商用新型超低損光纖已是大勢所趨規模部署亟待完善產業鏈

中國移動研究院│柳晟

商用新型超低損光纖已是大勢所趨規模部署亟待完善產業鏈

中國移動研究院│柳晟

目前100G波分傳輸系統已廣泛商用，超低損耗和大有效面積等新型光纖有望助力下一代400G波分傳輸系統大規模部署。

近年來，隨著移動互聯網、家庭寬帶、云計算、視頻等業務的快速發展，運營商在光傳輸網上大力投資以滿足日益增加的帶寬需求。以中國移動為例，骨干網流量將以每年30%～50%的速度增長，特別是近幾年，骨干網傳輸帶寬將從2014年的81T增長到2016年的約280T。

光傳輸網絡發展概況

為此，中國移動已經在骨干網上大規模部署100G波分系統，單對光纖滿配100G系統可以提供8T傳輸容量，280T的容量需要超過35對（70芯）光纖，鋪設的光纖很快就會消耗殆盡。而400G系統可以提供16T到20T的單纖傳輸容量，其頻譜效率是100G系統的2～2.6倍，可以有效緩解對光纖芯數的占用。

我國幅員遼闊、地理特征情況復雜，運營商光傳輸網的光復用段的距離差異較大。據統計約90%的光復用段在600公里以下，同時也有約7%的光復用段在600公里以上，一些復用段的距離在1000公里以上。從實際工程測試的傳輸結果看，普通G.652光纖可以滿足100G系統1000公里左右的傳輸，已經被廣泛應用于運營商的省際、省內骨干網和城域核心層網絡上。100G采用PM-QPSK編碼方式、相干調制、數字信號處理等技術，網絡的傳輸帶寬、成本、功耗等性能得到了很大提高，同時也縮短了鏈路開通時間。

隨著100G波分傳輸技術及相關產業鏈日趨成熟，并實現規模商用，業界也逐步轉向400G甚至更高速率的研發以滿足網絡升級需求。目前400G光傳輸系統有多種實現方式，包括四載波PM-QPSK、雙載波PM-16QAM等，其中雙載波PM-16QAM為業界的主流實現方式。PM-16QAM調制格式的系統比PM-QPSK調制格式的系統有更高的頻譜效率。在理論上PM-16QAM的背靠背OSNR容限比PMQPSK差約6.7dB，因此PM-16QAM的傳輸距離不到PMQPSK的四分之一，極大限制了400G系統在網絡中的部署和應用。光傳輸系統需要保持系統容量和傳輸距離之間的平衡，在長距離光傳輸系統中，一般會采用高階調制方式來提高頻譜利用率，同時通過低損耗、新型放大器等方法來保持所需的傳輸距離。

新型低損耗光纖技術指標

400G傳輸系統較短的傳輸距離成為限制其在骨干網廣泛應用的主要因素，因此產業界將很多目光投向了新型低損耗光纖，希望通過使用新型低損耗光纖助力400G系統應用于骨干網。新型光纖包括低損光纖、超低損光纖和大有效面積光纖等，如圖所示。普通G.652光纖的纖芯材料為摻鍺二氧化硅，有效面積為85μm2，典型損耗為0.19～0.20dB/km。低損光纖的纖芯材料也是摻鍺二氧化硅，有效面積為85μm2，典型損耗為0.18dB/km。超低損光纖的纖芯材料為純二氧化硅，通過純二氧化硅來降低損耗，有效面積為90μm2，典型損耗為0.168dB/km。大有效面積光纖的有效面積為110～130μm2，典型損耗可以降低到0.158dB/km以下。

顯著提高400G系統傳輸距離

理論上，根據骨干網光纜現狀和目前400G PM-16QAM傳輸系統的性能，在400G系統傳輸距離達到1000公里的前提下，如果使用普通的EDFA放大器，則需要光纖的損耗達到0.14dB/km，目前的光纖技術達不到這樣的損耗。如果使用普通的EDFA放大器加上大有效面積光纖，則需要光纖的損耗達到0.153dB/km，目前的光纖技術也達不到這樣的損耗。如果使用拉曼放大器，則需要光纖的損耗達到0.17dB/km。如果使用拉曼放大器加上大有效面積光纖，則需要光纖的損耗達到0.183dB/km。

現網中大多數光復用段的距離在600公里以內，在400G系統傳輸距離達到600公里的前提下，如果使用普通的EDFA放大器，則需要光纖的損耗達到0.165dB/km，超低損光纖基本能夠滿足性能要求。如果使用普通的EDFA放大器加上大有效面積光纖，則需要光纖的損耗達到0.178dB/km。如果使用拉曼放大器，則需要光纖的損耗達到0.195dB/km。由此可見，新型低損耗光纖和拉曼放大器對400G系統傳輸距離的幫助很大。

