長途光纜骨干傳輸網光纖選型建議

1、長途光纜骨干傳輸網光纖選型建議 摘 要目前我國各運營商都在建設自己的光長途骨干傳輸 平臺，光纖類型的選擇已成為光纜建設的焦點。本文首先介 紹了 g.652和g.655光纖的特點，對波分復用技術應用于不 同光纖的性能進行了比較，介紹了光傳輸網技術的發(fā)展對未 來光纖的要求以及新出現(xiàn)的一些光纖，然后提出了在目前情 況下長途光纜的光纖選型建議。關鍵詞長途光纜光纖色散選型波分復用系統(tǒng)1刖b作為光傳輸網絡物理平臺基礎的光纜在網絡的建設 成本(capex)和維護成本(opex)中占有舉足輕重的地 位，特別是其中光纖的選擇對于未來傳輸系統(tǒng)的擴容更是具 有決定性的影響。日本ntt公司基于g.653(色散位移光纖

2、, dsf)光纖上構建波分復用系統(tǒng)被迫釆用l波段，已經是業(yè)內 人士非常熟悉的事例。在新技術飛速發(fā)展的今天，傳輸基礎 速率不斷增加，wdm系統(tǒng)的波長間隔不斷加密，使用光纖 的帶寬不斷擴大，無電中繼傳輸距離不斷增長，對光纖參數 提出更多的要求。因此，對于網絡運營者而言，光纖的選擇 是一項十分慎重的任務，光纖的選擇不僅要考慮當前的應用 情況，更要考慮未來技術的發(fā)展。不能僅根據光纖的結構、 物理參數和性能來比較，必須結合傳輸系統(tǒng)的應用開發(fā)情 況，從兩個不同的角度來考慮網絡中光纖的選擇。本文將從 光纖和傳輸系統(tǒng)兩個方面來比較目前常用的光纖，并對下一 代可能應用的光纖進行簡單的描繪，從而給出與長途骨干傳

3、輸網(一、二級)有關的光纖選擇建議。2目前常用光纖的性能比較目前，在我國長途骨干傳輸網中，主要應用著g655 和g.652兩種單模光纖。g.652和g.655光纖是itu-t關于光 纖的建議號，分別被稱為標準單模光纖(ssmf)和非零色 散位移光纖(nzdsf)。下面分別簡要介紹一下各自的性能。2.1 g.652 光纖g.652光纖是目前我國在長途骨干網中應用最多的 光纖，也是1310nm波長性能最佳的色散未位移光纖，它同 時具有1310nm和1550nm兩個窗口。g.652光纖的纖芯折射 率分布主要有匹配包層和下陷包層兩類，零色散點位于 1310nm窗口，而最佳衰減點位于1550nm窗口。其

4、中1310nm 窗口處的典型值為：衰減系數為0.30.4db/km,色散系數 <3.5ps/ (nm km)o而1550nm窗口處的典型值為：衰減系數 為0.190.25db/km,色散系數<20ps/ (nm-km)o目前在我 國長途骨干網上，根據不同的傳輸系統(tǒng)，g.652光纖應用在 不同的工作窗口，pdh系統(tǒng)工作在1310nm窗口，sdh系統(tǒng) 則應用在1550nm窗口，而密集波分復用系統(tǒng)依據摻餌光纖 放大器(edfa)的特性，也工作于1550nm窗口。2.2 g.655 光纖g.655光纖是1994年推出的非零色散位移光纖(nzdsf), g.655光纖通過設計光纖折射率剖面，

5、使零色散 點移到1550nm窗口，使1550nm窗口同時具有最小色散和 最小衰減。它在1550nm窗口處的典型參數為：衰減系數 <0.25db/km,在15301565nm區(qū)間的色散系數絕對值為 l6ps/ (nm-km)o g.655光纖1550nm區(qū)較小的色散系數有 效避免了四波混頻效應的影響。我國從2000年起開始在長 途骨干網上大規(guī)模地引入g.655光纖，主要應用在1550nm 窗口，開通以10gbit/s為基礎的波分復用系統(tǒng)。g.655光纖1550nm工作區(qū)的色散既可以為正值，也 可以為負值。根據應用場合的不同，采用不同的色散光纖。 例如，在中美海纜、sea-me-we3和ap

