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2012/10/23新时期电信网络建设对光纤光缆的要求

 

  1、通信光纤光缆发展简史
  1966年,华裔科学家高锟博士发表了划时代的论文《用于光频的光纤表面波导》,理论上预测光纤将成为通信传输媒质;1970年,康宁公司制造出了第一根衰耗小于20dB/km的光纤;1976年,美国开通了世界上首个实用光纤通信系统,拉开了光通信发展史的序幕。
  三十余年来,光通信和光纤光缆技术经历了四个发展阶段,目前进入第五个阶段。第一阶段是1976年至1980年代初,系统工作在0.8μm波长,采用多模光纤,受模间色散限制, 传输速率在100Mb/s以下,中继距离大约10km;第二阶段是1980年代,系统工作在1.3μm波长,开始出现单模光纤,传输速率扩展到Gb/s量级,中继距离扩展到大约50km1984年,ITU-T制定了G.652标准单模光纤(SSMF)标准;第三阶段从1980年代末期到1990年代中期,系统工作在1.5μm波长,中继距离扩展到100km,随着速率向10Gb/s提升,为了克服色散的影响,ITU-T制定了G.653色散位移光纤(DSF)标准;第四阶段从1990年代中期到2000年代中期,标志是波分复用(WDM)系统和掺铒光纤放大器(EDFA)的应用,极大扩展了再生距离和系统容量,由于DSF光纤无法支持WDM系统,ITU-T1996年制定了G.655非零色散位移光纤(NZDSF)标准,随后对G.652G.655标准进行了多次修改。
  目前光通信和光纤光缆发展处于第五个阶段,特点是光通信技术渗透到电信网络的各个层面,对光纤光缆的需求趋向多样化。ITU-T2004年制定了G.656标准,满足骨干网和城域网对扩展WDM传输可用波长范围的要求;2006年制定了G.657标准,满足FTTx布纤带来的降低弯曲损耗要求。本文将在第三章详细讨论新时期电信网络建设对光纤光缆的要求。
  §2、我国光纤光缆应用现状
  我国光纤光缆产业的发展是与世界同步的,从1978年到2007年,正好经历了三十年时间。我国从上世纪80年代开始敷设通信光纤光缆,大规模建设是在1990年以后,经过二十余年的建设,已建成一张世界上数一数二的大规模光纤光缆网络,覆盖了全国城乡。根据信息产业部颁布的《2006年通信业发展统计公报》,2006年全国光缆线路总长度达到425.9万皮公里,光缆纤芯总长度到8893.4万芯公里。
  我国现网光纤类型以G.652G.655为主,其中G.652占多数。绝大多数本地网光纤都是G.652光纤,骨干网中G.655光纤有一定的比例,以中国电信省际干线为例,G.652G.655的纤芯总长度比例大约2:1,其中G.655光纤的主要敷设年代是1990年代末到2000年代初,以大有效面积(LEAF)类光纤为主。干线光缆有松套层绞式和中心管式两种结构,以前者为主。干线光缆敷设方式以直埋为主,个别区域采用架空或管道方式。
  由于建设年代相对较晚,我国光纤光缆性能状况总体良好,但部分早期光缆开始出现老化现象。不同于其它通信系统,在骨干光纤光缆建设中,对于高昂的工程成本,光纤光缆的采购成本比例较低,而且还在不断缩小,因此运营商最关心的莫过于质量和长期稳定性,一旦敷设,就要求其正常运行足够长时间。
  §3、新时期电信网络建设对光纤光缆的要求
  业务环境的变化和光通信技术的发展都会对光纤光缆提出新的要求,本章将根据骨干、城域和接入等不同网络层面的业务和通信技术特点,分析新时期电信网络建设对光纤光缆的要求。
  §3.1、骨干网对光纤光缆的要求
  目前IP业务保持持续高速增长态势,例如中国电信ChinaNet,在可预测的未来都将保持30%以上的年增长率。同时路由器接口速率正在从10Gb/s40Gb/s发展,100Gb/s接口也已经出现。为了适应业务环境的这些变化,骨干网的发展趋势是更高的信道速率、更小的信道间隔、更大的系统容量、光域灵活组网,等,对光纤光缆的要求具体包括以下几个方面。
