李鵬友 周巧平

1.中通維易科技服務(wù)有限公司；2.中國電信股份有限公司江蘇分公司

0 引言

干線光纜是國家的信息高速公路，光纖新技術(shù)發(fā)展演進(jìn)為干線光纜網(wǎng)絡(luò)帶來更多的成效，大容量、優(yōu)化架構(gòu)、降低時(shí)延、提高承載能力，有效提升光傳輸系統(tǒng)無電中繼距離，降低綜合建網(wǎng)成本和網(wǎng)絡(luò)能耗。與高鐵同行，豐富干線光傳輸路由，提高承載效率，有著極其重要的意義。電信運(yùn)營商通過將光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1 光纖簡(jiǎn)介

光纖是一個(gè)大家族，有著各種不同的分類方式，按光的模式可直觀分為單模光纖、多模光纖。ITU（International Telecommunication Union， 國 際 電 信 聯(lián) 盟） 下 屬ITU-T的中文名稱是國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組（ITU Telecommunication Standardization Sector），它是國際電信聯(lián)盟管理下的專門制定遠(yuǎn)程通信相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的組織。為了使光纖具有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，ITU-T 制定了光纖標(biāo)準(zhǔn)（G 標(biāo)準(zhǔn)），并將光纖種類分為七大類，即G.651、G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657 光纖（表1）。

表1 光纖類型、特點(diǎn)及主要應(yīng)用

2 G.652 光纖實(shí)際應(yīng)用

G.652（色散非位移單模光纖）是當(dāng)今世界上用量最大（約占用纖量的70%）的光纖。G.652 光纖又分為G.652.A，G.652.B，G.652.C，G.652.D，主要區(qū)別在于PMD 偏振模色散（Polarization Mode Dispersion）。偏振模色散指單模光纖中偏振色散，即有兩個(gè)相互垂直的偏振模，沿單模光纖傳播過程中，由于光纖受到外部的作用，如溫度和壓力等因素變化或擾動(dòng)，使得模式發(fā)生耦合，并且它們的傳播速度也不盡相同，從而導(dǎo)致光脈沖展寬，展寬量也不確定，相當(dāng)于隨機(jī)的色散。隨著傳輸速率的提高，該色散對(duì)光通信系統(tǒng)的影響越來越明顯。

G.652.A 光纖可用在D、E、S、C、L 這5 個(gè)波段，其可在1260～1625 nm整個(gè)工作波長范圍工作。具有更好的彎曲性能，幾何尺寸技術(shù)要求更精確。G.652.B 光纖在1550 nm 的衰減系數(shù)更低，而且消除了1380 nm 附近的水吸收峰。G.652.C 光纖的屬性和應(yīng)用范圍與G.652.A 光纖相似，卻在1550 nm 波長衰減較小。它可用于1360～1530 nm 范圍內(nèi)的擴(kuò)展頻帶（E 波段）和短頻帶（S 波段），除了可以在1310 nm 和1550nm 波長區(qū)域使用外，運(yùn)用波長區(qū)域還擴(kuò)展到1360～1530 nm。G.652.D 光纖融合了G.652.B 和G.652.C 光纖的優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信領(lǐng)域最為常用，該光纖在1300 nm 工作波長時(shí)，光纖色散很小，系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗限制，且在1550 nm 波長下具有更好的性能。如表2 所示。

表2 G.652 光纖類型及主要指標(biāo)

3 G.654 光纖

G.654（截止波長位移光纖）1550 nm 衰耗系數(shù)最低（比G.652，G.653，G.655 光纖約低15%），因此稱之為低衰耗光纖，色散系數(shù)與G.652 相同，主要應(yīng)用于海底或地面長距離傳輸，分別是G.654.A，G.654.B，G.654.C，G.654.D 和G.654.E。通常G.654.A，G.654.B，G.654.C 和G.654.D 光纖適用于擴(kuò)展的長距離海底光纜，而G654.E 光纖是專為高速長距離地面光網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的。

3.1 G.654.E 光纖主要參數(shù)及質(zhì)量檢測(cè)要求

G.654.E 光纖主要參數(shù)及質(zhì)量檢測(cè)要求詳見表3 至表7。

表3 G.654.E 單模光纖宏彎損耗要求

表4 G.654．E 單模光纖環(huán)境試驗(yàn)后光衰減變化要求

表5 G.654.E 單模光纖的模場(chǎng)直徑及容差要求

表7 G.654.E 單模光纖色散特性要求

表6 G.654.E 單模光纖的衰減系數(shù)要求

G.654.E 光纖成纜前后衰減穩(wěn)定，對(duì)成纜工藝和光纜結(jié)構(gòu)無特殊要求。但在光纜單盤質(zhì)量檢測(cè)中需要嚴(yán)格把關(guān)，通常采用PK2400、PK8000、CD400、PMD400、PK2200 等儀表對(duì)其幾何尺寸、衰減、色散、PMD、模場(chǎng)直徑、截止波長技術(shù)指標(biāo)予以檢測(cè)。

