第698期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《信息高速公路》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——信息高速公路
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：张海懿，中国信息通信研究院高级工程师。
张 杰，北京邮电大学教授。
讲座时间：2025年9月8日～9月14日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——信息高速公路
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。电信事业的发展，跟我们每一个人的生活都息息相关。年纪在40岁以上的人曾经深刻地体会到电缆传输的那种卡顿，和今天光纤的这种流畅，那未来光纤还会给我们带来哪些可能性呢？我们通过短片来进入今天的节目。2021年，我国启动粤港澳大湾区超级光网络建设，打造世界上距离最长、容量最大的空分复用光通信超级高速信息公路。它将广州超算中心、深圳超算中心与周边大量的互联网用户连接起来，实现了数据信息高速度、大容量的传输。什么是光通信？这项新技术与我们的生活有什么关系呢？我们今天请来了两位嘉宾，一位是中国信息通信研究院的高级工程师张海懿，另外一位是北京邮电大学的教授张杰。有一定年纪的人对拨号上网印象一定是非常深，那个时候的话主要还是以电缆的通信为主，拨号上网本身的这个速度也是非常低的，就是传一个可能几兆的文件的时候，可能需要非常长的这个时间，当时是电子邮箱收邮件，需要有一些大文件，然后很着急，但是因为这个速度特别慢，虽然这个拨号上网很贵。就说那豁出去了我挂着吧，第二天可能能收下来这个文件，但很可能你第二天起来之后的话发现中间断了，断了之后因为它又不能自动重传，所以的话还要重新再拨才行，时间和金钱都浪费了，然后还没有达到预期的效果。
很多人喜欢看电影，那个时候说要前一天晚上点上，然后第二天早上看这部电影下载完了吗？电缆通信最主要存在的一个问题是容量非常小，所以的话就会出现我们刚才说的一些情况，可能一些下载需要非常非常长的时间。除了容量之外，还有哪些问题？过去通信电缆里边这个电信号在传输过程中，它衰减得非常快，也就传了不太远的距离，通常几公里，就必须要对它进行一次信号加强，要不对方就收不着了。比较明显的就是，你比如说在家里装修的时候，就会注意到装修师傅他可能会要把你强电的线路，然后跟咱们的一些通信的线路，上网的线是要把它分隔开的，它很容易造成一些电磁的干扰，然后你看电视的信号，或者你上网的这个信号就会互相之间串扰，就会有问题。另外，就是有一些高压电线路附近的，其实如果是电缆的通信就是会受影响的。通信电缆，它为了保证这个信号传导的性能，通常采用的都是铜芯导线。大家都知道这个金属铜，它实际上在地球上的储量并不是很多，所以它的这个价格成本比较高。其实我们现在的社会是一个信息社会，应当说方方面面的可能都需要大量的一些信息的沟通和交流，所以以前通信可能是电话都没有普及，只是通过电报和这样的一些传输。
那时候可能整个的社会节奏是非常慢的，信息的交互也慢，但是现在大家对信息交互的需求，以我们现在这么充沛，这么发达的这个信息通信的系统，可能大家觉得还不够。所以就是这一块的整个的需求，也促进了信息通信整个行业的一个发展。我们上网也好，我们的远程教育也好，其实大家可能感触比较深的，我在家里要上网，我通过WiFi（无线网络）连上去。我要在室外呢，我通过5G，我也可以联网，但其实背后呢，当你这个信号，我这手机发送信号到了无线基站，基站信号又去哪里呢，实际上就是进光纤了。它要通过光纤，把这个信号送到网络当中进行处理，所以光通信在满足这样一个大流量的信息消费过程中，它提供了一个非常重要的基础设施的这样一个角色。光通信跟我们平时理解的光的关系是什么？这个光的话跟我们平常看到的光不一样，平常我们看到的（是）可见光，但是激光的话，它是一些特殊的波段的，适用于在这个通信承载一些信息。跟我们普通的咱们照明光不太一样的是，它的这个光的能量汇集性非常好，而且这个光的频率也非常单一，这样在传输的时候，能够在光纤里头跑的距离更远，衰减更小。处在不同地域的人，彼此之间交流情感、传递信息时，需要借助某种通信方式来实现。
