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通
信 技 术 新 进
展
（邬
贺 铨
中国工程院院士）
一、引
言
计算机2000年问题就像千禧年的钟声一样，提醒人们注意世界进入新的一千年。20世纪最值得称道的成就之一是信息技术的发展，人们从来没有像现在这样感受到工作与生活不能离开通信，展望新世纪最令人难以预测的还是通信技术的发展。因特网的兴起动摇了电话业务的主导地位，百年传统的电信网面临宽带化、分组化、个人化的压力与挑战，通信技术的发展进入了新时期。
二、当前通信技术的前沿领域
1.
以光网络为代表的宽带传送与接入技术
全球因特网用户数近年来约以年均30%的速度在增长，过去的一年新增用户3000万，总数达到约1.5亿，预计到2001年可达2.5亿。因特网业务量增长的速度则更快，几乎每半年加倍，要求网络传送与接入的带宽也要以指数规律增长，光纤的传输能力和潜力正好满足这一需要，因此理所当然地成为下一代传送网的基础。
基于SDH（同步数字系列）的电时分复用（ETDM）技术，光纤上的单波长容量增长很快，1992年商用速率为155Mbps（对应话路容量1890路），到1998年为10Gbps（对应12万话路），ETDM的40Gbps系统预计2000年可投入现场试验。在这方面领先的是加拿大的Nortel公司。上述发展速度表明容量约平均每年翻番，这一速度超过了由摩尔定律表征的微电子技术的发展速度（每18个月集成度提高1倍）。就目前所知，微电子技术难以支持ETDM容量，在可预见的将来有新的突破，而且现有光纤上的色散是10Gbps及以上速率系统传输距离的主要制约因素，随着比特率越高而影响越大。因此光纤通信提高容量的措施转到密集波分复用（DWDM），即在一定的波长窗口内，每隔0.8nm（或其倍数）安排一个波长，例如每个波长传播2.5Gbps，则光纤上的8个波长的等效的总传输速率为（8×2.5）Gbps，目前可商用的水平，我国为（32×2.5）Gbps，国外（如朗讯公司）为（40×10）Gbps（即400Gbps），实验室的水平则已超过Tbps。DWDM的思想
很早就已提出，但直到掺铒光纤放大器（EDFA）出现后DWMD技术才得以实用。EDFA为多波长所共用，每一波长分享其中一部分功率，传输一段距离（例如80-120km）后靠EDFA来给每个波长补充功率，经过若干个EDFA再用再生器来消除色散的影响。适于DWDM系统的光纤在1550nm附
近应具有较小的色散（但不等于零，否则多波长间非线性干扰会沿光纤长度同相叠加），称为非零色散位移光纤（NZDSF），美国的康宁公司、朗讯公司和我国的长飞公司都可以生产这种光纤。在DWDM技术基础上进一步提高容量的方法是缩窄长间隔或展宽EDFA增益带宽，前者要求光源波长稳定度很高、线宽很窄，后者通常在原有C波段（1530-1560nm）EDFA上再并接一个L波段（1565-1595nm）EDFA来得到。另一种增加容量的方法是采用光时分复用（OTDM）技术，例如将多路DWDM信号再时分复用到一根光纤上，或利用OTDM技术将4个40Gbps信号复用为160Gbps信号，然后再通过DWDM得到（8×160）Gbps信号。与传输系统对应的传送网节点将使用OXC（光交叉连接设备）和OADM（光分插复用设备）。利用DWDM技术可实现沿经理波长路分支，今后还可实现波长交换。
传送网的容量增大后，网络的瓶颈将转到接入网（即从用户所在地到最近一个业务节点，如交换机或路由器），利用无源的光纤分路器构成树状拓扑的PON（无源光网络）可实现接入网的宽带化。此外，基于现有金属用户线的ADSL（不对称数字用户环路），用一对0.4mm的用户线就可在6km范围内为每一用户提供下行1.5Mbps，上行384kbps的能力，适于高速因特网接入
。
2.