  第一,更小的PMD(偏振模色散)参数。高速WDM系统要求更低的光纤光缆PMD系数,例如40Gb/s WDM系统已无法在PMD系数超过0.5ps/sqrt(km)的光纤上承载,只有小于0.1ps/sqrt(km)的新光纤才能保证其性能。G.652B/DG.655C/D/EG.656等标准已规定成缆PMDQ参数必须优于0.1ps/sqrt(km),主流厂商的产品参数可低于0.05 ps/sqrt(km)
  第二,适当的色散系数和有效面积。随着传输速率的提高、信道间隔的减小、中继距离的延长,各种非线性效应更加严重,高速(40Gb/s及以上)WDM系统还存在严重的信道内非线性。研究表明,适当提高光纤色散系数、增大有效面积,有利于抑止非线性效应。因此,合理的色散系数和有效面积是未来骨干网光纤的重要特征。
  第三,损耗系数和可用波长范围也是需要考虑的因素。目前光纤衰耗系数已经接近理论极限。扩展可用波长范围的要求来自日益明显的带宽压力,我国骨干网WDM系统目前都工作在C波段,未来有可能向L波段甚至S波段扩展,要求骨干网光纤在CSL等波段都具有合理的色散系数和衰耗系数,能支持WDM传输。
  综上所述,未来骨干网对光纤光缆的要求是更低的PMD系数、合理的色散系数和有效面积、扩展的可用波段、更低更稳定的传输损耗,等。目前G.652D光纤是骨干网的最佳选择,未来应该关注G.656等新型光纤的发展。
  §3.2、城域网对光纤光缆的要求
  不同于骨干网,城域网的特点是传输距离较短、传输容量较低、业务类型和速率多样化,城域网光纤光缆也呈现出总体用量大、成本敏感度高等特点。城域传送技术多样化,既存在工作在1310nm波段的PDH和低速SDH系统,也存在工作在1550nm波段的高速SDH系统和DWDM系统,还存在CWDM系统,难以用一种光纤实现满足所有的需求。此外,城域网也有层次结构,不同层次对光纤光缆性能的要求也不同,本节讨论的是城域网的核心和汇聚层,接入层将在下一节讨论。
  针对1310nm波段应用,G.652光纤自然是首选,但随着工艺的进步,G.655EG.656光纤也可工作在1310nm波段;针对DWDM应用,光纤光缆的性能要求与骨干网是一致的,G.652D光纤是当前的最佳选择;针对CWDM应用,G.652C/DG.656光纤都可以支持全波段的CWDM传输,尤其是G.656光纤,不仅可用波长范围大,而且色散、损耗等参数都比较适中,是支持CWDM系统的最佳选择。
  综上所述,综合考虑性价比因素,目前G.652D光纤是城域网的最佳选择,未来应关注G.655EG.656等新型光纤。
  §3.3、接入网对光纤光缆的要求
  光纤接入网直接连接客户设备,无法保证良好的敷设/布纤条件。而光纤传输的原理决定了无法像电线一样任意弯曲,必须保证足够大的弯曲半径才能保证适当的信号损耗(传统G.652光纤最小弯曲半径一般大于25mm),这种特性增大了施工难度,提高了布纤成本。
  随着FTTx业务的推广,接入网光纤提出了降低宏弯损耗(Macro-bending Loss)的要求,各光纤厂商推出了一些产品,在满足G.652标准的同时,宏弯损耗有数量级范围的降低。个别产品,例如NTT的新型任意弯曲光跳线(Free Bending Optical Fiber Cord),不仅可以实现90度弯曲,还能捆绑,打结,布纤方便程度接近电线。ITU-T2006年底发布了G.657标准,定义了这类光纤光缆的特征参数。
  纵上所述,决定接入网光纤选型的最主要因素是成本和宏弯损耗,目前应从G.652光纤中选择弯曲性能比较优异的产品,同时积极跟踪新型G.657光纤的发展,在条件成熟的时候引入现网应用。
  §4、光纤光缆产业前景展望
  第一,随着宽带业务的持续增长,“光进铜退”已经是包括中国电信在内各大运营商的共识,FTTx在未来几年必然成为网络建设的重点。本地网光纤向最后一公里的延伸将是未来几年推动光纤光缆需求量发展的最大动力。
  第二,随着骨干DWDM传输系统向高速率、大容量以及光域组网演进,对光缆网络拓扑、光纤光缆性能都提出了新的要求,运营商存在光缆补网、纤芯优化等建设需求。不仅带来一定的光纤光缆需求量,也将推动光纤光缆技术的进一步发展。
  总之,分析新时期的业务发展趋势和网络建设需求,光通信在网络中的地位将不断增强,光纤光缆产业的前景是美好的。各厂商应顺应业务和技术发展的需求,研发和生产满足运营商网络建设需求、同时具有性价比优势的光纤光缆产品,积极推动产业进入良性发展轨道。