从古人对“家书抵万金”的感慨，到如今“万里传音”的信息科技时代，通信需求不断增加，传输速度越来越快，光通信技术应运而生，发挥了不可替代的重要作用。这是一种全新的通信方式，它以光纤为传输介质，利用激光传输信息。相比传统的电缆通信，光通信技术相当于将蜿蜒崎岖的羊肠小道换成了笔直宽阔的高速公路，信息通信能力获得飞跃式的提高。那么，光纤与传统的电缆相比具有哪些优势呢？光纤它的优势，还体现在哪些方面呢？光纤的话，它是就只是在一个细小的内径、包层之间的进行一个传输，那它像泄漏的，相对来说只是在周边非常近的地方，所以它本身的这个保密性，也是相对来说还是比较好的。我们说每一项科技的突破的时候，我们是否广泛地应用可能都会考虑到它的成本的问题。那从电缆到光纤这个成本，我们是节约了多少？光缆里头用到的这个光纤，它的主要成分跟我们玻璃的成分是一样的，都是叫二氧化硅，只是它纯度更高，在传输信号性能上能做得非常好。而二氧化硅的储量地球上是非常丰富，所以有一个统计数据，说是如果要折合成单位长度来算，这个光纤比面条都便宜。好像我记得有一段时间，光纤价格非常低的时候，好像这也是现实。光通信给我们带来的好处，体现在哪些方面？
容量大，确实是一个非常大的优点。刚才我们也算了一下，如果是电通信，当时按比较高的速率，140兆一个通路来算，是在一根电缆里头，如果到现在我们在一根光纤里面可以传的话是32T，相比起来在电缆里头传输，那就是22万倍的一个增加。这个32T的概念的话，就是如果是一个G的这样容量的视频，其实是32000个电影，同时一秒钟就可以下下来，所以可以想象这个速度容量是提高了多少，然后也就是为什么我们相应地会得到这么好的一些体验。光通信，它的这个传输原理，决定了它这个能量的衰减，信号衰减维持在一个非常低的水平，通常的话，对电缆通信可能大概每五、六公里，就需要做一次放大。但是我们的光通信，实际上它可以把中继距离拉到数千公里，不需要中继做各种电学的处理。那这样的话，就把我们的这个性能大大提升了，这就好比像一辆跑车，这辆跑车如果你油门很大，但是你油箱很小，开没多远就加一次油，你速度就上不去。而我们光通信就解决这个问题了，油门又大，油箱又大，这样的话，它就能够实现远距离的，这样的一个可靠的通信了。
在高压线路周边，现在我们通信的话，用光纤的这个（线路）……也没有影响。对，也没有影响，就会好很多。就是它不太受这种电磁环境的干扰，因为它是光嘛，这光信号周边你有电磁场，有周围的这种，我们叫电磁环境污染，不会影响到它。然后还会有一些，比如说你像在井下煤矿里头，各种的环境也是非常复杂的，但是像光纤这种介质在那儿的话，也是没有问题的，不会影响相关的通信。我说这个光通信，其实跟通信电缆相比，它的优势是碾压型的，无论是刚才提到它的通信容量、传输速度，还是它的传输距离。就相当于你还射箭呢，人家已经拿出这个……手枪了。我们可以看成就有这样的一个，非常大的这么一个差异。由过去的电缆转成光通信，是一个什么概念？最早可能国际上是1966年吧，高峰先生提出的光纤传输的一些基本的理论，然后后来他本人也在2009年因为这些成就获得了诺贝尔奖，光纤上来之后，其实一开始的速率可能也不是特别高。我（记）得最早SDH（光传输设备）的时候，可能是155兆开始起步，但是那个时候的话，已经慢慢地可能就开始变成了类似镇里的先是沥青路，然后省道、国道，然后高速公路，这样逐步地发展，而且不光是这个道发生了变化，另外的话，这个车其实也发生了变化，从原来的牛车，然后逐步地现在变得越来越好的这个车。
