光纤的发展及其在城域网中选型的考虑

    1.光纤选型的原则

    由于因特网、IP数据业务和各种新兴业务的推动，全球通讯容量正在发生爆炸性的增长，并促使光纤技术达到更大的容量、更高的可靠性和更经济的解决方案。扩大光纤通信系统传输容量有两个方法：一个是采用时分复用TDM技术，另一个是采用波分复用WDM的技术。就目前的技术发展来说，已经达成这样一个共识：WDM技术不仅仅在长途通信中发挥巨大作用，同样它也将被用于本地城域网中，并发挥扩大通信容量的巨大作用。因此，未来城域网络的基础平台就是能提供巨大的网络带宽、具有可灵活扩容的网络结构、对任何业务信号和业务速率均透明的波分复用（WDM）光传送网。

    WDM光传输系统的网络结构可以有3种形式：点到点的WDM系统、由具有固定波长上下的光分插复用器构成的WDM环网和具有光交叉连接器的全光网络。这3种网络结构也可以说是WDM光传输系统将经历的3个发展阶段。点到点的WDM系统是目前已经被广泛应用于许多网络提供者的光纤通信系统上的WDM网络结构，它是对通信链路进行直接扩容的一种方式，也是最先被采用的WDM扩容方式。随着具有固定波长上下的光分插复用器（OADM）的出现，目前已开始出现了用OADM来对WDM系统进行组环网的商用WDM产品。

    对在本地城域网中引入WDM光传输系统来说，也将根据城域网中通信容量的发展需求，在合适的时间分阶段地引入WDM系统：最先是点到点的WDM系统，然后是WDM光环网，最后实现用波长进行路由选择的光网络。所以，对作为WDM 光网络的物理传送媒质的光纤进行选型时，不仅应考虑各种光纤本身的特性，还应考虑本地网中通信业务量需求的大小、本地网的网络结构、本地网的网络技术和本地网中地区的差异性，并根据现有条件选择在合适的切入时间来铺设新的光缆网络。

    2. 各种光纤特性的比较

    光纤通信系统的传输容量和距离受光纤的损耗、光纤的色散特性和其非线性等因素的影响。目前，无中继放大器的光信号传输距离可以达到120km，另外，因为出现了以掺铒光纤放大器为代表的光放大器，所以光纤的损耗特性已经不再是限制传输距离的主要因素。目前，限制光纤传输距离和传输容量的主要因素是光纤的色散特性和非线性特性。

    （1）G.652光纤

    根据理论计算，在普通的单模G.652光纤中，对于以1550nm波长来传输光信号的光纤系统来说，当光纤传输系统传输2.5Gbit/s的光信号时，光纤的色散受限传输距离为960km；当光纤传输系统传输10Gbit/s的光信号时，光纤的色散受限传输距离为60km；当光纤传输系统传输40Gbit/s的光信号时，光纤的色散受限传输距离大约为4km.

    在北京本地网中采用2.5Gbit/s的速率对传输网进行组网时，因G.652光纤色散受限传输距离为960km，并且北京市区的地理范围有限，WDM环将主要集中在市区，所以在北京本地网中，2.5Gbit/s系统可以组成点到点的WDM系统、WDM环网和全光交叉连接网，而不会受G.652光纤色散特性的影响。当采用10Gbit/s的速率对传输网进行组网时，因其色散受限传输距离为60km，所以在北京本地网（包括郊区）中，完全可以用点到点的WDM系统组成10Gbit/s光传输系统，另外还可以在北京本地网内组成短距离的WDM环网网络结构。对于全光交叉连接网络，因为一个波长信道将跨越多个环网，当采用G.652光纤进行组网时，就必须进行色散补偿，而这个光纤色散补偿的结构和设计将非常复杂。所以北京本地网中，不适合采用G.652光纤组成10Gbit/s全光传输网络。当传输速率达到40Gbit/s，G.652光纤色散受限传输距离为4km，仅能够用于短距离高速传输。

