光纤通信七大趋势
Joshua Israelsohn
最近举行的研讨会和商展上的信息标明，光纤通信的种种趋势揭示了导致市场庞大关系的技术相互依赖性。
要点
● 没有一种生长趋势能恰如其分地描述目今光纤通信技术的生长，近期生长重点将仍然主要是MAN技术。
● 数据通信业务量继续急剧增长。可是通信业务量漫衍模型明显地不均匀，从而导致某些地区通信业务密度很大的花样。这种花样会随着无线局域网和民众热点的普及而变得更明显。
● 差别种类的设备汇聚于10Gbps节点。抵达这个数据速率的与协议无关的技术可能对技术开发者、业务提供者和终端用户都有益处。
● 尽管市场的恒久低迷，供应商却一直积极地开发庞大的光纤新技术，其中包括新的VCSEL器件和MOEMS信号处理器。这些领域的生产工艺均已成熟，器件也逐渐显现出稳定的性能。
经历我们行业历史上整整两年最严重低迷之后，今年举行的一系列研讨会和商展的加入者稀稀拉拉，无论是供应商、客户、院�Ｕ站缮桃得教�，人们都有一个配合的特点：就像口干舌燥的沙漠中的迷途者一样，与会者都渴望这个久不景气的市场能泛起哪怕是一点点好消息。他们以混杂着乐观和怀疑的心情看待种种正面消息，因为他们试图把行业即将苏醒的迹象与纯粹的理想区别开来。
在这种情况下，空洞而无伤大方的问题饰演着毫无凭据的重要角色。已往几年，商贸运动的加入者总是问"有没有重大事件爆发？"，业外的朋友则以同样的口吻问"进展怎么样了？"，这只是简单的程式化交际和开始普通谈话的话茬，而并非真正的质询。相比之下，今年有许多人曾请教我一些实质问题，并且看来他们是在很认真地寻找谜底。
不过，我简直考虑过七种趋势，并且也想到七种趋势配合描绘出我们行业的一幅有趣景象。
如果你希望你的世界被描述得一清二楚，而描述主题又按相互正交的影片盒安排，那么这一市场就不适合你。无可否定，很少有那样安排的。大大都的光纤通信生长趋势都基于种种技术影响、地区影响、标准影响、规章影响、效劳和通信业务种类等相互关联的因素，并且哪一个因素也不是静止稳定的。关于我们中间那些宁愿关注技术的人来说（这就像是在馅饼上咬了足以满足食欲的一大口），没有对相关问题的起码了解，简直就不可能理解使产品和技术生长的动力。
那么接下来，就绝非是一个Dave Letterman作风的前10名的排行榜。这个行业内没有什么工具只涉及一个方面（但这并不料味着Letterman自己就是只涉及一个方面的）。不过，我曾试图先列出那些似乎能最广泛推动技术生长及其被接纳速度的趋势。然而，组织这些明显趋势及其相互关系的多次实验，迫近一个循环的模型，其中，技术基础设施是证明其投资合理的连续通信业务量水平的先决条件；通信业务量水平取决于客户方设备的普及水平；这又取决于硬件和软件的价格和实用性、具有吸引力的收费标准和通信业务量的生成因素；而这些又需要基础设施与技术以合理的期待时间处理通信业务。
这也许会把你搞糊涂了。
这也许还会使为某些可能最有影响力的趋势获取可靠数据的任何企图落空。虽然趣闻轶事般的证据不可能取代可靠的统计数据，有关的时间常数--那些行业动态的时间常数和有关收集、剖析和呈送统计数据的时间常数--也并非总能带来实时的新数据。另一方面，舆论的评价虽然可能较为模糊，但能给出实时而又公认的定性描述。别的，虽然商业中心能轻易地比较销售数字，但这种统计数字不可直接说明两种取代技术间的竞争情况以及新兴标准带来的影响。技术中心也许会遇到同样的竞争情况，但必须面对这样一个事实：许多竞争者以差别的时间表进行开发，犹如涨落阶段差别的潮汐。例如，宣布的数字如不考虑如下情况，就会爆发误导：某个给定功效的本钱可能会相差一个数量级以上，相差水平视许多应用细节和实现细节而定。
作者收集了以下趋势，这是2002年11月慕尼黑电子集会、2003年2月旧金山ISSCC（国际固态电路集会）、特别是2003年5月至6月亚特兰大OFC（光纤通信集会）和Supercomm集会的结果。作者还加入了许多集会，与物理层及相关技术主要供应商进行了一系列交流。
趋势1－数据的供求
