毛 謙
摘 要：光纖是光纖通信系統中最基礎的傳輸物理媒質，由于信息傳送需求的不斷增長，對光纖通信系統提 出了新的要求。于是，系統自然要對光纖提出新的要求。原有各種類型的光纖不能適應這種新的需求，人們就 會研究開發新型光纖以滿足系統的要求。本文在簡述了光纖的發展歷程及新型光纖產生的背景之后，介紹了 G.652D、G.655C和G.656三種新型光纖的主要特性以及它們的標準制訂情況。
關鍵詞：光纖通信 光纖 標準
1 概 述
自1966年"光纖之父"高錕博士預言光纖可以用于通信至今，已經過去了37個年頭，光纖通信系統也已經 實用了28年，如今可以說進入了光纖通信技術發展的頂峰時期。系統的發展是與應用密切相關的，系統和光電 子器件的進步又對光纖提出了新的要求，促進了光纖技術的發展。1975年第一個實用的光纖通信系統是應用于 市話中繼，而且當時的速率是45Mbit/s，所使用的是多模光纖，而且應用在850nm的短波長窗口。隨著光纖通信 系統的應用從市話擴展到長途，光纖850nm窗口的衰減顯然較大，當時又研制成功了1300nm的長波長器件，于是 就產生了應用1300nm窗口的長波長光纖通信系統，這些系統都還是使用G.651規范的多模光纖。隨著傳輸距離進 一步延伸和傳輸速率的提高，多模光纖已經不能滿足系統要求。當單模激光器研制成功的時候，G.652單模光纖 也應運而生。而且由于光纖的1550nm窗口的衰減比1310nm窗口的衰減低，所以更高速率系統由于光接收靈敏度 的降低又希望保持一定的傳輸距離，逐步轉到1550nm窗口來應用。
從系統的角度來說，2.5Gbit/s以下的系統一般為衰減限制系統，而10Gbit/s及其以上速率的系統為色散限 制系統。從衰減盡可能小的方面看，10Gbit/s及其以上速率的系統應工作在1550nm窗口，但G.652光纖在該窗口 的色散太大，達到18~20ps/nm·km，傳輸距離被限制在70~80km左右。能否使光纖在1550nm窗口的衰減又小而色 散也小呢，沒問題，當時研制出來的G.653色散位移光纖，就是在G.652光纖的基礎上，將零色散點從1310nm窗 口移動到1550nm窗口實現的。但是當DWDM系統大量推廣應用時發現，由于EDFA在DWDM中的使用，使進入光纖的 光功率有很大的提高，會使光纖產生非線性效應。由于G.653光纖在1550nm窗口的色散值太小，使得在G.653光 纖上工作的DWDM系統受四波混頻效應的影響太嚴重。雖然可以采用非均勻波道間隔、色散支持技術等方法來克 服，但畢竟使系統變得復雜，或者還減少了有效使用波道數，所以并不理想。G.652光纖在1550nm窗口的色散較 大，足以抑制四波混頻現象，但因色散太大，不利于以10Gbit/s及其以上速率為基礎的DWDM系統長距離傳輸。 雖然可以采用色散管理等技術來解決，也并不方便。所以人們就去尋求一種使光纖在1550nm窗口的色散既不很 大、又不為零的解決方案，這就是當時稱為G.65x，后來規范為G.655的非零色散位移光纖。而且各個不同的光 纖廠家又設計制造出多種不同的G.655光纖，如大有效面積、低色散斜率等等。
實際上，10Gbit/s及其以上速率的系統在光纖中的傳輸距離不僅受通常光纖的色度色散限制，更嚴重的是 受偏振模色散PMD的限制，普通G.652光纖和G.655光纖的PMD較大且具有統計特性，系統補償比較困難。為了滿 足高速率系統的要求，在2000年10月G.652光纖 和G.655光纖的標準修訂的時候，將G.652光纖細分為G.652A、 G.652B、G.652C三種類型。規定G.652A光纖只能支持2.5Gbit/s及其以下速率的系統（對纜內光纖的PMD系數不 提要求），G.652B光纖可以支持10Gbit/s速率的系統（粗略地說，要求纜內光纖的PMD系數小于0.5ps/km1/2） 。類似地，G.655光纖也相應劃分為G.655A光纖和G.655B光纖，前者可支持波道間隔為200GHz以上的DWDM系統， 后者可以支持波道間隔為100GHz及其以下的DWDM系統，并能支持10Gbit/s 傳輸400km以上的距離。同時由于光 纖制造工藝的不斷成熟，特別是脫水工藝的改進，使原來在1380nm附近出現的水吸收峰基本消失，使得G.652光 纖從1260nm到1670nm的整個范圍都可用以通信。于是把這種光纖命名為G.652C光纖，G.652C光纖也可以支持 10Gbit/s速率的傳輸。