除了400G系統的應用外，超低損光纖還有望用于長距離直達鏈路、光電混合交叉等場景。以從北京到廣州為例，如果鋪設超低損光纖，則有望用100G光傳輸系統實現3000公里的直達鏈路而不需要電再生。

圖 普通光纖和新型光纖剖面圖

測試/試點火熱開展

為了評估100G和400G傳輸系統在新型光纖上的傳輸性能，中國移動在國內率先開展了實驗室測試和現網試點。100G和400G信號分別在G.652、超低損耗光纖和大有效面積光纖上進行傳輸性能測試。超低損光纖熔接后的損耗為0.175dB/km，大有效面積光纖熔接后的損耗為0.165dB/km。

系統方面，100G系統采用PM-QPSK調制格式，400G系統采用雙載波的PM-16QAM調制格式。根據實驗結果結合理論分析，采用PM-QPSK調制格式的100G系統的背靠背OSNR容限約為10dB，能夠在G.652光纖上傳輸約3000公里（5dB OSNR余量），采用PM-16QAM調制格式的400G系統的背靠背OSNR容限約為18.5db，能夠在G.652光纖上傳輸約450公里（5dB OSNR余量）。對于超低損光纖和大有效面積光纖，400G的傳輸距離可以被延長到約600公里和900公里（5dB OSNR余量）。結果表明，超低損光纖和大有效面積光纖對于延長400G系統的傳輸距離幫助非常大。

在現網試點中，中國移動于遂寧至內江（共151公里，其中遂寧（OTM站）—安岳（OA站）91公里，安岳（OA站）—內江（OTM站）60公里）開展超低損光纖試點，施工中每段光纜長度2公里。測試的光纖類型為康寧超低損耗G.652光纖（SMF-28超低損）。工程后的超低損耗光纖衰耗是約0.19dB/km，工程后的低損光纖衰耗是約0.22dB/km，一般工程要求為0.23dB/km～0.24dB/km，接頭熔接損耗一般小于0.05dB,法蘭盤連接損耗一般小于0.5dB。工程后的超低損光纖衰耗是約0.19dB/km，而普通光纖是約0.21～0.22dB/km，這意味100公里的跨段，超低損耗光纖損耗將比普通G.652光纖少2dB，就可以增加60%的跨段數?，F網測試中也發現，超低損光纜間的熔接質量也對整個鏈路效果至關重要，較差的熔接質量會抵消掉超低損耗光纖的性能優越性。

超低損耗光纖產業鏈正走向成熟

對于超低損光纖，目前國外在海底光纖技術方面積累了較長時間，因此超低損耗光纖技術較為領先，康寧、住友等相繼推出了滿足G.652規范的超低損耗光纖。國內企業在超低損耗純硅芯光纖方面的研發雖然起步較晚，但當前長飛、富通、烽火等國內大的光纖企業，正積極從事這方面的研究。隨著超低損耗光纖部署規模的擴大和更多廠家對研發的投入，超低損耗光纖的產業鏈正走向成熟。

應用于陸地傳輸的大有效面積光纖，國內外均有廠家可提供相關產品。其中OFS、長飛和烽火可提供有效面積110～130μm2、衰減不大于0.180dB/km的低損耗大有效面積光纖，康寧、住友、長飛等可提供有效面積112～125μm2的超低損耗大有效面積光纖。目前大有效面積光纖主要應用于海底傳輸，陸地傳輸的大有效面積光纖的實際應用案例較少，隨著ITU-T的G.654E標準的逐步規范，相繼會有運營商進行更多現網試驗來驗證陸地用大有效面積光纖的工程可行性。

對新型光纖的規模部署，仍有以下一些問題需要解決：首先超低損光纖的成本需要進一步優化。超低損耗光纖由于采用純硅纖芯技術，目前光纖價格較高，是普通G.652光纖的3～4倍，是G.655光纖的1.5倍左右。隨著工藝的改進、供應商的增加和生產規模的擴大，超低損耗光纖的成本和價格預計會不斷降低。其次，超低損和大有效面積光纖的標準規范尚未完成，現有的G.652規范和正在討論的G.654E規范對光纖衰減的規范定義都非常寬泛，對超低損耗等光纖無相應的標準或規范，無法滿足行業采購、管理、檢測、應用等需求。因此，新型光纖的應用還需整個產業鏈上所有參與方的共同努力。

編輯｜刁興玲 diaoxingling@bixintong.com.cn