中國(guó)電信實(shí)驗(yàn)室測(cè)定：新型光纖將成超100G重要選擇

　　ICCSZ訊    超低損耗光纖(ULL)和大有效面積光纖(LAF)的低損耗和低非線性的特性，非常適用于超長(zhǎng)距離和大容量、高速率網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用。

　　新型光纖可節(jié)約上億成本

　　相比普通光纜，超低損耗光纖和大有效面積光纖將有效增加系統(tǒng)的傳輸距離，減少中繼站的數(shù)量，尤其是針對(duì)大跨段，效果非常明顯。按照普通光纖光纜工程單位造價(jià)10萬(wàn)元/km，ULL光纖光纜單位工程造價(jià)10.9萬(wàn)元/km計(jì)算，3.6萬(wàn)km光纜的建設(shè)若全部采用ULL光纖，將會(huì)增加光纜工程投資M=3.6萬(wàn)km×(10.9-10)萬(wàn)/km=3.24億元。

　　在100G波分場(chǎng)景下，建設(shè)一個(gè)波分中繼站的各項(xiàng)成本約為3840萬(wàn)元，采用ULL光纖可以減少中繼站8個(gè)，節(jié)約投資3.072億元，與增加的光纜投資相比，傳輸系統(tǒng)總體投資在不含中繼站土建成本時(shí)基本持平，但后期減少了中繼站的維護(hù)成本。在400G波分場(chǎng)景下，建設(shè)一個(gè)波分中繼站的各項(xiàng)成本約為4800萬(wàn)元，采用ULL光纖可以減少中繼站39個(gè)，節(jié)約投資18.72億元，傳輸系統(tǒng)總體投資節(jié)約顯著。同時(shí)，ULL光纖帶來(lái)的系統(tǒng)衰耗冗余還將給維護(hù)帶來(lái)更大便利，并提供優(yōu)化光放站的空間，有利于工程的實(shí)施，帶來(lái)工程建設(shè)和工程維護(hù)的間接收益。如果采用大有效面積光纖，也可以獲得類(lèi)似的效果。

　　多種光纖對(duì)1.2T系統(tǒng)的影響

　　中國(guó)電信針對(duì)未來(lái)的超100G系統(tǒng)上述這幾種光纖進(jìn)行了超長(zhǎng)距離傳輸實(shí)驗(yàn)，目的在于驗(yàn)證這幾種光纖真正的超100G傳輸性能。

　　整個(gè)實(shí)驗(yàn)一共用到了4種光纖，分別是普通單模光纖、低損耗光纖、大有效面積光纖和超低損耗光纖，每種光纖都準(zhǔn)備了每盤(pán)100km，一共2000km，具體指標(biāo)見(jiàn)表1。平均每100km的損耗對(duì)應(yīng)單模光纖、低損耗光纖、大有效面積光纖和超低損耗光纖分別為20.7dB、19.4dB、20.2dB、17.4dB。在實(shí)驗(yàn)里，LAF的損耗更大是因?yàn)樵谂c系統(tǒng)中的G.652光纖對(duì)接時(shí)，大有效面積帶來(lái)的額外熔接損耗。整個(gè)實(shí)驗(yàn)只用到了EDFA，是沒(méi)有拉曼放大器的系統(tǒng)。在接收端，每個(gè)120G的載波被30GHz的合分波器件濾出，然后整個(gè)接收的架構(gòu)和算法與商用100G設(shè)備一致。

表1 不同光纖的指標(biāo)

