商用新型超低损光纤已是大势所趋规模部署亟待完善产业链

中国移动研究院│柳晟

商用新型超低损光纤已是大势所趋规模部署亟待完善产业链

中国移动研究院│柳晟

目前100G波分传输系统已广泛商用，超低损耗和大有效面积等新型光纤有望助力下一代400G波分传输系统大规模部署。

近年来，随着移动互联网、家庭宽带、云计算、视频等业务的快速发展，运营商在光传输网上大力投资以满足日益增加的带宽需求。以中国移动为例，骨干网流量将以每年30%～50%的速度增长，特别是近几年，骨干网传输带宽将从2014年的81T增长到2016年的约280T。

光传输网络发展概况

为此，中国移动已经在骨干网上大规模部署100G波分系统，单对光纤满配100G系统可以提供8T传输容量，280T的容量需要超过35对（70芯）光纤，铺设的光纤很快就会消耗殆尽。而400G系统可以提供16T到20T的单纤传输容量，其频谱效率是100G系统的2～2.6倍，可以有效缓解对光纤芯数的占用。

我国幅员辽阔、地理特征情况复杂，运营商光传输网的光复用段的距离差异较大。据统计约90%的光复用段在600公里以下，同时也有约7%的光复用段在600公里以上，一些复用段的距离在1000公里以上。从实际工程测试的传输结果看，普通G.652光纤可以满足100G系统1000公里左右的传输，已经被广泛应用于运营商的省际、省内骨干网和城域核心层网络上。100G采用PM-QPSK编码方式、相干调制、数字信号处理等技术，网络的传输带宽、成本、功耗等性能得到了很大提高，同时也缩短了链路开通时间。

随着100G波分传输技术及相关产业链日趋成熟，并实现规模商用，业界也逐步转向400G甚至更高速率的研发以满足网络升级需求。目前400G光传输系统有多种实现方式，包括四载波PM-QPSK、双载波PM-16QAM等，其中双载波PM-16QAM为业界的主流实现方式。PM-16QAM调制格式的系统比PM-QPSK调制格式的系统有更高的频谱效率。在理论上PM-16QAM的背靠背OSNR容限比PMQPSK差约6.7dB，因此PM-16QAM的传输距离不到PMQPSK的四分之一，极大限制了400G系统在网络中的部署和应用。光传输系统需要保持系统容量和传输距离之间的平衡，在长距离光传输系统中，一般会采用高阶调制方式来提高频谱利用率，同时通过低损耗、新型放大器等方法来保持所需的传输距离。

新型低损耗光纤技术指标

400G传输系统较短的传输距离成为限制其在骨干网广泛应用的主要因素，因此产业界将很多目光投向了新型低损耗光纤，希望通过使用新型低损耗光纤助力400G系统应用于骨干网。新型光纤包括低损光纤、超低损光纤和大有效面积光纤等，如图所示。普通G.652光纤的纤芯材料为掺锗二氧化硅，有效面积为85μm2，典型损耗为0.19～0.20dB/km。低损光纤的纤芯材料也是掺锗二氧化硅，有效面积为85μm2，典型损耗为0.18dB/km。超低损光纤的纤芯材料为纯二氧化硅，通过纯二氧化硅来降低损耗，有效面积为90μm2，典型损耗为0.168dB/km。大有效面积光纤的有效面积为110～130μm2，典型损耗可以降低到0.158dB/km以下。

显著提高400G系统传输距离

理论上，根据骨干网光缆现状和目前400G PM-16QAM传输系统的性能，在400G系统传输距离达到1000公里的前提下，如果使用普通的EDFA放大器，则需要光纤的损耗达到0.14dB/km，目前的光纤技术达不到这样的损耗。如果使用普通的EDFA放大器加上大有效面积光纤，则需要光纤的损耗达到0.153dB/km，目前的光纤技术也达不到这样的损耗。如果使用拉曼放大器，则需要光纤的损耗达到0.17dB/km。如果使用拉曼放大器加上大有效面积光纤，则需要光纤的损耗达到0.183dB/km。

现网中大多数光复用段的距离在600公里以内，在400G系统传输距离达到600公里的前提下，如果使用普通的EDFA放大器，则需要光纤的损耗达到0.165dB/km，超低损光纤基本能够满足性能要求。如果使用普通的EDFA放大器加上大有效面积光纤，则需要光纤的损耗达到0.178dB/km。如果使用拉曼放大器，则需要光纤的损耗达到0.195dB/km。由此可见，新型低损耗光纤和拉曼放大器对400G系统传输距离的帮助很大。