當在光纖上傳輸的單信道速率達到40Gbit/s或對于以40Gbit/s為基礎的WDM系統，PMD的影響更為顯著，必 須進一步嚴化對光纖的PMD指標的要求。另一方面，10Gbit/s系統已成為光纖傳輸的主流速率，希望所有的光纖 包括G.652A、G.655A都能支持10Gbit/s系統的傳輸，對G.652B希望能支持10Gbit/s 傳輸3000km以上的距離，顯 然也必須減小PMD的影響。于是在2003年1月修訂G.652光纖和G.655光纖標準時，不僅對原G.652A、G.652B、 G.652C以及G.655A、G/655B的指標做了調整，又定義了兩種新型的光纖G.652D和G.655C光纖。
初期的DWDM系統通常工作在C波段（1530~1565nm），然而，C波段只有35nm的范圍，即使采用0.4nm的波道 間隔，在1529~1560也只能安排80個波道。要進一步增加波道數，就必須增大可利用的波長范圍，例如可以把L 波段（1565~1625nm）利用起來，這樣，就有95nm的范圍可利用。由于1600~1625nm范圍光纖的色散太大，所以 在L波段1570~1603nm范圍內可安排80個間隔為0.4nm的波道。C+L波段可以實現160波的系統。要繼續增加波道數 ，當然可以再減小波道間隔，但波道間隔的減小是有限度的，一方面增大了去復用的難度，另一方面太小的間 隔使每個波道可傳送的速率受到較大的限制。所以寄希望于再擴大可利用波長范圍。G.652C光纖的可用波長范 圍達410nm，但整個范圍內色散的變化太大，系統進行補償的難度和代價太大。于是人們想到，利用S+C+L三個 波段，為了減少系統的麻煩，又應讓光纖在這個范圍內色散的變化維持在一個較小的范圍，這就引出了對另一 種新型光纖的研究，ITU-T把這種光纖命名為G.656光纖。
本文在下面的部分主要介紹對G.652A、B、C，G.655A、B光纖的新要求和三種新型光纖G.652D、G.655C和 G.656的特性及其標準。
2 G.652D光纖
如前所述，對于10Gbit/s 及其以上速率的高速系統來說，PMD對其傳輸距離的影響極大，從表1中可以看出 ，要支持統傳輸距離達400km，則PMDQ必須小于0.5 ps/?km，此時可支持40Gbit/s系統的甚短距離2km的應用。 當PMDQ小于0.20 ps/?km時，10Gbit/s系統傳輸距離可達3000km以上，40Gbit/s系統傳輸距離可達80km以上。當 PMDQ小于0.10 ps/?km時，10Gbit/s系統傳輸距離可大于4000km，而40Gbit/s系統傳輸距離可達400km以上。在2003年1月修改G.652光纖標準時，希望全面提高G.652光纖的特性，至少都要支持10Gbit/s的長途應用，對 G.652B要求支持40Gbit/s的長途應用，所以開始提出G.652B的PMDQ應小于0.10ps/?km。后來基于考慮40Gbit/s 的應用主要從城域網開始，10Gbit/s系統的傳送在3000km左右已經可以覆蓋大部分應用情況，所以放寬到0.20 ps/?km。經過調整過的各類G.652光纖的特性為：G.652A支持10Gbit/s系統傳輸距離可達400km，10Gbit/s以太 網的傳輸達40km，支持40Gbit/s系統的距離為2km。相應的參數指標如表2所示。
表2 G.652A光纖參數指標
對于G.652B型光纖，必須支持10Gbit/s系統傳輸距離可達3000km以上，40Gbit/s系統的傳輸距離為80km。 相應的參數指標如表3所示。
對于G.652C型光纖，基本屬性與 G.652A相同，但在1550nm的衰減系數更低，而且消除了1380nm附近的水吸 收峰，即系統可以工作在1360~1530nm波段。相應的參數指標如表4所示。
