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光纖通訊七大趨勢

2004-01-01

Joshua Israelsohn

最近舉行的鉆研會和商展上的信息批注，光纖通訊的種種趨勢展現了導致市場重大關系的手藝相互依賴性。

要點

● 沒有一種生長趨勢能恰如其分地形貌目今光纖通訊手藝的生長，近期生長重點將仍然主要是MAN手藝。

● 數據通訊營業量繼續急劇增添�？墒峭ㄓ崰I業量漫衍模子顯著地不勻稱，從而導致某些地區通訊營業密度很大的名堂。這種名堂會隨著無線局域網和公眾熱門的普及而變得更顯著。

● 差別種類的裝備匯聚于10Gbps節點。抵達這個數據速率的與協議無關的手藝可能敵手藝開發者、營業提供者和終端用戶都有益處。

● 只管市場的恒久低迷，供應商卻一直起勁地開發重大的光纖新手藝，其中包括新的VCSEL器件和MOEMS信號處置懲罰器。這些領域的生產工藝均已成熟，器件也逐漸展現出穩固的性能。

履歷我們行業歷史上整整兩年最嚴重低迷之后，今年舉行的一系列鉆研會和商展的加入者稀稀拉拉，無論是供應商、客戶、院校照舊商業媒體，人們都有一個配合的特點：就像口干舌燥的沙漠中的失路者一樣，與會者都盼愿這個久不景氣的市場能泛起哪怕是一點點好新聞。他們以混雜著樂觀和嫌疑的心情看待種種正面新聞，由于他們試圖把行業即將蘇醒的跡象與純粹的理想區別開來。

在這種情形下，樸陋而無傷細膩的問題飾演著毫無憑證的主要角色。已往幾年，商貿活動的加入者總是問"有沒有重大事務爆發？"，業外的朋儕則以同樣的口吻問"希望怎么樣了？"，這只是簡樸的程式化外交和最先通俗談話的話茬，而并非真正的質詢。相比之下，今年有許多人曾討教我一些實詰責題，并且看來他們是在很認真地尋找謎底。

不過，我簡直思量過七種趨勢，并且也想到七種趨勢配合描繪出我們行業的一幅有趣情形。

若是你希望你的天下被形貌得一清二楚，而形貌主題又按相互正交的影片盒安排，那么這一市場就不適合你。無能否定，很少有那樣安排的。大大都的光纖通訊生長趨勢都基于種種手藝影響、地區影響、標準影響、規章影響、服務和通訊營業種類等相互關聯的因素，并且哪一個因素也不是靜止穩固的。關于我們中心那些寧愿關注手藝的人來說（這就像是在餡餅上咬了足以知足食欲的一大口），沒有對相關問題的最少相識，簡直就不可能明確使產品和手藝生長的動力。

那么接下來，就絕非是一個Dave Letterman氣概的前10名的排行榜。這個行業內沒有什么工具只涉及一個方面（但這并不料味著Letterman自己就是只涉及一個方面的）。不過，我曾試圖先列出那些似乎能最普遍推下手藝生長及其被接納速率的趨勢。然而，組織這些顯著趨勢及其相互關系的多次實驗，迫近一個循環的模子，其中，手藝基礎設施是證實其投資合理的一連通訊營業量水平的先決條件；通訊營業量水平取決于客戶方裝備的普及水平；這又取決于硬件和軟件的價錢和適用性、具有吸引力的收費標準和通訊營業量的天生因素；而這些又需要基礎設施與手藝以合理的期待時間處置懲罰通訊營業。

這也許會把你搞糊涂了。

這也許還會使為某些可能最有影響力的趨勢獲取可靠數據的任何妄想落空。雖然趣聞軼事般的證據不可能取代可靠的統計數據，有關的時間常數--那些行業動態的時間常數和有關網絡、剖析和呈送統計數據的時間常數--也并非總能帶來實時的新數據。另一方面，輿論的評價雖然可能較為模糊，但能給出實時而又公認的定性形貌。別的，雖然商業中心能容易地較量銷售數字，但這種統計數字不可直接說明兩種取代手藝間的競爭情形以及新興標準帶來的影響。手藝中心也許會遇到同樣的競爭情形，但必需面臨這樣一個事實：許多競爭者以差別的時間表舉行開發，猶如漲落階段差別的潮汐。例如，揭曉的數字如不思量如下情形，就會爆發誤導：某個給定功效的本錢可能會相差一個數目級以上，相差水平視許多應用細節和實現細節而定。

