G.652和G.655光纖組合應(yīng)用應(yīng)注意的問題

前言

　　截至2004年底，全國光纜線路總長度達到338.4萬km，長途光纜線路長度為64.6萬km。 其中，絕大部分光纜線路采用了G.652和G.655光纖，僅有極少量的光纜線路采用了G.653光纖。G.652和G.655光纖從開始應(yīng)用到廣泛應(yīng)用的20多年發(fā)展歷程中，經(jīng)過了幾代產(chǎn)品的更新?lián)Q代，現(xiàn)在網(wǎng)上的光纜線路已是幾代同堂。因此，在光通信系統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)用中勢必會碰到不同品種、不同品牌、不同年代、不同子類的產(chǎn)品組合在一個網(wǎng)上應(yīng)用的問題。

1 G.652和G.655光纖技術(shù)的演變情況

　　隨著通信網(wǎng)絡(luò)對傳輸帶寬的需求日益劇增，光傳輸設(shè)備的單波長傳輸速率也從開始應(yīng)用的低速率，迅速提高到現(xiàn)在的10 Gbit/s，甚至40 Gbit/s，同時對光纖也提出了更高的要求。因此，光通信系統(tǒng)的技術(shù)和產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代推動了光纖技術(shù)的迅速演變和發(fā)展，這一點僅從G.652和G.655光纖標準的不斷更新就可以得到證明。

1.1 G.652光纖

　　1984年，ITU-T制定了G.652單模光纖光纜的第一個版本，經(jīng)過1988、1992、1996、2000和2003年的5次修改，又于2005年進行了第6次修改，形成了目前的最新版本（第七版本）。在第六版本中將G.652光纖派生分為G.652A、G.652B、G.652C、G.652D，共4個子類。

　　G.652光纖是最先在網(wǎng)上應(yīng)用的單模光纖，是通信網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛、數(shù)量最多的一種光纖。由于G.652光纖開發(fā)得較早，因此，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品的標準也非常成熟，不管是哪一個廠商生產(chǎn)的光纖，其一致性都比較好。廣東電信長途線路局對不同廠商的G.652光纖進行了對接試驗，結(jié)果表明熔接衰減都比較小。廣東省電信工程公司對網(wǎng)上使用的不同廠商、不同時期的光纖色散進行了普遍測試，結(jié)果表明，色散值比較穩(wěn)定，1 550 nm波長的色散基本上都不超過18 ps/（nm·km）。這就為傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計及建設(shè)帶來極大方便。

1.2 G.655光纖

　　G.655光纖是1994年專門為新一代光放大密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)設(shè)計和制造的新型光纖。1996年，ITU-T制定了G.655非零色散位移單模光纖光纜的特性標準的第一個版本，在短短的幾年中，經(jīng)過2000和2003年2次修改，形成了目前的最新版本（第三版本）。最新的標準將G.655光纖分成G.655A、G.655B、G.655C，共3個子類。

　　G.655光纖是近幾年市場需求推動下研制的新產(chǎn)品，相對G.652光纖而言技術(shù)標準不十分成熟，考慮到所有廠商的利益，它的模場直徑和色散的標準訂得比較寬松。不同廠商可以根據(jù)各自的工藝和技術(shù)制造出滿足寬松標準的不同產(chǎn)品，因此，產(chǎn)品具有多樣性（不同的有效截面和色散配置），這就給使用者帶來了一定的麻煩。

2 光纖組合應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

2.1 G.652光纖組合應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

　　G.652光纖的產(chǎn)品一致性非常好，線路維護中可以用不同廠商的產(chǎn)品互相替換使用。但是到目前為止，網(wǎng)上應(yīng)用的光纖不是單一的G.652光纖，而是有不同時期、不同廠商制造的多種子類光纖。傳輸網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計時會碰到多種子類混合應(yīng)用的情況，這時應(yīng)根據(jù)構(gòu)成傳輸系統(tǒng)中各傳輸段實際應(yīng)用的光纖子類，按就低不就高的原則，以G.652A或G.652B的主要技術(shù)性能指標進行統(tǒng)一考慮。

　　光纖線路的衰減一般要求進行實地測量，按測量結(jié)果進行功率預(yù)算。

　　1 550 nm波長的色度色散可以統(tǒng)一按18 ps/（nm·km）進行色散預(yù)算。如果是在C+L波段開波分復(fù)用系統(tǒng)，其最大波長的色散可以按20 ps/（nm·km）進行色散預(yù)算。

