中国联通现网测试：G.654.E光纤陆地应用性能优越
发布时间：2016-08-25 08:05:05 热度：2272
8/25/2016，目前国内外运营商和光纤光缆供应商已开展相应400G技术研究及测试，主流400G技术均存在无电中继距离受限的问题，而相关实验室测试证明，基于新型光纤技术，可以很好地提升400G传输能力，延长传输距离，降低网络整体建设成本。
为了更好满足400G等超高速传输技术应用，ITU-T自2013年7月开始讨论适用于陆地传输系统应用的G.654光纤（G.654.E），在保持与现有陆地用单模光纤基本性能一致的前提下，增大光纤有效面积，同时降低光纤衰减系数，从而提升400G传输性能。
不断降低光纤衰减系数，是光纤技术发展的永恒追求，从纤芯掺锗技术中降低掺杂浓度，再到纯硅纤芯技术，衰减系数可以从大于0，逐步降低到0.18dB/km左右，甚至降低到0.16dB/km左右；当前衰减系数的降低，也带来技术及成本的急剧增加。对于G.652.D光纤和G.654光纤，降低光纤衰减系数，相应的成本增加和技术难度，基本一致。
另一方面，为了降低线路中非线性效应带来的系统传输代价，需要不断降低光纤非线性效应，而光纤中非线性系数与光纤模场面积直接相关，因此通过增大光纤有效面积，可以很好地减低光纤中非线性效应，从而提高入纤光功率。
干线传输用光纤技术发展，主要是不断降低衰减衰减系数的G.652.D光纤，以及降低衰减系数同时增大有效面积的G.654.E光纤，两种优势兼具被认为是超高速传输技术长距离干线应用的优选。
G.654光纤以往通常应用于海底通信系统，相比于海底通信系统中的高强度光缆保护、稳定工作环境及专业施工维护，陆地应用环境复杂，光缆保护也较轻，施工维护也相对简单；因此将大有效面积光纤应用于陆地传输系统，业界存在诸多顾虑，尚待验证。
现网试点如火如荼
为了更好地评估G.654.E光纤在陆地应用的性能，中国联通与国内外主流光纤光缆供应商开展了现网测试验证工作，对新型光纤技术的应用性能进行详细论证。
中国联通分别在东部干线网络和西部干线网络开展试点，其中东部试验网选择了带宽需求量大、最有可能优先部署400G技术的山东济南-青岛，光缆长度约430km，在验证人工和气流法布放光缆对大有效面积光纤性能影响的同时，进行400G系统的传输性能现网测试验证。西部试验网选择了工作环境复杂，途径戈壁滩、天山以及草原的新疆哈密-巴里坤段，光缆长度约150km，该地区属于气温年较差大、日较差大和风力较大的大陆性气候区，光缆的实际运行温度在-30℃到60℃，风力可达12级，可以充分验证架空敷设工艺对大有效面积光纤的影响、较恶劣环境下长期运行的光缆的性能。
济南-青岛试点的管道光缆中采用8管12芯的96芯光缆结构，其中前7管为G.652.D光纤，由亨通公司提供，第8管为新型光纤，12芯着色光纤分别来自于康宁、长飞、烽火、日本住友和OFS公司。光缆型号主要是GYTS和GYTA，由亨通公司生产光缆。哈密-巴里坤试点的架空光缆采用松套管加强芯结构，其中前48芯为G.652.D光纤，由西古公司提供，后16芯为新型光纤，分别由康宁、长飞、烽火、日本住友、OFS、亨通和中天公司提供。光缆型号主要是GYTS和GYTA，由西古公司生产光缆。
工厂测试结果
本次试点，由新型光纤厂家提供着色后G.654光纤，在光缆工厂进行松套，然后再与装有G.652.D光纤的松套管进行缆芯绞合，最终护套成缆。在光缆生产过程中，对新型光纤的性能都进行了测试。
模场直径（MFD）与有效面积
表1给出了本次试点新型光纤的MFD标称值及容差，对应的有效面积从110um2到130um2，其中一个厂家未提供MFD值，提供有效面积为112±12um2。
表1 不同厂家MFD的标称值及容差
对于现网应用而言，太宽松的MFD标称值和容差，并不利于应用推广。G.652.D光纤的相应指标，也是在多年应用中逐步缩窄的。
衰减系数
光缆生产前的着色光纤衰减系数均小于0.19dB/km，不同厂家光纤的衰减系数不同。光缆生产完成后，对在亨通工厂和西古工厂光缆盘进行了测试，其中1550nm处的光纤衰减系数基本小于0.2dB/km，最大值0.202dB/km，其中97.7%均小于0.19dB/km。