作者網絡了以下趨勢，這是2002年11月慕尼黑電子聚會、2003年2月舊金山ISSCC（國際固態電路聚會）、特殊是2003年5月至6月亞特蘭大OFC（光纖通訊聚會）和Supercomm聚會的效果。作者還加入了許多聚會，與物理層及相關手藝主要供應商舉行了一系列交流。

趨勢1－數據的供求

從20世紀90年月初以來，全球向信息麋集的事情方法和生涯方法的轉變，推動了光纖行業的生長。在此之前，數據處置懲罰資源的性能最先有可能實現種種各樣的應用，而所需本錢對公共市場很有吸引力。在很洪流平上能使現代大規模數字通訊網絡得以實現并爆發對其需求的漫衍式盤算資源這一看法并沒有促成數據傳輸手藝方面直接并行的構建。因此，除了一些值得注重的特例之外，與其說種種應用可能受盤算資源缺乏的限制，倒不如說受輸入輸出的約束。這個顯著特點與以前幾十年盤算資源的速率緩慢和價錢騰貴形成了鮮明比照。以前幾十年的數據密度較量希罕，應用領域也在很洪流平上局限于由一個或僅僅幾個CPU和數據存儲器支持的LAN（局域網）。

在近10年內，數據客戶的數目急速增添。從模擬方法到占主流通訊模式的數字傳輸方法的轉變將向來伶仃而又不相關的系統轉變為可能共享統一網絡的"服務"。因此，譬如說，有線電視服務提供商可以通過古板的線路最后的電器，如電視機、電腦、手機提供視頻服務、互聯網服務和電話服務。這些電器在某種水平上起著專用數據終端裝備的作用。甚至種種終端裝備之間的差別也最先變得模糊不清，由于任何人都可用當今一代手機讀電子郵件、照相和打電話。最終用戶現在能夠在任何時間，從險些任何地方使用種種服務。在用戶只會見的數據只有一部分來自PAN（小我私家網）或LAN數據存儲器的情形下，越來越大的數據流必需經由基于光纖的公用網。

到1998年底，公用網中的數據通訊營業量凌駕了電話通訊營業量（參考文獻1）。以后，互聯網通訊營業量的增添率從每年45％上升到100％。這種增添率與報刊上神話般強調的每季度甚至每100天通訊營業量翻一番的報道（參考文獻2）--這些報道甚至使最虔敬的Mooresian也汗顏--形成比照。

雖然聲名散亂的"網絡"泡沫對金融市場爆發了短暫影響，但數據通訊營業量卻泛起出一種穩固得多的趨勢。然而，正如簡樸的勻稱漫衍模子所批注的，通訊營業總量的增添并沒有直接帶來響應的主干網帶寬需求的擴大。相反，凌駕半數的萬維網請求都只以預計總共20億個網站中的頭1000個為目的。大型互聯網服務提供商都保存萬維網緩存服務器來處置懲罰他們所吸收的數目重大的數據請求。這種服務戰略現實上爆發了許多差別地區的鏡象網站，導致相當部分的互聯網通訊營業量欠亨過主干網，而是通訊營業量的爆發和終止都在統一網絡之內（參考文獻3）。

圖1 若是現在的增添趨勢繼續下去，則到2005年底，長距通訊營業量將抵達10×1018字節/月。

這種名堂關于光纖接口手藝來說有幾種寄義。遠程通訊營業量現實一直在增添，約莫每年翻一番，2002年12月預計抵達每月100×1015字節（圖1）�？v然云云大宗的通訊營業量也沒有反應出MAN（城域網）環路必需容納的總通訊營業量。以是，雖然勻稱漫衍模子展望出主干網帶寬遠不可知足需求，但現實上瓶頸更可能泛起在城域網環路上（參考文獻4）。

趨勢2－接入到接入

若是憑證以美國或歐洲為中心的視角來看，則對光纖接口裝備的需求似乎并不很緊迫。事實上，我所采訪的所有物理層供應商都說中國正在舉行的基礎設施建設是他們最主要的增添時機。環太平洋區域其他地方接入裝備的更新在通訊元件的其余銷售額增添中占很大比重。一個說明接入需求增添的例子證實遠東地區網絡遭受著種種壓力。幾個加入近期商展的芯片制造商將他們所有的VDSL銷售活動都歸功于遠東市場。單簡單家供應商報導說，VDSL在韓國以每月10萬件的一連速率替換ADSL調制解調器。以生齒比例盤算，誰人供應商用VDSL替換ADSL手藝的速率比在美國接納ADSL和基于電纜的數據營業的總速率還要快（參考文獻5）。雖然ADSL和電纜營業都不直接接納光纖鏈路，他們卻有助于指明趨勢，由于基于銅線的"最后一英里"手藝所增進的通訊營業要使用光纖手藝主宰的MAN中的網絡容量。