6、cn2等海纜中均采 用了色散位于負區(qū)的g.655光纖，它與g.652光纖結合使用, 大大提高了傳輸長度。根據零色散點和模場直徑的不同，市場上常見的 g.655光纖主要包括兩種：一是朗訊公司生產的真波光纖 (rs-true wave fiber),二是康寧公司生產的大有效面積光 纖(leaf)。目前在我國大量使用的康寧公司的e-leaf光 纖和長飛公司的大保實光纖實際上與leaf光纖屬于同類， 均屬于大有效面積光纖。rs-true wave光纖色散斜率小，僅 為0.045ps/ (nm2.km),在整個c波段和l波段的色散變化 小，有利于將工作波長由c波段擴展到l波段；而leaf光 纖的色散斜率

7、為0.09ps/ (nm2.km),但增加了光纖的模場直 徑，從而增加了光纖的有效面積。在相同入纖功率時，降低 了光纖中傳播的功率密度，減小了光纖的非線性效應。可以 說，兩種光纖各有所長，目前在我國各運營商的長途骨干網 中均有應用。itu-t關于g.655和g.652光纖主要參數的規(guī)范比較見表lo3現(xiàn)有商用化波分復用技術在不同光纖中傳輸性能比較目前，波分復用技術日趨成熟，以2.5gbit/s和 1 ogbit/s為基礎的wdm系統(tǒng)已經在各個電信運營商的一級 干線、二級干線乃至于城域網中得到應用。因此，以下將從 目前廣泛應用的2.5gbit/s和1 ogbit/s wdm兩個方面來分析 比較兩種

8、光纖的傳輸性能。3.1 2.5gbit/s wdm 系統(tǒng)在以2.5gbit/s為基礎的wdm系統(tǒng)中，傳輸系統(tǒng)的 色散容限較大，每通道可達12800ps/nm,不存在色散補償問 題。因此，單從色散的角度來說，在600km左右的光復用段 設置情況下，采用1550nm窗口的2.5gbit/s sdh系統(tǒng)和以 2.5gbit/s為基礎的wdm系統(tǒng)工作在g.652光纖和g.655光 纖上并無不同。當然，由于g.655光纖色散系數較小，在不 需要色散補償的情況下，無電中繼距離較采用g.652光纖長, 對于leaf光纖，理論計算可達1700kmo目前，以2.5gbit/s 為基礎的wdm系統(tǒng)一般應用在g.6

9、52光纖上，無電中繼距 離可達640kmo當然也可采用g.655光纖開通2.5gbit/s wdm 系統(tǒng)，只是從實際的應用來看，采用g.655光纖的優(yōu)勢不夠 明顯；而從投資成本的角度看，采用g.652光纖又是非常經 濟的。因此，可以說，在以2.5gbit/s為基礎的wdm系統(tǒng)中, 采用g652光纖是非常合適的。3.2 1 ogbit/s wdm 系統(tǒng)10gbit/s sdh和 wdm系統(tǒng)的色散容限一般為 800ps/nm,最大也不過1600ps/nm。理論上來講，采用g.655 光纖后，與g.652光纖相比，可以大大減少色散光纖的補償 量。這也是目前在應用1 ogbit/s wdm系統(tǒng)的情況下

10、，廣泛 采用g.655光纖的原因。但是，對于1 ogbit/s為基礎的wdm 系統(tǒng)，由于影響的因素較多，不僅是傳統(tǒng)的衰減、色散等參 數，還包括偏振模色散（pmd）、非線性效應（包括spm、 xpm、fwm等）、功率均衡、色散斜率均衡等。因此，1 ogbit/s wdm的系統(tǒng)配置是各方面參數達到優(yōu)化的綜合結果，在系 統(tǒng)設計時，應綜合考慮上述所有參數。表2為對幾個廠家在 g.652和g.655兩種光纖上開通1 ogbit/s wdm系統(tǒng)時的站段 設置比較，表中數值均為fec打開和不采用喇曼（raman） 放大器時的參數，該表中的g.655光纖指康寧公司的e-leaf 光纖。根據表中的數據可以得知，