為了使無水吸收峰光纖也能支持G.652B所支持的那些應用，必須對無水吸收峰光纖的PMDQ提出更嚴的要求 ，因此有必要定義一種新的光纖類型，即G.652D型光纖。這種光纖的參數指標如表5所示。可以看出，G.652D型 光纖的屬性與G.652B光纖基本相同，而衰減系數與G.652C光纖相同，即系統可以工作在1360~1530nm波段。
3 G.655C光纖
G.655光纖是為適于DWDM的應用而開發的。2000年版的G.655標準只將其分為A、B兩種類型。類似于對G.652 各類型光纖的要求全面提高，對G.655的A、B兩類光纖的要求也都提高了，分別如表6和表7所示。也就是說，雖 然新的G.655A光纖仍只能支持200GHz及其以上間隔的DWDM系統在C波段的應用，卻已經可以支持以10Gbit/s為基 礎的DWDM系統了。而新的G.655B光纖可以支持以10Gbit/s為基礎的100GHz及其以下間隔的DWDM系統在C和L波段 的應用。
為了既能滿足100GHz及其以下間隔DWDM系統在C、L波段的應用，又能使N×10Gbit/s系統傳送3000km以上， 或支持N×40Gbit/s系統傳送80km以上，就規范了一種新的G.655C型光纖。這種光纖的特性如表8所示。可以看 出除了PMDQ為0.20 ps/*km之外，它的其他屬性和G.655B是一樣的。
4 G.656光纖
2002年，日本NTT公司和CLPAJ公司提出了應規范一種適用于DWDM系統S+C+L波段應用的新型光纖，即在 S+C+L波段為非零色散的光纖，得到各國專家的廣泛支持。經過9個月的研究，提出了這種光纖的基本規范，各 公司對這種光纖也都開展了研究，提出了對一些關鍵指標取值的建議。在激烈的討論之后，除少數參數外（雖 然少數，卻很關鍵），基本達成了一致的意見，并把這種新型光纖命名為G.656光纖。目前提出的有關G.656光 纖的規范如表9所示。
表9中對模場直徑MFD和色散系數還有不同的意見。這兩個參數的取值涉及許多與應用有關的方面，兩個值 之間也是關聯的。例如，MDF與光纖熔接損耗、色散系數、有效面積、非線性效應等都有關。色散系數更直接影 響到系統特別是高速系統的受限傳輸距離、密集波分復用系統的四波混頻等非線性效應等。對于不同的應用， 例如是城域還是長途，CWDM還是DWDM等，考慮的出發點不同，對取值的選取自然有所不同。筆者的觀點是：既 然應用有所區別，就應該允許參數值有差異。因此比較妥善的解決方案是不必強求用一組指標來滿足所有的應 用，可以把G.656光纖也分為A、B等不同類型，分別規范適宜于其應用的相應指標，則可以實現各得其所。
5 結 語
光纖技術在30多年來，有了很大的發展，特別是光纖制造工藝水平的不斷提高，使光纖的質量、成品率極 大地提高，光纖的成本也在不斷下降，為系統的應用提供了較有利的條件。反過來，系統應用的種類和范圍不 斷擴大，也對光纖提出了新的要求。為了滿足系統的應用，不斷開發出新的光纖類型。G.655和G.656光纖的出 現，就是很好的例證。事物的發展、變化總是無止境的，光纖技術的發展也不會停滯不前。我們不僅要密切注 意和跟蹤它的發展，適時做出各種新型的光纖。還希望光纖領域的同行們與系統的專家們密切結合，提出適合 于新的應用的新型光纖，為我國光纖通信技術的發展，做出新的更大的貢獻。
作者簡介
毛 謙 1943年生于浙江省江山市。1964年畢業于武漢郵電學院，1982年于武漢郵電科學研究院獲工學碩 士學位。常年從事數字通信及光纖通信設備、系統和光傳送網絡、光接入網的研究、開發工作。現任武漢郵電 科學研究院副院長兼總工程師；教授級高級工程師；烽火科技學院院長；信息產業部光通信產品質量監督檢驗 中心主任、總工程師；中國網銳實驗室主任；國際電聯ITU-T SG15 中國專家組成員；信息產業部郵電科技委委 員；中國通信學會會士；中國通信學會光通信專業委員會主任；湖北省通信學會副理事長，光通信委員會主任 委員，學術委員會主任委員；湖北省電子學會副理事長；中國通信標準化協會傳送網與接入網技術委員會副主 席；湖北省標準協會信息委員會主任委員；獲國家有突出貢獻的中青年專家稱號和國務院政府特殊津貼。
