NGB入戶光纖性能的研究

凌明偉，李遠東

（浙江傳媒學院 電子信息學院，浙江 杭州 310018）

1 引言

目前，各地的有線網絡都在“構建以廣電網絡為基礎、滿足三網融合要求的下一代廣播電視網”思想的指導下進行網絡的雙向改造，在現有網絡基礎、投資成本、技術成熟度、本地雙向業務規劃等實際因素的綜合影響下，出現了HFC接入、基于Ethernet協議的接入及其他接入3大類并存的用戶接入部分的改造技術。但從技術發展的趨勢來看，這些均是NGB實現FTTH的過渡技術，FTTH才是NGB的真正目標。

2 影響NGB入戶光纖的因素

2.1 NGB入戶光纖的損耗機理

對于任何通信系統（包括無線與有線通信系統），信號的媒質損耗是需要重點考慮的傳輸參量，故直接影響FTTH性能的是入戶光纖對NGB信號的損耗特性。引起任何一類ITU-T G.65x單模光纖損耗的機理主要有：

1）吸收損耗：

主要來自光纖纖芯中氫氧根離子及一些過渡金屬離子（屬雜質）對光波能量的吸收，吸收損耗基本上是可忽略的。

2）散射損耗：

主要是由于光纖本身材料不均勻（易引起光散射而導致Rayleigh散射損耗）及制造缺陷（光纖的纖芯直徑沿軸向不均勻，易引起波導散射損耗）使得光功率的一部分以散射形式輻射出光纖之外引起的。散射損耗僅對短波長窗口的影響較大，在長波長窗口則可忽略。

3）溫度特性：光纖的溫度系數很小，只在零下25攝氏度時才開始考慮，故在室內環境中，光纖損耗隨溫度的變化可以不予考慮。

4）輻射損耗：

（1）微彎損耗：由光纖微彎（光纖軸線產生不斷變化的曲率半徑）產生。當光纜護套不均勻或成纜時產生非均勻的側向壓力時，易產生光纖微彎，光纖微彎僅使很小一部分的光能量損失掉（輻射出光纖之外）。

（2）宏彎損耗：當光纜受到外力（如沿拐角處敷設）而彎曲，且彎曲的半徑比光纖的直徑大很多時，光的傳導模易變為輻射模從而導致光功率的損失（宏彎損耗），嚴重時甚至會引起光信號中斷與光纖的催化性損壞（取決于光纖的具體種類與彎曲半徑）。

2.2 對NGB入戶光纖的特殊要求

NGB入戶光纖的布放與室外光纖不同，要經過更多的宏彎，主要體現在以下幾點：

1）要求布放得整齊美觀，從而需要繞過各種具有不同曲率半徑的障礙物；

2）要能承受由于意外操作或安裝人員技術不熟練等而使光纖遭受的“急彎”；

3）要能承受在進入接線盒與插座內之前的多次小曲率半徑的彎曲；

4）為方便將NGB業務引入新用戶的室內，需預留一定長度的光纖，這些光纖一般是卷繞存貯的，空間的狹小使得存貯設備必須小型化，這就要減小卷繞半徑，從而對入戶光纖的彎曲性能有更高的要求。

綜上，宏彎損耗是影響NGB入戶光纖性能的最主要因素，故用于NGB實現FTTH的入戶光纖須具有較好的 “宏彎損耗”指標。

3 常規單模光纖的宏彎損耗特性

1）宏彎損耗的物理模型：以光纖的芯/包層相對折射率差為0.65%、光纖工作波長與截止波長之比為1.192 31為條件進行理論分析，可得宏彎損耗曲線（見圖1、圖2）。傳統單模光纖對彎曲（宏彎）很敏感，當工作波長越大或彎曲半徑越小時，單模光纖對彎曲越敏感，即宏彎損耗越大。宏彎損耗為0 dB表示當光纖的彎曲半徑大于臨界彎曲半徑時，宏彎損耗可忽略不計。

圖1 常規單模光纖宏彎損耗與彎曲半徑的關系

圖2 常規單模光纖宏彎損耗與工作波長及彎曲半徑的關系

2）宏彎損耗的經驗模型：把光纖在半徑不同的圓柱體上卷繞5圈后，用穩定光源及光功率計測試單模光纖的宏彎損耗，結果表明，單模光纖不但對較大的工作波長及較小的彎曲半徑敏感，而且工作波長越大，光纖的臨界彎曲半徑就越大（對彎曲就越敏感）：1 550 nm時，臨界彎曲半徑約為14 mm；1 310 nm時，臨界彎曲半徑約為10 mm，如圖3所示。

圖3 常規單模光纖宏彎損耗的測試曲線

4 彎曲不敏感光纖

彎曲不敏感光纖的設計目標是最大限度地減小單模光纖的宏彎損耗，主要途徑是改善單模光纖的折射率分布結構、減小光纖的模長直徑、增大光纖的截止波長。B6.A[1]類光纖適合工作于1 260～1 625 nm的波長范圍，與G.652 D的傳輸性能及互聯性能完全相同，只是對“宏彎損耗”指標作了些許修改。B6.B類光纖設計的主要目的是用于 1 310 nm、1 550 nm、1 625 nm波長，在距離和空間受限的建筑物內部使用，且比B6.A類光纖更能充分改善光纖的宏彎損耗特性，B6.B類光纖 （彎曲不敏感光纖）的最大特點是：在同等條件下，其宏彎損耗比其他類型單模光纖要小得多，如圖4所示，給出了3個工作窗口（1310nm、1550nm、1 625 nm）下，3種單模光纖在同等條件（以10 mm半徑彎曲10圈）下的宏彎損耗實測值，在每個工作窗口中，從左到右分別為康寧G.652光纖、康寧G.655光纖、B6.B光纖。可見，相對傳統單模光纖，專為接入網設計的B6.B類彎曲不敏感光纖對“宏彎損耗”指標的要求更嚴格，故B6.B類更適于作為NGB實現FTTH的入戶光纖[2]。

圖4 B6.B光纖與傳統單模光纖的宏彎損耗對比

按照結構的不同，B6類光纖可分為包層折射率凹陷光纖、小模長直徑光纖、納米結構光纖、孔助光纖、光子晶體光纖，它們對彎曲的敏感性依次減小，圖5為B6類光子晶體光纖的宏彎損耗特性 （經驗模型），可見這類光纖對彎曲（宏彎）極不敏感，宏彎損耗很小。

圖5 B6類光子晶體光纖的宏彎損耗特性

5 B6類光纖的商用現狀

由于B6類光纖是專門針對FTTH接入網而設計的，且目前各國都在加速FTTH的發展，因此，光纖制造商正積極研制符合該類標準的入戶光纖，國外的“住友”、“康寧”等以及國內的“亨通”、“中天”、“長飛”等都已推出了性能優良的B6類光纖。

[1]IEC 60793－2－50.Sectional specification for class B single－mode fibers[S].2008.

[2]ITU－T RecommendationG.657.Characteristics of a bending loss insentive single－mode optical fiber and cable for the access network[S].2006.