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现代通信技术及发展前景 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途现代通信技术及发展前景信息技术是指有关信息的收集、识别、提取、变换、存贮、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的技术。凡涉及到这些过程和技术的工作部门都可称作信息部门。信息技术能够延长或扩展人的信息功能。信息技术可能是机械的，也可能是激光的；可能是电子的，也可能是生物的。信息技术主要包括传感技术，通信技术，计算机技术和缩微技术等。传感技术的任务是延长人的感觉器官收集信息的功能；通信技术的任务是延长人的神经系统传递信息的功能；计算机技术则是延长人的思维器官处理信息和决策的功能；缩微技术是延长人的记忆器官存贮信息的功能。当然，这种划分只是相对的、大致的,没有截然的界限。如传感系统里也有信息的处理和收集,而计算机系统里既有信息传递，也有信息收集的问题.目前,传感技术已经发展了一大批敏感元件,除了普通的照像机能够收集可见光波的信息、微音器能够收集声波信息之外，现在已经有了红外、紫外等光波波段的敏感元件，帮助人们提取那些人眼所见不到重要信息。还有超声和次声传感器，可以帮助人们获得那些人耳听不到的信息。不仅如此，人们还制造了各种嗅敏、味敏、光敏、热敏、磁敏、湿敏以及一些综合敏感元件.这样,还可以把那些人类感觉器官收集不到的各种有用信息提取出来，从而延长和扩展人类收集信息的功能.通信技术的发展速度之快是惊人的。从传统的电话，电报，收音机，电视到如今的移动电话，传真，卫星通信，这些新的、人人可用的现代通信方式使数据和信息的传递效率得到很大的提高，从而使过去必须由专业的电信部门来完成的工作，可由行政、业务部门办公室的工作人员直接方便地来完成.通信技术成为办公自动化的支撑技术.计算机技术与现代通信技术一起构成了信息技术的核心内容。计算机技术同样取得了飞速的发展，体积越来越小，功能越来越强。从大型机，中型机，小型机到微型机，笔记本式计算机，便携式计算机等。从PC 机，286,386到486,586等,计算机的应用也取得了很大的发展。例如,电子出版社系统的应用改变了的传统印刷、出版业;计算机文字处理系统的应用使作家改变了原来的写作方式，称作“换笔革命;光盘的实用使人类的信息存储能力得到了很大程度的延伸,出现了电子图书这样的新一代电子出版物；多媒体技术的发展使音乐创作、动画制作等成为普通人可以涉足的领域. 国外的缩微技术发展很快，美国是缩微技术最发达的国家.例如闻名世界的美国UMI 公司是一个收集、贮藏,以及提供文献检索的出版公司，其服务范围包括近一百五十万册历代书籍、期刊、博士论文、档案以及原件。它的产品不但包括印刷品、缩微平片，而且提供机读信息。第二次世界大战期间，该公司利用所谓缩微技术，抢救了大英博物馆的许多珍贵文献。迄今为止,该公司存有自15世纪至今的10万种世界各地的绝版书。现代通信技术飞速发展,电话、传真、电脑、互联网、移动通信、卫星电视、图文电视,可视电话，层出不穷。信息高速公路将通过同步数字体系（)等大容量光纤、多媒体技术，把电话、传真、数据、动态图像等各种通信业务综合在一起,采用计算机综合处理，应用 技术，以交互方式快速传递，把全国各级公安机关连接起来，使 各类公安信息在不同层次上相互交流，实现信息资源共享. 数据通信有线数据通信的应用（）数字数据电路(）的应用范围有：组建公用数字数据通信网；可为公用数据交换网、各种专用网、无线寻呼系统、可视图文系统、高速数 据传输、会议电视、（信道或30信道）、邮政储汇计算机网络等提供中继或数据信道；为帧中继、虚拟专用网、，以及不同类型的网络提供网间连接；利用实现大用户局域网联网；如各专业银行、教育、科研等。提供租用线，让大用户自己组建专用数字数据传输网；使用作为集中操作维护的传输手段； （)分组交换网的应用分组交换网能提供永久虚电路（）及交换虚电路（）等多种业务。利用分组交换网的通信平台，还可以开发与提供一些增值数据业务：电子信箱业务电子信箱系统又称电子邮件。它是一种以存储转发方式进行信息交换的通 信方式。在分组交换网平台上用户把需发送的信息以规定的格式送入电子信箱的 存储空间，由电子信箱系统处理和传输后，送到接收用户的电子信箱并通知收信 人。电子数据交换业务电子数据交换（）是计算机、通信和现代管理技术相结合的产物，又被称为“无纸贸易”。用电子单证代替了纸面单证，由传统的多点对多点的联系变为网络信息传递。技术是未来商业发展的极其主要的工具。现在国内外都得到广泛的应用。传真存储转发业务传真存储转发是把计算机与通信技术结合起来，建立智能化的传真网。该网 利用计算机的存储转发技术实现广大用户所需的各种新的服务项目。存储转 发技术的核心是传真交换机。可视图文业务可视图文业务是一种利用现有公用电信网络开发出来的新型、公用、开放式 的信息服务系统。可视图文的业务类型主要有公用数据库业务和专用数据库业务 等。()帧中继技术的应用帧中继技术适用于对广域网进行数据访问和高速数据传输。帧中继也是一种 承载业务，主要用于局域网互联和高速主机环境下作为宽带网的数据入 口，是向未来宽带交换过渡的手段之一。常用于： 组建帧中继公用网,提供帧中继业务。 在分组交换机上安装帧中继接口，提供业务。 为用户提供低成本的虚拟宽带业务。 