城域網中光纖光纜的探討

       摘 要 城域網的建設是今后光纖網絡建設的一個熱
點，根據城域網的特點和系統技術要求選擇光纖光纜是網絡設計
的重要組成部分。本文根據城域網的特點和需求，對市場上現有
的光纖光纜做了詳細的分析和探討，提出了城域網規劃中光纖光
纜選擇的原則和具體的建議。
　　關鍵詞 城域網 CWDM 光纖光纜 光纖帶
　　城域網是以寬帶光傳輸為開放平臺，通過各類網關實現話
音、數據、圖像、多媒體、IP接入等業務和各種增值業務及智能
業務，并與各運營商長途網互通的本市（地）綜合業務網絡。是
連接城市政府機關、廠礦、教育科研等企事業單位、公司和家庭
用戶的寬帶接入網以及和國外連接的Internet高速接口。作為數
據骨干網和長途電話網在城域范圍內的延伸覆蓋，城域網承擔著集團用戶、商用大樓、智能小區的業務接
入和電路出租任務，具有覆蓋面廣、投資量大、接入技術多樣、接入方式靈活的特點。 同長途骨干網相
比, 城域網面臨更加復雜多變的業務環境,它要直接支持大用戶,需要頻繁的業務量疏導和帶寬管理能力。
但其傳輸距離卻短得多,通常只有50～80km, 因而很少應用光纖放大器,光纖色散也不是問題。那么,在這樣
的應用環境下要最經濟有效地流通業務,科學合理地選擇光纖光纜是城域網設計中重要的一環。
　　1 城域網規劃設計的一般原則
　　目前， 在城域網規劃中根據城市規模大多劃分為核心層、匯聚層及接入層三個平面，每個層面完成不
同的功能。核心層面多用于實現城域傳輸網與骨干傳輸網及數據網的互連轉發及本城域網內大顆粒的業務
調度，其網絡結構應相對穩定，高可靠性、大容量的業務調度能力及傳輸能力是其關鍵特性。 匯聚層負責
一定區域內多業務的匯聚及疏導，用于擴大核心層節點的業務覆蓋范圍，強大的多業務調度及匯聚、處理
能力是其節點設備的特點。接入層負責各接入點業務的傳輸，提供細顆粒業務的傳送、調度及處理。目
前，城域傳輸網的接入層面越來越靠近用戶，業務量小且呈現出多樣性的特點，因此多樣化的接口和協議
處理能力、良好的網絡可擴展性是接入層節點設備的關鍵特性， 在接入層面與相關的接入技術相配合，可
選用多種技術，如用MSTP提供統一的傳輸業務平臺就是一種良好的選擇。據城域網的結構和需求， 城域網
規劃一般應遵循下列原則：以業務驅動傳輸網絡建設，既要保持與原有網絡的兼容并存，又要考慮到業務
接入的多樣性和網絡的可持續演進；以先進且成熟的技術提升網絡的競爭力，充分保證業務傳送的效率和
業務調度的靈活性， 網絡構架安全合理、層次清晰；網絡整體規劃，分布實施，分層建設，適度超前；要
有統一網管，與現有的網絡要易于互聯互通，保證網絡的可運營、可維護。按照城域網規劃設計的一般原
則， 城域網規劃設計中光纖光纜選型和組網一般應符合以下要求: 光纖、 光纜選型和設計應滿足特定時
期通信業務的需求，并滿足城域網未來發展的需求。要以先進且成熟的光纖光纜技術提升網絡的競爭力；
按網絡整體規劃，分布實施，分層建設，適度超前的要求；把著眼點要放在需求上，綜合考慮業務量、地
理環境、應用場合、網絡結構和技術等因素。力求選用的光纖、光纜既能滿足近期的業務量的需求，又能
兼顧到中、長期業務發展的需求。以下主要對市場上各種光纖在城域網中的應用做一些探討，根據城域網
規劃設計的要求對一些新型光纖光纜的選擇提出一些具體的建議。
　　2 早期光纖的應用
　　光通信的序幕是從多模光纖和長壽命的激光器的研究拉開的。隨后50mm和62.5mm多模光纖雄踞市場多
