光纤技术及应用选型

摘要：光纤类型和光缆芯数的选择已成为光缆工程建设的焦点，本文首先介绍常用各种光纤的特性和发展趋势，给出目前典型的光纤参数，然后就波分复用系统光纤的选型和光缆芯数的确定提出了参考方案。

关键词：光纤 光纤特性 选型

1 引言

传输容量需求的增加驱动传输技术领域的进步，随着密集波分复用（DWDM）技术、光纤放大技术和光时分复用（OTDM）技术的发展和广泛应用，光纤通信技术不断向着更高速率、更大容量的通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。在如此高速率，特别是超长距离系统中，系统传输容量和距离是关键的技术衡量标准。先进的单模光纤在超长距离系统中能得到高容量传输，既具有能保持稳定可靠传输足够的富余度，又能支持宽带工作，减少非线性损伤，具有高的分布喇曼增益，简化网络管理。

多模光纤由于芯径和数值孔径比单模光纤大，具有较强的集光能力和抗弯曲能力，特别适合于多接头的短距离应用场合，并因多模光纤的系统费用仅为单模系统费用的1／4。近年来，随着世界光纤通信技术逐步转向纵深发展，并行光互联元件的实用化也大大推动短程多模光缆市场的快速增长，从而使多模光纤的市场份额持续上升。随着千兆比特以太网的建立，以太网还将从Gbps向10Gbps的超高速率升级，新一代适合激光系统使用的多模光纤将会随之研制并得到广泛应用。

2 光纤的发展趋势

通信用光纤的研制先后经历了0.85μm短波长多模光纤和1.30μm长波长多模光纤（ITU-T G.651）、1.31μm普通单模光纤（ITU-T G.652）、1.55μm色散位移单模光纤（ITU-T G.653）、1.55μm非零色散位移单模光纤（ITU-T G.655）等重要发展阶段。

2.1 单模光纤发展趋势

随着更大传输容量的需求和DWDM的继续发展，要求光纤工作在更宽的频率范围，从C波段发展到L波段和S波段；消除1383nm衰减水峰，从O波段扩展到E波段，实现全波段传输。为了适应这种情况，ITU-T对石英玻璃单模光纤的工作波长范围作出了定义。长距离DWDM用的光纤还应具有适宜的色散值、合适色散符号和小的色散斜率，适宜大的有效面积，很低的PMD值和衰减值，并通过不同光纤配置实现色散管理、减少线性影响和非线性损伤、最佳噪声特性等来达到超长距离、超大容量传输。喇曼光纤放大器（EDFA）的出现和推广应用，进一步改善了光信噪比（OSNR）和扩展了光纤放大器之间的距离。

与长途网相比，城域网面临更加复杂多变的业务环境，直接支持大用户，需要服务的人口众多、密集，网络节点分布集中，信息量大，业务密度高，网络的物理半径（相对长途而言）较小，即通信距高较短，地下管道拥挤，网络动态变化幅度大，需要频繁的业务量疏导和带宽管理能力。因此，提高网络运行效率、降低建设成本和运行费用十分关键。采用密集波分复用（DWDM）技术是一个很有前途的解决方案。而城域网用光纤类型的选择是运营商和网络设计者应慎重考虑的问题。为了克服信道间隔不能无限变窄对于扩大系统容量的限制，利用具有更宽工作波长范围的单模光纤自然更理想。已经开发了低水峰单模光纤，也称全波光纤，这种新型光纤属于ITU-T G.652C类型，它在C、L波段的色散太大，不是理想光纤。康宁、阿尔卡特、住友均推出了城域网用非零色散位移光纤，但是，这些光纤不适于包括在S波段的传输，人们又在开发S-C-L三波段传输的城域网用新型光纤。

2.2多模光纤发展趋势

本地网络（LAN）中，包括校园网络，采用的都是多模光纤。常用的多模光纤中主要有Ala类50／125μm和Alb类62.5/125μm两种类型。由于62.5/125μm光纤芯径大、数值孔径大，具有较强的集光能力，是最普遍的多模选择。其中，北美应用的62.5/125μm光纤最多，而日本、西欧则较多地采用50／125μm光纤。由于62.5／125μm光纤固有的性质，在850nm的模式带宽小于200MHz•km，使用上受到限制。目前的这两种多模光纤都能提供支持如以太网（Ethernet）、令牌环（Token Ring）和FDDI协议在标准规定的距离内所需的带宽，其性能已被过去十几年的应用所证明。选择62.5μm与50μm多模光纤一方面，主要取决于网络的要求，即该网络在今后几年将需要支持那些应用和需要多长的链路长度；另一方面，也取决于是安装新线路，还是老线路升级。

