G.654.E 在干線光傳輸通道快速部署的研究

李鵬友 周巧平

1.中通維易科技服務有限公司；2.中國電信股份有限公司江蘇分公司

0 引言

干線光纜是國家的信息高速公路，光纖新技術發展演進為干線光纜網絡帶來更多的成效，大容量、優化架構、降低時延、提高承載能力，有效提升光傳輸系統無電中繼距離，降低綜合建網成本和網絡能耗。與高鐵同行，豐富干線光傳輸路由，提高承載效率，有著極其重要的意義。電信運營商通過將光網絡優化，進一步提升網絡運營和市場競爭能力。

1 光纖簡介

光纖是一個大家族，有著各種不同的分類方式，按光的模式可直觀分為單模光纖、多模光纖。ITU（International Telecommunication Union， 國 際 電 信 聯 盟） 下 屬ITU-T的中文名稱是國際電信聯盟遠程通信標準化組（ITU Telecommunication Standardization Sector），它是國際電信聯盟管理下的專門制定遠程通信相關國際標準的組織。為了使光纖具有統一的國際標準，ITU-T 制定了光纖標準（G 標準），并將光纖種類分為七大類，即G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657 光纖（表1）。

表1 光纖類型、特點及主要應用

2 G.652 光纖實際應用

G.652（色散非位移單模光纖）是當今世界上用量最大（約占用纖量的70%）的光纖。G.652 光纖又分為G.652.A，G.652.B，G.652.C，G.652.D，主要區別在于PMD 偏振模色散（Polarization Mode Dispersion）。偏振模色散指單模光纖中偏振色散，即有兩個相互垂直的偏振模，沿單模光纖傳播過程中，由于光纖受到外部的作用，如溫度和壓力等因素變化或擾動，使得模式發生耦合，并且它們的傳播速度也不盡相同，從而導致光脈沖展寬，展寬量也不確定，相當于隨機的色散。隨著傳輸速率的提高，該色散對光通信系統的影響越來越明顯。

G.652.A 光纖可用在D、E、S、C、L 這5 個波段，其可在1260～1625 nm整個工作波長范圍工作。具有更好的彎曲性能，幾何尺寸技術要求更精確。G.652.B 光纖在1550 nm 的衰減系數更低，而且消除了1380 nm 附近的水吸收峰。G.652.C 光纖的屬性和應用范圍與G.652.A 光纖相似，卻在1550 nm 波長衰減較小。它可用于1360～1530 nm 范圍內的擴展頻帶（E 波段）和短頻帶（S 波段），除了可以在1310 nm 和1550nm 波長區域使用外，運用波長區域還擴展到1360～1530 nm。G.652.D 光纖融合了G.652.B 和G.652.C 光纖的優點，在光纖通信領域最為常用，該光纖在1300 nm 工作波長時，光纖色散很小，系統的傳輸距離只受損耗限制，且在1550 nm 波長下具有更好的性能。如表2 所示。

表2 G.652 光纖類型及主要指標

3 G.654 光纖

G.654（截止波長位移光纖）1550 nm 衰耗系數最低（比G.652，G.653，G.655 光纖約低15%），因此稱之為低衰耗光纖，色散系數與G.652 相同，主要應用于海底或地面長距離傳輸，分別是G.654.A，G.654.B，G.654.C，G.654.D 和G.654.E。通常G.654.A，G.654.B，G.654.C 和G.654.D 光纖適用于擴展的長距離海底光纜，而G654.E 光纖是專為高速長距離地面光網絡而設計的。

3.1 G.654.E 光纖主要參數及質量檢測要求

G.654.E 光纖主要參數及質量檢測要求詳見表3 至表7。

表3 G.654.E 單模光纖宏彎損耗要求

表4 G.654．E 單模光纖環境試驗后光衰減變化要求

表5 G.654.E 單模光纖的模場直徑及容差要求

表7 G.654.E 單模光纖色散特性要求

表6 G.654.E 單模光纖的衰減系數要求

G.654.E 光纖成纜前后衰減穩定，對成纜工藝和光纜結構無特殊要求。但在光纜單盤質量檢測中需要嚴格把關，通常采用PK2400、PK8000、CD400、PMD400、PK2200 等儀表對其幾何尺寸、衰減、色散、PMD、模場直徑、截止波長技術指標予以檢測。

4 高速率干線光傳輸應用

G.654.E光纖的零色散波長在1300nm附近，截止波長轉移，在1550nm 波長區域衰耗最低，最佳工作波長在1530～1625nm范圍。G.654.E 光纖適用于陸地高速傳輸系統應用，能夠提供更高的系統光信噪比和更低的系統誤碼率，保證更優越的光傳輸性能，同時具備符合陸地復雜應用環境下的宏彎曲損耗要求。光通信快速發展亟需大容量、低損耗、彎曲不敏感等新型光纖，干線傳輸需要具備優異的高速率光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）和光纖品質因數（Figure of Merit，FOM）：

其中：

Pch ：通道的信號功率，∝ Aeff/n2

S：跨段衰減，∝衰減系數α

子噪聲功率

NF：光放大器噪聲系數

N Span：跨段數

從OSNR 和FOM 來看，增大光纖有效面積、降低光纖衰減系數，是提升系統光傳輸性能和延長系統傳輸距離的主要手段，也是當前新型光纖技術發展的重要方向。降低光纖衰減系數就必須加大模場直徑，模場面積越大，光纖彎曲性能和機械性能將受到影響。

G.654.E 與G.652.D 光纖相比較：具有更大的有效面積，可以提高入纖光功率，降低非線性系數；光纖衰減更低，可有效增加傳輸距離，減少光中繼站數量；更適用于長距離高速率大容量光傳輸。如表8 所示。