4 高速率干線光傳輸應(yīng)用

G.654.E光纖的零色散波長在1300nm附近，截止波長轉(zhuǎn)移，在1550nm 波長區(qū)域衰耗最低，最佳工作波長在1530～1625nm范圍。G.654.E 光纖適用于陸地高速傳輸系統(tǒng)應(yīng)用，能夠提供更高的系統(tǒng)光信噪比和更低的系統(tǒng)誤碼率，保證更優(yōu)越的光傳輸性能，同時(shí)具備符合陸地復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下的宏彎曲損耗要求。光通信快速發(fā)展亟需大容量、低損耗、彎曲不敏感等新型光纖，干線傳輸需要具備優(yōu)異的高速率光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）和光纖品質(zhì)因數(shù)（Figure of Merit，F(xiàn)OM）：

其中：

Pch ：通道的信號(hào)功率，∝ Aeff/n2

S：跨段衰減，∝衰減系數(shù)α

子噪聲功率

NF：光放大器噪聲系數(shù)

N Span：跨段數(shù)

從OSNR 和FOM 來看，增大光纖有效面積、降低光纖衰減系數(shù)，是提升系統(tǒng)光傳輸性能和延長系統(tǒng)傳輸距離的主要手段，也是當(dāng)前新型光纖技術(shù)發(fā)展的重要方向。降低光纖衰減系數(shù)就必須加大模場(chǎng)直徑，模場(chǎng)面積越大，光纖彎曲性能和機(jī)械性能將受到影響。

G.654.E 與G.652.D 光纖相比較：具有更大的有效面積，可以提高入纖光功率，降低非線性系數(shù)；光纖衰減更低，可有效增加傳輸距離，減少光中繼站數(shù)量；更適用于長距離高速率大容量光傳輸。如表8 所示。

表8 G.654.E 與G.652.D 主要參數(shù)對(duì)照表

2019 年，某電信運(yùn)營商完成上海-廣州一干光纜線路工程建設(shè)，全程采用G.654.E（有效面積130μm2）部署，實(shí)際線路長度接近2000 km，光纖衰減≤0.174 dB/km。G.654.E 光纖在400 Gb/s 光傳輸速率能顯著增加無中繼傳輸距離，且能兼容未來技術(shù)發(fā)展，800 Gb/s 光傳輸已進(jìn)入試驗(yàn)階段。超長中繼段、高速率干線傳輸優(yōu)先使用G.654.E 光纖，隨著電信運(yùn)營商干線光網(wǎng)絡(luò)的不斷升級(jí)，超低損耗大有效面積的光纖將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

5 高鐵主槽道搭建G.654.E 干線光纜

工業(yè)和信息化部、中國鐵路總公司鐵總發(fā)改（2017 J 332號(hào)文《工業(yè)和信息化部中國鐵路總公司關(guān)于鐵路沿線公網(wǎng)覆蓋合作建設(shè)的指導(dǎo)意見》明確指出，貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，充分發(fā)揮合作雙方各自的資源優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)鐵路交通與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，推動(dòng)鐵路交通智能化發(fā)展、寬帶網(wǎng)絡(luò)提速降費(fèi)，實(shí)現(xiàn)合作共贏。支持和鼓勵(lì)中國鐵路總公司所屬各鐵路局集團(tuán)公司、各國鐵控股合資鐵路公司（以下統(tǒng)稱鐵路單位）將鐵路紅線內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施資源向公網(wǎng)覆蓋開放；支持和鼓勵(lì)基礎(chǔ)電信企業(yè)進(jìn)行鐵路沿線公網(wǎng)覆蓋建設(shè)，并向鐵路開放其通信基礎(chǔ)設(shè)施資源。近幾年來，江蘇高鐵建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，連鹽高鐵、鹽通高鐵、連徐高鐵、連淮揚(yáng)鎮(zhèn)高鐵、徐宿淮鹽高鐵等工程先后全線貫通并進(jìn)入調(diào)測(cè)、運(yùn)營階段。十年前，南京-鎮(zhèn)江-常州-無錫-蘇州-昆山沿京滬高鐵主槽道敷設(shè)完成京滬高鐵干線光纜，這是我省第一條依托高鐵建設(shè)的干線光纜。該光纜劃分為高鐵段和引接段，以無錫-蘇州-昆山為例，京滬高鐵干線光纜自建成以來，由于市政、地鐵、路橋、管廊等項(xiàng)目施工影響，京滬高鐵光纜（蘇州—昆山）引接段先后遷改9 次；京滬高鐵光纜（無錫—蘇州）引接段先后遷改6 次。而高鐵主線槽道上布放的干線光纜，無需大修改造，免日常維護(hù)巡檢，一直保持路由安全和狀態(tài)穩(wěn)定。2018 年3 月，江蘇某運(yùn)營商開工建設(shè)第二條高鐵干線光纜（連云港—鹽城），沿連鹽高鐵主槽道內(nèi)全線布放96 芯鎧裝阻燃光纜，外護(hù)套、皺紋鋼帶、內(nèi)護(hù)套、加強(qiáng)芯、松套管、油膏等具有很好的光纖保護(hù)功能。相對(duì)來說，接頭盒是敷設(shè)在高鐵主槽道干線光纜線路的薄弱環(huán)節(jié)，光纜接續(xù)工藝、接頭盒結(jié)構(gòu)、高鐵主槽道振動(dòng)、外界溫濕度變化，都有可能給接頭盒內(nèi)光纖造成影響。連鹽高鐵光纜大部分采用4Km 盤長，有效減少光纜線路接頭，干線網(wǎng)絡(luò)安全性得到大幅提升。

