超級連接的世界：用于下一代網(wǎng)絡(luò)的光纖技術(shù)

隨著人與人之間的溝通和交流的越來越便捷，我們正在習(xí)慣于生活在一個超級連接的世界中。社交網(wǎng)絡(luò)，云計算，視頻播放和3D高清節(jié)目的出現(xiàn)正改變著我們的世界，而這些“帶寬殺手”級的業(yè)務(wù)和應(yīng)用也給各層網(wǎng)絡(luò)(從骨干網(wǎng)到接入網(wǎng))帶來了前所未有的壓力。我們在看到各種智能終端和各種“app”應(yīng)用繁榮的同時，也需要關(guān)注實(shí)現(xiàn)世界超連接的物理基礎(chǔ)：光纖。

光纖創(chuàng)新：下一代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)

為滿足各種“帶寬殺手”應(yīng)用的需求，全球各國都通過FTTX等方式部署了高速的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，而寬帶接入的快速發(fā)展也對城域和骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量的提出了更高需求。根據(jù)Infonetics做的預(yù)測，到2013年底，為滿足對帶寬的需求，40G和100G系統(tǒng)的部署量將會大大增加。對高速率系統(tǒng)而言，光纖的低衰減是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)。此外對部署量超過一半以上的10G速率系統(tǒng)，光纖的低色散特性則是運(yùn)營商降低網(wǎng)絡(luò)成本的重要因素。下面將會詳細(xì)探討這些光纖參數(shù)對10G或更高速率系統(tǒng)傳輸?shù)挠绊懀约暗推衲Ｉ?PMD)和低時延特性光纖的應(yīng)用場景。

高速率系統(tǒng)：低損耗光纖和OSNR挑戰(zhàn)當(dāng)系統(tǒng)升級到更高速率時，如果采用同樣的信號調(diào)制方式，系統(tǒng)速率增加10倍，光信噪比(OSNR)則需要提高10dB。即10G/bs系統(tǒng)升級到100G/bs系統(tǒng)，需要增加額外10dB光信噪比才能保障信號的質(zhì)量，維持誤碼率不劣化。如何解決OSNR的問題?一方面我們可以從系統(tǒng)設(shè)備上想考慮，目前已經(jīng)開發(fā)出先進(jìn)的調(diào)制模式和數(shù)字信號處理芯片(DSP)以及相干檢測技術(shù)，能提高系統(tǒng)OSNR(大約5dB)，但對于100G或更高速率系統(tǒng)，以及低成本的非相干的100G系統(tǒng)而言，OSNR預(yù)算仍然不夠。我們是否能夠從光纖的角度考慮，通過光纖的技術(shù)創(chuàng)新來提供一種低成本，滿足系統(tǒng)OSNR要求的解決方案?

回答這個問題之前，首先討論一下影響系統(tǒng)OSNR的幾個因素。第一，系統(tǒng)的OSNR和入射到光纖的信號光功率成正比，而信號光功率又正比于光纖的有效面積。第二，OSNR反比于系統(tǒng)光纖段的損耗，降低光纖衰減可以減少光纖段的損耗;同樣的跨段損耗，低損耗光纖可以在光放站間傳輸更長距離。綜上所述可以從提高光纖有效面積和降低光纖衰減系數(shù)兩個方面來優(yōu)化系統(tǒng)的OSNR。

另外還需要考慮改進(jìn)光纖的參數(shù)需要考慮是否能現(xiàn)有光纖規(guī)范如G.655，G.652規(guī)范兼容的問題。降低光纖的衰減系數(shù)不會影響與光纖標(biāo)準(zhǔn)兼容，而增加光纖的有效面積則容易引起與現(xiàn)有的ITU規(guī)范的不兼容。因此需要根據(jù)不同應(yīng)用場景來使用不同類型和屬性的新型光纖。

低損耗光的優(yōu)勢

降低光纖的衰減，可獲得更多的OSNR冗余，因此可以提升網(wǎng)絡(luò)的容量和性能，減少支出，提供更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。