表8 G.654.E 與G.652.D 主要參數對照表

2019 年，某電信運營商完成上海-廣州一干光纜線路工程建設，全程采用G.654.E（有效面積130μm2）部署，實際線路長度接近2000 km，光纖衰減≤0.174 dB/km。G.654.E 光纖在400 Gb/s 光傳輸速率能顯著增加無中繼傳輸距離，且能兼容未來技術發展，800 Gb/s 光傳輸已進入試驗階段。超長中繼段、高速率干線傳輸優先使用G.654.E 光纖，隨著電信運營商干線光網絡的不斷升級，超低損耗大有效面積的光纖將會得到更廣泛的應用。

5 高鐵主槽道搭建G.654.E 干線光纜

工業和信息化部、中國鐵路總公司鐵總發改（2017 J 332號文《工業和信息化部中國鐵路總公司關于鐵路沿線公網覆蓋合作建設的指導意見》明確指出，貫徹創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，充分發揮合作雙方各自的資源優勢，促進鐵路交通與互聯網深度融合，推動鐵路交通智能化發展、寬帶網絡提速降費，實現合作共贏。支持和鼓勵中國鐵路總公司所屬各鐵路局集團公司、各國鐵控股合資鐵路公司（以下統稱鐵路單位）將鐵路紅線內的基礎設施資源向公網覆蓋開放；支持和鼓勵基礎電信企業進行鐵路沿線公網覆蓋建設，并向鐵路開放其通信基礎設施資源。近幾年來，江蘇高鐵建設進入高速發展階段，連鹽高鐵、鹽通高鐵、連徐高鐵、連淮揚鎮高鐵、徐宿淮鹽高鐵等工程先后全線貫通并進入調測、運營階段。十年前，南京-鎮江-常州-無錫-蘇州-昆山沿京滬高鐵主槽道敷設完成京滬高鐵干線光纜，這是我省第一條依托高鐵建設的干線光纜。該光纜劃分為高鐵段和引接段，以無錫-蘇州-昆山為例，京滬高鐵干線光纜自建成以來，由于市政、地鐵、路橋、管廊等項目施工影響，京滬高鐵光纜（蘇州—昆山）引接段先后遷改9 次；京滬高鐵光纜（無錫—蘇州）引接段先后遷改6 次。而高鐵主線槽道上布放的干線光纜，無需大修改造，免日常維護巡檢，一直保持路由安全和狀態穩定。2018 年3 月，江蘇某運營商開工建設第二條高鐵干線光纜（連云港—鹽城），沿連鹽高鐵主槽道內全線布放96 芯鎧裝阻燃光纜，外護套、皺紋鋼帶、內護套、加強芯、松套管、油膏等具有很好的光纖保護功能。相對來說，接頭盒是敷設在高鐵主槽道干線光纜線路的薄弱環節，光纜接續工藝、接頭盒結構、高鐵主槽道振動、外界溫濕度變化，都有可能給接頭盒內光纖造成影響。連鹽高鐵光纜大部分采用4Km 盤長，有效減少光纜線路接頭，干線網絡安全性得到大幅提升。

G.654.E 光纖光纜在高鐵主槽道部署，可有效降低時延并更好地滿足高速光傳輸需求，在實際應用中場景中干線光纜敷設和搭建的要點和關鍵工作如下：

（1）鐵路方負責提供光電纜主槽道資源，用于電信運營商通信光纜敷設布放，搭建的干線光纜產權歸運營商所有。電信運營商部署干線光纜應嚴格遵守國家現行通信質量評定標準、通信施工技術及驗收規范，鐵路相關施工及運營安全等規范。由鐵路部門安排工程監理單位全過程旁站監理，控制進度、投資、質量和安全。

（2）高鐵主槽道敷設干線光纜纖芯數要充分考慮光傳輸承載業務遠期發展需求，留足同路由光纖調度用纖芯數量。G.654.E 光纖模場面積大，布放光纜過程中必須杜絕小圈。復核干線光纜配盤長度，光纜盤長3-5 公里為宜。光纜接頭應盡量靠近鐵路通道口并避開在高架橋上，對必須在橋上的接頭應考慮接頭盒防震及更換SMC 電纜槽等。光纜引下及高鐵車站內光纜接續應采用兩進兩出接頭盒。干線接續施工中，光纖熔接要選擇G.654 熔接機程序，G.654.E 光纖熔接損耗雙向平均值≤0.05 dB（1550nm）。

（3）通常鐵路紅線范圍內干線光纜線路由鐵路方組織代維，電信運營商需對沿線鐵路通道、地區分界、引接段干線光纜分界（人手孔、標石等）予以確認。由鐵路方申請上道“天窗”時間，電信運營商、設計、施工、監理及相關單位人員上高鐵主槽道檢查、驗收，核對干線光纜接頭盒具體位置（對應高鐵通道、里程、經緯度），抽樣檢查光纜接續工藝及余纜盤留情況。采用OTDR 測試中繼段全部光纖衰減，并核查各接續點光纖長度數據。

6 結束語

G.654.E 光纖具有優異的光傳輸技術指標，近幾年我國正式進入高鐵發展戰略重要階段。常規光纖無法滿足未來超高速光傳輸系統要求，現網400G 測試數據，在接收端G.654.E 光纖相比G.652.D 光纖有更高的OSNR 余量。高速鐵路“八縱八橫”工程建設已全面展開，G.654.E 光纖干線網絡建設與高鐵同行，具有初期建設費用少、工期短、改善時延、無外界干擾、路由穩定、干線光網絡安全等特質。電信運營商在江蘇省內早期建設的數千公里干線光纜進入更換周期。抓住機遇，聚焦高鐵發展黃金時間窗口，沿高鐵主槽道搭建部署干線光纜，可加快實現新時代干線光網絡升級、優化。