超低損耗光纖—超長站距光通信的新選擇

1、超低損耗光纖一超長站距光通信的新選擇文章選自E訊網(wǎng)摘要：文章介紹了一種單模超低損耗G.652光纖，其與普通G.652D光纖的實(shí)驗(yàn)對比表明，這種光纖在損耗、受激布里淵散射網(wǎng)值、偏振模色散等方面具有較大優(yōu)勢，而其他指標(biāo)則處于相當(dāng)水平。另外文章分析表明，在一定條件下這種光纖也具有相對的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。 在“十二五”智能電網(wǎng)大發(fā)展的時(shí)期，這種光纖無疑將是延長配套光纖通信傳輸距離的另一有效解決方案。0引言超長站距光通信技術(shù)已被成功應(yīng)用于國家電網(wǎng)的多個(gè)跨區(qū)和示范工程中，超長站距光通信技術(shù)延長了中繼距離，減少了中繼站的數(shù)量， 在提高通信系統(tǒng)可靠性的同時(shí)也節(jié)約了大量建設(shè)和維護(hù)資金， 在實(shí)際投產(chǎn)的項(xiàng)目中，2.5 G

2、bit/s速率下采用雙向喇曼的通信段的單跨距 離已經(jīng)達(dá)到了 321 km?，F(xiàn)有的理論研究及實(shí)際工程中，主要傾向于通過提高光功率預(yù)算的 方式來延長光信號的傳輸距離，但所能獲得的光功率總預(yù)算已幾乎達(dá)到了極限水平1,因此，在保證其他性能指標(biāo)的前提下，選擇衰耗更低的光纖成為延長光傳輸距離的另一途徑。1超低損耗光纖及其特性本文所指的超低損耗光纖是康寧公司生產(chǎn)的SMF-28 ULL（Ultra Low Loss，超低損耗）新型光纖，這種光纖于 2008年正式投入商用，國網(wǎng)信息通信有限公司于2009年聯(lián)合康寧公司和武漢光迅公司在國內(nèi)率先對該種光纖做了比較系統(tǒng)的測試和傳輸實(shí)驗(yàn)（以下簡稱“聯(lián)合實(shí)驗(yàn)”）。2010

3、年，國內(nèi)幾家光纜制造企業(yè)用該種光纖做了OPGW成纜實(shí)驗(yàn)，中國電信、康寧和華為也對該種光纖進(jìn)行了聯(lián)合測試。2010年底，受國家電網(wǎng)公司委托，國網(wǎng)信通公司對這種光纖進(jìn)行了出國考察。下面將從該種光纖的衰減特性、受激布里淵散射閾值、偏振模色散特性及其他特性進(jìn)行介紹。1.1衰減特性超低損耗光纖為 G.652標(biāo)準(zhǔn)光纖，使用了純硅纖芯，在1550 nm 處的衰減值為0.17 0.18 dB/km ，比普通 G.652光纖的0.2 dB/km 指標(biāo)低0.020.03 dB/km ，典型值為 0.168 dB/km。在聯(lián)合實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)測值為0.169 dB/km ，而在2010年通光公司的成纜實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)測值則

4、達(dá)到了 0.166 dB/km2。嚴(yán)格來講，超低損耗光纖屬于G.652B光纖，屬非低“水峰”光纖，但由于“水峰”所在的E波段在通信中幾乎沒有實(shí)際的使用，所以并不影響它在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際測試，除了在E波段大部分頻點(diǎn)上的衰減值高于G.652D光纖外，超低損耗光纖在1310 nm所在的O波段、1480 nm 所在的S波段、1550 nm 所在的C波段、L波段及U波段的衰 減均明顯低于 G.652D光纖2。對于短距離傳輸，衰耗從 0.2 dB/km 降低到0.166 dB/km（即每千米損耗降低 0.034 dB），效果不會很明顯，因?yàn)橐?80 km計(jì)算，總的衰耗值降低了 2.72 dB ,

5、可以延長傳輸距 離16 km。但是對于超長站距而言，以 321 km 來計(jì)算，總的衰耗值降低了 10.914 dB , 則可以延長傳輸距離 65 km。相同衰耗條件下普通 G.652光纖與ULL光纖所能傳輸?shù)木嚯x對比如圖1所示。衰撤dBG.洗 2D ULL圖1相同衰耗下，普通 G.652光纖與ULL光纖傳輸距離的對比Fig.1 the comparison of transmission distance between using common G.652fiber and ULL fiber under the same loss從圖1可以看出，在光纖衰減一定的情況下，ULL光纖可以比普通

