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光纤光缆国际标准的演变

信息产业部电子第八研究所 王强


1966年,高辊博士提出如果用很纯、很细的石英玻璃纤维来传送红外光波,将具有很低的损耗特性(20dB/km)。这种石英玻璃纤维适合于通信线路传输,其多项性能及效果优于传统的铜线。70年代,玻璃光纤拉制成功,加之激光的应用,在某些波段实现了低的光纤损耗及较小色散,可把很窄的数字脉冲传送至较长距离才需要光放大。70年代后期,光纤正式投入电话网线路,效果良好,80年代开始广为使用。从多模光纤到单模光纤,从短波长850nm至长波长1310nm和1550nm,性能优于原来长期使用的铜线电缆。90年代通信业务量与日俱增,要求传输线路提供更大的频带宽度或更高的数字速率,因而在光纤光缆上采用了许多新技术。同时通信技术的迅速发展,也促使光缆应用领域日益扩大,这一时期成为光纤光缆的种类增长最多的时期。
   进入21世纪,随着光纤光端机系统的成本下降,实现FTTH(实际上FTTH已在个别发达国家部分地区先期应用,但价格昂贵)将成为可能。综合音频、视频和数据三类信息业务和Internet的发展,加之EDFA和WDM系统的商用化和应用,光通信发展的趋势用业内一位人士的话讲就是要“将带宽变得不值钱”。因为光纤的全部可用带宽资源目前仅仅利用了不到1%,99%的资源尚待发掘。光纤通信技术的发展就是要不断适应和满足大容量、长距离、高速率的传输要求。与之相应的国际标准也大致经历了这么一个发展过程。早期在产品商用化后到标准的制定大约需要3年的时间,到形成国际标准约要10年的时间。自从90年代后期,标准更新的周期已为5年,从发展趋势看,随着产品更新换代的加快,新技术不断涌现,这一周期还在缩短。

一、 光纤技术现状

   通信网络的宽带化保证了大量的信息能在信息高速公路上畅通无阻地流通。光纤通信是解决宽带化的最好方案,因而各种新的光纤、新的光电子器件和新的网络系统不断出现。扩大光纤通信容量的方法有:电信号的时分复用(ETDM)、波分复用(WDM)、空分复用(SDM)和光分复用(OTDM)。其中以DWDM+EDFA被认为是目前最佳的扩容方法。光纤技术上,一方面已开发了色散补偿光纤(DCF)来补偿常规单模光纤的高色散值,另一方面就是当前光纤研究的一大热点——非零色散位移单模光纤(NZ-DSF)。它通过设计光纤折射率剖面,使零色散点移到1550nm窗口,从而与光纤的最小衰减窗口获得匹配,得到了1550nm窗口的最小色散值和最小衰减,避开了零色散区,避免了四波混频现象,更适用多波长DWDM系统。
   目前世界上众多厂家已在大量生产,如Cornning的LEAF光纤、Lucent的Truewave光纤、Alcatel的Teralight光纤、住友的Pureguide 光纤、藤仓公司的光纤、比瑞利的Freelight光纤,以及我国长飞公司的LAPOSH(大保实)和POSH光纤。随着DWDM技术的普及,NZ-DSF光纤已被大量推广的使用,Lucent等光纤制造商通过对光纤制造技术的改进,消除了1385nm附近的氢氧离子吸收损耗高峰,制造出支持全波段传输的全波光纤(All-wave),可以使带宽增加50%,它可以采用波长间隔在10nm以上的粗放WDM(Coarse WDM)系统,可使激光器成本下降50%以上。由此可见单模光纤具有巨大的带宽潜力。
   据美国KMI公司预测世界光纤光缆市场见表1。
   KMI公司曾预测世界光纤市场1995-2000年增长率为20%。由于巨大的市场需求及潜在的巨大发展空间,中国光通信市场吸引了全球几乎所有的著名光通信厂家的注意,这也使得中国光通信市场成为全球光通信企业竞争中心。在我国,在一根光纤上同时传输390万对电话已成为现实。中国是世界上第三大光纤产品市场,2000年全国光纤需求量为760万公里。我国“九五”期间光纤需求量平均增长率为20%,2001—2005平均增长率为15%,2006—2010平均增长率为12%。预计,2001年光纤长度需求量为596万公里,2005年光纤长度需求量为1042万公里,2010年光纤长度需求量为1837万公里。我国到2000年铺设光纤总数为2370万公里,铺设光缆总量达200万路由公里。