2.2 G.655光纖組合應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

　　不同時期、不同廠商的G.655光纖組合應(yīng)用的情況和G.652光纖的情況相差較大。例如，G.655光纖的模場直徑為（8～11）±0.7　μm，比G.652光纖的模場直徑要求寬松了許多；G.655光纖的色散可正可負，最小值可大可小，可以任意配置。各廠商可以根據(jù)設(shè)備的具體情況和生產(chǎn)技術(shù)水平，制定自己產(chǎn)品的主要技術(shù)性能指標。有的廠商為爭奪市場，不斷推出有別于其他廠商的所謂技術(shù)亮點（技術(shù)參數(shù)不同），因此，造成現(xiàn)在網(wǎng)上所用的G.655光纖存在以下問題：

　　a） 不同廠商產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)（模場直徑和色散系數(shù)）不一樣。

　　b） 同一廠商、但不同時期產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)（模場直徑和色散系數(shù)）不一樣。

　　c） 同一廠商、同一時期的不同子類產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)（色度色散和偏振模色散系數(shù)）有差異。

　　因此，組網(wǎng)時碰到不同時期、不同廠商的G.655光纖混合應(yīng)用，或不同時期、同一廠商的產(chǎn)品混合應(yīng)用，或同一時期、同一廠商的不同子類產(chǎn)品混合應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)各傳輸段的實際應(yīng)用光纖的情況，特別注意以下幾個問題：

　　a） 設(shè)計中做功率預(yù)算時，凡是G.655光纖，無論是大有效截面，還是小有效截面的光纖，都要特別注意設(shè)備與線路連接中有一個容易被忽視的衰減問題。目前，光通信設(shè)備的光收發(fā)器件引出連接件的光纖基本上都采用G.652光纖。由于G.652光纖的技術(shù)標準中沒有對1 550 nm波長的模場直徑做出規(guī)定，但通過測試得知G.652光纖在1 500 nm波長的模場直徑在10.5 μm左右，比大有效截面的G.655光纖的模場直徑還要大許多。就是說設(shè)備與線路連接中總會存在一個G.655光纖與G.652光纖連接損耗大的問題。連接損耗的大小將在2.3節(jié)中討論。

　　b） 光纜線路的色度色散通常比較穩(wěn)定，它不會由于施工或使用環(huán)境變化而改變。設(shè)計組網(wǎng)時應(yīng)盡量避免不同色散系數(shù)的光纖混用在同一個傳輸段落，因為，在采用補償技術(shù)時，由于不同光纖的色散斜率不同，會增加補償技術(shù)的難度。但在實際組網(wǎng)中，經(jīng)常會碰到不同廠商的產(chǎn)品、不同時期建設(shè)的光纜在同一個網(wǎng)上應(yīng)用。由于G.655光纖色散的標準比較寬松，給不同的廠商有許多選擇，因此，造成不同廠商、不同時期、不同子類的產(chǎn)品，其色度色散的不一致（同一波長的色散最大值不同、色散斜率不同）。此種情況，最好的解決辦法是實地測試。

　　在做長距離高速數(shù)字傳輸通信系統(tǒng)的色度色散預(yù)算時，應(yīng)根據(jù)實地測量結(jié)果進行。

　　c） 光纜線路的偏振模色散影響因素較多，不僅受光纜本身的影響，也與應(yīng)用環(huán)境有很大關(guān)系。通常應(yīng)該進行實地勘查和PMD測試，根據(jù)實測值進行系統(tǒng)設(shè)計。

2.3 G.652和G.655光纖混合應(yīng)用時應(yīng)注意的問題

　　G.652和G.655光纖混合應(yīng)用不僅會有2.2節(jié)b）款所列的問題，而且還有一個截止波長不同的問題，因此，通常不提倡這二種光纖混合應(yīng)用的做法。實際上，為了充分利用現(xiàn)有資源，運營商往往要求采用二種光纖混合應(yīng)用的做法。下面談幾點混合應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。

