1966年，華裔科學家高錕博士發(fā)表了劃時代的論文《用于光頻的光纖表面波導(dǎo)》，理論上預(yù)測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，美國開通了世界上首個實用光纖通信系統(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)歷了四個發(fā)展階段，目前進入第五個階段。第一階段是1976年至1980年代初，系統(tǒng)工作在0.8μm波長，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，開始出現(xiàn)單模光纖，傳輸速率擴展到Gb/s量級，中繼距離擴展到大約50km，1984年，ITU-T制定了G.652標準單模光纖(SSMF)標準;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，中繼距離擴展到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)標準;第四階段從1990年代中期到2000年代中期，標志是波分復(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)標準，隨后對G.652和G.655標準進行了多次修改。
目前光通信和光纖光纜發(fā)展處于第五個階段，特點是光通信技術(shù)滲透到電信網(wǎng)絡(luò)的各個層面，對光纖光纜的需求趨向多樣化。ITU-T于2004年制定了G.656標準，滿足骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)對擴展WDM傳輸可用波長范圍的要求;2006年制定了G.657標準，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討論新時期電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對光纖光纜的要求。
§2、我國光纖光纜應(yīng)用現(xiàn)狀
我國光纖光纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是與世界同步的，從1978年到2007年，正好經(jīng)歷了三十年時間。我國從上世紀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)計公報》，2006年全國光纜線路總長度達到425.9萬皮公里，光纜纖芯總長度到8893.4萬芯公里。
我國現(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，以中國電信省際干線為例，G.652與G.655的纖芯總長度比例大約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，個別區(qū)域采用架空或管道方式。
由于建設(shè)年代相對較晚，我國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，對于高昂的工程成本，光纖光纜的采購成本比例較低，而且還在不斷縮小，因此運營商最關(guān)心的莫過于質(zhì)量和長期穩(wěn)定性，一旦敷設(shè)，就要求其正常運行足夠長時間。
§3、新時期電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對光纖光纜的要求
業(yè)務(wù)環(huán)境的變化和光通信技術(shù)的發(fā)展都會對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，分析新時期電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對光纖光纜的要求。
§3.1、骨干網(wǎng)對光纖光纜的要求
目前IP業(yè)務(wù)保持持續(xù)高速增長態(tài)勢，例如中國電信ChinaNet，在可預(yù)測的未來都將保持30%以上的年增長率。同時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，對光纖光纜的要求具體包括以下幾個方面。
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等標準已規(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?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，各種非線性效應(yīng)更加嚴重，高速(40Gb/s及以上)WDM系統(tǒng)還存在嚴重的信道內(nèi)非線性。研究表明，適當提高光纖色散系數(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。擴展可用波長范圍的要求來自日益明顯的帶寬壓力，我國骨干網(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)對光纖光纜的要求
不同于骨干網(wǎng)，城域網(wǎng)的特點是傳輸距離較短、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。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1310nm波段應(yīng)用，G.652光纖自然是首選，但隨著工藝的進步，G.655E和G.656光纖也可工作在1310nm波段;針對DWDM應(yīng)用，光纖光纜的性能要求與骨干網(wǎng)是一致的，G.652D光纖是當前的最佳選擇;針對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?shù)男盘枔p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標準的同時，宏彎損耗有數(shù)量級范圍的降低。個別產(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標準，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，同時積極跟蹤新型G.657光纖的發(fā)展，在條件成熟的時候引入現(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，“光進銅退”已經(jīng)是包括中國電信在內(nèi)各大運營商的共識，F(xiàn)TTx在未來幾年必然成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點。本地網(wǎng)光纖向最后一公里的延伸將是未來幾年推動光纖光纜需求量發(fā)展的最大動力。
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，對光纜網(wǎng)絡(luò)拓撲、光纖光纜性能都提出了新的要求，運營商存在光纜補網(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，也將推動光纖光纜技術(shù)的進一步發(fā)展。
總之，分析新時期的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢和網(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，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)滿足運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求、同時具有性價比優(yōu)勢的光纖光纜產(chǎn)品，積極推動產(chǎn)業(yè)進入良性發(fā)展軌道。