二、 光纤光缆标准状况

  光纤光缆不仅需求量有了飞速增长,产品结构也发生了重大变 化。光通信是目前世界上发展最快的领域,平均每9个月性能翻一番,价格降低一半,其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍。在达到定型普及和建立标准之前,这需要几年努力和一系列的设备更新。长途传输设备一般5—7年就要升级,而光缆设计必须能够支持25年的网络寿命,这就形成了很大的反差和一定的矛盾。一方面新产品日新月异不断涌现;另一方面对标准而言正在讨论制定中的该产品又在发展变化,因而有关各方国际标准化组织都在紧跟产品发展的步伐,加快制定标准的节奏,缩短制定标准的周期,将新产品尽快用标准固化下来,并及时发布实施,以期发挥标准的效益。   在光纤通信领域,目前较为普遍的对光纤不同的种类的提法是根据国际电信联盟ITU-T的修改建议(即标准),如ITU-T修改建议G.650《有关单模光纤的参数定义与试验方法》,ITU-T修改建议G.651《50/125um多模渐变折射率光纤光缆的特性》,ITU-T修改建议G.652《单模光纤光缆的特性》,ITU-T修改建议G.653《色散位移光纤光缆的特性》,ITU-T修改建议G.654《截止波长位移单模光纤光缆的特性》,ITU-T新建议G.655《非零色散位移单模光纤光缆的特性》(96.08)等,之后习惯的将某种光纤简称为G65X光纤。
   自传统的G.652光纤16年前被开发以来一直运行良好,可支持2.5Gbit/s速率的传输系统运行。然而TDM和DWDM系统容量的不断扩充,尤其是传统的G.652光纤的色散如此之高,每个10Gbit/s信号传输距离超过50km时就要求使用价格昂贵的色散补偿模块(DCM),而DCM又造成大量的网络损耗,极大地缩短中继站点间跨度的距离。EDFA的发明延长了中继距离,可实现长距离传输;如果要求降低色散补偿的成本,同时要使光纤在整个传输波段色散不太大且色散斜率也不太大,这就驱使单模光纤朝着扩展波段光纤(降低1383nm处的水峰)和非零色散位移单模光纤等几个方面发展。
   从近10年来的发展演变看,从1992年的CCITTG.650-G.654(1993年以后CCITT并入ITU,改为ITU-T),到1996年的ITU修改建议(G.651为97.04,后又在98.02修改)。在ITU-T第十五研究组(SG-15)2000年4月第5次会议上,对ITU-T修改建议的G.652和G.655提出了新的分类,分别为:G.652.A、G.652.B、G.652 .C和G.655.A、G.655.B。单从ITU-TG.655的修改来分析,从96.08的新建议到2000.10的修改建议,其内容划分更加合理,技术指标紧跟最新应用产品,针对非零色散位移单模光纤新修改建议给出一个更宽的设计范围,使之能够得到不同的色散、色散斜率及有效面积的组合,以满足不同的传输系统的需要。据此反映了光纤通信的发展趋势,即不断适应和满足大容量、长距离、高速率的传输要求。
  ITU-T对光缆的规范还有一部分就是关于海底光缆的建议。虽然海底光缆使用范围较为专一,但其所占市场份额和投资量却相当大。1998年海底光缆占全球光缆市场的46%,在此以前累计投资217亿美元。预计2003年海底光缆将占42%市场,从1999年至2003年投资将为276亿美元,其中仅太平洋地区的用量占全球总量的38%。海底光缆承担的洲际通信业务量逐年上升,已经超过了卫星通信的业务量,成为现代洲际通信的主力。

 

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