新時期電信網絡建設對光纖光纜的要求

中國電信股份有限公司北京研究院

§1 通信光纖光纜發(fā)展簡史

1966年，華裔科學家高錕博士發(fā)表了劃時代的論文《用于光頻的光纖表面波導》，理論上預測光纖將成為通信傳輸媒質；1970年，康寧公司制造出了第一根衰耗小于20dB/km的光纖；1976年，美國開通了世界上首個實用光纖通信系統(tǒng)，拉開了光通信發(fā)展史的序幕。

三十余年來，光通信和光纖光纜技術經歷了四個發(fā)展階段，目前進入第五個階段。第一階段是1976年至1980年代初，系統(tǒng)工作在0.8μm波長，采用多模光纖，受模間色散限制，傳輸速率在100Mb/s以下，中繼距離大約10km；第二階段是1980年代，系統(tǒng)工作在1.3μm波長，開始出現單模光纖，傳輸速率擴展到Gb/s量級，中繼距離擴展到大約50km，1984年，ITU-T制定了G.652標準單模光纖（SSMF）標準；第三階段從1980年代末期到1990年代中期，系統(tǒng)工作在1.5μm波長，中繼距離擴展到100km，隨著速率向10Gb/s提升，為了克服色散的影響，ITU-T制定了G.653色散位移光纖（DSF）標準；第四階段從1990年代中期到2000年代中期，標志是波分復用（WDM）系統(tǒng)和摻鉺光纖放大器（EDFA）的應用，極大擴展了再生距離和系統(tǒng)容量，由于DSF光纖無法支持WDM系統(tǒng)，ITU-T于1996年制定了G.655非零色散位移光纖（NZDSF）標準，隨后對G.652和G.655標準進行了多次修改。

目前光通信和光纖光纜發(fā)展處于第五個階段，特點是光通信技術滲透到電信網絡的各個層面，對光纖光纜的需求趨向多樣化。ITU-T于2004年制定了G.656標準，滿足骨干網和城域網對擴展WDM傳輸可用波長范圍的要求；2006年制定了G.657標準，滿足FTTx布纖帶來的降低彎曲損耗要求。本文將在第三章詳細討論新時期電信網絡建設對光纖光纜的要求。

§2我國光纖光纜應用現狀

我國光纖光纜產業(yè)的發(fā)展是與世界同步的，從1978年到2007年，正好經歷了三十年時間。我國從上世紀80年代開始敷設通信光纖光纜，大規(guī)模建設是在1990年以后，經過二十余年的建設，已建成一張世界上數一數二的大規(guī)模光纖光纜網絡，覆蓋了全國城鄉(xiāng)。根據信息產業(yè)部頒布的《2006年通信業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，2006年全國光纜線路總長度達到425.9萬皮公里，光纜纖芯總長度到8893.4萬芯公里。

我國現網光纖類型以G.652和G.655為主，其中G.652占多數。絕大多數本地網光纖都是G.652光纖，骨干網中G.655光纖有一定的比例，以中國電信省際干線為例，G.652與G.655的纖芯總長度比例大約2:1，其中G.655光纖的主要敷設年代是1990年代末到2000年代初，以大有效面積（LEAF）類光纖為主。干線光纜有松套層絞式和中心管式兩種結構，以前者為主。干線光纜敷設方式以直埋為主，個別區(qū)域采用架空或管道方式。

由于建設年代相對較晚，我國光纖光纜性能狀況總體良好，但部分早期光纜開始出現老化現象。不同于其它通信系統(tǒng)，在骨干光纖光纜建設中，對于高昂的工程成本，光纖光纜的采購成本比例較低，而且還在不斷縮小，因此運營商最關心的莫過于質量和長期穩(wěn)定性，一旦敷設，就要求其正常運行足夠長時間。

§3新時期電信網絡建設對光纖光纜的要求

業(yè)務環(huán)境的變化和光通信技術的發(fā)展都會對光纖光纜提出新的要求，本章將根據骨干、城域和接入等不同網絡層面的業(yè)務和通信技術特點，分析新時期電信網絡建設對光纖光纜的要求。

§3.1骨干網對光纖光纜的要求
　　
目前IP業(yè)務保持持續(xù)高速增長態(tài)勢，例如中國電信ChinaNet，在可預測的未來都將保持30％以上的年增長率。同時路由器接口速率正在從10Gb/s向40Gb/s發(fā)展，100Gb/s接口也已經出現。為了適應業(yè)務環(huán)境的這些變化，骨干網的發(fā)展趨勢是更高的信道速率、更小的信道間隔、更大的系統(tǒng)容量、光域靈活組網，等，對光纖光纜的要求具體包括以下幾個方面。

第一，更小的PMD（偏振模色散）參數。高速WDM系統(tǒng)要求更低的光纖光纜PMD系數，例如40Gb/s WDM系統(tǒng)已無法在PMD系數超過0.5ps/sqrt(km)的光纖上承載，只有小于0.1ps/sqrt(km)的新光纖才能保證其性能。G.652B/D、G.655C/D/E、G.656等標準已規(guī)定成纜PMDQ參數必須優(yōu)于0.1ps/sqrt(km)，主流廠商的產品參數可低于0.05 ps/sqrt(km)。

