中国电信实验室测定：新型光纤将成超100G重要选择

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中国电信实验室测定：新型光纤将成超100G重要选择
超低损耗光纤（ULL）和大有效面积光纤（LAF）的低损耗和低非线性的特性，非常适用于超长距离和大容量、高速率网络传输的应用。
新型光纤可节约上亿成本
相比普通光缆，超低损耗光纤和大有效面积光纤将有效增加系统的传输距离，减少中继站的数量，尤其是针对大跨段，效果非常明显。按照普通光纤光缆工程单位造价10万元/km，ULL光纤光缆单位工程造价10.9万元/km计算，3.6万km光缆的建设若全部采用ULL光纤，将会增加光缆工程投资M=3.6万km×（10.9-10）万/km=3.24亿元。
在100G波分场景下，建设一个波分中继站的各项成本约为3840万元，采用ULL光纤可以减少中继站8个，节约投资3.072亿元，与增加的光缆投资相比，传输系统总体投资在不含中继站土建成本时基本持平，但后期减少了中继站的维护成本。在400G波分场景下，建设一个波分中继站的各项成本约为4800万元，采用ULL光纤可以减少中继站39个，节约投资18.72亿元，传输系统总体投资节约显著。同时，ULL光纤带来的系统衰耗冗余还将给维护带来更大便利，并提供优化光放站的空间，有利于工程的实施，带来工程建设和工程维护的间接收益。如果采用大有效面积光纤，也可以获得类似的效果。
多种光纤对1.2T系统的影响
中国电信针对未来的超100G系统上述这几种光纤进行了超长距离传输实验，目的在于验证这几种光纤真正的超100G传输性能。
整个实验一共用到了4种光纤，分别是普通单模光纤、低损耗光纤、大有效面积光纤和超低损耗光纤，每种光纤都准备了每盘100km，一共2000km，具体指标见表1。平均每100km的损耗对应单模光纤、低损耗光纤、大有效面积光纤和超低损耗光纤分别为20.7dB、19.4dB、20.2dB、17.4dB。在实验里，LAF的损耗更大是因为在与系统中的G.652光纤对接时，大有效面积带来的额外熔接损耗。整个实验只用到了EDFA，是没有拉曼放大器的系统。在接收端，每个120G的载波被30GHz的合分波器件滤出，然后整个接收的架构和算法与商用100G设备一致。
表1 不同光纤的指标

图1列出了实验的详细结果。图1(a)是第1、3、5、10个载波在FEC之前的背靠背误码率曲线，载波间隔为30GHz。在FEC门限的1.8e-2处，挑选的4个载波性能几乎一样，为了简化，在之后的结果中，只有第5个载波的结果被展示出来。图1(b)展示了4种光纤经过1500km传输后FEC之前的误码率曲线。在FEC门限处，4种光纤表现相当，与背靠背大概有0.5dB的差距。超低损耗光纤和大有效面积光纤的误码率可以达到1e-3，这也体现了这两种光纤的优势。图1(c)展示了误码率和入纤功率的关系。在这方面大有效面积光纤性能最佳，在2000km传输距离时最佳入纤功率是-0.5dBm左右，这是由于大有效面积带来了更好的抵抗非线性性能。超低损耗光纤在2000km传输后可以达到相近的误码率，但是入纤功率要低一些，-2.5dBm左右。图1(d)展示了从1000km到2000km的不同传输距离下，不用光纤的FEC前误码率。超低损耗光纤和大有效面积光纤在不同的距离可以达到基本一致的误码率，这两种光纤也是性能最好的。2000km传输以后，FEC前误码率对于普通单模光纤、低损耗光纤、大有效面积光纤和超低损耗光纤分别是5.5e-3、3.4e-3、1.6e-3和1.6e-3，全部在FEC门限之内，这意味着开启FEC后全部可以实现无误码传输。对应这4种光纤，Q值的余量在2000km传输之后分别是1.67dB、2.22dB、2.96dB和2.96dB。为了检验极限的传输距离，2000km的超低损耗光纤和1200km的低损耗光纤被组合成了3200km的链路，在FEC之后系统也实现了24小时无误码传输。FEC之前的误码率是8e-3，这也表明3200km传输还留有充足的Q余量。