基于分组化的大容量业务节点技术
传统的电信网使用面向连接技术的电路交换机作为业务节点，它利用信令实时控制交换机进行时隙交换，在主被叫用户间建立端对端的连接，这种方式在用户挂机以前每一用户不论是否讲话都独占一条电路，资源无法被其他用户共享，利用率低。随着因特网发展，数据业务量以10倍于电话业务量的速度增长，不出10年数据业务将取代电话业务占主导地位。通常数据业务对实时性要求不高，用电路交换方式处理并不经济，如将用户的数据消息切成若干分组（包），每个分组头上附加目的地地址和分组序号等，来自不同用户的分组在业务节点被存储转发，到同一节点的多个用户信息共享一条电路，这称为分组交换。根据一次通信中同一用户的各个分组走同一条逻辑电路或各自选路情况，分组交换又分为面向连接与无连接两类。因特网上的TCP/IP就是最通用的无连接协议。
ATM（异步转移模式）交换机和路由器都可作为大容量分组交换节点。前者基于面向连接的定长分组（称为信元，长度为53Byte），它的设计目标是作为多业务平台可同时支持实时业务，因而需比较复杂的信令和流控功能，当用于支持IP业务时效率低且不够经济。路由器是专为
IP业务设计的，对排队等待的IP包根据其地址按预定的路由表对IP包逐一选路，按尽力而为但不保证服务质量（特别是时延）的设计思想工作。从既要对IP业务优化且有可扩展性又要对话音类实时业务提供不低于现有网的质量保证的要求出发，现有的ATM和路由器都不理想，融合两者优点的交换路由器或路由交换机是较好的选择，其基本思想是交换与选路功能结合，预留资源优先处理实时业务，用多协议标签交换（MPLS）来改进时延，而对数据业务仍然用尽力而为的方式对待。为了适应IP业务量的指数增长，路由器容量越做越大，目前在全世界路由器的主要供应商为美国的Cisco公司，其商用核心路由器的最大容量可为60Gbps，在这方面国产路由器差距较大（目前仅10Gbps）。在美国还有一些公司（如Pluris等）用光纤互连多个背板的分布处理方式，使路由器能力高达184Tbps。全光路由器（如美国Corvis公司产品）
也已出现，能力达2.4Tbps，可实现全光波长选路。至于光交换，目前仍处于实验室阶段，容量及器件稳定性还不足实用。
3. 基于宽带CDMA（码分多址）的新一代移动通信技术
移动电话面向个人随时随地使用的方便性，其用户数的增长速度可以和IP用户相比拟。从1996年起全世界每年新增移动电话用户数就已超过新增固定电话用户数，全世界累计的移动电
话用户数也将在10年左右超过累计的固定电话用户数。频谱是发展移动通信的前提条件，但它又是不可再生的资源，提高频谱利用率始终是移动通信追求的目标，为此移动通信采用蜂窝方式工作，不同蜂窝小区间频率再用，同一蜂窝小区内多用户共享频率资源，这种共享的技术称为多址方式。移动通信技术的发展已历经第一代（模拟制，FDMA即频分多址方式）和第二代（数字制），它又分为TDMA（时分多址，例如GSM）和CDMA（码分多址，例如IS-95）方式，每一种新方式都比其前者有更高的频谱利用率。
目前移动通信的主要业务是电话，随着因特网发展，移动数据的需求提到议事日程。在GSM
网络基础上支持分组数据的方式称为GPRS（通用分组无线业务），在GSM网的环境中，GPRS终端根据数据业务需求及可用的无线资源，占用一个或多个时隙传送数据信号到基站，经基站控制器将数据信号经GPRS网关连到IP网。GPRS可支持的用户数据传输速率最高为上百kbps，对于更高的数据业务速率而言这显然是不够的，更重要的是GSM频谱资源（900MHz和1800MHz）
有限，特别是在高话务密度地区尤为紧张，因而GPRS只是一种过渡的解决方案。
最近国际电信联盟（ITU）正在规范第三代移动通信（3GM），其目标是工作在2000MHz频段，期望在2000年左右商用，所支持的业务传输速率最高可达2000kbps（指室内，如慢速移动为384kbps，如高速移动则为144kbps），因而这一标准命名为IMT-2000。作为无线传输技术，已经标准化的主流技术都基于码分多址，它有频分双工（即来去方向占用不同频段）和时分双工（即来去方向为同一频段但不同时隙）之分，前者又分为直接序列扩谱CDMA与多载波CDMA，后者为时分同步CDMA，我国提出的TD-SCDMA是TDMA与同步SCDMA结合的多址技术，频谱效率更高，特别适于支持接入因特网的不对称业务。
移动与IP结合可兼有两者的优点，但IP的移动性管理对网络提出了更高的要求。此外IMT-2000的终端既要与现有网兼容（因此可能需要有包括GSM或IS…95CDMA的多模能力），又要优化对多媒体业务的支持，考虑到因特网上的超文本（html）格式及常规的浏览器不一定适于在手持终端的屏幕上显示，需要开发专用的协议（例如WAP，即无线应用协议），网络设服务器实现固定网用的IP协议与WAP协议的转换。3GM网络和WAP协议的研究正在开始，而有关第四代移动通信（4GM）的研究也已提到议事日程，4GM的目标是支持更宽的业务（例如10Mbps）可能还需考虑与移动卫星业务的结合，以实现无缝漫游。
在移动通信产品方面，Motorola,Nodiat
Ericsson公司的GSM产品的市场占有率较高；Lucen
t,Sumsang,Qualcomm等公司则在IS-95CDMA产品上领先。中国由于起步较晚，虽然GSM全套系统也已有产品，但在市场上刚入门，现在3GM方面有了一个好的开端，前述的TD-SCDMA方案是信息产业部电信科学技术研究院代表中国提交的，因论证充分、特点明显、频谱效率高而被选作国际标准，这表明中国在3GM方面开始跻身国际先行者的行列。
（摘自
中国科学院《2000高技术发展报告》）
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