第二，適當的色散系數和有效面積。隨著傳輸速率的提高、信道間隔的減小、中繼距離的延長，各種非線性效應更加嚴重，高速（40Gb/s及以上）WDM系統(tǒng)還存在嚴重的信道內非線性。研究表明，適當提高光纖色散系數、增大有效面積，有利于抑止非線性效應。因此，合理的色散系數和有效面積是未來骨干網光纖的重要特征。

第三，損耗系數和可用波長范圍也是需要考慮的因素。目前光纖衰耗系數已經接近理論極限。擴展可用波長范圍的要求來自日益明顯的帶寬壓力，我國骨干網WDM系統(tǒng)目前都工作在C波段，未來有可能向L波段甚至S波段擴展，要求骨干網光纖在C＋S＋L等波段都具有合理的色散系數和衰耗系數，能支持WDM傳輸。

綜上所述，未來骨干網對光纖光纜的要求是更低的PMD系數、合理的色散系數和有效面積、擴展的可用波段、更低更穩(wěn)定的傳輸損耗，等。目前G.652D光纖是骨干網的最佳選擇，未來應該關注G.656等新型光纖的發(fā)展。

§3.2城域網對光纖光纜的要求

不同于骨干網，城域網的特點是傳輸距離較短、傳輸容量較低、業(yè)務類型和速率多樣化，城域網光纖光纜也呈現出總體用量大、成本敏感度高等特點。城域傳送技術多樣化，既存在工作在1310nm波段的PDH和低速SDH系統(tǒng)，也存在工作在1550nm波段的高速SDH系統(tǒng)和DWDM系統(tǒng)，還存在CWDM系統(tǒng)，難以用一種光纖實現滿足所有的需求。此外，城域網也有層次結構，不同層次對光纖光纜性能的要求也不同，本節(jié)討論的是城域網的核心和匯聚層，接入層將在下一節(jié)討論。

針對1310nm波段應用，G.652光纖自然是首選，但隨著工藝的進步，G.655E和G.656光纖也可工作在1310nm波段；針對DWDM應用，光纖光纜的性能要求與骨干網是一致的，G.652D光纖是當前的最佳選擇；針對CWDM應用，G.652C/D和G.656光纖都可以支持全波段的CWDM傳輸，尤其是G.656光纖，不僅可用波長范圍大，而且色散、損耗等參數都比較適中，是支持CWDM系統(tǒng)的最佳選擇。

綜上所述，綜合考慮性價比因素，目前G.652D光纖是城域網的最佳選擇，未來應關注G.655E、G.656等新型光纖。

§3.3接入網對光纖光纜的要求

光纖接入網直接連接客戶設備，無法保證良好的敷設/布纖條件。而光纖傳輸的原理決定了無法像電線一樣任意彎曲，必須保證足夠大的彎曲半徑才能保證適當的信號損耗（傳統(tǒng)G.652光纖最小彎曲半徑一般大于25mm），這種特性增大了施工難度，提高了布纖成本。

隨著FTTx業(yè)務的推廣，接入網光纖提出了降低宏彎損耗（Macro-bending Loss）的要求，各光纖廠商推出了一些產品，在滿足G.652標準的同時，宏彎損耗有數量級范圍的降低。個別產品，例如NTT的新型任意彎曲光跳線（Free Bending Optical Fiber Cord），不僅可以實現90度彎曲，還能捆綁，打結，布纖方便程度接近電線。ITU-T在2006年底發(fā)布了G.657標準，定義了這類光纖光纜的特征參數。

縱上所述，決定接入網光纖選型的最主要因素是成本和宏彎損耗，目前應從G.652光纖中選擇彎曲性能比較優(yōu)異的產品，同時積極跟蹤新型G.657光纖的發(fā)展，在條件成熟的時候引入現網應用。

§4光纖光纜產業(yè)前景展望

第一，隨著寬帶業(yè)務的持續(xù)增長，“光進銅退”已經是包括中國電信在內各大運營商的共識，FTTx在未來幾年必然成為網絡建設的重點。本地網光纖向最后一公里的延伸將是未來幾年推動光纖光纜需求量發(fā)展的最大動力。

第二，隨著骨干DWDM傳輸系統(tǒng)向高速率、大容量以及光域組網演進，對光纜網絡拓撲、光纖光纜性能都提出了新的要求，運營商存在光纜補網、纖芯優(yōu)化等建設需求。不僅帶來一定的光纖光纜需求量，也將推動光纖光纜技術的進一步發(fā)展。

總之，分析新時期的業(yè)務發(fā)展趨勢和網絡建設需求，光通信在網絡中的地位將不斷增強，光纖光纜產業(yè)的前景是美好的。各廠商應順應業(yè)務和技術發(fā)展的需求，研發(fā)和生產滿足運營商網絡建設需求、同時具有性價比優(yōu)勢的光纖光纜產品，積極推動產業(yè)進入良性發(fā)展軌道。