一些短程光纤通信应用部门也在考虑应用多模光纤的10Gbps系统标准。这种超高速率LAN系统，必须采用激光器做光源，并配用高性能多模光纤和其它新技术。其目标之一。就是建立采用多模光纤的850nm波长串行速率10Gbps传输300m的系统标准。新一代多模光纤是针对激光器为光源的情况优化的多模光纤，也称新型50μm多模光纤。

3 波分复用传输网对光纤选型的要求

波分复用WDM系统传输损伤与光电子器件相关，主要包括色散、非线性、光放大器和串扰等几个方面。上述引起传输损伤的几个方面都与光纤密切相关，特别是色散和非线性的影响更甚，采用合适的光纤使之传输损伤的最少，是工程中的现实问题。

3.1 G.652 和G.655光纤

G.652 光纤是1310nm波长性能最佳的单模光纤，它同时具有1550nm和1310nm两个窗口。零色散点位于1310nm窗口，而最小衰减窗口位于1550nm窗口。G.652 光纤在1550nm 窗口的色散系数在（15～20）ps/nm.km，这一数值严重限制了高速光缆系统的开通。

G.655即非零色散光纤， G.655光纤通过设计光纤折射率剖面，使零色散点移到 1550 nm 窗口，从而与光纤的最小衰减窗口获得匹配，使 1550 nm 窗口同时具有最小色散和最小衰减，，从而可以比较方便地开通多波长WDM 系统。G.655有多种不同类型的光纤，有正色散和负色散，低色散斜率和大有效面积等四种主要类型。这四种光纤性能比较见表一；

表一光纤性能比较表

非

零

色

散

光

纤 优点 缺点 对传输系统的影响 适应场合

正色散 能补偿一阶和二阶色散；与能产生负啁啾的MZ调制器配合利用SPM技术来扩大色散受限距离乃至实现光孤子传输；1310nm波长区色散较小，利于开放1310nm窗口； 可能产生调制不稳定性；对XPM的影响比较敏感； 总长为几百公里的Nx10Gb/s WDM系统最好；不能用于1100km以上的Nx10Gb/s WDM系统； 几百公里的陆地WDM系统；

负色散 不存在调制不稳定性；对XPM的影响不敏感； 不能利于SPM来扩大色散受限距离；不支持光孤子通信；1310nm窗口色散大零色散波长位于1570nm附近，不利于L波段的应用； 总长为几百公里的Nx10Gb/s WDM系统可用但通路数不够多；可用于1100km以上Nx10Gb/s WDM系统； 几百公里的陆地WDM系统；长距离的海缆系统

低色散斜率 在C波段和L波段的色散变化较小，色散数值合理；系统成本较低； ---- 将WDM系统的可用频谱扩展至1530～1625nm; 均可；优选光纤

大有效面积 可承受较高的光功率，更有效地克服非线效应 色散斜率偏大；模场直径MFD也偏大，在1550nm处大约9.2~10nm,导致微弯和宏弯损耗需仔细控制；有效面积过大将导致拉曼放大器增益太小 Nx10Gb/s WDM系统的L波段应用时色散补偿方法复杂；40Gb/s以上传输时大有效面积将导致非线性的改进被拉曼增益的减小所抵销； 最适用于C波段的Nx10Gb/s的WDM系统；在L波段时色散补偿代价变高；不适合用于40Gb/s及其相应WDM系统的应用；

3.2光纤选型

作为光传输网络物理平台基础的光缆在网络的建设成本（CAPEX）和维护成本（OPEX）中占有举足轻重的地位，特别是其中光纤的选择对于未来传输系统的扩容更是具有决定生的影响。在新技术飞速发展的今天，传输基础速率不断扩大，无电中继传输距离不断增长，对光纤参数提出更多的要求。因此，对于网络运营者而言，光纤的选择是一项十分慎重的任务，光纤的选择不仅要考虑当前的应用情况，更要考虑未来技术的发展。不能仅根据光纤的结构、物理参数和性能来比较，必须结合传输系统的应用开况，从两个不同的角度来考虑网络中光纤的选择。

⑴2.5Gbit/s WDM系统

在以2.5Gbit/s为基础的WDM系统中，传输系统的色散容限较大，每通道可达12800ps/nm，不存在色散补偿问题。因此，单从色散的角度来说，在600km左右的光复用段设置情况下，采用1550nm窗口的2.5Gbit/s SDH系统和以2.5Gbit/s为基础的WDM系统工作在G.652光纤和G.655光纤上并无不同。目前，以2.5Gbit/s为基础的WDM系统一般应用在G.652光纤上，无电中继距离可达640km。当然也可采用G.655光纤开通2.5Gbit/sWDM系统，只是从实际的应用来看，采用G.652光纤又是非常经济的。因此，可以说，在以2.5Gbit/s为基础的WDM系统中，采用G.652光纤是非常合适的。