在光缆生产过程中，对不同工艺阶段新型光纤的性能指标进行跟踪测试。由于本次试点中，采用G.652.D和G.654光纤的混缆，新型光纤的光缆生产工艺完全采用与G.652.D相同的工艺。因此对于整个生产过程中的附加衰减进行了测试，基于G.652.D光纤相同的生产工艺，新型光纤在光缆生产过程中的附加衰减均小于0.01dB/km。
弯曲损耗特性
对于陆地应用而言，光纤保护轻，但工作环境非常复杂（温度和天气等），外部应力影响较大，因此具有更大有效面积的G.654.E光纤的弯曲性能（宏弯和微弯）尤为重要，要远优于海底应用的现有G.654光纤。
对于陆地应用运营商，从敷设施工和长期运行来看，新型光纤的弯曲性能，必须不劣于现有光纤，否则对于引入将存在较大顾虑。
工厂中对新型光纤宏弯性能进行了测试，采用ITU-T规定的30mm半径100圈的方式，分别测试了1550nm和1625nm处的性能，可以发现基本都小于0.1dB，其中81.8%要小于0.05dB。目前ITU也初步达成一致G.654.E的宏弯指标与G.652.D一致，在1625nm处，宏弯损耗最大值0.1dB。
熔接及兼容性
新型光纤技术，相比于G.652.D光纤，模场面积有了显著增大，有效面积差异带来的兼容性也成为业内对于新型光纤引入陆地应用的较大担忧，主要包括不同厂家间G.654光纤间的熔接，以及G.654与G.652.D间的熔接。
在西古工厂、亨通工厂以及现网，使用多种型号的熔接机，采用普通单模熔接模式，分别对不同组合下的熔接性能进行了测试评估，包括同厂家G.654光纤自熔接，异厂家G.654光纤熔接，G.654与G.652.D间熔接。
从OTDR双向平均测试结果来看，同厂家熔接损耗最大值为0.08dB，如图1所示，平均值为0.02dB，与G.652.D光纤熔接指标相近。异厂家G.654熔接，平均损耗为0.044dB，样本数60，比同厂家略大，可能由于MFD失配引起。G.654与G.652.D光纤间熔接损耗平均值为0.119dB，样本数24个。
图1 G.654光纤自熔接损耗
光缆终端目前主要是采用G.652.D尾纤终端在ODF架，因为光纤跳线也采用普通G.652.D光纤的，因此G.654与G.652.D间的熔接较少，一个光放段（例如80km，约30盘光缆），只有2个熔接点为G.652.D与G.654光纤熔接。
目前对于熔接损耗数据样本尚不足够充分，还需后续进一步收集数据验证以评估熔接性能。
机械和环境性能测试
按照IEC 60794-1-21和IEC 60794-1-22规定的测试内容，同时有G.654光纤G.652.D光纤的光缆进行了环境性能和机械性能测试，新型光纤具有相同的性能。
光缆现网敷设施工测试
截至2016年6月底，新疆哈密-巴里坤试验网和山东济南-青岛试验网分别进行了验收测试，重点对熔接后的光缆链路进行了测试。
哈密-巴里坤架空光缆中有2个光缆段落，相比于光缆出厂测试结果，光纤链路的平均衰减系数增加量基本小于0.015dB/km，如图2（a）所示，部分纤芯甚至小于0.01dB/km，即使包括了熔接损耗。济南-青岛管道光缆共有9个光缆段落，相应的链路衰减系数平均值，增加量要在0.015dB/km左右，如图2(b)所示，绝大部分纤芯均小于0.01dB/km。
(b)
图2 光缆链路衰减系数平均值增加量
结论
为了验证新型光纤在陆地传输系统应用的可行性，中国联通目前已经完成了新型光纤光缆的工厂测试和现网测试。后续将在哈密-巴里坤段，基于光缆自动监测系统，收集更多新型光纤运行数据，研究新型光纤的长期运行性能，同时在济南-青岛段开展400G系统测试，验证新型光纤对于400G系统传输性能的提升。
从工厂测试发现，新型光纤的生产和测试，可以采用与现有G.652.D光纤相同的生产工艺和测试方法，不会因为新型光纤而采用全新的生产工艺，从而导致由于生产工艺原因产生的光纤光缆成本间接增加。
从现网敷设及测试来看，采用与G.652.D光纤相同的敷设及熔接接续方法，新型光纤仍然有着相近的性能，衰减系数上，保持了良好的性能，并未发生由于施工和接续带来性能上的劣化；同时也不用改进和新增相应设备，从而不会带来运营商在引入新型光纤光缆后的维护成本增加。
