自动化技术|用于下一代网络发展的光纤技术

水暖之家讯：随着人与人之间的沟通和交流的越来越便捷，我们正在习惯于生活在一个超级连接的世界中。社交网络，云计算，视频播放和3D高清节目的出现正改变着我们的世界，而这些“带宽杀手”级的业务和应用也给各层网络(从骨干网到接入网)带来了前所未有的压力。我们在看到各种智能终端和各种“app”应用繁荣的同时，也需要关注实现世界超连接的物理基础：光纤。

光纤创新：下一代网络的基础

为满足各种“带宽杀手”应用的需求，全球各国都通过FTTx等方式部署了高速的宽带接入网络，而宽带接入的快速发展也对城域和骨干网络的传输容量的提出了更高需求。根据Infonetics做的预测，到2013年底，为满足对带宽的需求，40G和100G系统的部署量将会大大增加。对高速率系统而言，光纤的低衰减是一个非常关键的参数。此外对部署量超过一半以上的10G速率系统，光纤的低色散特性则是运营商降低网络成本的重要因素。下面将会详细探讨这些光纤参数对10G或更高速率系统传输的影响，以及低偏振模色散(PMD)和低时延特性光纤的应用场景。

高速率系统：低损耗光纤和OSNR挑战当系统升级到更高速率时，如果采用同样的信号调制方式，系统速率增加10倍，光信噪比(OSNR)则需要提高10dB。即10G/bs系统升级到100G/bs系统，需要增加额外10dB光信噪比才能保障信号的质量，维持误码率不劣化。如何解决OSNR的问题?一方面我们可以从系统设备上想考虑，目前已经开发出先进的调制模式和数字信号处理芯片(DSP)以及相干检测技术，能提高系统OSNR(大约5dB)，但对于100G或更高速率系统，以及低成本的非相干的100G系统而言，OSNR预算仍然不够。我们是否能够从光纤的角度考虑，通过光纤的技术创新来提供一种低成本，满足系统OSNR要求的解决方案?

回答这个问题之前，首先讨论一下影响系统OSNR的几个因素。第一，系统的OSNR和入射到光纤的信号光功率成正比，而信号光功率又正比于光纤的有效面积。第二，OSNR反比于系统光纤段的损耗，降低光纤衰减可以减少光纤段的损耗;同样的跨段损耗，低损耗光纤可以在光放站间传输更长距离。综上所述可以从提高光纤有效面积和降低光纤衰减系数两个方面来优化系统的OSNR。

另外还需要考虑改进光纤的参数需要考虑是否能现有光纤规范如G.655，G.652规范兼容的问题。降低光纤的衰减系数不会影响与光纤标准兼容，而增加光纤的有效面积则容易引起与现有的ITU规范的不兼容。因此需要根据不同应用场景来使用不同类型和属性的新型光纤。

低损耗光的优势

降低光纤的衰减，可获得更多的OSNR冗余，因此可以提升网络的容量和性能，减少支出，提供更稳定的网络。

提供最大传输容量

通信系统一般包含发送设备和接收设备，中间每隔80到100公里左右有信号放大器。系统升级到更高速率，意味着需要更高的OSNR，如果设备上没办法提供足够的OSNR，那么只有通过减少每个跨段的距离或者在系统中增加另外的光电光再生设备来实现，这会需要运营商增加投资成本。如果采用低损耗光纤，为系统留有足够的OSNR冗余，在将来系统升级到高速率时不需要增加额外投资或减少传输距离。下面的两个测试结果很好的证明了这一点。

康宁在112Gb/s的系统上测试了最新发布的海底光纤VascadeEX3000，这种光纤具有大有效面积和超低损耗。测试系统共有16个通道，每个跨段100km，只用了EDFA放大器。在如此高速率下传输距离达到了7200km，这是类似系统配置下传输的最远距离。这个测试为我们展示了了大有效面积和低损耗为扩展系统传输距离所带来的优势。

卓越的性能

低损耗光纤在骨干网中可以扩展系统传输距离，减少EDFA数量，在接入网中可以优化中心局的设置，增加用户覆盖数目。用低损耗的G655或G.652光纤代替原有光纤部署在传输网络中，低的光纤损耗可以简化系统，减少放大器的数量，或者同样速率下可以传输更远的距离，无论哪种方式使得系统更简单，更有效。

技术稳定

再回到骨干网或核心网，低损耗光纤技术可以提高系统稳定性。当前网络中大量使用全光交换技术，网络中插入光交换可能会引入较高的插入损耗，从而影响跨段传输的长度和系统链路传输距离。采用低损耗光纤带来的OSNR冗余可以弥补插入光交换带来的损耗，减少由此而产生系统传输距离的影响。

低色散光纤的应用

Infonetics的研究报告表明，当一些网络已经运行在40G或100G的速率时，仍然有大量的网络运行在10G速率。当这些网络需要扩容或升级时，投入大量资金购买昂贵的相干检测设备或采用复杂的调制方式并不是一个最有性价比的方案。这种情况下，采用G.655光纤是一个简化链路设计和降低投入的有效方案。

低色散光纤通过减少色散补偿模块(DCM)的方式来简化系统的方式已经被大家熟悉。以一个560km，10G速率的传输链路为例，如果使用G.652光纤，需要8个跨段，每个光放站要配置DCM模块和双阶EDFA放大，以补偿CDM模块引入的插入损耗。如果采用G.655光纤，则可以减少其中5个DCM模块，而光放站也只需要使用更经济的单阶放大模块。

低偏振模色散

在长途网络里面采用低偏振模色散的光纤是大家的一个共识。链路的低偏振模色散可以防止未来技术升级时碰到PMD过大而无法开通的问题，如系统升级到高速率或引入其他新的传输技术。而且使用低PMD的光纤可以简化40G的系统，不需要采用复杂的DSP来对PMD进行补偿。

长途网络中时延的重要性

时延是指信号从发送到接收经历的时间延迟。这个参数对于金融市场中高频交易者而言至关重要。高频交易的金融公司支付了大量金钱，来获得比竞争对手少几毫秒获取交易信息的时间，因为往往这几毫秒导致的交易损失会对金融市场产生重大影响。通信链路的时延和几个方面的因素有关：电路的信号处理，放大设备，DCM(如果有配置的话)，以及信号沿光纤传输的时延，而这直接和链路的长度成正比，链路越长，时延越大。

考虑以上各因素对时延的相对影响，很明显对时延影响最大的因素是信号在光纤中的传输时间。如果传输距离超过10公里，光纤时延是最主要部分。而时延正比于光纤的群折射率，因此降低光纤的群折射率就能减小传输时延。相对于传统的掺锗的纤芯，纯硅纤芯的超低损耗光纤(如康宁SMF-28○RULL和Vascade○REX2000光纤)的群折射率减小了0.4%。看起来这个数字微不足道，但如果信号往返跨越大西洋，纯硅光纤有150us的时延优势，这对于伦敦和纽约两地的股票交易所得交易者而言已经非常具有吸引力了。

通信业正在处在一个超级连接世界，这大部分归功于宽带接入技术。宽带接入的发展也推动了对接入，城域和骨干网的容量需求。创新是这个超级连接世界的重要推动力，具体到光纤的未来发展，光纤的损耗(衰减)，色散，PMD和时延是最重要的方面。创新一直以来都是康宁最重要的价值观之一，通过创新康宁提供了满足下一代网络发展要求的低损耗技术并结合PMD，色散，时延的特性。这些新型光纤有助于节约投资，提升网络性能，帮助最终实现全世界的超级连接。

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