⑵10Gbit/s WDM系统

10Gbit/sSDH和WDM系统的色散容限一般为800ps/nm，最大也不过1600ps/nm。理论上来讲，采用G.655光纤后，与G.652光纤相比，可以大大减少色散光纤的补偿量。这也是目前在应用10Gbit/sWDM系统的情况下，广泛采用G.655光纤的原因。但是，对于 10Gbit/s为基础的WDM系统，由于影响的原因较多，不仅是传统的衰减、色散等参数，还包括偏振模色散（PMD）、非线性效应（包括SPM、XPM、FWM等）、功率均衡等。因此，10Gbit/sWDM的系统配置是各方面参数达到优化的综合结果，在系统设计时，应综合考虑上述所有参数。

如果从每个WDM系统的建设成本来比较，G.652光纤加上其色散补偿模块（DCM1）的造价可能会比G.655光纤加上其色散补偿模块（DCM2）低一些。但对于新建大容量（目前一般为48或96芯光纤）光缆来讲，初期投产也仅使用一对光纤，由于G.655光纤的单价要高于G.652光纤，会使G.655光纤光缆投资将远远高于G.652光纤光缆。因此，空余光纤的使用，特别是未来的传输系统应用是决定采用G.655光纤还是G.652光纤的关键。

考虑到下一代光纤的不成熟性，同时考虑网络建设的成本，在目前的长途骨干光缆建设中应以G.652为主，适当兼顾G.655近期需求；

在已有G.652和或G.655光纤且光纤光纤芯比较富余的段落，可以减缓光缆建设计划，尽可能利用已有光纤，待下一代光纤技术成熟时，应用新光纤开通新的传输系统；

因此在光纤选型时，最重要的是要分析应用的场合和建设的时机。

4新建光缆芯数选择

网络的建设需要一定周期，建成后的网络应能充分适应业务和技术的不断发展。光纤的选型和芯数的选择更是如此，它关系到今后10～15年传输系统的发展，是一项十分谨慎的工作。因此，在网络规划和设计阶段必须充分考虑到光纤和传输系统新技术的应用情况，确保光纤光缆建设和网络扩容的顺利实施。为满足今后不断增长的业务需求，可以有两种方法：建设大容量光缆或升级DWDM系统。对于是否新建大容量光缆的分析见表二；

表二光缆容量考虑分析表

新建光缆需要要大容量 新建光缆不需要大容量

原因 ⑴光缆使用寿命一般为15～20年左右，需要满足这一期限内业务发展的需要。

⑵光缆路由、光纤资源是非常宝贵的物理资源；

⑶光缆的建设时间较长、投资较大；

⑷节省土地资源。 ⑴DWDM系统的应用使光纤带宽的利用率提高；

⑵光通信技术在不断创新进步；

⑶敷设光缆可以在同路由上再次扩容（如已敷设贵姓芯管）；

⑷目前的新型光纤还不够成熟，不能满足光纤光缆寿命期内的传输要求。

目前各营运商新建光缆的主要原因：

⑴原有PDH、SDH系统占用光纤较多，从而造成光纤资源紧张；

⑵完善光缆网结构，增加网络可靠性；

⑶现有光纤光纤老化、性能指标劣化不能满足新建DWDM系统对非线性、PMD等指标的要求；

⑷电信市场竞争加剧而带来的线路建设；

⑸光纤芯数紧张问题不是新建光缆的主要原因。

光缆建设时间长、投资大，这是建设大容量光缆的一个原因，但同时正是因为投资大，才更应该考虑光缆的实际使用寿命，芯数不能过大，否则在其实际使用寿命结束时仍有大量纤芯未能利用，将是对投资的浪费。对于城域网的光缆由于相对距离较短，光纤的需求量巨大，目前的大容量纤芯光缆也不能保证今后的发展需求，跟综“微缆”、“无创伤路面”等新型光缆敷设方式和建设密集的合理管网资源才能满足今后可能上千芯纤芯的需求。另外，城域网内业务的营运商众多，竞争异常激烈，适当减少光纤芯数，加强纤芯的优化使用，重视投入产出比，也是一个现实问题。

新建光缆的芯数选择应该以满足到与之匹配的系统技术的周期结束的期限为宜。为此建议新建的干线光缆芯数以24芯－48芯为宜，城域网以48－96芯为宜。

5结束语

本文先从光纤的标准开始分析了当前主要光纤趋势和技术水平，再从DWDM系统阐述对光纤的要求，得出只有结合光纤和传输系统的技术发展才能建设一个全新、合理的光纤网络。

参考文献：

陈永诗、 陈志钢 ，光纤类型、标准和发展趋势

沈梁，波分复用WDM传输网络中的传输损伤与光纤光缆的选择

作者简介：周琦（1975年）、性别（女）、籍贯（宁波市）、

现供职单位: 浙江省通信产业服务有限公司宁波市分公司（邮编315020）

职务：业务主管、职称：工程师、学位：学士、研究方向：通信工程技术。