11、不同廠家的產品適應兩種 光纖的程度不同，除廠商a外，其他廠家在兩種光纖上的性 能稍有差別，但差別不大。表2僅是從功率預算的角度提出g.652和g.655兩種 光纖上的站段設置不同，并未體現(xiàn)出兩種光纖色散系數的不 同。事實上，根據對目前各廠商10gbit/s wdm系統(tǒng)的了解, g.655光纖上開通1 ogbit/s wdm均需要色散補償，過去通常 所說的g.655光纖上開通1 ogbit/s wdm不需要色散補償對 于短距離應用可能是允許的，但在實際的網絡中，無論是在 g.652光纖上還是在g.655光纖上均需要進行色散補償 (dcm),只是補償光纖的長度或補償方式略有不同。色散 補償的過程會

12、引入較大的衰減，也可能增加光纖非線性效 應，引起四波混頻(fwm)等多種不利因素。因此，色散補償 并不僅僅是對色散補償，而是多種影響平衡的結果。目前常 用的色散補償方式包括過補償、欠補償和零補償等幾種，從 系統(tǒng)總體性能來講，在g.652光纖和g.655光纖上一般釆用 欠補償方式，而實現(xiàn)方式上則多種多樣，色散補償模塊可放 置在發(fā)送端功率放大器、線路放大器和接收端預置放大器三 種放大器中的一種或多種的中間級，補償原則依據不同的生 產廠商或不同的wdm系統(tǒng)制式而定。色散補償模塊一般采 用負色散光纖進行補償，在g.655光纖上也可采用少量正色 散光纖。當然，對于1 ogbit/s wdm系統(tǒng)，每個光復

13、用段的pmd值（群時延，dgd）應小于10ps。這并非是對某種光 纖的要求，而是對于傳輸系統(tǒng)的要求。可以說，pmd并不是 區(qū)分g.652光纖和g.655光纖的最重要因素。根據對現(xiàn)有 g.652光纖的測試，只要在生產和敷設過程中對pmd的指標 進行了要求，均可以開通10gbit/s wdm系統(tǒng)。從現(xiàn)場測試 的pmd結果來看，我國原郵電部“八五”、“九五”期間敷設 的絕大部分g.652光纖可滿足10gbit/s wdm系統(tǒng)的傳輸需 求。綜上所述，在以1 ogbit/s為基礎的wdm系統(tǒng)中， g.655光纖較g.652光纖并未顯示出十分明顯的技術優(yōu)勢。另 外，如果從每個wdm系統(tǒng)的建設成本來比較，g

14、.655光纖 加上其色散補償模塊（dcm1）的造價可能會比g.652光纖 加上其色散補償模塊（dcm2）低一些。但對于新建大容量 （目前一般為48或96芯光纖）光纜來講，初期投產也僅使 用一對光纖，由于g.655光纖的單價要高于g.652光纖，會 使g.655光纖光纜的投資將遠遠高于g.652光纖光纜。因此, 空余光纖的使用，特別是未來的傳輸系統(tǒng)應用是決定采用 g.655光纖還是g.652光纖的關鍵。當然，在以1 ogbit/s為基 礎wdm系統(tǒng)的網絡中，特別是在長途骨干傳輸網中，針對 不同的傳輸設備廠家，采用g.652光纖的wdm系統(tǒng)造價也 未必高于采用g.655光纖的同樣wdm系統(tǒng)，因為當

15、采用 g.652光纖的wdm系統(tǒng)站段設置較采用g.655光纖情況下 長時，可大大減少wdm終端設備(otm)的數量，而wdm 終端設備(otm)的價格較光放大器(0a)高出近一個數 量級。4與光纖有關的光傳輸網技術的發(fā)展眾所周知，自動交換的全光傳送網是未來各種業(yè)務 的最基礎平臺，也是光傳輸網的發(fā)展方向。圍繞著智能全光 網絡這一核心，許多新技術和新產品正在研究開發(fā)之中，并 將逐步走向商用化。在骨干傳輸領域，其研究方向主要包括 傳輸容量的不斷增加、無電中繼傳輸距離的不斷延長和網絡 的智能化水平的不斷提高三個方面。基于光包交換技術 (gmpls)的全光網絡智能化實現(xiàn)主要與軟件技術和網絡拓 撲研究有關