从20世纪90年代初以来，全球向信息密集的事情方法和生活方法的转变，推动了光纤行业的生长。在此之前，数据处理资源的性能开始有可能实现种种各样的应用，而所需本钱对公共市场很有吸引力。在很洪流平上能使现代大规模数字通信网络得以实现并爆发对其需求的漫衍式盘算资源这一看法并没有促成数据传输技术方面直接并行的构建。因此，除了一些值得注意的特例之外，与其说种种应用可能受盘算资源缺乏的限制，倒不如说受输入输出的束缚。这个显著特点与以前几十年盘算资源的速度缓慢和价格腾贵形成了鲜明比照。以前几十年的数据密度比较稀疏，应用领域也在很洪流平上局限于由一个或仅仅几个CPU和数据存储器支持的LAN（局域网）。
在近10年内，数据客户的数量急速增长。从模拟方法到占主流通信模式的数字传输方法的转变将历来伶仃而又不相关的系统转变为可能共享同一网络的"效劳"。因此，譬如说，有线电视效劳提供商可以通过古板的线路末端的电器，如电视机、电脑、手机提供视频效劳、互联网效劳和电话效劳。这些电器在某种水平上起着专用数据终端设备的作用。甚至种种终端设备之间的差别也开始变得模糊不清，因为任何人都可用当今一代手机读电子邮件、拍照和打电话。最终用户现在能够在任何时间，从险些任何地方使用种种效劳。在用户只会见的数据只有一部分来自PAN（个人网）或LAN数据存储器的情况下，越来越大的数据流必须经由基于光纤的公用网。
到1998年底，公用网中的数据通信业务量凌驾了电话通信业务量（参考文献1）。今后，互联网通信业务量的增长率从每年45％上升到100％。这种增长率与报刊上神话般夸大的每季度甚至每100天通信业务量翻一番的报道（参考文献2）--这些报道甚至使最虔诚的Mooresian也汗颜--形成比照。
虽然声名狼藉的"网络"泡沫对金融市场爆发了短暂影响，但数据通信业务量却泛起出一种稳定得多的趋势。然而，正如简单的均匀漫衍模型所标明的，通信业务总量的增长并没有直接带来相应的主干网带宽需求的扩大。相反，凌驾半数的万维网请求都只以预计总共20亿个网站中的头1000个为目标。大型互联网效劳提供商都保存万维网缓存效劳器来处理他们所接收的数量庞大的数据请求。这种效劳战略实际上爆发了许多差别地区的镜象网站，导致相当部分的互联网通信业务量欠亨过主干网，而是通信业务量的爆发和终止都在同一网络之内（参考文献3）。
图1 如果目前的增长趋势继续下去，则到2005年底，长距通信业务量将抵达10×1018字节/月。
这种花样关于光纤接口技术来说有几种寄义。远程通信业务量实际一直在增长，约莫每年翻一番，2002年12月预计抵达每月100×1015字节（图1）。纵然如此大宗的通信业务量也没有反应出MAN（城域网）环路必须容纳的总通信业务量。所以，虽然均匀漫衍模型预测出主干网带宽远不可满足需求，但实际上瓶颈更可能泛起在城域网环路上（参考文献4）。
趋势2－接入到接入
如果凭据以美国或欧洲为中心的视角来看，则对光纤接口设备的需求似乎并不很紧迫。事实上，我所采访的所有物理层供应商都说中国正在进行的基础设施建设是他们最重要的增长时机�；诽窖笄蚱渌胤浇尤肷璞傅母略谕ㄐ旁钠溆嘞鄱钤龀ぶ姓己艽蟊戎�。一个说明接入需求增长的例子证明远东地区网络蒙受着种种压力。几个加入近期商展的芯片制造商将他们所有的VDSL销售运动都归功于远东市场。单简单家供应商报导说，VDSL在韩国以每月10万件的连续速度替代ADSL调制解调器。以人口比例盘算，那个供应商用VDSL替换ADSL技术的速度比在美国接纳ADSL和基于电缆的数据业务的总速度还要快（参考文献5）。虽然ADSL和电缆业务都不直接接纳光纤链路，他们却有助于指明趋势，因为基于铜线的"最后一英里"技术所增进的通信业务要使用光纤技术主宰的MAN中的网络容量。
来自eMarketer公司的有关10个国家和地区上网技术安排率的数据被一份美国商务部报告所引用，该报告凭据上网家庭和宽带上网家庭所占的百分比将美国排在第六位（参考文献6和7，表1）。有意思的是，虽然在报告中居前六位的国家和地区的上网率相差不大--为52% ~ 62%，但宽带上网率却相差很大：韩国是52%（排名第一），而美国是10%�；痪浠八�，91%的韩国上网家庭都使用宽带"最后一英里"技术，而美国上网家庭中只有20%这样做。韩国的家庭比美国少1/3。不管这两个市场的相对规模如何，看来在没有迹象标明美国宽带安排花样爆发悬而未决的变革情况下，美国市场无法推动技术公司的战略计划。对提供光纤接口供应商和最后一公里铜线技术供应商的采访加深了这个印象；他们中没有人相信这种变革即将来临。各个供应商，从半导体制造商到大系统集成商，实际上都认为目今美国的治理情况是非同轴电缆"最后一英里"宽带技术应用的主要障碍。商务部的数据证实美国宽带技术的低接纳率并不是因为缺少需求。
