超低損耗光纖—超長站距光通信

1、超低損耗光纖一超長站距光通 信的新選擇超低損耗光纖一超長站距光通 信的新選擇劉源 1，黃麗艷 2，雷學(xué)義 1（1. 國網(wǎng)信息通信有限公司，北京 100761 ；2. 武 漢光迅科技股份有限公司，湖北 武漢 430074） 摘要： 文章介紹了一種單模超低損耗 G.652 光 纖，其與普通 G.652D 光纖的實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明，這 種光纖在損耗、 受激布里淵散射閥值、 偏振模色 散等方面具有較大優(yōu)勢(shì)， 而其他指標(biāo)則處于相當(dāng) 水平。另外文章分析表明， 在一定條件下這種光 纖也具有相對(duì)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。在“十二五”智能 電網(wǎng)大發(fā)展的時(shí)期， 這種光纖無疑將是延長配套 光纖通信傳輸距離的另一有效解決方案。關(guān)鍵詞：

2、ULL光纖；超長站距；PMD 中圖分類號(hào)： TN929.110 引言 超長站距光通信技術(shù)已被成功應(yīng)用于國家電 網(wǎng)的多個(gè)跨區(qū)和示范工程中， 超長站距光通信技 術(shù)延長了中繼距離， 減少了中繼站的數(shù)量， 在提 高通信系統(tǒng)可靠性的同時(shí)也節(jié)約了大量建設(shè)和 維護(hù)資金，在實(shí)際投產(chǎn)的項(xiàng)目中， 2.5 Gbit/s 速率下采用雙向喇曼的通信段的單跨距離已經(jīng) 達(dá)到了 321 km?，F(xiàn)有的理論研究及實(shí)際工程中，主要傾向于通過提高光功率預(yù)算的方式來延長 光信號(hào)的傳輸距離， 但所能獲得的光功率總預(yù)算 已幾乎達(dá)到了極限水平 1 ，因此，在保證其他性 能指標(biāo)的前提下， 選擇衰耗更低的光纖成為延長 光傳輸距離的另一途徑。1

3、超低損耗光纖及其特性 本文所指的超低損耗光纖是康寧公司生產(chǎn)的SMF-28 ULL （Ultra Low Loss ，超低損耗）新 型光纖， 這種光纖于 2008年正式投入商用， 國網(wǎng) 信息通信有限公司于 2009年聯(lián)合康寧公司和武 漢光迅公司在國內(nèi)率先對(duì)該種光纖做了比較系 統(tǒng)的測試和傳輸實(shí)驗(yàn)（以下簡稱“聯(lián)合實(shí)驗(yàn)” ）。 2010年，國內(nèi)幾家光纜制造企業(yè)用該種光纖做了 OPGW 成纜實(shí)驗(yàn)，中國電信、康寧和華為也對(duì)該 種光纖進(jìn)行了聯(lián)合測試。 2010年底，受國家電網(wǎng) 公司委托，國網(wǎng)信通公司對(duì)這種光纖進(jìn)行了出國 考察。下面將從該種光纖的衰減特性、 受激布里 淵散射閾值、偏振模色散特性及其他特性進(jìn)行介

4、 紹。1.1 衰減特性超低損耗光纖為G.652標(biāo)準(zhǔn)光纖，使用了純硅 纖芯，在1550 nm處的衰減值為0.170.18 dB/km，比普通G.652光纖的0.2 dB/km指標(biāo)低 0.02- 0.03 dB/km ,典型值為 0.168 dB/km。在聯(lián) 合實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)測值為 0.169 dB/km ，而在 2010 年通光公司的成纜實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)測值則達(dá)到了 0.166 dB/km2。嚴(yán)格來講，超低損耗光纖屬于 G.652B 光纖， 屬非低“水峰”光纖，但由于“水峰”所在的 E 波段在通信中幾乎沒有實(shí)際的使用， 所以并不影 響它在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。 根據(jù)實(shí)際測試， 除了 在 E 波段大部分頻點(diǎn)

