G.652和G.655光纖組合應用應注意的問(wèn)題

前言

　　截至2004年底，全國光纜線(xiàn)路總長(cháng)度達到338.4萬(wàn)km，長(cháng)途光纜線(xiàn)路長(cháng)度為64.6萬(wàn)km。 其中，絕大部分光纜線(xiàn)路采用了G.652和G.655光纖，僅有極少量的光纜線(xiàn)路采用了G.653光纖。G.652和G.655光纖從開(kāi)始應用到廣泛應用的20多年發(fā)展歷程中，經(jīng)過(guò)了幾代產(chǎn)品的更新?lián)Q代，現在網(wǎng)上的光纜線(xiàn)路已是幾代同堂。因此，在光通信系統組網(wǎng)應用中勢必會(huì )碰到不同品種、不同品牌、不同年代、不同子類(lèi)的產(chǎn)品組合在一個(gè)網(wǎng)上應用的問(wèn)題。

1 G.652和G.655光纖技術(shù)的演變情況

　　隨著(zhù)通信網(wǎng)絡(luò )對傳輸帶寬的需求日益劇增，光傳輸設備的單波長(cháng)傳輸速率也從開(kāi)始應用的低速率，迅速提高到現在的10 Gbit/s，甚至40 Gbit/s，同時(shí)對光纖也提出了更高的要求。因此，光通信系統的技術(shù)和產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代推動(dòng)了光纖技術(shù)的迅速演變和發(fā)展，這一點(diǎn)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(gè)版本，經(jīng)過(guò)1988、1992、1996、2000和2003年的5次修改，又于2005年進(jìn)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(gè)子類(lèi)。

　　G.652光纖是最先在網(wǎng)上應用的單模光纖，是通信網(wǎng)中應用最廣泛、數量最多的一種光纖。由于G.652光纖開(kāi)發(fā)得較早，因此，產(chǎn)品質(zhì)量穩定可靠，產(chǎn)品的標準也非常成熟，不管是哪一個(gè)廠(chǎng)商生產(chǎn)的光纖，其一致性都比較好。廣東電信長(cháng)途線(xiàn)路局對不同廠(chǎng)商的G.652光纖進(jìn)行了對接試驗，結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(chǎng)商、不同時(shí)期的光纖色散進(jìn)行了普遍測試，結果表明，色散值比較穩定，1 550 nm波長(cháng)的色散基本上都不超過(guò)18 ps/（nm·km）。這就為傳輸網(wǎng)絡(luò )的規劃設計及建設帶來(lái)極大方便。

1.2 G.655光纖

　　G.655光纖是1994年專(zhuān)門(mén)為新一代光放大密集波分復用傳輸系統設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(gè)版本，在短短的幾年中，經(jīng)過(guò)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(gè)子類(lèi)。

　　G.655光纖是近幾年市場(chǎng)需求推動(dòng)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(chǎng)商的利益，它的模場(chǎng)直徑和色散的標準訂得比較寬松。不同廠(chǎng)商可以根據各自的工藝和技術(shù)制造出滿(mǎn)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(lái)了一定的麻煩。

2 光纖組合應用時(shí)應注意的問(wèn)題

2.1 G.652光纖組合應用時(shí)應注意的問(wèn)題

　　G.652光纖的產(chǎn)品一致性非常好，線(xiàn)路維護中可以用不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品互相替換使用。但是到目前為止，網(wǎng)上應用的光纖不是單一的G.652光纖，而是有不同時(shí)期、不同廠(chǎng)商制造的多種子類(lèi)光纖。傳輸網(wǎng)規劃設計時(shí)會(huì )碰到多種子類(lèi)混合應用的情況，這時(shí)應根據構成傳輸系統中各傳輸段實(shí)際應用的光纖子類(lèi)，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(jìn)行統一考慮。

　　光纖線(xiàn)路的衰減一般要求進(jìn)行實(shí)地測量，按測量結果進(jìn)行功率預算。

　　1 550 nm波長(cháng)的色度色散可以統一按18 ps/（nm·km）進(jìn)行色散預算。如果是在C+L波段開(kāi)波分復用系統，其最大波長(cháng)的色散可以按20 ps/（nm·km）進(jìn)行色散預算。

2.2 G.655光纖組合應用時(shí)應注意的問(wèn)題

　　不同時(shí)期、不同廠(chǎng)商的G.655光纖組合應用的情況和G.652光纖的情況相差較大。例如，G.655光纖的模場(chǎng)直徑為（8～11）±0.7　μm，比G.652光纖的模場(chǎng)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(chǎng)商可以根據設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(chǎng)商為爭奪市場(chǎng)，不斷推出有別于其他廠(chǎng)商的所謂技術(shù)亮點(diǎn)（技術(shù)參數不同），因此，造成現在網(wǎng)上所用的G.655光纖存在以下問(wèn)題：

