城域網(wǎng)中光纖光纜的探討

       摘 要 城域網(wǎng)的建設(shè)是今后光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個熱
點，根據(jù)城域網(wǎng)的特點和系統(tǒng)技術(shù)要求選擇光纖光纜是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
的重要組成部分。本文根據(jù)城域網(wǎng)的特點和需求，對市場上現(xiàn)有
的光纖光纜做了詳細的分析和探討，提出了城域網(wǎng)規(guī)劃中光纖光
纜選擇的原則和具體的建議。
　　關(guān)鍵詞 城域網(wǎng) CWDM 光纖光纜 光纖帶
　　城域網(wǎng)是以寬帶光傳輸為開放平臺，通過各類網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)話
音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體、IP接入等業(yè)務和各種增值業(yè)務及智能
業(yè)務，并與各運營商長途網(wǎng)互通的本市（地）綜合業(yè)務網(wǎng)絡(luò)。是
連接城市政府機關(guān)、廠礦、教育科研等企事業(yè)單位、公司和家庭
用戶的寬帶接入網(wǎng)以及和國外連接的Internet高速接口。作為數(shù)
據(jù)骨干網(wǎng)和長途電話網(wǎng)在城域范圍內(nèi)的延伸覆蓋，城域網(wǎng)承擔著集團用戶、商用大樓、智能小區(qū)的業(yè)務接
入和電路出租任務，具有覆蓋面廣、投資量大、接入技術(shù)多樣、接入方式靈活的特點。 同長途骨干網(wǎng)相
比, 城域網(wǎng)面臨更加復雜多變的業(yè)務環(huán)境,它要直接支持大用戶,需要頻繁的業(yè)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(huán)境下要最經(jīng)濟有效地流通業(yè)務,科學合理地選擇光纖光纜是城域網(wǎng)設(shè)計中重要的一環(huán)。
　　1 城域網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的一般原則
　　目前， 在城域網(wǎng)規(guī)劃中根據(jù)城市規(guī)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(xiàn)城域傳輸網(wǎng)與骨干傳輸網(wǎng)及數(shù)據(jù)網(wǎng)的互連轉(zhuǎn)發(fā)及本城域網(wǎng)內(nèi)大顆粒的業(yè)務
調(diào)度，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應相對穩(wěn)定，高可靠性、大容量的業(yè)務調(diào)度能力及傳輸能力是其關(guān)鍵特性。 匯聚層負責
一定區(qū)域內(nèi)多業(yè)務的匯聚及疏導，用于擴大核心層節(jié)點的業(yè)務覆蓋范圍，強大的多業(yè)務調(diào)度及匯聚、處理
能力是其節(jié)點設(shè)備的特點。接入層負責各接入點業(yè)務的傳輸，提供細顆粒業(yè)務的傳送、調(diào)度及處理。目
前，城域傳輸網(wǎng)的接入層面越來越靠近用戶，業(yè)務量小且呈現(xiàn)出多樣性的特點，因此多樣化的接口和協(xié)議
處理能力、良好的網(wǎng)絡(luò)可擴展性是接入層節(jié)點設(shè)備的關(guān)鍵特性， 在接入層面與相關(guān)的接入技術(shù)相配合，可
選用多種技術(shù)，如用MSTP提供統(tǒng)一的傳輸業(yè)務平臺就是一種良好的選擇。據(jù)城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和需求， 城域網(wǎng)
規(guī)劃一般應遵循下列原則：以業(yè)務驅(qū)動傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，既要保持與原有網(wǎng)絡(luò)的兼容并存，又要考慮到業(yè)務
接入的多樣性和網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)演進；以先進且成熟的技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)的競爭力，充分保證業(yè)務傳送的效率和
業(yè)務調(diào)度的靈活性， 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架安全合理、層次清晰；網(wǎng)絡(luò)整體規(guī)劃，分布實施，分層建設(shè)，適度超前；要
有統(tǒng)一網(wǎng)管，與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)要易于互聯(lián)互通，保證網(wǎng)絡(luò)的可運營、可維護。按照城域網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的一般原
則， 城域網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中光纖光纜選型和組網(wǎng)一般應符合以下要求: 光纖、 光纜選型和設(shè)計應滿足特定時
期通信業(yè)務的需求，并滿足城域網(wǎng)未來發(fā)展的需求。要以先進且成熟的光纖光纜技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)的競爭力；
按網(wǎng)絡(luò)整體規(guī)劃，分布實施，分層建設(shè)，適度超前的要求；把著眼點要放在需求上，綜合考慮業(yè)務量、地
理環(huán)境、應用場合、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)等因素。力求選用的光纖、光纜既能滿足近期的業(yè)務量的需求，又能
兼顧到中、長期業(yè)務發(fā)展的需求。以下主要對市場上各種光纖在城域網(wǎng)中的應用做一些探討，根據(jù)城域網(wǎng)
規(guī)劃設(shè)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(chǎn)量與日俱
增，成本隨之下降，加快了普及速度。但隨著網(wǎng)絡(luò)速率的上升和帶寬需求成級數(shù)的增長，多模光纖由于衰
減大，模間色散的影響，已經(jīng)不能滿足大帶寬，超高速網(wǎng)絡(luò)的需求，一般僅使用在LAN（本地網(wǎng)絡(luò)）和校園
網(wǎng)中，在城域網(wǎng)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(jù)主導地位。而且隨著
光通信的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代，產(chǎn)品的性能因此不斷提高。早期生產(chǎn)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(chǎn)品相抗衡，但鑒于上述光纖光纜在網(wǎng)絡(luò)中的應用極為廣泛，其價
