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1、引言 光通信是目前最主要的信息传送手段，世界信息传送量的80%是通过光通信系统传送的。光通信用的传输媒介就是光纤，在人类通信世上光纤通信容量是最为巨大的，而价格是最低廉的，可以毫不夸张地说光纤通信网是人类信息社会的基石。同时，光纤通信是当今世界上发展最快的领域之一，也是我国与国际先进水平差距最小的一个领域。光通信建设中如何选择合适的光纤种类，即能满足当前的通信需求，也能适合未来通信发展。 2、光纤类型的分类 2.1分类的标准 光纤按其传播模式分为两类---单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF），有关光纤的标准主要有国际电信联盟电信标准部门（ITU-T， ITU对制定的标准的叫法为“建议”，实际上就是标准）、国际电工委员会（IEC）、中国标准化委员会电信标准（GB/T）和中国通信行业标准（YD）、国际标准化委员会（ISO）等。还有一些区域性的标准组织如欧洲电信标准协会（ETSI）、美国国家标准协会（ETSI）--实际上代表北美标准等，以及一些国际论坛如IETF、ATM论坛、ADSL论坛等也制定一些相关的标准或规定。由于ITU和上述组织在标准制定方面已采取全面合作方式，相互标准也在相互参照，我们探讨光纤的分类主要采用大家比较常用的前三种标准，即ITU-T、IEC和GB/T（由国家技术监督局批准国标为GB，由信息产业部批准行标为YD）。 2.2单模光纤的分类 按ITU-T分为：G.652A、G.652B、G.652C、G.653、G.654、G655A、G.655B；按IEC分为:B1.1、B1.2、B1.3、B2、B4； 我国光纤型号命名等效采用了IEC规定。各类别型号对照如下表： ITU-T、IEC及国标（GB/T）光纤类别型号对照表 G.652和 G.655类光纤是国内常用的单模光纤，G.653和 G.654类光纤在国内很少使用。 由于IEC和国标GB/T对单模光纤规定的技术指标基本上与ITU-T建议的规定是协调一致的。因此下面的介绍主要以ITU-T为主。 2.3多模光纤的分类 多模光纤按ITU-T只有G.651；按IEC分为：A1、A2、A3、A4类多模光纤，A1、A2、A3、A4类又分别分为a、b、c、d等；我国光纤型号命名等效采用了IEC规定。下表列出了A1类几种常用多模光纤类型。 常用A1类多模光纤主要数据表 3、各种光纤性能简介 3.1、多模光纤---G.651 工作窗口在850nm和1300nm。世界上最先投入通信使用的光纤。目前市场上的多模光纤，主要品种有50/125um、62.5/125um、85/125um和100/140um等,芯径从50um增加到100um，数值孔径（NA值）从0.2增加到0.3以上,特别适合于局域网、用于传输数据、图象、多媒体宽带业务网络、计算机网络。当前的数据LAN系统正向Gb/s以上的高速率发展，用LED与62.5/125um光纤建立的系统的带宽对于大多数LAN是适当的。尽管光纤的价格比普通单模光纤高，但可使用比单模系统价格低廉的有源和无源器件，因这些器件的使用是大量的，所以从LAN系统的总投资来看，采用多模光纤的LAN系统仍然是有经济优势的。 3.2、非色散位移单模光纤--G.652 3.2.1、G.652 A和G.652B 光纤习惯统称为G.652光纤，工作窗口在1330nm和1550nm，是普通单模光纤中最常使用的一种光纤。因为单模光纤的设计思想是只传输一个模式，所以不发生多模光纤中传输时所发生的模式噪声。G.652单模光纤零色散点在1330nm处，而最小衰减点位于工作波长1550nm处，该点的衰减仅为0.22 dB/km左右，但是该点的色散系数则太大为18 ps/nm.km。这个色散系数值会使光信号严重畸变，进而限制传输速率的提高和缩短传输距离。也就是说，G.652单模光纤在1550nm区的低衰减系数没有得到充分的利用和光纤的最低衰减系数和零色散点不在同一区域。 