1966年，華裔科學(xué)家高錕博士發(fā)表了劃時(shí)代的論文《用于光頻的光纖表面波導(dǎo)》，理論上預(yù)測(cè)光纖將成為通信傳輸媒質(zhì);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(guó)開通了世界上首個(gè)實(shí)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(shù)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，目前進(jìn)入第五個(gè)階段。第一階段是1976年至1980年代初，系統(tǒng)工作在0.8μm波長(zhǎng)，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(zhǎng)，開始出現(xiàn)單模光纖，傳輸速率擴(kuò)展到Gb/s量級(jí)，中繼距離擴(kuò)展到大約50km，1984年，ITU-T制定了G.652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SSMF)標(biāo)準(zhǔn);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(zhǎng)，中繼距離擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn);第四階段從1990年代中期到2000年代中期，標(biāo)志是波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)和摻鉺光纖放大器(EDFA)的應(yīng)用，極大擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)，隨后對(duì)G.652和G.655標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了多次修改。
目前光通信和光纖光纜發(fā)展處于第五個(gè)階段，特點(diǎn)是光通信技術(shù)滲透到電信網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層面，對(duì)光纖光纜的需求趨向多樣化。ITU-T于2004年制定了G.656標(biāo)準(zhǔn)，滿足骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)對(duì)擴(kuò)展WDM傳輸可用波長(zhǎng)范圍的要求;2006年制定了G.657標(biāo)準(zhǔn)，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(xì)討論新時(shí)期電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)光纖光纜的要求。
§2、我國(guó)光纖光纜應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)光纖光纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是與世界同步的，從1978年到2007年，正好經(jīng)歷了三十年時(shí)間。我國(guó)從上世紀(jì)80年代開始敷設(shè)通信光纖光纜，大規(guī)模建設(shè)是在1990年以后，經(jīng)過二十余年的建設(shè)，已建成一張世界上數(shù)一數(shù)二的大規(guī)模光纖光纜網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了全國(guó)城鄉(xiāng)。根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部頒布的《2006年通信業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2006年全國(guó)光纜線路總長(zhǎng)度達(dá)到425.9萬皮公里，光纜纖芯總長(zhǎng)度到8893.4萬芯公里。
我國(guó)現(xiàn)網(wǎng)光纖類型以G.652和G.655為主，其中G.652占多數(shù)。絕大多數(shù)本地網(wǎng)光纖都是G.652光纖，骨干網(wǎng)中G.655光纖有一定的比例，以中國(guó)電信省際干線為例，G.652與G.655的纖芯總長(zhǎng)度比例大約2:1，其中G.655光纖的主要敷設(shè)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(jié)構(gòu)，以前者為主。干線光纜敷設(shè)方式以直埋為主，個(gè)別區(qū)域采用架空或管道方式。
由于建設(shè)年代相對(duì)較晚，我國(guó)光纖光纜性能狀況總體良好，但部分早期光纜開始出現(xiàn)老化現(xiàn)象。不同于其它通信系統(tǒng)，在骨干光纖光纜建設(shè)中，對(duì)于高昂的工程成本，光纖光纜的采購(gòu)成本比例較低，而且還在不斷縮小，因此運(yùn)營(yíng)商最關(guān)心的莫過于質(zhì)量和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，一旦敷設(shè)，就要求其正常運(yùn)行足夠長(zhǎng)時(shí)間。
§3、新時(shí)期電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)光纖光纜的要求
業(yè)務(wù)環(huán)境的變化和光通信技術(shù)的發(fā)展都會(huì)對(duì)光纖光纜提出新的要求，本章將根據(jù)骨干、城域和接入等不同網(wǎng)絡(luò)層面的業(yè)務(wù)和通信技術(shù)特點(diǎn)，分析新時(shí)期電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)光纖光纜的要求。
§3.1、骨干網(wǎng)對(duì)光纖光纜的要求
目前IP業(yè)務(wù)保持持續(xù)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，例如中國(guó)電信ChinaNet，在可預(yù)測(cè)的未來都將保持30%以上的年增長(zhǎng)率。同時(shí)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(jīng)出現(xiàn)。為了適應(yīng)業(yè)務(wù)環(huán)境的這些變化，骨干網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)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(wǎng)，等，對(duì)光纖光纜的要求具體包括以下幾個(gè)方面。