除了几条线路之外，虽然目前升级至MAN成了公共网增强事情中值得注意的二部分，可是在美国，这样的运动大多是为了降低运营本钱，而不是为了大大提高容量。MAN环路正在扩展地区并随之扩大单程效劳长度的需求，这是一种为全世界通信公司的目的效劳的趋势。例如一年前，为MAN业务提供光纤�？榈拇蟠蠖脊┯ι�，他们所报出的最大单程效劳长度为40公里。2003年3月在亚特兰纵�行的光纤集会上，光纤�？楣┯ι桃话愣急ǔ�80公里单程效劳长度；能抵达100到120公里并因此取消中继器成了供应商吹捧的资本。
趋势3－位速率的汇聚
10Gbps节点作为一种最有效的节点在继续生长，因为在这种节点上，许多在其他方面基础差别的高速通信设备的要求都搜集在一起。OC-48节点与非电信中心业务，如千兆以太网和光纤信道，险些没有什么通用性。可是，城域网焦点及边沿、企业主干网和大型SAN均可利用标记着重要技术里程碑的收发器芯片组：芯片厂商已开发出能满足SONET颤抖要求的、利用CMOS工艺的低本钱和巨大生产能力的10G业务的电路和设计规则。增强信号捕获功效的计划，例如自适应CDR（时钟和数据恢复），有利于赔偿非协议特定的信号劣化，如色散和衰减（参考文献8）。
10Gbps收发器的TAM（总体可用市�。┖苄�，不可形成采购和�？樯墓婺＞�。可是，将通例技术用于数种设备的能力确实能使�？楹托酒楣┯ι淘诘缏飞杓乒こ毯蜕ひ湛⒎矫媸迪掷嗨频睦�。10Gbps市场的这个方面关于设计和开发组织而言是双赢。他们不必治理多个开发项目，就能够获取TAM中的更大份额。他们可通过提高诸如测试系统和组装工具等腾贵投资设备的利用率，来更好地治理其支出。
与协议无关的收发器芯片组还可利用汇聚于10Gbps的信令传送速率。这些器件为网络运营商提供一种差别的安排和经营模型。运营商不是在装置收发器时就把光纤或波长分派给特定通信业务类型，而是可在传输历程中进行这种分派，从而使他们能够处理混淆业务和动态需求，并将运营本钱降至最低。与协议无关的收发器还可以通过减少运营商在货仓中必须生存的种种备件来降低网络本钱。
近两年市场低迷已经延缓了40Gbps节点的安排。目今舆论认为汇聚于10Gbps技术的种种利益会使OC－768的大规模安排再推迟3~5年，凌驾供应商预计的18个月。上一代技术，如千兆以太网，会继续增长。实际上，10Gbps节点的乐成应会推动使用光纤或铜线的LAN客户节点利用吉位以太网。同样，大型数据中心均可综合利用传输速率为1Gbps、2Gbps和10Gbps的光纤信道技术。
趋势4－跟踪占用面积巨细
知情者向我断言MSA（多源协议）并非兔子，但考虑到其数量的增长速率，怀疑是理所虽然的。现有的�？檎加妹婊⒛？楸渲趾湍？楣┯ι叹杓萑魏稳说男枰�。这种情况往往会带来合并，尤其是考虑到10Gbps节点的汇聚时。诀窍是猜出哪些MSA可能会乐成，而哪些MSA会被淘汰（参考文献9）。
但应记着，差别的MSA并不争相用于同一种设备，所以有富足的理由保存多种�？檎加妹婊�，但从恒久来看不会许多。300脚MSA可用作为OC192业务优化的可插入�？榈氖率瞪系哪？檎加妹婊曜�。切合300脚MSA的�？槎继峁┮惶跸低骋徊嗟氖萃�，数据通路包括有映射到10Gbps光纤馈线的16条622Mbps线路。收发器可分为SR（短距离）、IR（中距离）和LR（长距离）3个品级。SR主要用于某一设施内部的链路；IR适合于40公里的距离；LR用于80公里或更长间距的点对点传输。收发器可接纳带有波长锁定装置的可调谐激光器和具有长距传输所需高消光比的调制器。
Xenpak MSA 试图将300脚�？榈拇蟛糠肿叭氲娇占涓 ⒔涌诟虻サ姆庾袄�，从而将300脚�？榈�16条622Mbps线路减少至4条3.25Gbps线路。Xenpak�？槟芄挥胨堑南呗房ㄆ叫械夭灏�，所以不必拔出线路卡就可更换�？�。这种立异可缩短检修时间，提高组装密度。