在专用网中,采用复用的物理接口可以减少局域网互联时的桥接器、路由器和控制器所需的端口数量，并减少互连设备所需通信设施的数量.帧中继的数 字链路连接鉴别（）寻址功能可允许单个中继接入设备与上千个接入设 备通信。其本地管理接口（）可大大简化帧中继网的配置和管理. 局域网（）与广域网（）的高速连接. 与的互联。 远程计算机辅助设计/制造文件的传送、图像查询以及图像监视、会议电视 等。无线数据通信的应用无线数据通信也称为移动数据通信。它的业务范围很广，也有广泛的应用前 景。（）移动数据通信在业务上的应用。移动数据通信的业务,通常分为基本数据业务和专用数据业务两种：基本数 据业务的应用有电子信箱、传真、信息广播、局域网（LAN）接入等。专用业务 的应用有个人移动数据通信、计算机辅助调度、车、船、舰队管理、汽车 卫星定位、远程数据接入等。（）移动数据通信在工业及其它领域的应用。移动数据通信在这些领域的应用可分为固定式应用、移动式应用和个人应用 三种类型。固定式应用是指通过无线接入公用数据网的固定式应用系统及网络。如边远 山区的计算机入网、交警部门的交通监测与控制、收费停车场、加油站以及灾害 的遥测和告警系统等。 移动式应用是指野外勘探、施工、设计部门及交通运输部门的运输车、船队 和快递公司为发布指示或记录实时事件，通过无线数据网络实现业务调度、远程 数据访问、报告输入、通知联络、数据收集等均需采用移动式数据终端。移动数终端在公安部门的刑警、巡警、交警也开始应用。个人应用是指专业性很强的业务技术人员、公安外线侦察破案人员等需要在外办公时，通过无线数据终端进行远程打印、传真、访问主机、数据库查询、查 证。股票交易商也可以通过无线数据终端随时随地跟踪查询股票信息，即使度假 也可以从远程参加股票交易。此外，电子信箱是国外应用很广的数据业务，在我国也已经开始应用。无线接入Internet可随时随地收发电子邮件，因此无线数据 通信也得到广泛的应用。光纤技术趋势1数据的供求从20 世纪90年代初以来，全球向信息密集的工作方式和生活方式的转变，推动了光纤行业的发展。在此之前，数据处理资源的性能开始有可能实现各种各样的应用，而所需成本对大众市场很有吸引力。在很大程度上能使现代大规模数字通信网络得以实现并产生对其需求的分布式计算资源这一概念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,与其说各种应用可能受计算资源缺乏的限制，倒不如说受输入输出的束缚。这个显著特点与以前几十年计算资源的速度缓慢和价格昂贵形成了鲜明对比。以前几十年的数据密度比较稀疏,应用领域也在很大程度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.从模拟方式到占主流通信模式的数字传输方式的转变将历来孤立而又不相关的系统转变为可能共享同一网络的”服务”。因此，譬如说，有线电视服务提供商可以通过传统的线路末端的电器，如电视机、电脑、手机提供视频服务、互联网服务和电话服务。这些电器在某种程度上起着专用数据终端设备的作用。甚至各类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，从几乎任何地方使用各种服务.在用户只访问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超过了电话通信业务量。从此，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这些报道甚至使最虔诚的 Mooresian也汗颜形成对比。虽然声名狼藉的”网络泡沫对金融市场产生了短暂影响，但数据通信业务量却呈现出一种稳定得多的趋势。然而，正如简单的均匀分布模型所表明的，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，超过半数的万维网请求都只以估计总共20亿个网站中的头1000个为目标.大型互联网服务提供商都保留万维网缓存服务器来处理他们所接收的数量庞大的数据请求。这种服务策略实际上产生了许多不同地域的镜象网站，导致相当部分的互联网通信业务量不通过主干网，而是通信业务量的产生和终止都在同一网络之内。图1 如果目前的增长趋势继续下去,则到2005年底，长距通信业务量将达到101018字节/月。这种格局对于光纤接口技术来说有几种含义。长途通信业务量实际一直在增长,大约每年翻一番，2002年12月估计达到每月1001015字节（图1)。即使如此大量的通信业务量也没有反映出MAN(城域网)环路必须容纳的总通信业务量。所以，虽然均匀分布模型预测出主干网带宽远不能满足需求，但实际上瓶颈更可能出现在城域网环路上.趋势2接入到接入如果按照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机会.环太平洋区域其他地方接入设备的更新在通信元件的其余销售额增长中占很大比重。一个说明接入需求增长的例子证明远东地区网络承受着种种压力.几个参与近期商展的芯片制造商将他们所有的 VDSL销售活动都归功于远东市场。单单一家供应商报导说，VDSL在韩国以每月10万件的持续速度替代ADSL调制解调器。以人口比例计算，那个供应商用VDSL替换ADSL技术的速度比在美国采用ADSL和基于电缆的数据业务的总速度还要快。