6、 G.652光纖傳輸更遠(yuǎn)的傳輸距離，而且隨著衰減值的增加，ULL光纖比G.652光纖傳輸距離的增加效果更明顯，因此對于超長站距，ULL光纖更能體現(xiàn)其價(jià)值。相同傳輸距離條件下接收測OSNR的對比如圖2所示（以17 dBm 入纖計(jì)算）。-G.652DULLFig.2 the comparison of receiving OSNR under the same transmission distance從圖2中可以看出，在相同傳輸距離的條件下（在100 km以后），利用ULL光纖傳輸比G.652光纖傳輸在接收側(cè)可以獲得更好的光信噪比，從而使信號質(zhì)量更好。1.2受激布里淵散射閾值根據(jù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)的測試，

7、超低損耗光纖比普通G.652D光纖具有更高的受激布里淵散射(SBS, stimulated Brillouin scattering)閾值，可以獲得更高的入纖功率，從而能將信號傳輸更遠(yuǎn)。在2.5 Gbit/s速率下，利用直調(diào)激光器，對于單波長傳輸普通G.652D光纖受激布里淵閾值一般在 17 dBm左右，常規(guī)的單波長傳輸，入纖功率一般在17 19 dBm 。通過增加受激布里淵抑制器（受激布里淵抑制器通過展寬光譜的方法實(shí)現(xiàn)）可以在一定程度上提高受激布里淵閾值，可以提高到2223 dBm的入纖功率。而超低損耗光纖在增加受激布里淵抑制器的情況下，最大可以支持的入纖功率可以達(dá)到25 dBm ,因此，超

8、低損耗光纖的對2.5 G系統(tǒng)SBS閾值可以提高23 dB。在10 Gbit/s速率利用EA外調(diào)制的情況下，普通G.652D光纖在增加受激布里淵抑制器時(shí)可以支持的入纖功率為1718 dBm，而利用超低損耗光纖可以支持的入纖功率為19dBm，因此超低損耗光纖對 10 G系統(tǒng)SBS閾值可以提高12 dB。因此，ULL光纖相對普通G.652光纖有更高的受激布里淵閾值，可提到13 dB左右。1.3偏振模色散對于基于 10 Gbit/s 以上和 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing集波分復(fù)用）的高速大容量系統(tǒng)來說，限制光通信系統(tǒng)發(fā)展的主要因素已由衰耗受限轉(zhuǎn)

9、變?yōu)?色散受限和非線性受限，隨著傳輸速率的提高，偏振模色散（PMD , Polarization ModeDispersion）對通信系統(tǒng)的影響愈來愈明，而且越來越不可低估。超低損耗光纖除具有低損耗的特性外，還具有比普通 G.652D更低的偏振模色散， PMDQ 可以達(dá)到0.04 ps/km1/2，遠(yuǎn)低于 G.652D光纖的0.2 ps/km1/2 標(biāo)準(zhǔn)，從而，超低損耗光纖與G.652D光纖相比更適合于高速率系統(tǒng)的傳輸。在2010年中國電信、華為和康寧公司所完成的100 G超長距離 WDM（WavelengthDivision Multiplexing ，波分復(fù)用）傳輸實(shí)驗(yàn)中，使用超低損耗光纖

10、"實(shí)現(xiàn)了超過 3000 km 的超長傳輸距離，創(chuàng)造了全球陸地光纜傳輸系統(tǒng)100 G WDM 傳輸距離的最新記錄”。1.4其他特性除上述性能外，超低損耗光纖的其他特性（包括模場直徑和色散性能）與G.652D光纖幾 乎一致，根據(jù)實(shí)際測試，超低損耗光纖的接頭熔接損耗約為0.013 dB/個(gè)，與其他單模光纖光纖的對接損耗約在0.010.05 dB/個(gè)之間，并不能對通信鏈路產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，也就是說，超低損耗光纖與普通G.652光纖是可以對接兼容的，成纜附加損耗在1550 nm 處約為0.01 dB/km ，在-40 C+65 C之間的溫度附加衰減也在土0.02 dB 以內(nèi)2。綜上所述，超低損耗