图1 1.2Tbit/s系统在不同光纤中传输结果
多种光纤对400G系统的影响
接下来，考虑到实际中可能使用的400G系统，我们又在高阶调制与灵活栅格的基础上，用更多种光纤验证了其对下一代400G传输系统的影响。100G系统采用QPSK调制方式，如果在其他不变的基础上，改为采用16QAM的调制方式，那么信号速率将达到200Gbit/s。400G的信号可以理解为由2个200G信号组成。实验中共有10个通道的200G信号，在5种光纤中的传输性能比较，包括单模光纤、低损耗光纤、超低损耗光纤、大有效面积光纤和超低损耗大有效面积光纤（EX2000）。每种光纤都准备了2000km，系统只有EDFA放大，没有采用拉曼放大器。
实验在前面的4种光纤之上，增加了康宁公司的超低损耗大有效面积光纤EX2000。每种光纤准备了每盘100km，共2000km。具体光纤参数稍有调整，具体见表2。平均100km光纤的损耗对应单模、低损、大有效面积、超低损和EX2000光纤分别是20.55dB、19.41dB、19.04dB、17.24dB、16.93dB。在接收端，200Gbit/s的线路速率先被电交叉转换为2个100Gbit/s，然后由100G的客户侧接收。除去调制格式为16QAM以外，其他的信号处理与商用100G系统一致。
表2 不同光纤的指标

图2列出了实验的详细结果。图2（a）是不同栅格下不同通道的背靠背光信噪比和误码率曲线，包括第1、5、10共3个通道在50GHz和37.5GHz栅格下的结果。37.5GHz栅格比起50GHz栅格的平均代价大约在0.4dB左右。这个较小的代价证明灵活栅格带来更高频谱效率的同时，不会显著影响到系统的性能。在FEC的门限处，基本每个通道性能相当，因此之后的实验结果只展示第5个通道的数据。图2(b)展示了50GHz栅格1000km传输后5种不同光纤的FEC前误码率和光信噪比曲线。当入纤功率调至最佳时，在FEC门限处，低损、大有效面积、超低损和EX2000光纤的差别很小，在0.5dB以内。普通单模光纤表现比较差，比起背靠背大约有1dB的代价。其中超低损、大有效面积和EX2000光纤的误码率达到了1e-2之下，表现超出低损和单模光纤。大有效面积和超低损光纤的性能相近，代表降低非线性和降低光纤损耗对于传输系统的影响相当。EX2000光纤具有最低的误码率，代表结合大面积和超低损耗的光纤对于传输性能的提升影响最大。

图2 10×200Gbit/s 16QAM系统在不同光纤不同栅格下传输结果
图2(c)展示了1000km传输后普通单模光纤和EX2000光纤在50GHz和37.5GHz两种栅格下的误码率曲线，主要目的在于研究灵活栅格对于传输的影响。在FEC门限处，37.5GHz相比50GHz的代价对于两种光纤都是0.4dB左右。这也证明对于超100G系统长距离传输，灵活栅格是可以使用的。图2(d)展示了1000km传输后不同光纤的误码率和入纤功率的曲线。其中，低损、超低损和大有效面积光纤是在50GHz栅格下测试，单模光纤和EX2000光纤在两种栅格下都进行了测试。在50GHz栅格下，大有效面积光纤的入纤功率最大，EX2000其次。37.5GHz栅格下入纤功率略小，这是因为更紧密的通道会带来更大的非线性噪声。图2(e)展示了不同光纤在50GHz栅格下，FEC纠错前误码率和传输距离的关系。和前面一样，单模光纤和EX2000光纤在两种栅格下都进行了测试。其中大有效面积光纤只进行了1000km的测试，因为这种光纤只准备了1000km。在各个距离下，大有效面积、超低损和EX2000光纤具有最好的误码率性能。其中，超低损和EX2000光纤在50GHz和37.5GHz两种栅格下都传输了2000km的距离，并且还没有达到FEC门限的误码率，这表示两种光纤还有潜力可以传输更远。同时，不同光纤的系统在不同栅格下都在所能传输的极限距离进行了长时间测试，24小时之内均保持FEC纠错后误码率为0的性能，这也代表测试中400G系统的成熟度。