2.3.1 功率預(yù)算應(yīng)注意的問題

　　不論G.652和G.655光纖以什么樣的方式連接（活連接或熔接），連接損耗都會受到不同模場直徑產(chǎn)生的影響。

　　理論上，模場直徑差異產(chǎn)生的附加連接損耗可以用式（1）計算。

　　L=-20lg■■+■ （1）

式中：

　　Ma——A光纖的模場直徑

　　Mb——B光纖的模場直徑

　　例如，A光纖的模場直徑為8.4 μm（1 550 nm），B光纖的模場直徑為9.7 μm（1 550 nm），根據(jù)式（1）可得到理論上的附加連接損耗約為0.09 dB。這個值與接頭損耗雙向測試值代數(shù)和的平均值比較接近。但實際傳輸?shù)墓庑盘柌皇菑腁流向B，就是從B流向A，影響傳輸?shù)氖菃我环较虻膿p耗。其單向的損耗要遠遠大于理論值。筆者曾做過熔接試驗，用模場直徑為9.6 μm的大有效截面積（72 μm2）和模場直徑為8.0 μm的小有效截面積（50 μm2）的G.655光纖分別與G.652光纖（在1 550 nm波長時，其模場直徑為10.5 μm，有效截面為85 μm2左右）進行熔接。

　　大有效截面G.655光纖與G.652光纖熔接，1 550 nm波長時，平均熔接損耗為0.58 dB，最大熔接損耗為0.60 dB。

　　小有效截面 G.655光纖與G.652光纖熔接，1 550 nm波長時，平均熔接損耗為1.71 dB，最大熔接損耗為1.89 dB（相當于9 km光纖的衰減）；1 310 nm波長時，平均熔接損耗為2.31 dB，最大熔接損耗為2.42 dB。

　　盡管在光纜線路施工中，接頭損耗是以雙向測試值代數(shù)和的平均值進行統(tǒng)計的，但在實際傳輸中，這個單向損耗是實實在在存在的，不能被平均掉。

　　從光信號單一方向的傳輸來看，接頭1處光信號從大有效截面的光纖流向小有效截面的光纖，事實上是存在一個大的衰減；而接頭2處光信號從小有效截面的光纖流向大有效截面的光纖，此處不會產(chǎn)生增益。OTDR測試的負衰減值，只不過反映該接頭處的衰減變化率，并不意味著有增益。最好的情況是沒有衰減，即衰減為0。因此，在系統(tǒng)設(shè)計功率預(yù)算時，應(yīng)充分注意這個問題。

　　a） 如果G.655光纖線路的衰減是以O(shè)TDR測試結(jié)果進行設(shè)計，則應(yīng)根據(jù)所用G.655光纖的模場直徑大小，選擇相應(yīng)的最大值，來扣減功率預(yù)算的指標。

　　b） 如果G.655光纖線路的衰減是采用穩(wěn)定光源和光功率計以直讀法測試，由于這種測試的連接方式基本相同，其測試結(jié)果已包含了光信號從大有效截面的光纖流向小有效截面的光纖所引起的衰減，因此，系統(tǒng)設(shè)計時可直接采用測試結(jié)果，不需考慮扣減功率預(yù)算的指標。

　　如果采用OTDR以及穩(wěn)定光源和光功率計兩種方法進行測量，將會發(fā)現(xiàn)這兩種方法的測試結(jié)果有較大的差別。

2.3.2 色度色散預(yù)算應(yīng)注意的問題

　　傳輸系統(tǒng)有可能由不同品種（G.652和G.655）的光纜傳輸段（光放段）組成。正如前面所說，光纜線路的色度色散通常比較穩(wěn)定，它不會由于施工或使用環(huán)境變化而發(fā)生變化。其色度色散預(yù)算可按以下幾點考慮：

　　a） 凡是由G.652光纜組成的傳輸段，其1 550 nm波長的色度色散統(tǒng)一按18 ps/（nm·km）考慮，C+L波段的最大波長的色度色散可按20 ps/（nm·km）考慮。

　　b） 凡是能確定所用的G.655光纜是采用哪一個光纖廠商、何時生產(chǎn)的哪個子類的光纖，并能掌握其色散參數(shù)的，可按其標稱值進行設(shè)計，否則只能逐段實地測試，根據(jù)測試結(jié)果進行設(shè)計。

　　c） 根據(jù)傳輸方向相關(guān)傳輸段的每段光纜線路總色散之和，核算色散對傳輸距離的限制。

2.3.3 偏振模色散預(yù)算應(yīng)注意的問題

　　光纜線路偏振模色散（PMD）的大小，除了與光纖質(zhì)量和光纜結(jié)構(gòu)內(nèi)在的原因有決定性的直接關(guān)系外，還與光纜在敷設(shè)和使用過程中周圍環(huán)境等因素有關(guān)。因此，即使在光纜線路工程竣工資料中已明確記錄了竣工時的光纖鏈路的偏振模色散值，也不能以此數(shù)據(jù)進行設(shè)計，因為光纜線路在運行中會不斷地受到外界條件的改變而變化。例如路由的改遷、線路故障的修復(fù)或同管道路由上其他線纜的施工而造成光纖線路位置的移動等。因此，光纖傳輸系統(tǒng)工程設(shè)計時，必須做偏振模色散的實地測量，以測量結(jié)果進行設(shè)計。