第一，更小的PMD(偏振模色散)參數(shù)。高速WDM系統(tǒng)要求更低的光纖光纜PMD系數(shù)，例如40Gb/s WDM系統(tǒng)已無法在PMD系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)已規(guī)定成纜PMDQ參數(shù)必須優(yōu)于0.1ps/sqrt(km)，主流廠商的產(chǎn)品參數(shù)可低于0.05 ps/sqrt(km)。
第二，適當(dāng)?shù)纳⑾禂?shù)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(zhǎng)，各種非線性效應(yīng)更加嚴(yán)重，高速(40Gb/s及以上)WDM系統(tǒng)還存在嚴(yán)重的信道內(nèi)非線性。研究表明，適當(dāng)提高光纖色散系數(shù)、增大有效面積，有利于抑止非線性效應(yīng)。因此，合理的色散系數(shù)和有效面積是未來骨干網(wǎng)光纖的重要特征。
第三，損耗系數(shù)和可用波長(zhǎng)范圍也是需要考慮的因素。目前光纖衰耗系數(shù)已經(jīng)接近理論極限。擴(kuò)展可用波長(zhǎng)范圍的要求來自日益明顯的帶寬壓力，我國(guó)骨干網(wǎng)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(kuò)展，要求骨干網(wǎng)光纖在C+S+L等波段都具有合理的色散系數(shù)和衰耗系數(shù)，能支持WDM傳輸。
綜上所述，未來骨干網(wǎng)對(duì)光纖光纜的要求是更低的PMD系數(shù)、合理的色散系數(shù)和有效面積、擴(kuò)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(wǎng)的最佳選擇，未來應(yīng)該關(guān)注G.656等新型光纖的發(fā)展。
§3.2、城域網(wǎng)對(duì)光纖光纜的要求
不同于骨干網(wǎng)，城域網(wǎng)的特點(diǎn)是傳輸距離較短、傳輸容量較低、業(yè)務(wù)類型和速率多樣化，城域網(wǎng)光纖光纜也呈現(xiàn)出總體用量大、成本敏感度高等特點(diǎn)。城域傳送技術(shù)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(shí)現(xiàn)滿足所有的需求。此外，城域網(wǎng)也有層次結(jié)構(gòu)，不同層次對(duì)光纖光纜性能的要求也不同，本節(jié)討論的是城域網(wǎng)的核心和匯聚層，接入層將在下一節(jié)討論。
針對(duì)1310nm波段應(yīng)用，G.652光纖自然是首選，但隨著工藝的進(jìn)步，G.655E和G.656光纖也可工作在1310nm波段;針對(duì)DWDM應(yīng)用，光纖光纜的性能要求與骨干網(wǎng)是一致的，G.652D光纖是當(dāng)前的最佳選擇;針對(duì)CWDM應(yīng)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(zhǎng)范圍大，而且色散、損耗等參數(shù)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(jià)比因素，目前G.652D光纖是城域網(wǎng)的最佳選擇，未來應(yīng)關(guān)注G.655E、G.656等新型光纖。
§3.3、接入網(wǎng)對(duì)光纖光纜的要求
光纖接入網(wǎng)直接連接客戶設(shè)備，無法保證良好的敷設(shè)/布纖條件。而光纖傳輸?shù)脑頉Q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(dāng)?shù)男盘?hào)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(wù)的推廣，接入網(wǎng)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(chǎn)品，在滿足G.652標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，宏彎損耗有數(shù)量級(jí)范圍的降低。個(gè)別產(chǎn)品，例如NTT的新型任意彎曲光跳線(Free Bending Optical Fiber Cord)，不僅可以實(shí)現(xiàn)90度彎曲，還能捆綁，打結(jié)，布纖方便程度接近電線。ITU-T在2006年底發(fā)布了G.657標(biāo)準(zhǔn)，定義了這類光纖光纜的特征參數(shù)。
縱上所述，決定接入網(wǎng)光纖選型的最主要因素是成本和宏彎損耗，目前應(yīng)從G.652光纖中選擇彎曲性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，同時(shí)積極跟蹤新型G.657光纖的發(fā)展，在條件成熟的時(shí)候引入現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用。
§4、光纖光纜產(chǎn)業(yè)前景展望
第一，隨著寬帶業(yè)務(wù)的持續(xù)增長(zhǎng)，“光進(jìn)銅退”已經(jīng)是包括中國(guó)電信在內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商的共識(shí)，F(xiàn)TTx在未來幾年必然成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)。本地網(wǎng)光纖向最后一公里的延伸將是未來幾年推動(dòng)光纖光纜需求量發(fā)展的最大動(dòng)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(wǎng)演進(jìn)，對(duì)光纜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒐饫w光纜性能都提出了新的要求，運(yùn)營(yíng)商存在光纜補(bǔ)網(wǎng)、纖芯優(yōu)化等建設(shè)需求。不僅帶來一定的光纖光纜需求量，也將推動(dòng)光纖光纜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
總之，分析新時(shí)期的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，光通信在網(wǎng)絡(luò)中的地位將不斷增強(qiáng)，光纖光纜產(chǎn)業(yè)的前景是美好的。各廠商應(yīng)順應(yīng)業(yè)務(wù)和技術(shù)發(fā)展的需求，研發(fā)和生產(chǎn)滿足運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求、同時(shí)具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的光纖光纜產(chǎn)品，積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展軌道。