來自eMarketer公司的有關10個國家和地區上網手藝安排率的數據被一份美國商務部報告所引用，該報告憑證上網家庭和寬帶上網家庭所占的百分比將美國排在第六位（參考文獻6和7，表1）。有意思的是，雖然在報告中居前六位的國家和地區的上網率相差不大--為52% ~ 62%，但寬帶上網率卻相差很大：韓國是52%（排名第一），而美國是10%。換句話說，91%的韓國上網家庭都使用寬帶"最后一英里"手藝，而美國上網家庭中只有20%這樣做。韓國的家庭比美國少1/3。不管這兩個市場的相對規模怎樣，看來在沒有跡象批注美國寬帶安排名堂爆發懸而未決的轉變情形下，美國市場無法推下手藝公司的戰略妄想。對提供光纖接口供應商和最后一公里銅線手藝供應商的采訪加深了這個印象；他們中沒有人相信這種轉變即未來臨。各個供應商，從半導體制造商到大系統集成商，現實上都以為目今美國的管理情形是非同軸電纜"最后一英里"寬帶手藝應用的主要障礙。商務部的數據證實美國寬帶手藝的低接納率并不是由于缺少需求。

除了幾條線路之外，雖然現在升級至MAN成了公共網增強事情中值得注重的二部分，可是在美國，這樣的活動大多是為了降低運營本錢，而不是為了大大提高容量。MAN環路正在擴展地區并隨之擴大單程服務長度的需求，這是一種為全天下通訊公司的目的服務的趨勢。例如一年前，為MAN營業提供光纖?？櫚拇蟠蠖脊┯ι?，他們所報出的最大單程服務長度為40公里。2003年3月在亞特蘭放縱行的光纖聚會上，光纖?？楣┯ι桃謊匠６急ǔ?0公里單程服務長度；能抵達100到120公里并因此作廢中繼器成了供應商吹捧的資源。

趨勢3－位速率的匯聚

10Gbps節點作為一種最有用的節點在繼續生長，由于在這種節點上，許多在其他方面基礎差別的高速通訊裝備的要求都搜集在一起。OC-48節點與非電信中心營業，如千兆以太網和光纖信道，險些沒有什么通用性�？墒�，城域網焦點及邊沿、企業主干網和大型SAN均可使用標記著主要手藝里程碑的收發器芯片組：芯片廠商已開發出能知足SONET顫抖要求的、使用CMOS工藝的低本錢和重大生產能力的10G營業的電路和設計規則。增強信號捕獲功效的計劃，例如自順應CDR（時鐘和數據恢復），有利于賠償非協議特定的信號劣化，如色散和衰減（參考文獻8）。

10Gbps收發器的TAM（總體可用市?。┖芐?，不可形成采購和?？檣墓婺＞?。可是，將通例手藝用于數種裝備的能力確實能使?？楹托酒楣┯ι淘詰緶飛杓乒こ毯蛻ひ湛⒎矯媸迪擲嗨頻睦?。10Gbps市場的這個方面臨于設計和開發組織而言是雙贏。他們不必管理多個開發項目，就能夠獲取TAM中的更大份額。他們可通過提高諸如測試系統和組裝工具等騰貴投資裝備的使用率，來更好地管理其支出。

與協議無關的收發器芯片組還可使用匯聚于10Gbps的信令傳送速率。這些器件為網絡運營商提供一種差別的安排和謀劃模子。運營商不是在裝置收發器時就把光纖或波長分派給特定通訊營業類型，而是可在傳輸歷程中舉行這種分派，從而使他們能夠處置懲罰混淆營業和動態需求，并將運營本錢降至最低。與協議無關的收發器還可以通過鐫汰運營商在客棧中必需生涯的種種備件來降低網絡本錢。

近兩年市場低迷已經延緩了40Gbps節點的安排。目今輿論以為匯聚于10Gbps手藝的種種利益會使OC－768的大規模安排再推遲3~5年，凌駕供應商預計的18個月。上一代手藝，如千兆以太網，會繼續增添。現實上，10Gbps節點的樂成應會推動使用光纖或銅線的LAN客戶節點使用吉位以太網。同樣，大型數據中心均可綜合使用傳輸速率為1Gbps、2Gbps和10Gbps的光纖信道手藝。