关于不需要长距离光纤子系统的应用来说，Xenpak�？榈奶寤匀槐刃矶郞EM要求的要大。为缩小�？檎加每占�，Xpak、X2和XFP三种MSA正在竞相用于相同设备中，尽管它们并不共用同一系统接口。Xpak和X2险些是相同的，都共用Xenpak电接口，但主要在机械细节上有所差别。XFP的占用面积在端插入�？橄盗兄惺亲钚〉�，XFD的与单线路XF1（10Gbps串行）接口的电接口也是最小的。
仅仅几个月前， OEM似乎抵制过XFP，因为他们需要增加SERDES（串行器/解串行器）并需要在印刷电路板上排列全速10Gbps线路。SERDES问题在于在系统采购和应用期间可插入�？槭欠袷视茫鹤钪湛突Э赡苁褂媒鼋鼍哂兴撬枘？槭康南呗房ɡ绰阊矍暗男枨�。当他们的需求增加时，他们可以热插入另外的�？槔绰阈枰�，而不需把整个线路卡卸下。另外，具有差别传输特性的�？榭刹迦胂嗤牟遄�。所以这样可以减小�？楹拖呖ǖ谋讣獯�，长距离通信用的1550nm�？楹臀叹嘤呕�1310nm�？榭梢允褂猛恢窒呗房�。但XFP的功效支解却使SERDES装置在线路卡上，因而岂论是否立即需要，OEM必须在每个�？榈奈恢米爸靡桓鯯ERDES--总共有32个位置。虽然XFP�？榈谋厩岬陀赬en类�？�，但由于功效支解的差别，尤其是SERDES具有更粗的收罗颗粒度，使XFP的信道平均本钱更高。
如果听起来似乎XFP没有乐成的希望，则要考虑今年春节商展上随便算算就可看出宣称生产XFP的产品的供应商要比声称生产任何别的MSA�？榈墓┯ι潭�。Xenpak、Xpak和X2三种�？樵谑谐《ㄏ蚝蜕な仆飞系脑勇易刺坪跻盐猉FP的乐成大开便当之门。大都生产Xen类�？榈墓┯ι桃蔡峁FP，由此来�；て涠淖⒂锌赡芾殖傻哪？�。虽然还没有迹象标明X2联盟单独爆发他们的MSA来撤换Xpak，但Xen类的第三种花样还基本没有人完成。目前为止，宣布生产切合X2 MSA的�？榈闹圃焐塘攘任藜�--值得注意的是Sumitomo公司和Merge Optics公司。
并非只有�？槌Ъ胰φ糥FP市场。几家通信系统至公司已在他们的线路卡上设计了XFP，从而利用它特殊的组装密度并将Xen类型�？槭游强梢蕴墓刹泛投唐谔娲�。如果XFP的近期市场接受水平连续增长，全部三种Xen类MSA会发明他们受到了排挤，最坏情况就是完全被挤出市场，最好情况也执偾进入XFP的小型封装所不可支持的更远程的应用。
关于"Xs的争夺"的讨论很少涉及在SAN和LAN中流行的SFF（小形状系数）MSA和SFP（小形状系数可插入）MSA。这些小�？榈幕瞪杓�，都不考虑热插拔，所以，虽然它们的界说是与SONET兼容的，但却不太可能成为需要最高事情性能的线路卡的竞争者。新增加的MSA扩展产品，即eSFF和eSFP，已经在大大逾越SAN和LAN的应用中带来了引人瞩目的功效。要么这些功效会移植到其它的MSA上，要么eSFF和eSFP MSA像10Gbps节点汇聚的其他寄义一样成为市场未知数。
趋势5 － VCSELS满街都是
与边沿发射激光二极管技术相比，VCSEL的加工工艺更自制，制品率更高。VCSEL也能够在发射器和光纤接口提供比边沿发射半导体激光器的光耦合效率更好的光束几何形状。直至最近，VCSEL仅能用作事情在850nm的短波长器件。今年春天，Picolight公司和英飞凌公司险些同时宣布了新的1310nm的VCSEL器件。波长更长的激光二极管将会把VCSEL技术的应用从短距和超短距业务推进至中距业务。
这两个宣布的其它寄义是各公司在恒久市场低迷中并不但仅在老产品上做外貌文章。要害技术的开发仍在继续，公司之间也在一如既往地展开猛烈竞争。
趋势6－超等物理层
各系统历来都包括有信道监视器以有助于包管QOS（效劳质量）品级。这些监视器事情于网络层和传输层，既是界说OSI模型第三层的路由和排序功效的一部分又是界说第四层的流量控制和纠错功效的一部分。
如果网络节点间保存透明信道，如果物理层设备能检测和正确解析比特流，则数据链路层和网络层就会确保正常事情，除非系统泛起故障，例如电力缺乏或冷却系统中断。
然而，系统还能在物理层检测大部分信道变革，QOS（效劳质量）在物理层更意味着"信号质量"。物理层的监视器功效能报告有关信道情况的诊断数据，以驱动路由判决，触发维护请求和指导维护事情。物理层的监视器还能作为信道优化计划的一部分发挥作用，以提高容限并将误码率的统计数据降至最少。