除了400G系统的应用外，超低损光纤还有望用于长距离直达链路、光电混合交叉等场景。以从北京到广州为例，如果铺设超低损光纤，则有望用100G光传输系统实现3000公里的直达链路而不需要电再生。

图 普通光纤和新型光纤剖面图

测试/试点火热开展

为了评估100G和400G传输系统在新型光纤上的传输性能，中国移动在国内率先开展了实验室测试和现网试点。100G和400G信号分别在G.652、超低损耗光纤和大有效面积光纤上进行传输性能测试。超低损光纤熔接后的损耗为0.175dB/km，大有效面积光纤熔接后的损耗为0.165dB/km。

系统方面，100G系统采用PM-QPSK调制格式，400G系统采用双载波的PM-16QAM调制格式。根据实验结果结合理论分析，采用PM-QPSK调制格式的100G系统的背靠背OSNR容限约为10dB，能够在G.652光纤上传输约3000公里（5dB OSNR余量），采用PM-16QAM调制格式的400G系统的背靠背OSNR容限约为18.5db，能够在G.652光纤上传输约450公里（5dB OSNR余量）。对于超低损光纤和大有效面积光纤，400G的传输距离可以被延长到约600公里和900公里（5dB OSNR余量）。结果表明，超低损光纤和大有效面积光纤对于延长400G系统的传输距离帮助非常大。

在现网试点中，中国移动于遂宁至内江（共151公里，其中遂宁（OTM站）—安岳（OA站）91公里，安岳（OA站）—内江（OTM站）60公里）开展超低损光纤试点，施工中每段光缆长度2公里。测试的光纤类型为康宁超低损耗G.652光纤（SMF-28超低损）。工程后的超低损耗光纤衰耗是约0.19dB/km，工程后的低损光纤衰耗是约0.22dB/km，一般工程要求为0.23dB/km～0.24dB/km，接头熔接损耗一般小于0.05dB,法兰盘连接损耗一般小于0.5dB。工程后的超低损光纤衰耗是约0.19dB/km，而普通光纤是约0.21～0.22dB/km，这意味100公里的跨段，超低损耗光纤损耗将比普通G.652光纤少2dB，就可以增加60%的跨段数。现网测试中也发现，超低损光缆间的熔接质量也对整个链路效果至关重要，较差的熔接质量会抵消掉超低损耗光纤的性能优越性。

超低损耗光纤产业链正走向成熟

对于超低损光纤，目前国外在海底光纤技术方面积累了较长时间，因此超低损耗光纤技术较为领先，康宁、住友等相继推出了满足G.652规范的超低损耗光纤。国内企业在超低损耗纯硅芯光纤方面的研发虽然起步较晚，但当前长飞、富通、烽火等国内大的光纤企业，正积极从事这方面的研究。随着超低损耗光纤部署规模的扩大和更多厂家对研发的投入，超低损耗光纤的产业链正走向成熟。

应用于陆地传输的大有效面积光纤，国内外均有厂家可提供相关产品。其中OFS、长飞和烽火可提供有效面积110～130μm2、衰减不大于0.180dB/km的低损耗大有效面积光纤，康宁、住友、长飞等可提供有效面积112～125μm2的超低损耗大有效面积光纤。目前大有效面积光纤主要应用于海底传输，陆地传输的大有效面积光纤的实际应用案例较少，随着ITU-T的G.654E标准的逐步规范，相继会有运营商进行更多现网试验来验证陆地用大有效面积光纤的工程可行性。

对新型光纤的规模部署，仍有以下一些问题需要解决：首先超低损光纤的成本需要进一步优化。超低损耗光纤由于采用纯硅纤芯技术，目前光纤价格较高，是普通G.652光纤的3～4倍，是G.655光纤的1.5倍左右。随着工艺的改进、供应商的增加和生产规模的扩大，超低损耗光纤的成本和价格预计会不断降低。其次，超低损和大有效面积光纤的标准规范尚未完成，现有的G.652规范和正在讨论的G.654E规范对光纤衰减的规范定义都非常宽泛，对超低损耗等光纤无相应的标准或规范，无法满足行业采购、管理、检测、应用等需求。因此，新型光纤的应用还需整个产业链上所有参与方的共同努力。

编辑｜刁兴玲 diaoxingling@bixintong.com.cn