　　圖1列出了實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)結(jié)果。圖1(a)是第1、3、5、10個(gè)載波在FEC之前的背靠背誤碼率曲線，載波間隔為30GHz。在FEC門(mén)限的1.8e-2處，挑選的4個(gè)載波性能幾乎一樣，為了簡(jiǎn)化，在之后的結(jié)果中，只有第5個(gè)載波的結(jié)果被展示出來(lái)。圖1(b)展示了4種光纖經(jīng)過(guò)1500km傳輸后FEC之前的誤碼率曲線。在FEC門(mén)限處，4種光纖表現(xiàn)相當(dāng)，與背靠背大概有0.5dB的差距。超低損耗光纖和大有效面積光纖的誤碼率可以達(dá)到1e-3，這也體現(xiàn)了這兩種光纖的優(yōu)勢(shì)。圖1(c)展示了誤碼率和入纖功率的關(guān)系。在這方面大有效面積光纖性能最佳，在2000km傳輸距離時(shí)最佳入纖功率是-0.5dBm左右，這是由于大有效面積帶來(lái)了更好的抵抗非線性性能。超低損耗光纖在2000km傳輸后可以達(dá)到相近的誤碼率，但是入纖功率要低一些，-2.5dBm左右。圖1(d)展示了從1000km到2000km的不同傳輸距離下，不用光纖的FEC前誤碼率。超低損耗光纖和大有效面積光纖在不同的距離可以達(dá)到基本一致的誤碼率，這兩種光纖也是性能最好的。2000km傳輸以后，F(xiàn)EC前誤碼率對(duì)于普通單模光纖、低損耗光纖、大有效面積光纖和超低損耗光纖分別是5.5e-3、3.4e-3、1.6e-3和1.6e-3，全部在FEC門(mén)限之內(nèi)，這意味著開(kāi)啟FEC后全部可以實(shí)現(xiàn)無(wú)誤碼傳輸。對(duì)應(yīng)這4種光纖，Q值的余量在2000km傳輸之后分別是1.67dB、2.22dB、2.96dB和2.96dB。為了檢驗(yàn)極限的傳輸距離，2000km的超低損耗光纖和1200km的低損耗光纖被組合成了3200km的鏈路，在FEC之后系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)無(wú)誤碼傳輸。FEC之前的誤碼率是8e-3，這也表明3200km傳輸還留有充足的Q余量。　　

　　多種光纖對(duì)400G系統(tǒng)的影響

　　接下來(lái)，考慮到實(shí)際中可能使用的400G系統(tǒng)，我們又在高階調(diào)制與靈活柵格的基礎(chǔ)上，用更多種光纖驗(yàn)證了其對(duì)下一代400G傳輸系統(tǒng)的影響。100G系統(tǒng)采用QPSK調(diào)制方式，如果在其他不變的基礎(chǔ)上，改為采用16QAM的調(diào)制方式，那么信號(hào)速率將達(dá)到200Gbit/s。400G的信號(hào)可以理解為由2個(gè)200G信號(hào)組成。實(shí)驗(yàn)中共有10個(gè)通道的200G信號(hào)，在5種光纖中的傳輸性能比較，包括單模光纖、低損耗光纖、超低損耗光纖、大有效面積光纖和超低損耗大有效面積光纖(EX2000)。每種光纖都準(zhǔn)備了2000km，系統(tǒng)只有EDFA放大，沒(méi)有采用拉曼放大器。

　　實(shí)驗(yàn)在前面的4種光纖之上，增加了康寧公司的超低損耗大有效面積光纖EX2000。每種光纖準(zhǔn)備了每盤(pán)100km，共2000km。具體光纖參數(shù)稍有調(diào)整，具體見(jiàn)表2。平均100km光纖的損耗對(duì)應(yīng)單模、低損、大有效面積、超低損和EX2000光纖分別是20.55dB、19.41dB、19.04dB、17.24dB、16.93dB。在接收端，200Gbit/s的線路速率先被電交叉轉(zhuǎn)換為2個(gè)100Gbit/s，然后由100G的客戶(hù)側(cè)接收。除去調(diào)制格式為16QAM以外，其他的信號(hào)處理與商用100G系統(tǒng)一致。

表2 不同光纖的指標(biāo)