時，主要因為早年在光纖上運行的應用傳輸距離有限，帶寬需求未達巔峰；加上62.5mm光纖產量與日俱
增，成本隨之下降，加快了普及速度。但隨著網絡速率的上升和帶寬需求成級數的增長，多模光纖由于衰
減大，模間色散的影響，已經不能滿足大帶寬，超高速網絡的需求，一般僅使用在LAN（本地網絡）和校園
網中，在城域網中，一般不再使用。單模光纖由于自身良好的性能在市場上逐漸占據主導地位。而且隨著
光通信的發展而不斷更新換代，產品的性能因此不斷提高。早期生產的一些單模光纖如非色散位移單模光
纖G.652A和B在性能上已無法與目前新型產品相抗衡，但鑒于上述光纖光纜在網絡中的應用極為廣泛，其價
格優勢和兼容性使得這類光纖仍有市場空間。在城域網匯聚和接入層上，對光纖傳輸性能要求相對較低，
可以考慮采用此類光纖以降低投資成本。
　　2.1 G.652A、B單模光纖
　　G.652A光纖一般只能支持2.5Gbit/s及其以下速率的單信道SDH傳輸系統，對纜內光纖的PMD系數不作要
求。 G.652B光纖可以支持10Gbit/s速率的傳輸系統和某些40Gbit/s的應用。一般要求纜內光纖的PMD系數
小于0.5ps/km1/2。 G.652A、B單模光纖在C波段1530～1565nm和L波段1565～1625nm的色散較大，一般為17
～22ps/nm·km，系統速率達到2.5Gbit/s以上時，需要進行色散補償，在10Gbit/s時系統色散補償成本較
大，它是目前傳輸網中最為普遍的一種光纖。 在城域范圍內的本地網中，不適于采用G.652A、B光纖組成1
0Gbit/s全光傳輸網絡。僅能夠用于短距離高速傳輸。但其極低的價格可以讓運營商在城域網短距離的光纖
敷設中極大的降低成本。
　　2.2 G.653色散位移光纖
　　G.653色散位移光纖在C波段和L波段的色散一般為-1～3.5ps/nm·km，在1550nm是零色散，系統速率可
達到20Gbit/s和40Gbit/s，是單波長超長距離傳輸的最佳光纖。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM
擴容時，會出現非線性效應，導致信號串擾，產生四波混頻FWM，因此不適合采用DWDM，故G.652C難以滿足
城域網帶寬不斷增加和和速率高的要求。城域網的典型距離一般小于80km，因此很少使用光放大器， 所以
光纖的群速度色散并不是主要的限制條件。較為重要的是，城域網通常要求支持大量終端用戶并且傾向于
頻率帶寬的不斷增加以及加強管理能力，減少增減業務的成本。實現這一要求的辦法之一是將業務分配到
數百個波長上（每個波長采用低、中速率）并采用全光的分路，上下路波長。從這個角度考慮，理想的光
纖應當能夠容納更多的波長。因此在城域網的規劃中，首先應該充分了解國際、國內光纖市場情況和各種
光纖特點、性能，在此基礎上，根據系統的傳輸特點對城域網光纖做出合理的選擇。為此下面介紹一些近
年來市場上出現的一些新型光纖光纜。
　　3 WDM技術和新型光纖
　　3.1 WDM技術和G.652C
　　根據城域網的特點，傳輸距離通常不超過100km，因而在長途網中必須使用的外調制器和光放大器不一
定使用。這樣波長數的增加和擴展就不再受光放大器的頻帶的限制，同時就可以使用波長間隔較寬、波長
精度和穩定度較低的光源，合波器，分波器和其他的元器件，使元器件特別是無源器件的成本大幅度下
降，從而使整個城域網系統成本降低。與此同時，隨著技術和應用的發展，WDM（波分復用）技術正從長途