通过测试发现，新型光纤的光缆生产、测试、敷设和接续等生产和施工维护，均未出现与现有体系不同或有特殊要求的环节，对于新型光纤的引入至关重要。从前文可知，G.654新型光纤相比低损耗和超低损耗G.652.D，除了具有相同衰减特性外，还具有有效面积大非线性效应低的优势，可以通过两者结合，提升系统传输性能，而不必要一味追求更低衰减系数而导致技术难度及成本显著增加。
来源：通信世界网
为了更好满足400G等超高速传输技术应用，ITU-T自2013年7月开始讨论适用于陆地传输系统应用的G.654光纤（G.654.E），在保持与现有陆地用单模光纤基本性能一致的前提下，增大光纤有效面积，同时降低光纤衰减系数，从而提升400G传输性能。
不断降低光纤衰减系数，是光纤技术发展的永恒追求，从纤芯掺锗技术中降低掺杂浓度，再到纯硅纤芯技术，衰减系数可以从大于0，逐步降低到0.18dB/km左右，甚至降低到0.16dB/km左右；当前衰减系数的降低，也带来技术及成本的急剧增加。对于G.652.D光纤和G.654光纤，降低光纤衰减系数，相应的成本增加和技术难度，基本一致。
另一方面，为了降低线路中非线性效应带来的系统传输代价，需要不断降低光纤非线性效应，而光纤中非线性系数与光纤模场面积直接相关，因此通过增大光纤有效面积，可以很好地减低光纤中非线性效应，从而提高入纤光功率。
干线传输用光纤技术发展，主要是不断降低衰减衰减系数的G.652.D光纤，以及降低衰减系数同时增大有效面积的G.654.E光纤，两种优势兼具被认为是超高速传输技术长距离干线应用的优选。
G.654光纤以往通常应用于海底通信系统，相比于海底通信系统中的高强度光缆保护、稳定工作环境及专业施工维护，陆地应用环境复杂，光缆保护也较轻，施工维护也相对简单；因此将大有效面积光纤应用于陆地传输系统，业界存在诸多顾虑，尚待验证。
现网试点如火如荼
为了更好地评估G.654.E光纤在陆地应用的性能，中国联通与国内外主流光纤光缆供应商开展了现网测试验证工作，对新型光纤技术的应用性能进行详细论证。
中国联通分别在东部干线网络和西部干线网络开展试点，其中东部试验网选择了带宽需求量大、最有可能优先部署400G技术的山东济南-青岛，光缆长度约430km，在验证人工和气流法布放光缆对大有效面积光纤性能影响的同时，进行400G系统的传输性能现网测试验证。西部试验网选择了工作环境复杂，途径戈壁滩、天山以及草原的新疆哈密-巴里坤段，光缆长度约150km，该地区属于气温年较差大、日较差大和风力较大的大陆性气候区，光缆的实际运行温度在-30℃到60℃，风力可达12级，可以充分验证架空敷设工艺对大有效面积光纤的影响、较恶劣环境下长期运行的光缆的性能。
济南-青岛试点的管道光缆中采用8管12芯的96芯光缆结构，其中前7管为G.652.D光纤，由亨通公司提供，第8管为新型光纤，12芯着色光纤分别来自于康宁、长飞、烽火、日本住友和OFS公司。光缆型号主要是GYTS和GYTA，由亨通公司生产光缆。哈密-巴里坤试点的架空光缆采用松套管加强芯结构，其中前48芯为G.652.D光纤，由西古公司提供，后16芯为新型光纤，分别由康宁、长飞、烽火、日本住友、OFS、亨通和中天公司提供。光缆型号主要是GYTS和GYTA，由西古公司生产光缆。
工厂测试结果
本次试点，由新型光纤厂家提供着色后G.654光纤，在光缆工厂进行松套，然后再与装有G.652.D光纤的松套管进行缆芯绞合，最终护套成缆。在光缆生产过程中，对新型光纤的性能都进行了测试。
模场直径（MFD）与有效面积
表1给出了本次试点新型光纤的MFD标称值及容差，对应的有效面积从110um2到130um2，其中一个厂家未提供MFD值，提供有效面积为112±12um2。
表1 不同厂家MFD的标称值及容差
对于现网应用而言，太宽松的MFD标称值和容差，并不利于应用推广。G.652.D光纤的相应指标，也是在多年应用中逐步缩窄的。
衰减系数
光缆生产前的着色光纤衰减系数均小于0.19dB/km，不同厂家光纤的衰减系数不同。光缆生产完成后，对在亨通工厂和西古工厂光缆盘进行了测试，其中1550nm处的光纤衰减系数基本小于0.2dB/km，最大值0.202dB/km，其中97.7%均小于0.19dB/km。
在光缆生产过程中，对不同工艺阶段新型光纤的性能指标进行跟踪测试。由于本次试点中，采用G.652.D和G.654光纤的混缆，新型光纤的光缆生产工艺完全采用与G.652.D相同的工艺。因此对于整个生产过程中的附加衰减进行了测试，基于G.652.D光纤相同的生产工艺，新型光纤在光缆生产过程中的附加衰减均小于0.01dB/km。