　　圖2列出了實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)結(jié)果。圖2(a)是不同柵格下不同通道的背靠背光信噪比和誤碼率曲線，包括第1、5、10共3個(gè)通道在50GHz和37.5GHz柵格下的結(jié)果。37.5GHz柵格比起50GHz柵格的平均代價(jià)大約在0.4dB左右。這個(gè)較小的代價(jià)證明靈活柵格帶來(lái)更高頻譜效率的同時(shí)，不會(huì)顯著影響到系統(tǒng)的性能。在FEC的門(mén)限處，基本每個(gè)通道性能相當(dāng)，因此之后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果只展示第5個(gè)通道的數(shù)據(jù)。圖2(b)展示了50GHz柵格1000km傳輸后5種不同光纖的FEC前誤碼率和光信噪比曲線。當(dāng)入纖功率調(diào)至最佳時(shí)，在FEC門(mén)限處，低損、大有效面積、超低損和EX2000光纖的差別很小，在0.5dB以?xún)?nèi)。普通單模光纖表現(xiàn)比較差，比起背靠背大約有1dB的代價(jià)。其中超低損、大有效面積和EX2000光纖的誤碼率達(dá)到了1e-2之下，表現(xiàn)超出低損和單模光纖。大有效面積和超低損光纖的性能相近，代表降低非線性和降低光纖損耗對(duì)于傳輸系統(tǒng)的影響相當(dāng)。EX2000光纖具有最低的誤碼率，代表結(jié)合大面積和超低損耗的光纖對(duì)于傳輸性能的提升影響最大。　　

　　圖2(c)展示了1000km傳輸后普通單模光纖和EX2000光纖在50GHz和37.5GHz兩種柵格下的誤碼率曲線，主要目的在于研究靈活柵格對(duì)于傳輸?shù)挠绊?。在FEC門(mén)限處，37.5GHz相比50GHz的代價(jià)對(duì)于兩種光纖都是0.4dB左右。這也證明對(duì)于超100G系統(tǒng)長(zhǎng)距離傳輸，靈活柵格是可以使用的。圖2(d)展示了1000km傳輸后不同光纖的誤碼率和入纖功率的曲線。其中，低損、超低損和大有效面積光纖是在50GHz柵格下測(cè)試，單模光纖和EX2000光纖在兩種柵格下都進(jìn)行了測(cè)試。在50GHz柵格下，大有效面積光纖的入纖功率最大，EX2000其次。37.5GHz柵格下入纖功率略小，這是因?yàn)楦o密的通道會(huì)帶來(lái)更大的非線性噪聲。圖2(e)展示了不同光纖在50GHz柵格下，F(xiàn)EC糾錯(cuò)前誤碼率和傳輸距離的關(guān)系。和前面一樣，單模光纖和EX2000光纖在兩種柵格下都進(jìn)行了測(cè)試。其中大有效面積光纖只進(jìn)行了1000km的測(cè)試，因?yàn)檫@種光纖只準(zhǔn)備了1000km。在各個(gè)距離下，大有效面積、超低損和EX2000光纖具有最好的誤碼率性能。其中，超低損和EX2000光纖在50GHz和37.5GHz兩種柵格下都傳輸了2000km的距離，并且還沒(méi)有達(dá)到FEC門(mén)限的誤碼率，這表示兩種光纖還有潛力可以傳輸更遠(yuǎn)。同時(shí)，不同光纖的系統(tǒng)在不同柵格下都在所能傳輸?shù)臉O限距離進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，24小時(shí)之內(nèi)均保持FEC糾錯(cuò)后誤碼率為0的性能，這也代表測(cè)試中400G系統(tǒng)的成熟度。

　　小結(jié)

　　通過(guò)上面超100G系統(tǒng)在不同光纖上傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出超低損耗光纖和大有效面積光纖在提升傳輸性能方面的巨大作用。未來(lái)超100G系統(tǒng)在提高速率和頻譜效率的同時(shí)，會(huì)造成傳輸距離的大幅降低。為了使超100G系統(tǒng)可以達(dá)到與當(dāng)前100G相當(dāng)?shù)膫鬏斁嚯x，超低損耗光纖和大有效面積光纖成為了未來(lái)光纖光纜建設(shè)的重要選擇。目前看來(lái)與G.652光纖兼容的ULL光纖可以確保提供良好的性能與兼容性，大有效面積光纖實(shí)驗(yàn)室性能良好，但是現(xiàn)網(wǎng)中與G.652光纖的兼容性尚不確定，還需要今后更多的現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)和部署予以驗(yàn)證。