虽然ADSL和电缆业务都不直接采用光纤链路，他们却有助于指明趋势,因为基于铜线的”最后一英里”技术所促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部署率的数据被一份美国商务部报告所引用，该报告按照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(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%。换句话说,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，看来在没有迹象表明美国宽带部署格局发生悬而未决的变化情况下，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化即将来临.各个供应商，从半导体制造商到大系统集成商，实际上都认为当前美国的管理环境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采用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成了公共网增强工作中值得注意的二部分，但是在美国，这样的活动大多是为了降低运营成本，而不是为了大大提高容量。 MAN环路正在扩展地域并随之扩大单程服务长度的需求，这是一种为全世界通信公司的目的服务的趋势。例如一年前，为MAN业务提供光纤模块的大多数供应商，他们所报出的最大单程服务长度为40公里。2003年3月在亚特兰大举行的光纤会议上，光纤模块供应商一般都报出80公里单程服务长度;能达到100 到120公里并因此取消中继器成了供应商吹牛的资本。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发展，因为在这种节点上，许多在其他方面根本不同的高速通信设备的要求都汇集在一起。OC48节点与非电信中心业务，如千兆以太网和光纤信道，几乎没有什么通用性。但是，城域网核心及边缘、企业主干网和大型SAN均可利用标志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抖动要求的、利用CMOS工艺的低成本和巨大生产能力的10G业务的电路和设计规则。增强信号捕获功能的方案,例如自适应CDR（时钟和数据恢复),有利于补偿非协议特定的信号劣化,如色散和衰减.10Gbps收发器的TAM（总体可用市场）很小，不能形成采购和模块生产的规模经济。但是，将常规技术用于数种设备的能力确实能使模块和芯片组供应商在电路设计工程和生产工艺开发方面实现类似的利益。10Gbps市场的这个方面对于设计和开发组织而言是双赢。他们不用管理多个开发项目，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昂贵投资设备的利用率，来更好地管理其支出。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不同的部署和经营模型。运营商不是在安装收发器时就把光纤或波长分配给特定通信业务类型，而是可在传输过程中进行这种分配,从而使他们能够处理混合业务和动态需求，并将运营成本降至最低.与协议无关的收发器还可以通过减少运营商在仓库中必须保存的各种备件来降低网络成本.近两年市场低迷已经延缓了40Gbps节点的部署。当前舆论认为汇聚于10Gbps技术的种种好处会使OC768的大规模部署再推迟35年,超过供应商预计的18个月。上一代技术，如千兆以太网，会继续增长。实际上,10Gbps节点的成功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跟踪占用面积大小知情者向我断言MSA（多源协议）并非兔子,但考虑到其数量的增长速率，怀疑是理所当然的。现有的模块占用面积、模块变种和模块供应商均超过任何人的需要。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可能会成功,而哪些MSA会被淘汰。但应记住,不同的MSA并不争相用于同一种设备，所以有充足的理由存在多种模块占用面积，但从长期来看不会很多。300脚MSA可用作为OC192业务优化的可插入模块的事实上的模块占用面积标准。符合300脚MSA的模块都提供一条系统一侧的数据通路，数据通路包含有映射到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个等级.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。收发器可采用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脚模块的大部分装入到空间更小、接口更简单的封装里，从而将300脚模块的16条622Mbps线路减少至4条3.25Gbps线路。 Xenpak模块能够与他们的线路卡平行地插拔，所以不用拔出线路卡就可更换模块。这种创新可缩短检修时间，提高组装密度.对于不需要长距离光纤子系统的应用来说,Xenpak模块的体积仍然比许多OEM要求的要大.为缩小模块占用空间，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几乎是相同的,都共用Xenpak电接口,但主要在机械细节上有所不同。