Vitesse公司和AMCC公司提供的物理层芯片都是集成了基于伺服的数据眼图优化设备的例子。Cicata半导体公司、BitBlitz公司和Accelerant Networks公司已设计了主要供基于铜缆设备用的自适应技术，其中包括T3和吉比以太网I/O，以及高速背板收发器。
直到最近，光�？镸SA险些倒运用智能物理层芯片报告的功效，来提高系统对媒质层或接口层状况的了解。SFF和SFP MSA界说的新扩展部分增加了对光纤�？槭虑椴问氖凳被峒�，其中包括温度、供电电压、发射器偏置电流、发射器输出功率和接收信号强度（参考文献10）。每个可丈量参数的可编程高、低警告门限和报警门限使得�？槟芄唤收虾褪虑樽纯龌蛐藕抛纯霾涣记肟�。
趋势7－MOEMS的前兆
自由空间光功效正变得多种多样。虽然众多开发团体已经宣布大规模自由空间2维和3维开关结构的原型，但看来可伸缩性的限制使这些开关结构的商业化前景成为疑问。
另外一方面，MOEMS（微光机电系统）信号调理部件能提高系统的波长捷变能力并改善光纤使用率。这些部件包括DGE（动态增益均衡器），用以赔偿信号功率大的变革。DGE在种种波上进出DWDM馈线时进行这种赔偿，因而这些波长行进的距离差别，所遭受的信号损耗相差很大。例如，基于衍射MOEMS结构的DGE可用一个器件对多达100个信道上进行波长均衡，并具有小于0.2dB的输出纹波。这种器件在机械上很牢固，功耗很小，并且可使用成熟高产的生产工艺。因为他们的信号调理功效完全在光域内实现，所以MOEMS器件自然就是与协议无关的。
衍射结构也能在带宽不间断的光波波段上爆发作用。当DWDM信道数量增加，促使信道宽度从100GHz减小到50GHz，再减小到25GHz时，MOEMS信号处理器能坚持其特性而没有过大的纹波，并且还能控制由于高传信速率的带宽扩展所爆发的串扰。
参考文献
1. Mukherjee, Biswanath, "WDM optical communication networks: progress and challenges," IEEE Journal on Selected Areas in Communications," October 2000, Volume 18, No. 10, pg 1810.
2. Odlyzko, Andrew, "Internet traffic growth: sources and implications," Proc ITCOM 2003, SPIE, 2003.
3. Mantion, Eric, "Optical modules: building blocks for the future," InStat/MDR, April 2003.
4. Israelsohn, Joshua, "Fiber lights the short haul," EDN, March 21, 2002, pg 61.
5. "Federal Communications Commission releases data on high-speed services for internet access," Federal Communications Commission, June 10, 2003.
6. "Understanding broadband demand: a review of critical issues," United States Department of Commerce, Sept 23, 2002.
7. "Broadband & dial-up access," eMarketer, August, 2002.
8. Israelsohn, Joshua, "The alchemy of glass," EDN, Dec 26, 2002, pg 37.
9. Israelsohn, Joshua, "The X-modules," EDN, Feb 6, 2003, pg 57.
10. "SFF-8472 specification for digital diagnostic monitoring interface for optical transceivers rev 9.3," SFF Committee, Aug 1, 2002.