16、，而傳輸容量和傳輸距離與光纖傳輸媒介直接相 關。隨著傳輸帶寬的不斷增加、通路間隔的不斷加密和基礎 傳輸速率的不斷增高，對光纖的參數要求逐步增加，在傳統(tǒng) 的衰減、色散等基礎上增加了衰減斜率、色散斜率、光纖非 線性、pmd等方面的要求，下面根據未來可能的技術應用， 提出對未來傳輸網絡中的光纖要求。4.1超長距離wdm系統(tǒng)超長距離(ultra long-haul) wdm系統(tǒng)是現(xiàn)在設備 供貨商炒作最熱的技術之一，許多廠商聲稱可在2002年推 出商用化的以1 ogbit/s為基礎的超長距離wdm系統(tǒng),以 40gbit/s為基礎的超長距離wdm系統(tǒng)要比以1 ogbit/s為基 礎的超長距離 wdm系統(tǒng)晚

17、些時間。已經有2.4tbit/s (240xl0gbit/s)wdm系統(tǒng)采用全喇曼放大器在-d/+d光纖(正色散與負色散光纖混用，不是g.655和g.652光纖)上 7400km無中繼傳輸試驗成功的報道o 一般認為15002000km 無電中繼傳輸的wdm系統(tǒng)可以認為是超長距離wdm系 統(tǒng)，該系統(tǒng)的目標傳輸距離有可能達到4000km無電中繼。 該系統(tǒng)與一般wdm系統(tǒng)的主要不同在于光均衡器(optical equalizer)的采用，對各信道的功率斜率和色散斜率分別進 行補償，最終達到最佳的傳輸效果。但是，由于目前常用的 e-leaf光纖色散斜率較大，需要補償的段落較g.652光纖 短，同樣的傳

18、輸距離，則需要更多的補償模塊，并且目前其 色散斜率補償光纖也尚未商用，實驗室中在g.655光纖上采 用超長距離wdm系統(tǒng)進行的試驗僅僅是對功率斜率的補 償。當然，在超長距離wdm系統(tǒng)中也有可能采用喇曼放大 器，采用喇曼放大器后，超長距離wdm系統(tǒng)在g.652光纖 和g.655光纖上的傳輸性能上相差不多。采用喇曼放大器的 目的主要有兩個，一是增加傳輸距離，二是提高整個wdm 復用段的傳輸性能，如osnr。但是，喇曼放大器的使用必 將增加大量的投資。事實上，如果功率斜率調整技術應用的 效果好，在g.652光纖中可以大大減少喇曼放大器的使用， 正如表2中的a廠商已經在其普通的wdm上采用功率斜率 調

19、整技術，在不采用喇曼放大器的情況下，可以實現(xiàn)12x26db(光放段的數量x每個光放段的衰減量)的傳輸。當然，超 過表中規(guī)定的站段配置時，則有可能配置喇曼放大器，并需 要采用色散斜率補償。因此，單從超長距離wdm系統(tǒng)的應用來看，g.652 光纖的性能要優(yōu)于g.655光纖。另外，雖然個別廠商以現(xiàn)有 g.652光纖和g.655光纖為基礎開發(fā)生產獨特的頻帶放大系 統(tǒng)，并采用反向和同向喇曼放大技術，實現(xiàn)超長距離傳輸， 但其成本要高于一般帶寬應用的wdm系統(tǒng)。4.2 tdm 40gbit/s 和超大容量(ultra high capacity)wdm 系統(tǒng)目前，商用化的40gbit/s tdm和wdm系統(tǒng)