XFP的占用面积在端插入模块系列中是最小的，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好像抵制过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模块是否合用：最终客户可能使用仅仅具有他们所需模块数量的线路卡来满足眼前的需求.当他们的需求增加时，他们可以热插入另外的模块来满足需要，而不需把整个线路卡卸下。另外，具有不同传输特性的模块可插入相同的插座。所以这样可以减小模块和线卡的备件库存，长距离通信用的 1550nm模块和为短距优化的1310nm模块可以使用同一种线路卡.但XFP的功能分割却使SERDES安装在线路卡上，因而不论是否立即需要， OEM必须在每个模块的位置安装一个SERDES-总共有32个位置。虽然XFP模块的成本会低于Xen类模块,但由于功能分割的不同，尤其是 SERDES具有更粗的采集颗粒度，使XFP的信道平均成本更高。如果听起来好像XFP没有成功的希望，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模块的供应商多。Xenpak、Xpak和X2三种模块在市场定向和发展势头上的混乱状态似乎已为XFP的成功大开方便之门。多数生产Xen类模块的供应商也提供XFP，由此来保护其赌注有可能成功的模块。虽然还没有迹象表明X2联盟独自产生他们的MSA来撤换Xpak，但Xen类的第三种格式还基本没有人完成。目前为止,宣布生产符合X2 MSA的模块的制造商寥寥无几-值得注意的是Sumitomo公司和Merge Optics公司。并非只有模块厂家圈占XFP市场。几家通信系统大公司已在他们的线路卡上设计了XFP，从而利用它非凡的组装密度并将Xen类型模块视为他们可以跳过的过渡产品和短期替代品.如果 XFP的近期市场接受程度持续增长，全部三种Xen类MSA会发现他们受到了排挤，最坏情况就是完全被挤出市场,最好情况也只是进入XFP的小型封装所不能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。这些小模块的机械设计,都不考虑热插拔，所以，虽然它们的定义是与SONET兼容的，但却不太可能成为需要最高工作性能的线路卡的竞争者.新增加的MSA扩展产品，即eSFF和eSFP,已经在大大超越SAN和LAN的应用中带来了引人瞩目的功能。要么这些功能会移植到其它的MSA上，要么eSFF和eSFP MSA像10Gbps节点汇聚的其他含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的加工工艺更便宜，成品率更高。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仅能用作工作在850nm的短波长器件。今年春天，Picolight公司和英飞凌公司几乎同时发布了新的 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。这两个发布的其它含义是各公司在长期市场低迷中并不仅仅在老产品上做表面文章。关键技术的开发仍在继续，公司之间也在一如既往地展开激烈竞争。趋势6超级物理层各系统历来都包含有信道监视器以有助于保证QOS（服务质量）等级。这些监视器工作于网络层和传输层,既是定义OSI模型第三层的路由和排序功能的一部分又是定义第四层的流量控制和纠错功能的一部分。如果网络节点间存在透明信道，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工作,除非系统出现故障，例如电力不足或冷却系统中断。然而，系统还能在物理层检测大部分信道变化,QOS(服务质量)在物理层更意味着信号质量。物理层的监视器功能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工作。物理层的监视器还能作为信道优化方案的一部分发挥作用,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,光模块MSA几乎不利用智能物理层芯片报告的功能,来提高系统对媒质层或接口层状况的了解.SFF和SFP MSA定义的新扩展部分增加了对光纤模块工作参数的实时访问，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.每个可测量参数的可编程高、低警告门限和报警门限使得模块能够将故障和工作状况或信号状况不良区分开来。趋势7MOEMS的前兆自由空间光功能正变得多种多样。虽然众多开发团体已经发布大规模自由空间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)信号调节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）,用以补偿信号功率大的变化.DGE在各种波长进出DWDM馈线时进行这种补偿，因而这些波长行进的距离不同，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。因为他们的信号调节功能完全在光域内实现，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产生作用。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信号处理器能保持其特性而没有过大的纹波,而且还能控制由于高传信速率的带宽扩展所产生的串扰.10清华附中 班 学号