G.654.E 光纖光纜在高鐵主槽道部署，可有效降低時(shí)延并更好地滿足高速光傳輸需求，在實(shí)際應(yīng)用中場(chǎng)景中干線光纜敷設(shè)和搭建的要點(diǎn)和關(guān)鍵工作如下：

（1）鐵路方負(fù)責(zé)提供光電纜主槽道資源，用于電信運(yùn)營商通信光纜敷設(shè)布放，搭建的干線光纜產(chǎn)權(quán)歸運(yùn)營商所有。電信運(yùn)營商部署干線光纜應(yīng)嚴(yán)格遵守國家現(xiàn)行通信質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)、通信施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范，鐵路相關(guān)施工及運(yùn)營安全等規(guī)范。由鐵路部門安排工程監(jiān)理單位全過程旁站監(jiān)理，控制進(jìn)度、投資、質(zhì)量和安全。

（2）高鐵主槽道敷設(shè)干線光纜纖芯數(shù)要充分考慮光傳輸承載業(yè)務(wù)遠(yuǎn)期發(fā)展需求，留足同路由光纖調(diào)度用纖芯數(shù)量。G.654.E 光纖模場(chǎng)面積大，布放光纜過程中必須杜絕小圈。復(fù)核干線光纜配盤長度，光纜盤長3-5 公里為宜。光纜接頭應(yīng)盡量靠近鐵路通道口并避開在高架橋上，對(duì)必須在橋上的接頭應(yīng)考慮接頭盒防震及更換SMC 電纜槽等。光纜引下及高鐵車站內(nèi)光纜接續(xù)應(yīng)采用兩進(jìn)兩出接頭盒。干線接續(xù)施工中，光纖熔接要選擇G.654 熔接機(jī)程序，G.654.E 光纖熔接損耗雙向平均值≤0.05 dB（1550nm）。

（3）通常鐵路紅線范圍內(nèi)干線光纜線路由鐵路方組織代維，電信運(yùn)營商需對(duì)沿線鐵路通道、地區(qū)分界、引接段干線光纜分界（人手孔、標(biāo)石等）予以確認(rèn)。由鐵路方申請(qǐng)上道“天窗”時(shí)間，電信運(yùn)營商、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及相關(guān)單位人員上高鐵主槽道檢查、驗(yàn)收，核對(duì)干線光纜接頭盒具體位置（對(duì)應(yīng)高鐵通道、里程、經(jīng)緯度），抽樣檢查光纜接續(xù)工藝及余纜盤留情況。采用OTDR 測(cè)試中繼段全部光纖衰減，并核查各接續(xù)點(diǎn)光纖長度數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語

G.654.E 光纖具有優(yōu)異的光傳輸技術(shù)指標(biāo)，近幾年我國正式進(jìn)入高鐵發(fā)展戰(zhàn)略重要階段。常規(guī)光纖無法滿足未來超高速光傳輸系統(tǒng)要求，現(xiàn)網(wǎng)400G 測(cè)試數(shù)據(jù)，在接收端G.654.E 光纖相比G.652.D 光纖有更高的OSNR 余量。高速鐵路“八縱八橫”工程建設(shè)已全面展開，G.654.E 光纖干線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與高鐵同行，具有初期建設(shè)費(fèi)用少、工期短、改善時(shí)延、無外界干擾、路由穩(wěn)定、干線光網(wǎng)絡(luò)安全等特質(zhì)。電信運(yùn)營商在江蘇省內(nèi)早期建設(shè)的數(shù)千公里干線光纜進(jìn)入更換周期。抓住機(jī)遇，聚焦高鐵發(fā)展黃金時(shí)間窗口，沿高鐵主槽道搭建部署干線光纜，可加快實(shí)現(xiàn)新時(shí)代干線光網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、優(yōu)化。