最早我们国家是从什么时候开始发展光通信的？其实我们国家通信这块的话，我觉得一直跟国际上头这块还是保持着比较好的一个联系，然后也是跟进得比较快的，也是第一时间投入到这些无论是光纤本身，还有系统的这个研制当中。我们国家就是（上世纪）70年代开始，启动了一些光纤方面的一些制备，然后另外的话也开展了一些系统方面的研究。我国实际上是在（上世纪）80年代中后期到90年代，是我们的一个大发展的这样的一个阶段，在这个过程中，国家是1991年之后就不再建长途的电缆通信系统了，就都是转向这种新型光通信。1997年就是我们第一个波分复用系统的引进，当时的话，我们在国家的干线上头，就是西安到武汉的这个工程上面，邮电部就定下来要投入这样的一个系统。当时所有的光通信，基本上国内的一些顶级的专家都参与到这个工程当中，技术的论证，然后和一些技术规范书的制定，还进行了一些交流、测试。自从那个系统引入之后，后续像国内的、国产的一些这样的波分的系统也逐步地就跟进，其实还是整个的就是发展得还是非常快的。打个比方吧，就是我们原来的单通路的系统，比如说SDH系统，我们比喻成就是一条单个的车道，然后在上面行驶着一辆车。但是如果是波分复用，它是把多个波长复用的，那就类似咱们现在的，比如说一个高速路上，我们现在有8个、16个更多的车道，每一个车道上同时跑着一辆车，就使得我们一根光纤当中的这个容量就是原来的8倍、16倍或者更多倍。
那就是在波分复用出现之前，那么我们的光纤把它如果看成一条路，它只跑一路信号，就跟一辆车在这个路上跑。有了波分复用之后，我们就相当于规范了很多车道，这样每辆车只在自己的车道上跑，彼此之间互相不影响，这样我们的容量就成倍地增长上去了。那么在2000年之前，应该是到1998年的时候，我们就建成了“八纵八横”的这样的一个骨干光纤通信网络。它实际上是当时邮电部对国家整体的光纤网络做了一个布局，就类似我们现在的高铁也有“八纵八横”这个概念，就是我们在重要的节点做这样一些长途干线的线路布局，当时建设了22条的光缆干线工程，3.3万公里的这种光缆，这样的话把国家的整个高速通信的一个版图就给建立起来了，可以说我们现在的这个发展是在这样的一个基础上不断地衍生，演进的一个方向。我国从上世纪70年代初，就开始了光通信的研究工作。1976年，中国第一根光纤在武汉诞生。由此拉开了我国光通信事业的序幕。1979年，北京和上海分别建成了市话光缆通信试验系统，这比世界上第一次现场光缆通信试验只晚两年多。这一成果使我国成为当时少有的几个拥有光缆通信系统试验段的国家之一。20世纪90年代初期，随着国民经济的快速发展，我国的长途通信网络已不能满足经济腾飞的新要求，为此国家开始了“八纵八横”大容量光纤通信干线传输网的建设。发展到如今，我国光缆线路长度接近5600万公里，其中长途光缆线路长度超过114万公里，千兆光网覆盖到了3亿户家庭，光通信技术逐渐融入到了中国人生活的每个角落。那么，光通信究竟给我们的生活带来了哪些便利呢？
我们家庭当中使用这个光纤，是比过去的电缆快了很多，当时有一兆的，两兆的，今天已经到了千兆级了吧？对，可能对于我们普通人来说，感觉到的话可能就是快，比如说刚才说的我们下载一些电影，或者是我们看这一个东西的时候，就非常快了。然后另外还有一种就是质量的提高，可能就是没有什么卡顿，整个的这个体验就更好了。我们现在普通用户可能基本上百兆是比较普遍的了，然后现在又提了千兆官网这个概念，所以未来在“十四五”期间可能会有更多的用户，它这个用户这一侧就能达到千兆这样的一个速率，所以相对以前来说，可能是百倍、千倍这样的一个增加。经过这些年的整个的建设之后，其实2020年疫情起来之后，就立马看到了这个效果，很多工作都转到线上之后，就可以看到我们国家其实还是非常有预见性的，一个是上网的这个人数、速率各方面的都在做各种努力。因为其实大家可能刚刚开始网上的一些视频会议，或者是网上上网课的时候，可能还会碰到一些问题，但是没有特别大的问题，这是因为基础设施的建设已经到这儿了。比如说有一些光纤已经到家里头了，然后咱们也都已经用上了这样的一些系统了，但是其实我们有的时候在开一些国际会议的时候，可能遇到的问题反而会就是更多一些，可能在各方面大家有的可能并不是特别地匹配。国际上在这一块的话，因为没有一些相关的推动，它的这方面可能还是略有一些滞后。