5、上的衰減值高于 G.652D 光 纖外，超低損耗光纖在 1310 nm 所在的 O 波段、 1480 nm所在的S波段、1550 nm所在的C波段、 L波段及U波段的衰減均明顯低于 G.652D光纖2 。對(duì)于短距離傳輸，衰耗從 0.2 dB/km 降低到 0.166 dB/km （即每千米損耗降低 0.034 dB），效 果不會(huì)很明顯， 因?yàn)橐?80 km 計(jì)算，總的衰耗值 降低了 2.72 dB,可以延長傳輸距離16 km。但 是對(duì)于超長站距而言，以 321 km 來計(jì)算，總的 衰耗值降低了 10.914 dB,則可以延長傳輸距離 65 km。相同衰耗條件下普通 G.652光纖與ULL 光纖

6、所能傳輸?shù)木嚯x對(duì)比如圖 1 所示。衰減/dB亠 G.652DULL圖1相同衰耗下，普通 G.652光纖與ULL光纖傳輸距離的對(duì)比Fig.1 the comparis on of tran smissi on dista neebetwee n using comm on G.652 fiber and ULLfiber un der the same loss從圖1可以看出，在光纖衰減一定的情況 下，ULL光纖可以比普通G.652光纖傳輸更遠(yuǎn) 的傳輸距離，而且隨著衰減值的增加，ULL光纖比G.652光纖傳輸距離的增加效果更明顯，因此對(duì)于超長站距，ULL光纖更能體現(xiàn)其價(jià)值。相同傳輸距離條件下接收

7、測 OSNR的對(duì)比如圖2所示（以17 dBm入纖計(jì)算）距離/kma- G.652DULL圖2相同傳輸距離下，接收側(cè) OSNR的對(duì)比Fig.2 the comparison of receiving OSNR under the same tran smissi on dista nee從圖2中可以看出，在相同傳輸距離的條件下(在100 km以后)，利用ULL光纖傳輸比G.652 光纖傳輸在接收側(cè)可以獲得更好的光信噪比， 從 而使信號(hào)質(zhì)量更好。1.2受激布里淵散射閾值根據(jù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)的測試，超低損耗光纖比普通 G.652D光纖具有更高的受激布里淵散射(SBS, stimulated Brilloui

8、n scattering )閾值，可以獲得 更高的入纖功率，從而能將信號(hào)傳輸更遠(yuǎn)。在2.5 Gbit/s速率下，利用直調(diào)激光器，對(duì)于 單波長傳輸普通G.652D光纖受激布里淵閾值一般在17 dBm左右，常規(guī)的單波長傳輸，入纖功 率一般在1719 dBm。通過增加受激布里淵抑制器（受激布里淵抑制器通過展寬光譜的方法實(shí) 現(xiàn)）可以在一定程度上提高受激布里淵閾值，可 以提高到2223 dBm的入纖功率。而超低損耗光纖在增加受激布里淵抑制器的情況下，最大可 以支持的入纖功率可以達(dá)到25 dBm,因此，超 低損耗光纖的對(duì)2.5 G系統(tǒng)SBS閾值可以提高 23 dBo在10 Gbit/s速率利用EA外調(diào)制的

9、情況下,普通G.652D光纖在增加受激布里淵抑制器時(shí)可 以支持的入纖功率為1718 dBm,而利用超低損耗光纖可以支持的入纖功率為19 dBm,因此 超低損耗光纖對(duì)10 G系統(tǒng)SBS閾值可以提高1 2 dBo因此，ULL光纖相對(duì)普通G.652光纖有更高 的受激布里淵閾值，可提到l3dB左右。1.3偏振模色散對(duì)于基于10 Gbit/s以上和DWDM （ Dense Wavelength Division Multiplexings 密集波分復(fù) 用）的高速大容量系統(tǒng)來說，限制光通信系統(tǒng)發(fā) 展的主要因素已由衰耗受限轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑹芟藓?非線性受限，隨著傳輸速率的提高，偏振模色散 （PMD, Polari

10、zation Mode Dispersion）對(duì)通信 系統(tǒng)的影響愈來愈明，而且越來越不可低估。超低損耗光纖除具有低損耗的特性外，還具有 比普通G.652D更低的偏振模色散，PMDq可以 達(dá)到0.04 ps/km1/2,遠(yuǎn)低于G.652D光纖的0.2 ps/km1/2標(biāo)準(zhǔn)，從而，超低損耗光纖與G.652D 光纖相比更適合于高速率系統(tǒng)的傳輸。在2010年中國電信、華為和康寧公司所完成 的 100 G 超長距離 WDM （Wavelength Division Multiplexing,波分復(fù)用）傳輸實(shí)驗(yàn)中，使用超 低損耗光纖實(shí)現(xiàn)了超過3000 km的超長傳輸距 離，創(chuàng)造了全球陸地光纜傳輸系統(tǒng)100