3.2.2、G.652 A和G.652 B区别，G.652 A光纤ITU-T对偏振模色散（PMD）未做规定，而ITU-T对G.652 B规定的普通单模光纤的PMDQ通常低于0.5PS/（KM）1/2,这意味着STM-64(10Gb/s)系统的传输距离可以达到大约400KM，而在 10Gb/s及更高速率的系统中, 偏振模色散可能成为限制系统性能的主要因素之一。 3.3、波长段扩展的非色散位移单模光纤---G.652C 为了在一根光纤上开放更多的波分复用信道，国外开发了一种称为“全波光纤”，也称为低水峰单模光纤，在G.652光纤的谱损曲线上，在第二个传输窗口1330nm区域（1280nm—1325nm）和在第三个传输窗口1550nm区域（1380nm—1565nm）之间的1383nm波长附近，通常有一个水吸收峰，通过新的工艺技术突破，G.652C光纤消除了这个水吸收峰，与普通单模光纤相比，在水吸收峰处的衰减降低了2/3，使用波长范围增加了100nm，即打开了第五个传输窗口1400nm区（即1350nm—1450nm区），使原来分离的两个传输窗口连成一个很宽的大传输窗口，使光纤的工作波长从1280nm—1625nm。 3.4、色散位移单模光纤---G.653 人们通过改变光纤折射率分布结构所形成的波导的负色散来抵消材料的正色散，使G. 652普通单模光纤的零色散点从1.31μm波长位移到1.55μm波长研制出色散位移单模光纤。这种光纤的设计特点就是要在1.55μm工作波长处同时实现衰减和色散两个性能的最佳：在衰减系数最小的同时，色散系数又为零。采用G. 653光纤和动态单纵模分布反馈激光器构成的光纤通信系统的传输速率为565 ~622Mbit/s，中继距离可以达到200~300km。但这种光纤由于四波混频限制了DWDM系统应用，限制了未来网络的发展，只能以TDM扩容或以采用有限的信道或不相等的信道间隔开极少路数的DWDM，此种光纤在我国已建成线路的只有京九光缆中有少量使用，在以后的建设中不再采用。 3.5、截止波长位移单模光纤---G.654光纤 为了实现跨洋洲际海底光纤通信，人们在G. 652单模光纤的基础上又研究出了截止波长位移单模光纤。这种光纤折射率剖面结构形状与G. 652光纤基本相同。它是通过采用纯SiO2芯来降低光纤衰减，靠包层掺杂F使折射率下降而获得所需要的折射率差。与G. 652光纤相比，这种光纤性能上的两个突出特点是： ⑴、1550nm工作波长衰减系数极小仅为0.15dB/km左右。 ⑵、通过截止波长位移方法，改善了光纤的弯曲附加损耗。 随着光纤传输向着更高速率、更大容量系统发展，尤其随着密集波分复用（DWDM）技术的发展和广泛应用，已被G.655光纤所代替。此种光纤在我国几乎没有使用。 3.6、非零色散位移单模光纤---G.655光纤 3.6.1、由于G. 653光纤纤芯面积比G. 652光纤纤芯面积小得多，再加之，G. 653光纤在1.55μm工作波长的色散系数为零，所以G. 653光纤的四波混频效率高，干扰十分严重。为克服在1.55μm工作波长G. 652光纤色散太大，而G. 653光纤四波混频严重的问题，1994年美国朗讯和康宁公司的光纤研究人员立志研制出一种新的光纤，即从新的光纤自身来解决在G. 652光纤在1.55μm工作波长色散太大和G. 653光纤在1.55μm工作波长四波混频严重的问题。光纤研究人员分别在色散位移单模光纤的基础上通过改变光纤折射率分布结构研制出一种在1.55μm工作波长具有小的正或负色散的光纤，其被称为非零色散位移单模光纤。这种单模光纤的特点是其在1530~1565nm工作窗口的色散不为零，即保持有一个能够抑制四波混频的合适色散系数值。这种光纤是当今实现10Gbit/s以上远距离、大容量通信的DWDM光纤通信系统的首选的光纤类型。究其原因是用G. 655光纤组成的光纤线路进行10Gbit/s以上远距离传输时才需要用少量的色散补偿光纤。 