格優(yōu)勢和兼容性使得這類光纖仍有市場空間。在城域網(wǎng)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(tǒng)，對纜內(nèi)光纖的PMD系數(shù)不作要
求。 G.652B光纖可以支持10Gbit/s速率的傳輸系統(tǒng)和某些40Gbit/s的應用。一般要求纜內(nèi)光纖的PMD系數(shù)
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(tǒng)速率達到2.5Gbit/s以上時，需要進行色散補償，在10Gbit/s時系統(tǒng)色散補償成本較
大，它是目前傳輸網(wǎng)中最為普遍的一種光纖。 在城域范圍內(nèi)的本地網(wǎng)中，不適于采用G.652A、B光纖組成1
0Gbit/s全光傳輸網(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)短距離的光纖
敷設(shè)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(tǒng)速率可
達到20Gbit/s和40Gbit/s，是單波長超長距離傳輸?shù)淖罴压饫w。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM
擴容時，會出現(xiàn)非線性效應，導致信號串擾，產(chǎn)生四波混頻FWM，因此不適合采用DWDM，故G.652C難以滿足
城域網(wǎng)帶寬不斷增加和和速率高的要求。城域網(wǎng)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(wǎng)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(yè)務的成本。實現(xiàn)這一要求的辦法之一是將業(yè)務分配到
數(shù)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(wǎng)的規(guī)劃中，首先應該充分了解國際、國內(nèi)光纖市場情況和各種
光纖特點、性能，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)的傳輸特點對城域網(wǎng)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(xiàn)的一些新型光纖光纜。
　　3 WDM技術(shù)和新型光纖
　　3.1 WDM技術(shù)和G.652C
　　根據(jù)城域網(wǎng)的特點，傳輸距離通常不超過100km，因而在長途網(wǎng)中必須使用的外調(diào)制器和光放大器不一
定使用。這樣波長數(shù)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(wěn)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(wǎng)系統(tǒng)成本降低。與此同時，隨著技術(shù)和應用的發(fā)展，WDM（波分復用）技術(shù)正從長途
傳輸領(lǐng)域向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴展。適用在城域網(wǎng)領(lǐng)域的WDM技術(shù)統(tǒng)稱為城域WDM技術(shù)。城域WDM系統(tǒng)最大的特點就
是成本低，但能滿足城域網(wǎng)的要求。這也是城域WDM技術(shù)的生命力所在。城域DWDM（密集波分復用）來源于
長途DWDM技術(shù)，技術(shù)成熟，傳輸距離遠，波長數(shù)多（32/40），可以組建比較大的OADM環(huán)網(wǎng)（200km）。因
此城域DWDM技術(shù)是一項很有前途的長遠的城域網(wǎng)解決方案，但目前市場上DWDM系統(tǒng)的價格還是非常高，適
用于城域網(wǎng)的核心層。為了進一步降低城域WDM多業(yè)務平臺的成本，出現(xiàn)了CWDM(粗波分復用)技術(shù)。CWDM系
統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于成本更低。主要表現(xiàn)在CWDM系統(tǒng)不需要激光器制冷、波長鎖定和精確鍍膜等復雜技術(shù)，
大大的降低了設(shè)備的成本。另一方面CWDM系統(tǒng)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(tǒng)功耗就小，可以節(jié)約電源備用蓄電池和設(shè)計的復雜性，從而降低成本。總
之CWDM是針對邊緣網(wǎng)絡(luò)需求產(chǎn)生的技術(shù)，設(shè)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)可以將不同速率
和性質(zhì)的業(yè)務分配給不同的波長,在光路上進行業(yè)務量的選路和分插。運營商在競爭區(qū)域就可以租用單根光
纖傳送多種業(yè)務。在這類應用中,開發(fā)具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關(guān)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(nèi)部有幾個OH離子ppb（parts per billion）就足以導致在1385
nm附近產(chǎn)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(shè)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(jù)ITU-T的建議無水峰光纖的編號為G.652C，統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)工藝,幾乎可以完全消除內(nèi)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(nèi)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(nèi)部已清除了氫氧根， 因而光纖即便暴
露在氫氣環(huán)境下也不會形成水峰衰減，具有長期的衰減穩(wěn)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(guī)
光纖增加約一半,可復用的波長數(shù)大大增加,使得CWDM可以開通16個波長。
（2）在上述波長范圍內(nèi),光纖的色散僅為1550nm波長區(qū)的一半,因而,容易實現(xiàn)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(yè)務分配給最適宜的波長傳輸,改進網(wǎng)絡(luò)管理。例如可以在1310nm波長區(qū)傳輸模擬圖像
信號,在1350～1450nm波長區(qū)傳輸高速信號（高達10Gbit/s）,在1450nm以上波長區(qū)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