11、 G WDM 傳輸距離的最新記錄”咼。1.4其他特性除上述性能外，超低損耗光纖的其他特性（包 括模場直徑和色散性能）與G.652D光纖幾乎一 致，根據(jù)實(shí)際測試，超低損耗光纖的接頭熔接損 耗約為0.013 dB/個(gè)，與其他單模光纖光纖的對(duì) 接損耗約在0.010.05 dB/個(gè)之間，并不能對(duì)通 信鏈路產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，也就是說，超低損耗光 纖與普通G.652光纖是可以對(duì)接兼容的，成纜附加損耗在1550 nm 處約為 0.01 dB/km，在 -40 C+65 C之間的溫度附加衰減也在土 0.02 dB以內(nèi)【2】。綜上所述，超低損耗光纖更為適合超長站距及 高速大容量長距離傳輸。2 ULL光纖的實(shí)驗(yàn)和使

12、用情況在2009年的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)中，采用隨路遙泵技術(shù) 實(shí)現(xiàn)了 2.5 Gbit/s 速率下 514 km 和 10 Gbit/s 速 率下432 km的超長站距光傳輸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1 所列。表1采用超低損耗光纖在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的傳輸距離Table 1 the tran smissi on dista nee achieved byusing ULL fiber in the lab速率配置最大傳輸 距離/km總衰 耗/dB2.5Gbi t/sUFEC16 + BA(17) + PA +DCM + UFEC1637562.82UFEC16 + BA(25) + PA +DCM + UFEC16408.5

13、968.74UFEC16 + BA(仃)+ RFA+ PA + DCM + UFEC1640269.0UFEC16 + BA(25) + RFA+ PA + DCM + UFEC1643975.21UFEC16 +BA(25)+ROPA + RFA + PA +DCM + UFEC16505.7986.2UFEC16 + BA(14.4) + 前 向RFA + ROPA(隨路遙 泵)+ RFA + PA + DCM + UFEC16514.0987.610Gbi t/sUFEC64 + BA(17) + PA +DCM + UFEC6432855.1UFEC64 + BA(19) + PA +

14、DCM + UFEC64341.8357.5UFEC64 + BA(仃)+ RFA+ PA + DCM + UFEC64362.8961.4UFEC64 + BA(19) + RFA+ PA + DCM + UFEC6437363.7UFEC64 +BA(19)+ROPA + RFA + PA +DCM + UFEC64432.5372.87隨后，又實(shí)現(xiàn)了 2.5 Gbit/s系統(tǒng)無中繼521 km 的超長站距傳輸，這是目前所報(bào)道過的使用前置 隨路遙泵技術(shù)傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離。為考驗(yàn)ULL光纖的兼容性，國網(wǎng)信通公司在 考察期間在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用 ULL光纖搭建了 100 Gbit/s的傳輸系統(tǒng)，該實(shí)

15、驗(yàn)使用 EDFA和喇曼放大器實(shí)現(xiàn)了 293 km的無中繼傳輸，配置如圖3所示5。16 ch DFB hsers.l(28Gbaud)QPSK hAZM:Q(26Gbaud)50 GHz sp-acingDSPJScope 二邙sanding*：EDFADigital coherent receiver293 kmi spanSMF-28 UILL fiber112 Gb/S PM-QPSKHybrid Raman/EDFATunable filterCohere nt圖3 293 km無中100 Gbit/s傳輸系統(tǒng)Fig.3 293 km non-relay tran smissi on s

16、ystem byusing ULL fiber at 100 Gbit/s光纖組成情況如圖4所示。293 km SMFUULfib&r50.5 km25.3 km 25 3 km41 kmRarnan pumpsAverage fiber att&nuaiion over whole n including splices 0.17 cIB/Xm圖4 293 km無中100 Gbit/s傳輸系統(tǒng)光纖使用情況Fig.4 the use of fiber in 293 km non-relaytran smissi on system at 10 Gbit/s而后，將最后25 km的ULL光纖換成

