度国家科学技术进步二等奖。该项目是国家“十五”科技攻关项目，由武汉邮电科学研究院，信息产业部电信传输研究所，西安邮电学院，中国电子科技集团第55所，光纤通信技术和网络国家重点实验室（筹）等五家单位共同承担。采用自主创新技术，攻克了STM-256成帧、超高速信号处理、超高速光传输等方面的技术难题，成功开发世界上第一套符合1丁沙丁标准STM-256帧结构的40Gbit/sSDH设备，实现了在常用G.652和G.655光纤上链形和环形拓扑560km远距离传输。可以将单通道容量提高到目前商用主流lOGbit/sSDH系统的4倍，成为当时能够商用的最高速率系统。该技术的突破使中国站在了国际光通信的前列。

(3)密集波分复用光纤通信系统的发展

1995年，北京大学研制并在广州至深圳实验了4X155Mbit/s波分复用系统。1996年12月27R，邮电部5所与清华大学、邮电工业总公司合作研制在国内首次完成了4X2.5Gbit/s密集波分复用（DWDM)实验系统在北京通过技术鉴定。1998年9月，按国家“863”计划要求完成样机，并完成了广州至汕头试验工程。整个系统包括两个波分复用终端,三个光放大中继，监控通道，网元管理，公务电话齐备。实现3X120km的密集波分复用光纤传输。同期，武汉邮电科学研究院、北京大学、清华大学、邮电部5所、华为技术有限公司先后进行了DWDM技术传输实验或者建设试验工程。

1998年，武汉邮电科学研究院在济南一青岛462km线路上建成20Gbit/s(8X2.5Gbit/s)试验工程。1999年1月，通过由信息产业部、国家经贸委、国家科技部等部委组织的鉴定认为该系统设备技术性能达到了20世纪90年代后期国际先进水平。济南一青岛工程是当时中国第一条采用国产DWDM系统设备建设的国家一级干线工程，它标志着8X2.5Gbit/sWDM传输设备完成了从科研到商品的转换过程，达到了国际商用先进水平。

1998年，中国电信开始大规模建设DWDM系统，开始采用的是16X2.5Gbit/s系统。1999年，32X2.5Gbit/sWDM系统开始商用化并得到应用，国内制造商也同步达到国际水平。2000年，随着中国电信10Gbit/sSDH超长复用段环的建设，以lOGbit/s系统为基本速率40X10Gbit/sWDM系统开始在骨干网和省内网广泛应用。

2001年“863”宽带网专&全光网OXC、OADM设备与网管系统按要求完成国家高速信息示范网工程现场的多厂家设备互联互通，项目研制过程中形成的技术为全光骨干网设备研制、城域网系列设备研制、OTN节点设备、自动交换光网络（ASON)等研究项目提供了技术积累。

2002年，国内第一套1.6Tbit/s(160X10Gbit/s)DWDM系统在武汉邮电科学研究院诞生。2004年，涵盖C波段和L波段的160波10Gbit/sDWDM系统成熟，DWDM系统波长间距从100GHz减少到50GHZ。但考虑到L波段的光器件稀缺并且成本昂贵，网上主要采用的是C波段的80X10Gbit/s系统；由于国内厂商在这类设备性价比上的明显优势，华为技术、烽火科技、中兴通讯等占据了大部分国内市场。

2005年，作为国家“863”高性能宽带信息网专项（3TNET)子项目，烽火科技国产超大容量3.2Tbit/s(80X40Gbit/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，表明中国在超髙速率、超大容量光传输上取得了突破，达到当时世界商用最髙容量。2009年起，由于互联网业务流量的迅猛增长，中国电信骨干传输网开始规模采用性能更好的基于RZ-DQPSK格式的80X40Gbit/sDWDM系统。

(4)光进铜退及光纤到家发展

光纤到家（FTTH）并不是一种新观念。FTTH已有30年的历史，前两次发展机遇全都由于成本太高，缺乏市场需求而夭折。由于技术的进步、某些国家的宏观信息社会发展政策和电信监管政策的驱动，2004年起，FTTH进人了第三次发展机遇期。目前，FTTH技术主要包括点到点有源光以太网接入技术和点到多点的无源光网络（PON)技术。相比较而言，PON技术的标准化程度高，业务透明性好，可以节省OLT(光线路终端)光接口和光纤，系统扩展性好，便于维护管理，是FTTH的主要实现方式。

1995〜1997年，武汉邮电科学研究院开发了窄带PON系统，实现系统商用。其主要技术特征是采用点到多点的拓扑结构，来提供PSTN和TDM业务。但由于技术复杂且成本昂贵，并没有获得广泛应用。

2001年3月，烽火科技完成了国家“863”计划“全业务接人系统”即APON的研究项目，并通过了专家的验收。2002年，烽火科技和华为技术等相继开发了相应产品，但是考虑到ATM网络建设基本停滞，APON技术在国内基本没有采用。

2002年4月至2003年12月，烽火科技承担的另一个“863”项目“基于千兆以太网的宽带无源光网络（EPON)”实验系统完成。2007年9月，该项目获湖北省科技进步一等奖。2005年4月14日，由烽火科技承建的FTTH商用试点——武汉电信紫菘小区FTTH工程成功开通。为FTTH的规模应用和推广提供了宝贵的借鉴。2004〜2008年，烽火科技、中兴通讯、华为技术的EPON产品先后投放市场，广泛服务于国内各地运营商和专网用户，在网装机容暈超过1000万线，产品经历了规模商用的实践检验。截至目前，应用范围遍及全国30余个省份。

2005~2007年中国电信牵头的多芯片厂家和多设备厂家联合团队率先在国际上首次实现了EPON设备的芯片级和系统级互通，有力地推动了设备的成熟和价格的大幅度下降。2007年起，国内固网运营商已经开始大规模应用EPON技术。

GPON技术是在APON/BPON技术基础上发展起来的，具有更高的速率、某些更好的性能、多业务支持能力和电信级管理能力。GPON技术受到欧美运营商的青睐，成为欧美FTTH主要实现技术，但是目前市场规模还难以和EPON相比，技术上还不够成熟，互操作还没有解决，应用经验不足，目前尚末大规模应用。

EPON和GPON今后都会向更髙速率的10GEPON和XGPON方向发展。目前国际标准组织已经开始了标准的讨论和制订工作。其中对称速率10GEPON的标准2009年9月已经完成，一些非对称速率10GEPON系统已经在网络上开始应用。ITU于2009年10月份也完成了XGPON的物理层规范，预计2011年能够完成系列标准化进程。

WDM PON在技术上有一定优势，它为每个ONU分配一个波长，不同用户间不会共享信息，并且能够透明传输各种协议的所有业务流，满足未来很长时间的带宽需求。但是技术还不成熟，尚未制定标准，并且对光器件的要求非常髙，系统实现的难度大、成本高，因此目前还处于实验阶段，在短期内不会成为主流FTTH技术。