在公共区域呢？带来的这个可能性的突破又是什么？在公共区域的话，其实可能它跟一些工业，和一些行业可以产生一些融合之后，就像智能制造，比如在工业互联网的一些应用里面，其实光通信如果能够进入行业，就会发挥很大的作用，因为其实在工业控制这些行业里头，对时延的要求是非常严格的。然后光纤本身时延小，能够很快地传输，然后这个特点能够发挥出来。另外，其实整个的行业里头，像一些智慧医疗的一些应用，它可以利用光纤通信里头的一些，点到多点的一些传输技术，然后把周围的一些卫生站，然后跟医院这边联系起来之后，其实它们之间的一些医疗资料就可以共享了。如果是日常的这种传输，可能需要很长的时间。但如果通过光通信进行连接之后，那医生就可以秒看远程地进行一些诊断、操作，都会非常便利。而且你看可能现在大家都看到一个很热的一个词，就是“东数西算”国家启动的这样的一个大的项目，那么在国家的方案里头，它布局了八个全国的算力枢纽节点。另外还有十个数据中心的集群，那么其背后呢，需要一张光纤网提供支撑。
那目前随着我们国家这个光通信事业的发展，我们现在在研究阶段能看到的这个瓶颈，还体现在哪些方面呢？其实光通信发展，可以从两个角度来分析。一个是从光通信本身的，它从学术也好，从技术也好，其实它未来发展也有它的瓶颈，大家可能都比较熟悉了，集成电路有个摩尔定理发展的一个问题，在它的演进过程中，摩尔定理本身是一个发展的速度的体现。同时也会再约束它，未来还能不能按照这个速度发展，同样的对光通信来讲，我们是依据香农定理来建立的整套理论体系。那么它未来发展，要进一步地提高它的容量，提高它的速率，增加它的传输距离，那么也会面临各种各样的一些新的一些问题和技术挑战，那这个过程中需要我们很多再做一些技术的创新，这样的一些攻关来解决这个问题。另外从产业角度，我国的光通信产业在国际上做得已经是非常好的了，应该是优势还是很显著的。但是，在一些方面我们还有很多需要加强的地方，比如像一些核心的光电芯片，在这些领域我们还是有一些差距。另外，就是在我们一些高端的测试仪表，因为它这个通信速度非常高的时候，对仪表的这种需求，一些高端仪表的需求还是很多，这些方面我们也有待加强。尽管它有技术问题，在诞生以后，但技术问题我们可以攻关去解决，它这种优势一旦发挥出来，那对整个信息业是一种革命性的变化，所以这也应该是大家非常看好它的发展前景。也是它这么多年，这几十年时间发展这么快速，根本性的原因。
这些年从全球来讲，从我们国家来讲，这个电信事业发展得非常快，但大多有十年是一个时代，这样一个说法，今天我们看到光纤给我们带来了好处，未来我们有可能看到，更新的这个传输介质给我们带来革命性的进展吗？从目前来说的话，可能从大容量传输来看，光纤通信还是一个未来这些年比较主流的一个方式。还有很多提升的空间？对，其实光通信的话，一直发展的一个主旋律，可能高速率、大容量，是它发展的一个主旋律，就是说提高整个的这个容量。另外的话，可能会围绕着增强灵活性、智能化这些方面，更加优化的一些发展。同时还有像配合一些双碳这方面的，就是绿色节能这块也是一个未来发展的趋势。未来光通信还会有哪些发展？其实未来的这个网络发展，尤其现在你看国家都在探讨5G后头还有6G，这样一个新的网络应用场景（已经）出来了。同样你比如说，未来我们大家可能现在我们现在看电影，看的都是三维的，大家都看这个3D电影。然后实际上未来这样的一种三维化的这种信息，我们看到会越来越多，我们的增强现实和我们的虚拟现实的这些技术，其实未来大量地应用，它背后就需要我们非常高速率的，非常大容量的，一个通信能力给予支撑。比如说一个场景，我们如果要做一个远程会议，那我们现在的这个远程会议还是平面的，摄像机拍下来，投到屏幕上。