　　在傳輸系統(tǒng)中由于色散的影響，一般來說，當時延差達到一個比特周期的0.3倍時，將引起1 dB的功率損失。而PMD的測量值是一個平均值，偏振摸的瞬時值有可能達到平均值的3倍。這樣，為了保證由于PMD的瞬時最大值影響造成功率損失也不超過1 dB，那么，取定PMD平均值造成脈沖展寬必須小于一個比特周期的0.1倍來考慮。因此，在核算偏振模色散對傳輸距離的制約時，應(yīng)根據(jù)傳輸系統(tǒng)的最高傳輸速率，計算其一個比特的周期（T），以及根據(jù)實地測量鏈路的偏振模色散系數(shù)（PMDQ），按式（2）計算光纖鏈路的偏振模色散受限的最大傳輸距離（D）。

　　D=■■ （2）

2.3.4 關(guān)于截止波長應(yīng)注意的問題

　　截止波長描述的是光纖從多模轉(zhuǎn)變?yōu)閱文５哪且慌R界波長點。一般光纖的截止波長應(yīng)該低于系統(tǒng)的工作波長。

　　在ITU建議中，G.652光纖的截止波長應(yīng)不大于1 260 nm， G.655光纖的截止波長應(yīng)不大于1 450 nm。就是說，G.652光纖不僅可以單模工作在1 310 nm波長，也可以工作在1 550 nm波長。但G.655光纖卻只能單模工作在1 550 nm波長。而不保證在1 330 nm波長能單模工作。

　　正由于上述理由，傳輸系統(tǒng)設(shè)計時，一般應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)的情況發(fā)生。但由于運營商實際資源的緊缺和市場需求的緊迫，有時是回避不了的，不得不采用G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)。凡遇到G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)時，應(yīng)注意以下幾個問題：

　　a） G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)，是一個應(yīng)急的過渡措施，在資源條件許可時應(yīng)進行調(diào)整。

　　b） G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)時，應(yīng)強調(diào)只在1 550 nm波長工作，系統(tǒng)設(shè)計的功率預(yù)算、色度色散預(yù)算和偏振模色散預(yù)算可參照2.3.1~2.3.3條。

　　c） 當無法回避需要在G.652和G.655光纖混合組成的傳輸網(wǎng)中，實現(xiàn)在1 310 nm波長上傳送。例如A、B、C三點原來已有G.652光纜線路，并在1 331 nm波長上開通了STM-4傳輸系統(tǒng)。因業(yè)務(wù)發(fā)展需要，運營商要求充分利用原有設(shè)備，將該系統(tǒng)延伸到D， C、D之間原為G.655光纜線路。

　　由于G.655光纖在1 310 nm波長上不能保證單模工作，如果延伸到D，首先可能會引入一個模式色散，或發(fā)生非線性問題，其次是G.655光纖在1 310 nm波長的色度色散可能較大。這兩個問題都將使傳輸系統(tǒng)的性能嚴重劣化。作為工程設(shè)計，如果沒有充分的數(shù)據(jù)去驗證其可行，筆者認為不能這樣去做。但如果設(shè)備廠商愿意提供設(shè)備，作為試驗項目進行試驗還是可以的。建議運營商和設(shè)備商進行聯(lián)合試驗，試驗成功后再正式用于工程建設(shè)中。

3 結(jié)束語

　　光纜線路是壽命較長的基礎(chǔ)資源，隨著時間的推移、市場需求和技術(shù)進步的推動，網(wǎng)上的光纜品種勢必會越來越多。因此，由不同品種、不同年代、不同廠商、不同子類的光纖光纜產(chǎn)品構(gòu)成的光纖線路混合組網(wǎng)應(yīng)用肯定會經(jīng)常發(fā)生。本文只是根據(jù)實踐體會談了一點看法，僅作參考。