弯曲损耗特性
对于陆地应用而言，光纤保护轻，但工作环境非常复杂（温度和天气等），外部应力影响较大，因此具有更大有效面积的G.654.E光纤的弯曲性能（宏弯和微弯）尤为重要，要远优于海底应用的现有G.654光纤。
对于陆地应用运营商，从敷设施工和长期运行来看，新型光纤的弯曲性能，必须不劣于现有光纤，否则对于引入将存在较大顾虑。
工厂中对新型光纤宏弯性能进行了测试，采用ITU-T规定的30mm半径100圈的方式，分别测试了1550nm和1625nm处的性能，可以发现基本都小于0.1dB，其中81.8%要小于0.05dB。目前ITU也初步达成一致G.654.E的宏弯指标与G.652.D一致，在1625nm处，宏弯损耗最大值0.1dB。
熔接及兼容性
新型光纤技术，相比于G.652.D光纤，模场面积有了显著增大，有效面积差异带来的兼容性也成为业内对于新型光纤引入陆地应用的较大担忧，主要包括不同厂家间G.654光纤间的熔接，以及G.654与G.652.D间的熔接。
在西古工厂、亨通工厂以及现网，使用多种型号的熔接机，采用普通单模熔接模式，分别对不同组合下的熔接性能进行了测试评估，包括同厂家G.654光纤自熔接，异厂家G.654光纤熔接，G.654与G.652.D间熔接。
从OTDR双向平均测试结果来看，同厂家熔接损耗最大值为0.08dB，如图1所示，平均值为0.02dB，与G.652.D光纤熔接指标相近。异厂家G.654熔接，平均损耗为0.044dB，样本数60，比同厂家略大，可能由于MFD失配引起。G.654与G.652.D光纤间熔接损耗平均值为0.119dB，样本数24个。
光缆终端目前主要是采用G.652.D尾纤终端在ODF架，因为光纤跳线也采用普通G.652.D光纤的，因此G.654与G.652.D间的熔接较少，一个光放段（例如80km，约30盘光缆），只有2个熔接点为G.652.D与G.654光纤熔接。
目前对于熔接损耗数据样本尚不足够充分，还需后续进一步收集数据验证以评估熔接性能。
机械和环境性能测试
按照IEC 60794-1-21和IEC 60794-1-22规定的测试内容，同时有G.654光纤G.652.D光纤的光缆进行了环境性能和机械性能测试，新型光纤具有相同的性能。
光缆现网敷设施工测试
截至2016年6月底，新疆哈密-巴里坤试验网和山东济南-青岛试验网分别进行了验收测试，重点对熔接后的光缆链路进行了测试。
哈密-巴里坤架空光缆中有2个光缆段落，相比于光缆出厂测试结果，光纤链路的平均衰减系数增加量基本小于0.015dB/km，如图2（a）所示，部分纤芯甚至小于0.01dB/km，即使包括了熔接损耗。济南-青岛管道光缆共有9个光缆段落，相应的链路衰减系数平均值，增加量要在0.015dB/km左右，如图2(b)所示，绝大部分纤芯均小于0.01dB/km。
图2 光缆链路衰减系数平均值增加量
结论
为了验证新型光纤在陆地传输系统应用的可行性，中国联通目前已经完成了新型光纤光缆的工厂测试和现网测试。后续将在哈密-巴里坤段，基于光缆自动监测系统，收集更多新型光纤运行数据，研究新型光纤的长期运行性能，同时在济南-青岛段开展400G系统测试，验证新型光纤对于400G系统传输性能的提升。
从工厂测试发现，新型光纤的生产和测试，可以采用与现有G.652.D光纤相同的生产工艺和测试方法，不会因为新型光纤而采用全新的生产工艺，从而导致由于生产工艺原因产生的光纤光缆成本间接增加。
从现网敷设及测试来看，采用与G.652.D光纤相同的敷设及熔接接续方法，新型光纤仍然有着相近的性能，衰减系数上，保持了良好的性能，并未发生由于施工和接续带来性能上的劣化；同时也不用改进和新增相应设备，从而不会带来运营商在引入新型光纤光缆后的维护成本增加。
通过测试发现，新型光纤的光缆生产、测试、敷设和接续等生产和施工维护，均未出现与现有体系不同或有特殊要求的环节，对于新型光纤的引入至关重要。从前文可知，G.654新型光纤相比低损耗和超低损耗G.652.D，除了具有相同衰减特性外，还具有有效面积大非线性效应低的优势，可以通过两者结合，提升系统传输性能，而不必要一味追求更低衰减系数而导致技术难度及成本显著增加。
来源：通信世界网