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

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

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

　　因此，組網(wǎng)時(shí)碰到不同時(shí)期、不同廠(chǎng)商的G.655光纖混合應用，或不同時(shí)期、同一廠(chǎng)商的產(chǎn)品混合應用，或同一時(shí)期、同一廠(chǎng)商的不同子類(lèi)產(chǎn)品混合應用時(shí)，應根據各傳輸段的實(shí)際應用光纖的情況，特別注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　a） 設計中做功率預算時(shí)，凡是G.655光纖，無(wú)論是大有效截面，還是小有效截面的光纖，都要特別注意設備與線(xiàn)路連接中有一個(gè)容易被忽視的衰減問(wèn)題。目前，光通信設備的光收發(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(méi)有對1 550 nm波長(cháng)的模場(chǎng)直徑做出規定，但通過(guò)測試得知G.652光纖在1 500 nm波長(cháng)的模場(chǎng)直徑在10.5 μm左右，比大有效截面的G.655光纖的模場(chǎng)直徑還要大許多。就是說(shuō)設備與線(xiàn)路連接中總會(huì )存在一個(gè)G.655光纖與G.652光纖連接損耗大的問(wèn)題。連接損耗的大小將在2.3節中討論。

　　b） 光纜線(xiàn)路的色度色散通常比較穩定，它不會(huì )由于施工或使用環(huán)境變化而改變。設計組網(wǎng)時(shí)應盡量避免不同色散系數的光纖混用在同一個(gè)傳輸段落，因為，在采用補償技術(shù)時(shí)，由于不同光纖的色散斜率不同，會(huì )增加補償技術(shù)的難度。但在實(shí)際組網(wǎng)中，經(jīng)常會(huì )碰到不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品、不同時(shí)期建設的光纜在同一個(gè)網(wǎng)上應用。由于G.655光纖色散的標準比較寬松，給不同的廠(chǎng)商有許多選擇，因此，造成不同廠(chǎng)商、不同時(shí)期、不同子類(lèi)的產(chǎn)品，其色度色散的不一致（同一波長(cháng)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(shí)地測試。

　　在做長(cháng)距離高速數字傳輸通信系統的色度色散預算時(shí)，應根據實(shí)地測量結果進(jìn)行。

　　c） 光纜線(xiàn)路的偏振模色散影響因素較多，不僅受光纜本身的影響，也與應用環(huán)境有很大關(guān)系。通常應該進(jìn)行實(shí)地勘查和PMD測試，根據實(shí)測值進(jìn)行系統設計。

2.3 G.652和G.655光纖混合應用時(shí)應注意的問(wèn)題

　　G.652和G.655光纖混合應用不僅會(huì )有2.2節b）款所列的問(wèn)題，而且還有一個(gè)截止波長(cháng)不同的問(wèn)題，因此，通常不提倡這二種光纖混合應用的做法。實(shí)際上，為了充分利用現有資源，運營(yíng)商往往要求采用二種光纖混合應用的做法。下面談幾點(diǎn)混合應用中應注意的問(wèn)題。

2.3.1 功率預算應注意的問(wèn)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(huì )受到不同模場(chǎng)直徑產(chǎn)生的影響。

　　理論上，模場(chǎng)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(chǎng)直徑

　　Mb——B光纖的模場(chǎng)直徑

　　例如，A光纖的模場(chǎng)直徑為8.4 μm（1 550 nm），B光纖的模場(chǎng)直徑為9.7 μm（1 550 nm），根據式（1）可得到理論上的附加連接損耗約為0.09 dB。這個(gè)值與接頭損耗雙向測試值代數和的平均值比較接近。但實(shí)際傳輸的光信號不是從A流向B，就是從B流向A，影響傳輸的是單一方向的損耗。其單向的損耗要遠遠大于理論值。筆者曾做過(guò)熔接試驗，用模場(chǎng)直徑為9.6 μm的大有效截面積（72 μm2）和模場(chǎng)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(cháng)時(shí)，其模場(chǎng)直徑為10.5 μm，有效截面為85 μm2左右）進(jìn)行熔接。

　　大有效截面G.655光纖與G.652光纖熔接，1 550 nm波長(cháng)時(shí)，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(cháng)時(shí)，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(cháng)時(shí)，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(xiàn)路施工中，接頭損耗是以雙向測試值代數和的平均值進(jìn)行統計的，但在實(shí)際傳輸中，這個(gè)單向損耗是實(shí)實(shí)在在存在的，不能被平均掉。

　　從光信號單一方向的傳輸來(lái)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(shí)上是存在一個(gè)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(huì )產(chǎn)生增益。OTDR測試的負衰減值，只不過(guò)反映該接頭處的衰減變化率，并不意味著(zhù)有增益。最好的情況是沒(méi)有衰減，即衰減為0。因此，在系統設計功率預算時(shí)，應充分注意這個(gè)問(wèn)題。

　　a） 如果G.655光纖線(xiàn)路的衰減是以OTDR測試結果進(jìn)行設計，則應根據所用G.655光纖的模場(chǎng)直徑大小，選擇相應的最大值，來(lái)扣減功率預算的指標。

　　b） 如果G.655光纖線(xiàn)路的衰減是采用穩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，系統設計時(shí)可直接采用測試結果，不需考慮扣減功率預算的指標。