20、正在研 發(fā)之中，在實驗室環(huán)境下成功進行以40gbit/s為基礎的各種 容量wdm系統(tǒng)的報道經?？梢栽诟鞣N專業(yè)報紙、雜志看到, 目前的實驗室世界記錄已經達到10.9tbit/s (273x40gbit/s)； 當然，也有個別運營商網絡上關于40gbit/s wdm進行現(xiàn)場 測試的報道，如美國的worldcom。商用化的40gbit/s sdh 和wdm系統(tǒng)預計2002-2003年投入市場。在tdm 40gbit/s系統(tǒng)中，光驅動和調制模塊是關鍵, 在線路編碼方式上，部分廠商開發(fā)rz編碼代替nrz編碼， 以減少高密度傳輸中的非線性效應。而在40gbit/s wdm系 統(tǒng)中遇到的最大問題包括光復用技

21、術以及光纖的非線性效 應、色散管理、pmd補償等因素的影響。為實現(xiàn)50ghz間 隔的波分復用，目前一般采用偏振間插復用技術，實現(xiàn)大容 量高密度的波分復用系統(tǒng)。根據編碼方式和調制方式的不 同，40gbit/s系統(tǒng)的色散容限一般為幾十到上百ps/nm,為保 證長距離無電中繼的傳輸，需要比10gbit/s系統(tǒng)更為嚴格和 精細的色散補償，并采用類光孤子技術，通過對光源釆用預 碉啾，并在傳輸一段距離后采用色散補償光纖，將展寬后的 光脈沖壓縮，起到類似孤子傳輸。但是，根據目前大容量 40gbit/s wdm系統(tǒng)的試驗結果，單獨的g.652光纖和g.655 光纖，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的傳輸，但是傳輸距離較短，很難實

22、現(xiàn) 長距離的傳輸，對于大容量的wdm系統(tǒng)（80波以上），其 傳輸距離僅為幾十公里到一百多公里。當然，以現(xiàn)有g.652 光纖和g.655光纖為基礎，采用raman放大和超強（super） fec技術，可以實現(xiàn)波數不多的wdm系統(tǒng)傳輸幾百公里。目前已有40x40gbit/s wdm系統(tǒng)在g.652光纖上傳輸480km 的試驗報道，采用載頻抑制rz編碼（cs-rz）,在每個oa 之間需要采用色散斜率補償光纖，色散斜率補償光纖的價格 要比一般色散補償光纖高些。研究表明，如果繼續(xù)在現(xiàn)有光纖上開通大容量 40gbit/s wdm系統(tǒng)的商用化傳輸，其傳輸系統(tǒng)設計比較復 雜，無電中繼傳輸距離也較短，采用現(xiàn)有的

23、光纜線路，傳輸 距離極限可能不超過1000km,并且所應用的設備技術成本 較高。g.655和g.652光纖傳輸40gbit/s wdm系統(tǒng)存在的主 要問題見表3所示。5新型光纖研究為適應未來傳輸網絡的發(fā)展，光纜制造商們在不斷 研究適合于未來高速大容量傳輸系統(tǒng)的物理媒介，傳輸系統(tǒng) 制造商也在積極尋找適合其傳輸系統(tǒng)的下一代光纖。雖然至 今并未達成一致，形成新的國際標準，但在該領域的研究成 果報告表明，一些新型光纖正逐步走出實驗室，在一些國際 海纜工程中采用。例如，亞太二號(apcn2)海纜采用-d/+d 光纖，前7個光放段采用負色散e-leaf光纖(在1552.52nm 處的色散系數為-3.22p

24、s/ (km.nm)撚后采用1段smf光纖 (在1552.52nm處的色散系數為18.48ps/ (km.nm)作為截 止位移光纖(csf)o目前可用于未來應用的新型光纖一般包 括四種，其優(yōu)缺點比較如表4所示。表中dmf表示兩種光 纖的混合，rdf表示反向色散光纖。從工程建設和光纜線路的維護來看，dmf不適合在 陸地光纜系統(tǒng)中采用，pscf或mdf將可能是未來光纖的解 決方案。特別是中色散光纖(mdf)具有低噪聲和低非線性, 更適合于高速大容量wdm系統(tǒng)，一般認為與g.655.b類光 纖相似。該類光纖已有商用化產品，包括pureguide> teralight 等。其1550nm處的色散系統(tǒng)為8 ps/ (km.nm),有效面積為 65(im2o雖然現(xiàn)有g.655.b光纖在pmd、色散等方面的性能 還需要進一步提高，需