17、普通 G.652D光纖，經(jīng)過測試，信號(hào)的誤碼性能基本 都在E-005這一數(shù)量級(jí)上，沒有出現(xiàn)本質(zhì)性的劣 化。隨著信息化應(yīng)用和智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng) 通信的帶寬需求越來越大，目前大量使用的 G.652D光纖在一些情況下對(duì)于高速率（如 40 Gbit/s及以上）的通信需求可能無能為力，根據(jù) 以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在這種情況下超低損耗光纖也將 是一個(gè)更好的選擇。超低損耗光纖已在阿聯(lián)酋、美國、澳大利亞、 阿爾及利亞等國家被實(shí)際使用?？紤]到其優(yōu)良的 特性，國家電網(wǎng)公司將在 2011年投產(chǎn)的青藏交 直流聯(lián)網(wǎng)工程配套通信工程中使用超低損耗光 纖，用以完成沱沱河安多的 300 km 的超長距 離光傳輸，這也是超低損耗

18、光纖在國內(nèi)的首次使 用。3 經(jīng)濟(jì)性分析超低損耗光纖較普通G.652光纖低的衰耗按 0.02 dB/km計(jì)算，根據(jù)光通信系統(tǒng)典型配置報(bào) 告6 分析如下。1) 當(dāng)中繼距離267 km時(shí)需要使用反向喇曼 設(shè)備。設(shè)需要中繼的距離為270 km,此時(shí)使用正 向喇曼設(shè)備和使用超低損耗光纖均可實(shí)現(xiàn)超長 站距的光傳輸，設(shè)普通G.652光纖的價(jià)格為X元 /km，超低損耗光纖的價(jià)格為Y元/km,反向喇曼 的價(jià)格為C,則對(duì)于每一芯纖芯來說：使用反向喇曼設(shè)備需要增加的費(fèi)用=C;使用超低損耗光纖需要增加的費(fèi)用 =270 X (Y-X);令 C = 270 X (Y-X)，得 丫 = X+C/270。即當(dāng)超低損耗光纖的價(jià)

19、格 (270 X ( 超低損耗光纖每千米 價(jià)格一普通G.652光纖每千米價(jià)格”反向喇曼 設(shè)備價(jià)格 時(shí),使用超低損耗光纖是更經(jīng)濟(jì)的。3) 使用同樣的方法還可對(duì)需要使用正向喇曼 的情況進(jìn)行分析,此處略。4 結(jié)語綜上分析,使用超低損耗光纖是延長光傳輸距 離的另一種途徑,可以進(jìn)一步減少中繼站的建 設(shè),減少和優(yōu)化光路子系統(tǒng)(如喇曼放大器等) 的配置從而減少故障點(diǎn), 進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠 性,也有利于通信系統(tǒng)向更高速率和波分系統(tǒng)的 擴(kuò)容升級(jí),另外,從經(jīng)濟(jì)上講也是可以接受的, 且隨著應(yīng)用規(guī)模的增加, 超低損耗的價(jià)格應(yīng)該還 有下降的空間和趨勢(shì)。考慮到“十二五”期間輸 電工程的大規(guī)模建設(shè),在必要的情況下應(yīng)積極、

20、 適度使用超低損耗光纖。參考文獻(xiàn)：1 夏江珍，謝同林，賈小鐵，等.507 km超長站 距無中繼光傳輸系統(tǒng)J.電力系統(tǒng)通信，2009,30(03): 10-12.2 黃俊華，林光，周峰，等.首條采用超低損耗 光纖的超低衰減OPGWJ.電力系統(tǒng)通信，2010,31(10): 6-11.3 中 國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng).c n/zz/c onten t/2010-12/08/co ntent_8仃443.htm， 20104 董振華，印新達(dá)，黃麗艷，等.521 km超長站 距無中繼光傳輸系統(tǒng)研究J.光通信研究,2011, 37(01): Page 55 國網(wǎng)信息通信有限公司.超低損耗光纖在智 能電網(wǎng)中的應(yīng)用考察

21、報(bào)告R. 2010.國電通信中心.特高壓電網(wǎng)超長站距光傳輸 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的研究一光通信系統(tǒng)典型配置報(bào) 告R. 2007.ULL Optical Fiber - the New Choice of Ultra-long SpanOptical CommunicationLIU yuan 1, HUANG li-yan 2, LEI xue-yi 1(1. State Grid Information &Telecommunication CO., LTD. Beijing 100761,China;2. Accelink Technologies Co., Ltd. Wuhan430074, China)Abstr