11、光纖更為適合超長站距及高速大容量長距離傳輸。2 ULL光纖的實(shí)驗(yàn)和使用情況在2009年的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)中，采用隨路遙泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了2.5 Gbit/s 速率下514 km 和10Gbit/s速率下432 km的超長站距光傳輸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1所列。速率配萱最大侍輸距離km總衰耗;dBUFEC16 + BA(17) + PA + DCM + UFEC1637562 82UFEC1G + BA(25) + PA + DCM + UFEC16408.5968.74UFEC16 + BA(17J + RFA + PA + DCM + UFEC1640269 02.5 Gb：t'SUFEC16 + BA(

12、25) + RFA + PA+ DCM + UFEC1G43975 21UFEC16 + BA(25) + ROPA + RFA + PA + DCM + UFEC16505 7986.2Ul-tUlb + bA(14 4J + BUnJKI-A + RUHA(隨路 遙泵 + RFA + PA+ OCM + UFEC16514 0987 6UFEC64 + BA(17) + PA + DCM + UFEC6432855/UFEC64 + BA( 19J + PA + DCM + UFEC64341 S357 510 Gbn.'SUFEC64 + BA(17) + RFA + PA +

13、DCM + UFEC64362 8961 4UFEC64 + BA+ RFA + PA + DCM + UFEC6437363 7UFEC64 + BA(19) + ROPA + RFA + PA + DCM + UFEC64432 5372 87表1采用超低損耗光纖在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的傳輸距離為考驗(yàn)ULL光纖的兼容性，國網(wǎng)信通公司在考察期間在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用ULL光纖搭建了 100 Gbit/s 的傳輸系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)使用EDFA和喇曼放大器實(shí)現(xiàn)了293 km 的無中繼傳輸，配置如圖3所示。« pKlng112廈 IPM-OPSK圖3 293 km 無中100 Gbit/s 傳輸系統(tǒng)Fig.

14、3 293 km non-relay transmission system by using ULL fiber at 100 Gbit/s光纖組成情況如圖4所示。Average fib«r attenuation over whole span including spEices <0 17 dB/km圖4 293 km 無中100 Gbit/s 傳輸系統(tǒng)光纖使用情況Fig.4 the use of fiber in 293 km non-relay transmission system at 10 Gbit/s而后，將最后25 km的ULL光纖換成普通 G.652D光纖

15、，經(jīng)過測試，信號的誤碼性能 基本都在E-005這一數(shù)量級上，沒有出現(xiàn)本質(zhì)性的劣化。隨著信息化應(yīng)用和智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)通信的帶寬需求越來越大，目前大量使用的G.652D光纖在一些情況下對于高速率（如40 Gbit/s 及以上）的通信需求可能無能為力，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在這種情況下超低損耗光纖也將是一個(gè)更好的選擇。超低損耗光纖已在阿聯(lián)酋、美國、澳大利亞、阿爾及利亞等國家被實(shí)際使用?？紤]到其優(yōu)良的特性，國家電網(wǎng)公司將在2011年投產(chǎn)的青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程配套通信工程中使用超 低損耗光纖，用以完成沱沱河一安多的300 km的超長距離光傳輸，這也是超低損耗光纖在國內(nèi)的首次使用。3經(jīng)濟(jì)性分析超低損耗光

16、纖較普通 G.652D光纖低的衰耗按0.02 dB/km 計(jì)算，根據(jù)光通信系統(tǒng)典 型配置報(bào)告6分析如下。1）當(dāng)中繼距離267 km時(shí)需要使用反向喇曼設(shè)備。設(shè)需要中繼的距離為270 km,此時(shí)使用正向喇曼設(shè)備和使用超低損耗光纖均可實(shí)現(xiàn)超長站距的光傳輸，設(shè)普通G.652D光纖的價(jià)格為X元/km ,超低損耗光纖的價(jià)格為 Y元/km ,反向喇曼的價(jià)格為 C,則對于每一芯纖芯來說:使用反向喇曼設(shè)備需要增加的費(fèi)用=C;使用超低損耗光纖需要增加的費(fèi)用270 X(Y-X)；令 C = 270 X(Y-X)，得 Y = X+C/270。即當(dāng)超低損耗光纖的價(jià)格< (普通G.652D光纖價(jià)格+反向喇曼設(shè)備價(jià)格/270)時(shí)，對于270 km 的中繼距離，采用超低損耗光纖是更經(jīng)濟(jì)的。2) 一般情況下，OPGW光纜特別是新建成 OPGW光纜的纖芯并不會被全部用完，同樣條件下