3.6.2、 G.655 A和G.655 B区别，G.655 A光纤适用于高至STM-64(10Gb/s)的传输系统，波道间隔》200GHZ。由于该类光纤对PMD不做要求，在较长的传输距离和较高的比特率时，系统性能可能会有所降低。而G.655 B光纤适用于速率高到10Gb/s（STM-64）的系统，波道间隔《100GHZ。 4、我省通信建设中光纤类型的选择建议 光纤类型的选择，必须依据实际需求，综合考虑光纤的传输性能（如衰减、色散、偏振模色散、非线性效应）、系统单信道速率、传输距离、是否采用WDM技术以及是采用DWDM还是CDWM等技术因素，同时要兼顾良好的性能价格比。 4.1、对于长途干线建设，也即我们所称的省内二级干线光缆网的建设，如果是新建，建议全部采用G.655B光纤，如果过多地从节省投资来看，至少在主要选用G.652B光纤的基础上将光缆中一根松套管中放置6芯以上G.655B光纤。理由如下：随着G.655B光纤的大规模商用，尤其国内光纤制造商的不断进步，G.655B光纤与G.652B光纤的价格进一步缩小，约为G.652B常规单模光纤的1.2---1.4倍左右，如果施行大规模的招投标进行采购，价格与G.652B光纤相差无几。而且光缆线路建设中光缆的价格只占总投资的30%左右。对于在主要选用G.652B光纤的基础上将光缆中一根松套管中放置6芯以上G.655B光纤的做法，原中国电信集团公司以中国电信传输[1999]1561号《关于印发传输技术专家研讨会会议纪要的通知》做出如下规定： ①、考虑到设站的方便和维护的简化，新建光缆不宜采用G.652和G.655混合光纤。 ②、为了有效支撑10Gbit/s以上系统的应用，我国京广线以东地区新建光缆应转向G.655光纤，其余地区仍可继续敷用G.652光纤；G.655光纤应选择更能适应未来发展的新一代光纤。 ③、鉴于现有G.655光纤种类比较繁杂，考虑到网络今后的发展扩容，保证光纤性能的一致性，使网络尽量简洁统一，中国邮电电信总局将尽快对现有各类G.655光纤进行技术测试，并根据测试结果和前述网络发展原则推荐使用光纤类型。 但此规定距今天的时间已经很久，而且随着电信体制改革的不断深化，此规定已无法指导目前各省公司的通信光缆建设，我们应按照市场经济原则，借鉴外省市的成功经验，积极探索我省光缆建设中光纤类型采用的依据。 4.2、对于城域网建设，理论上应该首先选用G.652C低水峰光纤，它代表了城域网新敷设光纤的方向，比普通单模光纤（G.652A、B）超出100nm的有效波段，至少是使用波段的1.6倍。近来已经有个别城市开始批量使用G.652C光纤，当然也有较发达的大城市采用G.655B光纤，以便今后使用40Gb/s速率的系统。但由于G.652C光纤技术及应用并没有定型且性能价格比还需时间检验，本人认为在我省城域网建设中还是应慎用。建议一般采用性价比高而且技术成熟的G.652B光纤，采用这种光纤有以下理由： 1、最大的理由是便宜，其价格约为G.655和G.652C的70%左右；G.652B光纤本身在1310nm、1530-1565nm、1565-1625nm窗口都可用，可用于单波长10Gb/s及其以下速率、DWDM系统；用于城域网中继距离一般都在40km以下，采用10Gb/s系统不用进行色散补偿；其唯一缺点是不支持未来可能多用于城域网的单通道40Gb/s系统。 2、采用G.652C光纤，与G.652B的区别在于它可用于1350-1450nm区域，这样基本上从1260nm-1625nm其衰减是平坦的。除了与G.652B相同的应用之外，它还可用于CWDM即稀疏波分复用。当然G.652B也能用作CWDM技术的传输媒质，但采用S+C+L波段的8个波长很容易，用于当前的CWDM传送尚可，但当需要采用O+E波段的另外8个波长时，G.652B由于水峰处1个多dB的衰减就对CWDM有较大影响，但在城域网中距离较短，G.652B还是可能用于16波的CWDM系统。而目前国内市场上的CWDM设备基本上都是8波长，16波长的CWDM的应用还受制于光源和低水峰光纤，这三者必须共同普遍商用才能成气候。