傳輸領域向城域網領域擴展。適用在城域網領域的WDM技術統稱為城域WDM技術。城域WDM系統最大的特點就
是成本低，但能滿足城域網的要求。這也是城域WDM技術的生命力所在。城域DWDM（密集波分復用）來源于
長途DWDM技術，技術成熟，傳輸距離遠，波長數多（32/40），可以組建比較大的OADM環網（200km）。因
此城域DWDM技術是一項很有前途的長遠的城域網解決方案，但目前市場上DWDM系統的價格還是非常高，適
用于城域網的核心層。為了進一步降低城域WDM多業務平臺的成本，出現了CWDM(粗波分復用)技術。CWDM系
統的最大優勢在于成本更低。主要表現在CWDM系統不需要激光器制冷、波長鎖定和精確鍍膜等復雜技術，
大大的降低了設備的成本。另一方面CWDM系統波長間隔達20nm之寬，允許波長漂移6.5nm，這樣對激光器的
要求就大大降低了，相應的系統功耗就小，可以節約電源備用蓄電池和設計的復雜性，從而降低成本。總
之CWDM是針對邊緣網絡需求產生的技術，設備體積小，功耗低，更重要的是價格低，相對性價比高，適用
于城域網的接入層，這樣可以解決光纖短缺的問題，提高光纖資源的利用效率。屆時,網絡可以將不同速率
和性質的業務分配給不同的波長,在光路上進行業務量的選路和分插。運營商在競爭區域就可以租用單根光
纖傳送多種業務。在這類應用中,開發具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關鍵。目前影響可用波段的主要
因素是1385nm附近的水吸收峰,只要在光纖內部有幾個OH離子ppb（parts per billion）就足以導致在1385
nm附近產生幾分貝的衰減,使1350～1450nm中約100nm寬的頻譜因衰減太高而無法使用。若能設法消除這一
水峰,則光纖的可用頻譜可望大大擴展,無水峰光纖就是在這種形勢下誕生的。不同公司制造的無水峰光纖
具有不同的名字,根據ITU-T的建議無水峰光纖的編號為G.652C，統一的名稱為波長擴展的非色散單模位移
光纖。目前市場上有多家公司的產品，下面以美國朗訊科技公司的無水峰光纖——全波光纖為例進行講
述。全波光纖采用了一種新的生產工藝,幾乎可以完全消除內部的氫氧根（OH）離子,從而可以比較徹底地
消除由之引起的附加水峰衰減。光纖衰減將僅由硅玻璃材料的內部散射損耗決定，在1385nm處的衰減可低
達0.31dB/km。這使光纖的損耗在1310～1600nm都趨于平坦。由于內部已清除了氫氧根， 因而光纖即便暴
露在氫氣環境下也不會形成水峰衰減，具有長期的衰減穩定性。除了沒有水峰以外,全波光纖與普通的標準
G.652匹配包層光纖一樣。然而,由于沒有了水峰,光纖可以開放第5個低損傳輸窗口,從而帶來一系列好處：
（1）可用波長范圍增加100nm,使光纖可以提供從1280～1625nm的完整傳輸波段,全部可用波長范圍比常規
光纖增加約一半,可復用的波長數大大增加,使得CWDM可以開通16個波長。
（2）在上述波長范圍內,光纖的色散僅為1550nm波長區的一半,因而,容易實現高比特率長距離傳輸。例如
在1400nm波長附近,10Gbit/s速率的信號可以傳輸200km而無需色散補償。
（3）可以將不同的業務分配給最適宜的波長傳輸,改進網絡管理。例如可以在1310nm波長區傳輸模擬圖像
信號,在1350～1450nm波長區傳輸高速信號（高達10Gbit/s）,在1450nm以上波長區傳輸其他信號。
　　當可用波長范圍大大擴展后,容許使用波長間隔較