趨勢4－跟蹤占用面積巨細

知情者向我斷言MSA（多源協議）并非兔子，但思量到其數目的增添速率，嫌疑是理所雖然的�，F有的?？檎加妹婊�、�？楸渲趾湍？楣┯ι嘆杓萑魏穩說男枰?。這種情形往往會帶來合并，尤其是思量到10Gbps節點的匯聚時。訣竅是猜出哪些MSA可能會樂成，而哪些MSA會被鐫汰（參考文獻9）。

但應記著，差別的MSA并不爭相用于統一種裝備，以是有富足的理由保存多種?？檎加妹婊?，但從恒久來看不會許多。300腳MSA可用作為OC192營業優化的可插入?？櫚氖率瞪系哪？檎加妹婊曜?。切合300腳MSA的?？槎繼峁┮惶蹕低騁徊嗟氖萃?，數據通路包括有映射到10Gbps光纖饋線的16條622Mbps線路。收發器可分為SR（短距離）、IR（中距離）和LR（長距離）3個品級。SR主要用于某一設施內部的鏈路；IR適合于40公里的距離；LR用于80公里或更長間距的點對點傳輸。收發器可接納帶有波長鎖定裝置的可調諧激光器和具有長距傳輸所需高消光比的調制器。

Xenpak MSA 試圖將300腳?？櫚拇蟛糠腫叭氳嬌占涓�、接吭嶞简茡砟封滓\?，從而將300腳?？櫚?6條622Mbps線路鐫汰至4條3.25Gbps線路。Xenpak?？檳芄揮胨塹南唄房ㄆ叫械夭灝?，以是不必拔出線路卡就可替換?？?。這種立異可縮短磨練時間，提高組裝密度。

關于不需要長距離光纖子系統的應用來說，Xenpak?？櫚奶寤勻槐刃磯郞EM要求的要大。為縮小?？檎加每占?，Xpak、X2和XFP三種MSA正在競相用于相同裝備中，只管它們并不共用統一系統接口。Xpak和X2險些是相同的，都共用Xenpak電接口，但主要在機械細節上有所差別。XFP的占用面積在端插入?？橄盜兄惺親钚〉?，XFD的與單線路XF1（10Gbps串行）接口的電接口也是最小的。

僅僅幾個月前， OEM似乎抵制過XFP，由于他們需要增添SERDES（串行器/解串行器）并需要在印刷電路板上排列全速10Gbps線路。SERDES問題在于在系統采購和應用時代可插入?？槭欠袷視茫鶴鈧湛突Э贍蓯褂媒黿鼉哂興撬枘？槭康南唄房ɡ粗閶矍暗男棖?。當他們的需求增添時，他們可以熱插入另外的?？槔粗閾枰?，而不需把整個線路卡卸下。另外，具有差別傳輸特征的?？榭剎迦胂嗤牟遄?。以是這樣可以減小?？楹拖嚦ǖ謀訃獯?，長距離通訊用的1550nm?？楹臀嘆嚶嘔?310nm?？榭梢允褂猛騁恢窒唄房?。但XFP的功效支解卻使SERDES裝置在線路卡上，因而豈論是否連忙需要，OEM必需在每個?？櫚奈恢米爸靡桓鯯ERDES--總共有32個位置。雖然XFP?？櫚謀廄岬陀赬en類?？?，但由于功效支解的差別，尤其是SERDES具有更粗的收羅顆粒度，使XFP的信道平均本錢更高。

若是聽起來似乎XFP沒有樂成的希望，則要思量今年春節商展上隨便算算就可看出宣稱生產XFP的產品的供應商要比聲稱生產任何別的MSA?？櫚墓┯ι潭?。Xenpak、Xpak和X2三種?？樵謔諧《ㄏ蠔蛻な仆飛系腦勇易刺坪躋鹽猉FP的樂成大開利便之門。大都生產Xen類?？櫚墓┯ι桃蔡峁FP，由此來掩護其賭注有可能樂成的?？?。雖然還沒有跡象批注X2同盟單獨覺生他們的MSA來撤換Xpak，但Xen類的第三種名堂還基本沒有人完成。現在為止，宣布生產切合X2 MSA的?？櫚鬧圃焐塘熱舫啃?-值得注重的是Sumitomo公司和Merge Optics公司。

并非只有?？槌Ъ胰φ糥FP市場。幾家通訊系統至公司已在他們的線路卡上設計了XFP，從而使用它特殊的組裝密度并將Xen類型?？槭游強梢蘊墓剎泛投唐諤婊黃?。若是XFP的近期市場接受水平一連增添，所有三種Xen類MSA會發明他們受到了傾軋，最壞情形就是完全被擠出市場，最好情形也執僨進入XFP的小型封裝所不可支持的更遠程的應用。