这也是城域网采用G.652B还是采用G.652C，一时无法形成定论的原因之一。 3、采用G.655光纤，在城域网中并没有太大优势，主要有利因素是今后可上单波长40Gb/s速率的系统。其他用途与G.652B基本相同。经济发达、业务容量巨大且增长速率快的特大型城市如北京、上海、广州、甚至哈尔滨等可以考虑选用G.655光纤。 G.652B 、G.652C、 G.655比较表 综合来看，性价比最高的方案是在城域网中选用G.652B光纤，备选方案是选用G.652C光纤， 另外，对G.652C本身而言，是最近几年才出现的一种新型光纤，在中国也仅在几个城市中商用了，其水峰的衰减值是否能在各种成缆环境中长期基本保持不变还是一个疑问。而且在已经选用低水峰光纤的运营商在实际工程应用中几乎没有真正使用水峰这个窗口的，都仍当作普通G.652在使用。 4.3、接入网（驻地网、数据网）的建设，主要应选择G. 651（多模光纤）而不应大量采用单模光纤，虽然目前市场上多模光纤的价格比普通单模光纤略高，但可使用比单模系统价格低廉的有源和无源器件，因这些器件的使用是大量的、所占投资比重也是较大的，所以从LAN系统的总投资来看，采用多模光纤的LAN系统仍然是有经济优势的。如可采用价格低廉的发光二级管（LED）作光源，而不用昂贵的半导体激光器（LD）。 G. 651（多模光纤）诸多产品中主要应选择50/125um、62.5/125um两种光纤，重点使用62.5/125um光纤，理由为62.5/125um光纤的芯径和数值孔径都比50/125um大，有利于与LD或LED的高效耦合。85/125um和100/140um等多模光纤则由于弯曲损耗较高、制造成本较高、外包层直径特殊等种种原因，在目前建设中应慎重使用。总之，在我省目前的条件下，本人认为使用50/125um、62.5/125um两种多模光纤取代传统的铜线和同轴电缆成为现代超高速LAN系统的首选物理媒体。同时，为了推进光纤到家庭、光纤到桌面进程，厂家已经开发出制造工艺简单、材料便宜和连接成本低的新型光纤，如塑料光纤等，我们应积极跟踪其进展情况。 总之，对于接入网，建议根据实际情况选用G.652B、G.652A或者多模光纤，由于多模光纤通信系统整体造价较低，所以对于最后一公里一般选用多模光纤为宜。 5、对光缆中光纤质量的鉴别 光缆是根据其实际应用环境要求对光纤加以相应保护后的一种光纤工程应用形式。毫无疑问，光纤的性能直接决定了光缆的最重要的性能----光传输性能。目前，全世界能生产预制棒和光纤的国外厂家有康宁、古河、阿尔卡特、藤仓等，国内厂家有长飞、烽火、西古、富通等。我省在光缆采购中往往指定选用某种光纤（大多为康宁光纤）来建设自己的网络，光缆厂家也应该选用用户所指定的光纤成缆。那么如何鉴别光缆所用光纤是不是所指定的光纤呢？下面提供两种最简单的方法： 1、查询：看光缆厂家与光纤厂家是否有长期供货协议；另外光纤出厂时一般都有盘号，在光缆出厂时，可要求光缆厂家提供光缆所用光纤的盘号，然后向光纤厂家查询核对盘号。 2、检测：通过权威检测机构检测出光缆中所用光纤的各项主要参数值，与光纤厂家所提供的指标逐一核对，即可得出结论。如果说每批光缆都通过权威机构检测的可操作性不强，也可以在厂验时对各项参数严格把关，然后重点研究各厂家光纤差异较为明显的参数，如：模场直径、色散斜率、PMD等统计数据分布，如下所示。 二种G.655光纤性能比较 以上表格中的数据是对两个光纤厂家的任意9盘光纤的两个指标的测试值。通过简单的统计计算可以看出两个厂家的指标的确不一样：在1550nm的模场直径上A厂略大于B厂，而色散斜率却是B厂大于A厂。如果再对照相关光纤厂家所提供的光纤参数指标，则不难判定所测光纤是哪一厂家所产。 6、结束语 本文介绍了光纤的类型及分别的主要性能，对我省通信建设中光纤的选择提出了粗浅的看法和建议。
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发表于 2015-5-7 08:22:44