　　如果采用OTDR以及穩定光源和光功率計兩種方法進(jìn)行測量，將會(huì )發(fā)現這兩種方法的測試結果有較大的差別。

2.3.2 色度色散預算應注意的問(wèn)題

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

　　a） 凡是由G.652光纜組成的傳輸段，其1 550 nm波長(cháng)的色度色散統一按18 ps/（nm·km）考慮，C+L波段的最大波長(cháng)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(gè)光纖廠(chǎng)商、何時(shí)生產(chǎn)的哪個(gè)子類(lèi)的光纖，并能掌握其色散參數的，可按其標稱(chēng)值進(jìn)行設計，否則只能逐段實(shí)地測試，根據測試結果進(jìn)行設計。

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

2.3.3 偏振模色散預算應注意的問(wèn)題

　　光纜線(xiàn)路偏振模色散（PMD）的大小，除了與光纖質(zhì)量和光纜結構內在的原因有決定性的直接關(guān)系外，還與光纜在敷設和使用過(guò)程中周?chē)h(huán)境等因素有關(guān)。因此，即使在光纜線(xiàn)路工程竣工資料中已明確記錄了竣工時(shí)的光纖鏈路的偏振模色散值，也不能以此數據進(jìn)行設計，因為光纜線(xiàn)路在運行中會(huì )不斷地受到外界條件的改變而變化。例如路由的改遷、線(xiàn)路故障的修復或同管道路由上其他線(xiàn)纜的施工而造成光纖線(xiàn)路位置的移動(dòng)等。因此，光纖傳輸系統工程設計時(shí)，必須做偏振模色散的實(shí)地測量，以測量結果進(jìn)行設計。

　　在傳輸系統中由于色散的影響，一般來(lái)說(shuō)，當時(shí)延差達到一個(gè)比特周期的0.3倍時(shí)，將引起1 dB的功率損失。而PMD的測量值是一個(gè)平均值，偏振摸的瞬時(shí)值有可能達到平均值的3倍。這樣，為了保證由于PMD的瞬時(shí)最大值影響造成功率損失也不超過(guò)1 dB，那么，取定PMD平均值造成脈沖展寬必須小于一個(gè)比特周期的0.1倍來(lái)考慮。因此，在核算偏振模色散對傳輸距離的制約時(shí)，應根據傳輸系統的最高傳輸速率，計算其一個(gè)比特的周期（T），以及根據實(shí)地測量鏈路的偏振模色散系數（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(cháng)應注意的問(wèn)題

　　截止波長(cháng)描述的是光纖從多模轉變?yōu)閱文５哪且慌R界波長(cháng)點(diǎn)。一般光纖的截止波長(cháng)應該低于系統的工作波長(cháng)。

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

　　正由于上述理由，傳輸系統設計時(shí)，一般應盡可能避免出現G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)的情況發(fā)生。但由于運營(yíng)商實(shí)際資源的緊缺和市場(chǎng)需求的緊迫，有時(shí)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(shí)，應注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　a） G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)，是一個(gè)應急的過(guò)渡措施，在資源條件許可時(shí)應進(jìn)行調整。

　　b） G.652和G.655光纖混合組網(wǎng)時(shí)，應強調只在1 550 nm波長(cháng)工作，系統設計的功率預算、色度色散預算和偏振模色散預算可參照2.3.1~2.3.3條。

　　c） 當無(wú)法回避需要在G.652和G.655光纖混合組成的傳輸網(wǎng)中，實(shí)現在1 310 nm波長(cháng)上傳送。例如A、B、C三點(diǎn)原來(lái)已有G.652光纜線(xiàn)路，并在1 331 nm波長(cháng)上開(kāi)通了STM-4傳輸系統。因業(yè)務(wù)發(fā)展需要，運營(yíng)商要求充分利用原有設備，將該系統延伸到D， C、D之間原為G.655光纜線(xiàn)路。

　　由于G.655光纖在1 310 nm波長(cháng)上不能保證單模工作，如果延伸到D，首先可能會(huì )引入一個(gè)模式色散，或發(fā)生非線(xiàn)性問(wèn)題，其次是G.655光纖在1 310 nm波長(cháng)的色度色散可能較大。這兩個(gè)問(wèn)題都將使傳輸系統的性能?chē)乐亓踊?。作為工程設計，如果沒(méi)有充分的數據去驗證其可行，筆者認為不能這樣去做。但如果設備廠(chǎng)商愿意提供設備，作為試驗項目進(jìn)行試驗還是可以的。建議運營(yíng)商和設備商進(jìn)行聯(lián)合試驗，試驗成功后再正式用于工程建設中。

3 結束語(yǔ)

　　光纜線(xiàn)路是壽命較長(cháng)的基礎資源，隨著(zhù)時(shí)間的推移、市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)，網(wǎng)上的光纜品種勢必會(huì )越來(lái)越多。因此，由不同品種、不同年代、不同廠(chǎng)商、不同子類(lèi)的光纖光纜產(chǎn)品構成的光纖線(xiàn)路混合組網(wǎng)應用肯定會(huì )經(jīng)常發(fā)生。本文只是根據實(shí)踐體會(huì )談了一點(diǎn)看法，僅作參考。