    （2）G.655光纤

    对非零色散位移G.655光纤来说，在1550nm波长区的典型色散值为G.652光纤的1/4～1/6，因此色散受限距离也大致为G.652光纤的4～6倍。另外，由于G.655光纤采用了新的光纤拉制工艺，具有较小的偏振模色散，单根光纤的偏振模色散一般不超过0.05ps/km1/2.即便按0.1ps/km1/2考虑，这也可以实现至少400km长的40Gbit/s信号的传输。就1550nm波长来说，当传输10Gbit/s 的光信号时，G.655光纤的色散受限距离大致为300~400km，因此，可以用G.655光纤在北京本地网中组成10Gbit/s的WDM环网，并且可以在大部分的地理范围内组成10Gbit/s的全光交叉连接WDM网络。

    但是，对本地网来说，WDM系统应传输尽可能多的波长信道，而第一代G.655光纤的色散斜率较高，典型数值为0.075ps/（nm2.km）。当DWDM系统的应用范围已经扩展到L波段时，全部可用频带可以从1530～1565nm扩展到1530～1625nm时，如果色散斜率仍维持原来的数值，则短波长和长波长之间的色散差异将随距离增长而增加，势必造成L波段高端过大的色散系数，影响10Gbit/s及以上速率信号的传输距离，或者说需要代价较高的色散补偿措施才行，而低波段的色散又嫌太小，多波长传输时不足以压制四波混合和交叉相位调制的影响。考虑到色散系数斜率这个因素，当传输10Gbit/s的光信号时，G.655光纤的色散受限距离缩短为150~180km，这个色散受限距离将限制第一代G.655光纤在全光交叉连接网中的应用范围。因此，在城域网中实现全光交叉连接网时，需要使用新一代低色散斜率的G.655光纤。

    另外， G.655光纤中有正色散光纤和负色散光纤。正色散G.655光纤的主要优点是其色散系数较小，但是其缺点是有可能存在调制不稳定性问题。而负色散G.655光纤的主要优点是不存在调制不稳定性问题，可以利用其负色散补偿直接调制激光器所产生的正调制，从而延长光纤色散受限距离。其缺点是1310nm窗口色散较大，色散受限距离短，不利于与北京电信现有光传输设备兼容。此外，这类光纤的零色散波长处于1640nm附近，在L波段的色散系数较小，将产生四波混频问题，不利于开拓L波段应用。

    （3）全波光纤

    全波光纤除了消除内部氢氧根（OH）离子所引起的附加水峰衰减外，其它特性完全与普通G.652光纤的特性相同。所以，在C波段和L波段，全波光纤与G.652光纤的色散受限距离完全相同。但是，与G.652光纤不同的是，全波光纤开放了1400nm的窗口，增加了60％的可用带宽，所以全波光纤为采用粗波分复用系统（CWDM）提供了波长空间。例如，1400nm窗口的波长间距为2.5nm时，就可以提供40个粗波分复用波长，而1550nm窗口提供40个波长时，其波长间距为0.8nm.显然，1400nm粗波分复用的波长间距比传统的间距更宽，而更宽的波长间距使系统对元器件的要求大大降低，使CWDM的价格将低于DWDM的价格，从而使电信运营商的运行成本降低。另外，在1400nm波段，全波光纤的色散只有G.652光纤在1550nm波段的一半，所以对于高传输速率，全波光纤1400nm波段的无色散补偿传输距离将比传统的1550nm波段的无色散补偿传输距离增加1倍。因此，在传输2.5Gbit/s的光信号时，可以用全波光纤在城域网中实现全光交叉连接网；在传输10Gbit/s的光信号时，可以用全波光纤在城域网中实现点到点的WDM网络，而与G.652光纤相比，全波光纤的可以波长范围却增加了100nm，所以我们应积极跟踪全波光纤的发展。