那未来完全可以做成这种虚拟化的，可能我在另外一个地方，但通过这种三维的虚拟技术在会议室里头把我成像出来了，感觉大家就像在一个房间里头进行这样的一个交流。三维的虚拟现实技术进行成像，如果没有一个强的这样的一个通信做支撑，它的实时性就做不到。其实我可以在本地把算法传过来，一些基本特征传过来，我生成一个人像，但它是个静态的，你要想做实时的交互互动，那一定是有这个信息的一个大流量的迁移。比如说现在还有一个，也是未来6G的一个应用场景，也是偏向智能制造业，假如说我们现在要诊断大型的一个设备，一个装置，我可以空中成像，呈一个立体的这样一个装置出来。然后不同的人可能他站在不同的自己的办公室，自己的会议室，大家成立一个虚拟的小组、工作团队，大家共同来看这样的一台装置，然后我们还可以通过手势的变化，去调整这个装置的位置，这样的话不同人，大家就相当于共同去诊断同一个装置，就跟在一间屋效果是一样的。那这个过程中可以看到，不只是把这个信息都虚拟成像出来，还要进行实时性的这种交互。那这样的背后的支撑，就需要一个更大容量的一个通信的这样的一个支撑了。所以光通信未来发展，我们提到它未来能够为这些新技术、新应用的发展提供一个很广阔的，这样的一个带宽的支撑空间。
那还有哪些是我们想象不到的？你比如未来光通信可以跟照明结合，跟照明结合在一起。跟照明，通信跟照明怎么结合呢？你看因为我们这个光通信，它现在有一个发展方向，叫可见光通信。就是我们未来家庭里头，大家都是节能灯都装了，用LED灯来进行照明，其实在这个照明过程中，我一样可以把要传递的信号，给嵌到这个系统当中，装一个芯片，在灯里装上相应芯片，它就可以把这个信号，直接从灯下载到，你在灯下看书的同时，那个信息就可以下下来。这样以后你可能在阅读一个报纸，电子的这样的一个阅读器，去读的时候，可能你的信息是从灯给你送过来的，这样你就可以在照明过程中，来实现这样的一个通信。将来一些在线的一些游戏，反而会跟AR、VR结合的，这些可能都会就是体验会非常地好，大家就像在一起打一样，就是一些游戏，然后的话有一些包括比较激烈的动作。现在可能都会有各种的卡顿，或者是其实是AR、VR，有的时候可能会有头晕，就是这种感觉。但随着这个技术发展之后，其实这些方面都会如身临其境那样的感觉吧。不只局现在光通信这样的一个维度上，它实际上可以在整个信息数据的全流程上，都可以贡献它的这样一份力量。我们光纤还有一种应用，可以做传感器，它可以来感知到外界环境的变化，变成数字信号，送到我们系统里头，所以这是感知上能起作用。
那么感知到信号，我们还要送到节点进行处理，要把它加工变成我们需要的这些信息，那么这个过程中就需要用到大量的计算。咱们现在算力提供还是有限的，我利用光学的这种特性，把光的这种处理局限在一个小的空间范围内，我们可以利用新型的这种光学技术，实现一个超大容量计算能力的一个提升，这也是未来现在也是国际上非常关注的一个研究点，尤其高速通信网络这个发展。回头对我们像家庭、像个人的云计算的应用，就提供了很大的一个空间。咱们现在大家都知道云计算，这个是经常我们上网，用到一个词，但是你如何个人、家庭，怎么去充分利用云计算的资源呢？未来如果光纤我们到家里、到房间，这样的话我们以后，那家里可以说我就不需要主机了，我只需要有键盘、有鼠标、有显示屏，所有需要计算的东西，数据也在外面存着，然后我们的计算在外面计算着，这样我家庭只是一个信息的一个消费装置，这就给我们带来了一个完全全新的一个体验了。未来对家庭的这种新消费，产生一个新的体验，所以要想实现这种未来的海量的这些信息的，从感知到处理，到我们的通信的传输，到存储这样的一个完整的这么一个过程，每个环节都需要一些技术上的突破和提升，其实在这个过程中，光可以扮演非常大的角色。好，感谢两位，也感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频，收看我们过往的节目。好，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