關于"Xs的爭取"的討論很少涉及在SAN和LAN中盛行的SFF（小形狀系數）MSA和SFP（小形狀系數可插入）MSA。這些小?？櫚幕瞪杓?，都不思量熱插拔，以是，雖然它們的界說是與SONET兼容的，但卻不太可能成為需要最高事情性能的線路卡的競爭者。新增添的MSA擴展產品，即eSFF和eSFP，已經在大大逾越SAN和LAN的應用中帶來了引人矚目的功效。要么這些功效會移植到其它的MSA上，要么eSFF和eSFP MSA像10Gbps節點匯聚的其他寄義一樣成為市場未知數。

趨勢5 － VCSELS滿街都是

與邊沿發射激光二極管手藝相比，VCSEL的加工工藝更自制，制品率更高。VCSEL也能夠在發射器和光纖接口提供比邊沿發射半導體激光器的光耦合效率更好的光束幾何形狀。直至最近，VCSEL僅能用作事情在850nm的短波長器件。今年春天，Picolight公司和英飛凌公司險些同時宣布了新的1310nm的VCSEL器件。波長更長的激光二極管將會把VCSEL手藝的應用從短距和超短距營業推進至中距營業。

這兩個宣布的其它寄義是各公司在恒久市場低迷中并不但僅在老產品上做外貌文章。要害手藝的開發仍在繼續，公司之間也在一如既往地睜開強烈競爭。

趨勢6－超等物理層

各系統向來都包括有信道監視器以有助于包管QOS（服務質量）品級。這些監視器事情于網絡層和傳輸層，既是界說OSI模子第三層的路由和排序功效的一部分又是界說第四層的流量控制和糾錯功效的一部分。

若是網絡節點間保存透明信道，若是物理層裝備能檢測和準確剖析比特流，則數據鏈路層和網絡層就會確保正常事情，除非系統泛起故障，例如電力缺乏或冷卻系統中止。

然而，系統還能在物理層檢測大部分信道轉變，QOS（服務質量）在物理層更意味著"信號質量"。物理層的監視器功效能報告有關信道情形的診斷數據，以驅動路由訊斷，觸發維護請求和指導維護事情。物理層的監視器還能作為信道優化計劃的一部分施展作用，以提高容限并將誤碼率的統計數據降至最少。

Vitesse公司和AMCC公司提供的物理層芯片都是集成了基于伺服的數據眼圖優化裝備的例子。Cicata半導體公司、BitBlitz公司和Accelerant Networks公司已設計了主要供基于銅纜裝備用的自順應手藝，其中包括T3和吉比以太網I/O，以及高速背板收發器。

直到最近，光?？镸SA險些倒運用智能物理層芯片報告的功效，來提高系統對媒質層或接口層狀態的相識。SFF和SFP MSA界說的新擴展部分增添了對光纖?？槭慮椴問氖凳被峒?，其中包括溫度、供電電壓、發射器偏置電流、發射器輸出功率和吸收信號強度（參考文獻10）。每個可丈量參數的可編程高、低忠言門限和報警門限使得?？檳芄喚收蝦褪慮樽刺蛐藕拋刺渙記牙肜?。

趨勢7－MOEMS的先兆

自由空間光功效正變得多種多樣。雖然眾多開發整體已經宣布大規模自由空間2維和3維開關結構的原型，但看來可伸縮性的限制使這些開關結構的商業化遠景成為疑問。

另外一方面，MOEMS（微光機電系統）信號調理部件能提高系統的波長捷變能力并改善光纖使用率。這些部件包括DGE（動態增益平衡器），用以賠償信號功率大的轉變。DGE在州波上收支DWDM饋線時舉行這種賠償，因而這些波長行進的距離差別，所遭受的信號消耗相差很大。例如，基于衍射MOEMS結構的DGE可用一個器件對多達100個信道上舉行波長平衡，并具有小于0.2dB的輸出紋波。這種器件在機械上很牢靠，功耗很小，并且可使用成熟高產的生產工藝。由于他們的信號調理功效完全在光域內實現，以是MOEMS器件自然就是與協議無關的。

衍射結構也能在帶寬不中止的光波波段上爆發作用。當DWDM信道數目增添，促使信道寬度從100GHz減小到50GHz，再減小到25GHz時，MOEMS信號處置懲罰器能堅持其特征而沒有過大的紋波，并且還能控制由于高傳信速率的帶寬擴展所爆發的串擾。

參考文獻

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.

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