烽火低损耗光纤规模商用 助力新一代光纤骨干网

10/16/2014，近年来，随着三网融合、IPTV新业务以及大数据处理等等信息需求的突破性发展，通信网络带宽需求呈爆炸性增长趋势，骨干网传输带宽的年均增长速度达到50%以上。2013年随着三大运营商陆续启动100G采集，骨干网已经全面进入了100G时代。与此同时为了适应网络流量的急剧提升， 400G及超400G光纤通信技术的应用需求越来越迫切，预计到2017年将迎来400G时代。而我国光纤网大规模建设始于上世纪80，90年代，预计2015年后干线网络一半网络即将到期，需要部署新的光纤网络。而光纤作为光纤网络建设的基础设施，其使用寿命超过20年，铺设施工到位后很难改动，所以选择光纤需要考虑其寿命期限内所有的网络需求。目前相干通信技术的出现，使100G及超100G系统的色散和偏振模色散问题得到了很好的解决，制约速率的关键是光纤的衰减和非线性。因此低损耗光纤受到了市场的追捧。

低损耗光纤的优势

    低损耗光纤不改变光纤的波导结构，完全兼容G.652.D标准，其工艺主要是通过改善光纤内部的应力从而优化瑞利散射来降低损耗，因此相比于普通G.652D，具有更低的衰减性能，而且价格也与普通的G652D光纤相当。具体衰减指标如表1。

                                       表1 普通G652D光线与低损耗光纤对比

    以每跨段对应80km传输和开销，对于典型跨段为16跨段*22dB的通信系统，采用相干QPSK的40G和100G技术时，系统的OSNR要求均在12.5dB或以内。此时，保证光通信系统良好传输的光纤衰减至少要小于0.2dB/km；当所采用的光纤衰减低于该要求时，衰减越低，则越可以满足系统要求，从而可充分享受光信噪比提升带来的好处。因此表1所述的两类光纤均可以满足40G和100G的传输使用要求。

    而单纯从光纤的衰减角度分析，通过降低光纤的衰减提升光信噪比可带来如下益处：从系统的角度考虑，相同传输距离下，低损耗光纤增加1.2dB系统余量；系统余量相同的条件下，低损耗光纤可以延长30%传输距离。对于400G乃至1Tbps的超高速光纤通信系统而言，从理论计算来看，在相同跨距内，在光纤衰减上的改善无法满足400G乃至超400G技术的应用要求。在同样的光纤环境中，系统容量越高、传输距离越短，400G的传输距离约为100G的1/3，因此如果采用损耗更低更可靠的光纤，可以减少未来扩容时再生站的数量，对于400G的传输速率来说，相比普通单模光纤，低损耗光纤能减少约20%的再生站数。

    目前市场存在的超低损耗光纤，一般采用了纯硅芯光纤，通过在包层掺氟降低包层的折射率，然而掺氟后的玻璃的粘度随温度变化很大。在高温下，芯层与包层的粘度匹配，容易产生应力，难以消除。因此部分厂商在制备超低损耗光纤时会在芯层添加碱金属以降低芯层的粘度，使其光纤的芯层和包层的粘度在高温下匹配，但是，这类光纤的稳定性还需要长时间的证实。在理论上，成本颇高的超低损耗光纤无法满足相同跨距下400G乃至超400G技术的应用要求。烽火通信目前研发的、已经在实验室试用的新型光纤——低损耗大有效面积抗弯光纤，从理论上可以满足，而且成本不高。因此，超低损耗光纤不适合此时大规模商用。

烽火低损耗光纤超长跨距传输试验

    2013年初，烽火武汉光纤基地便开始着手开发低损耗光纤。得益于从武汉邮电科学研究院以来30多年对拉丝工艺的经验积累与技术沉淀，烽火武汉光纤基地对低损耗光纤的研究仅仅耗时三个月便得到突破性进展，经过设备改造和工艺改进，烽火武汉光纤基地实现了量产500万芯公里低损耗光纤的规模生产。2014年初，烽火武汉光纤基地拉制了一批高质量低损耗光纤，与国家重点实验室合作进行了某厂普通光纤与烽火低损耗光纤的长跨距传输对比实验。图1是国重实验室利用自主开发的单载波实时收发系统，进行400公里超长跨距实验的装置图，其中蓝色部分为国家重点实验室设计的电子电路。


                                                       图1

实验调制格式为单偏振、单载波2.5Gb/s QPSK 信号；传输链路分别为400公里某厂普通单模光纤，其中1550nm衰减的平均值为0.19dB/km和 400公里烽火低损耗光纤，其中1550nm衰减的平均值为0.181dB/km.

                                            表3 两种光纤长距传输结果对比

    实验结果见表3与图2，某厂普通光纤接收端纠前误码率在4e-4左右，烽火低损耗光纤接受端纠前误码率在1.3e-5，按照普通FEC纠错容限（门限为3.8e-3），两种光纤都可以实现无误码传输，但相比而言，400公里超低损光纤的损耗比之小4.3dB，在接收端信噪比提升约4.3dB,其系统传输性能提升近一个数量级（从4e-4至1e-5），得益于光纤损耗的减小，理论分析，相比标准单模光纤，其传输距离可无误码传输多24公里左右，优势明显。


                                           图2

烽火低损耗光缆

    光纤衰减对链路的贡献最终体现在光缆上，成缆非常重要，需要避免附加损耗。烽火通信的成缆技术沉淀了15年，在余长精确控制，成缆张力均匀控制等方面的工艺控制上保持着技术领先。用改进的工艺制备了一个批次的低损耗光纤，共10078.8km，衰减原始数据见图3。从上图可看出，1550nm衰减的平均值为0.1812dB/km，最小值为0.1784dB/km，最大值为0.1838dB/km；其中1550衰减≤0.182dB/km光纤约在总量的92.56%，约9329.4km.


                                         图3 低损耗光纤衰减分布图

    实际试验中，剔除了在波长1550nm衰减值大于0.182dB/km的光纤，仅针对上述部分1550nm衰减≤0.182dB/km的光纤后续成缆情况进行统计汇总。详见图4


图4 成缆后衰减分布图

    成缆后，1550nm衰减系数系数平均值为0.1815dB/km，最大值0.1835dB/km，优于合格标准；从以上分布图可以看出，光缆1550nm衰减系数小于0.182dB/km,约占总量的71.68%。从以上图可以看出，光纤成缆后，1550nm衰减测试值是以0.182dB/km为中心，满足正态分布；衰减值较为集中，衰减值左右分布均匀变化。

    目前，全球部署的高速大容量光通信网络依然是以100G技术为主来开展，现有的单模光纤技术已可满足应用需求，同时结合材料体系的匹配和长期可靠性的应用来看，优选低损耗单模光纤技术对系统整体性能提升起到较大帮助，不会对当前的系统运行带来隐患和干扰。先进的成缆技术不仅不会对低损耗光纤产生附加衰减，甚至有可能带来增益效果。烽火武汉光纤基地率先实现了2800m/min的高速拉丝，产量突破了2000万芯公里，通过高速拉丝与规模生产降低了单模光纤的单耗与成本，在质量保证的基础上为新一代光纤骨干网的建设节省了成本；另外500万芯公里低损耗光纤为光纤骨干网建设提供的更加优化的选择。

    2013年中国电信吐鲁番兰州定西干线光缆线路工程光缆采购项目，中国移动通信集团公司天津-石家庄国家一级干线光缆传输系统工程，中国联通长途传输网林芝-芒康光缆线路新建工程光缆等等，烽火通信的低损耗光纤光缆已经被各大运营商大量采购，在骨干网上已普遍使用。