提供最大傳輸容量

通信系統(tǒng)一般包含發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，中間每隔80到100公里左右有信號放大器。系統(tǒng)升級到更高速率，意味著需要更高的OSNR，如果設(shè)備上沒辦法提供足夠的OSNR，那么只有通過減少每個跨段的距離或者在系統(tǒng)中增加另外的光電光再生設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，這會需要運(yùn)營商增加投資成本。如果采用低損耗光纖，為系統(tǒng)留有足夠的OSNR冗余，在將來系統(tǒng)升級到高速率時不需要增加額外投資或減少傳輸距離。下面的兩個測試結(jié)果很好的證明了這一點(diǎn)。

康寧在112Gb/s的系統(tǒng)上測試了最新發(fā)布的海底光纖Vascade EX3000，這種光纖具有大有效面積和超低損耗。測試系統(tǒng)共有16個通道，每個跨段100km，只用了EDFA放大器。在如此高速率下傳輸距離達(dá)到了7200km，這是類似系統(tǒng)配置下傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離。這個測試為我們展示了了大有效面積和低損耗為擴(kuò)展系統(tǒng)傳輸距離所帶來的優(yōu)勢。

卓越的性能

低損耗光纖在骨干網(wǎng)中可以擴(kuò)展系統(tǒng)傳輸距離，減少EDFA數(shù)量，在接入網(wǎng)中可以優(yōu)化中心局的設(shè)置，增加用戶覆蓋數(shù)目。用低損耗的G655或G.652光纖代替原有光纖部署在傳輸網(wǎng)絡(luò)中，低的光纖損耗可以簡化系統(tǒng)，減少放大器的數(shù)量，或者同樣速率下可以傳輸更遠(yuǎn)的距離，無論哪種方式使得系統(tǒng)更簡單，更有效。

技術(shù)穩(wěn)定

再回到骨干網(wǎng)或核心網(wǎng)，低損耗光纖技術(shù)可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中大量使用全光交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中插入光交換可能會引入較高的插入損耗，從而影響跨段傳輸?shù)拈L度和系統(tǒng)鏈路傳輸距離。采用低損耗光纖帶來的OSNR冗余可以彌補(bǔ)插入光交換帶來的損耗，減少由此而產(chǎn)生系統(tǒng)傳輸距離的影響

低色散光纖的應(yīng)用

Infonetics的研究報告表明，當(dāng)一些網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)運(yùn)行在40G或100G的速率時，仍然有大量的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在10G速率。當(dāng)這些網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)容或升級時，投入大量資金購買昂貴的相干檢測設(shè)備或采用復(fù)雜的調(diào)制方式并不是一個最有性價比的方案。這種情況下，采用G.655光纖是一個簡化鏈路設(shè)計和降低投入的有效方案。

低色散光纖通過減少色散補(bǔ)償模塊(DCM)的方式來簡化系統(tǒng)的方式已經(jīng)被大家熟悉。以一個560km，10G速率的傳輸鏈路為例，如果使用G.652光纖，需要8個跨段，每個光放站要配置DCM模塊和雙階EDFA放大，以補(bǔ)償CDM模塊引入的插入損耗。如果采用G.655光纖，則可以減少其中5個DCM模塊，而光放站也只需要使用更經(jīng)濟(jì)的單階放大模塊。

低偏振模色散

在長途網(wǎng)絡(luò)里面采用低偏振模色散的光纖是大家的一個共識。鏈路的低偏振模色散可以防止未來技術(shù)升級時碰到PMD過大而無法開通的問題，如系統(tǒng)升級到高速率或引入其他新的傳輸技術(shù)。而且使用低PMD的光纖可以簡化40G的系統(tǒng)，不需要采用復(fù)雜的DSP來對PMD進(jìn)行補(bǔ)償。

長途網(wǎng)絡(luò)中時延的重要性

時延是指信號從發(fā)送到接收經(jīng)歷的時間延遲。這個參數(shù)對于金融市場中高頻交易者而言至關(guān)重要。高頻交易的金融公司支付了大量金錢，來獲得比競爭對手少幾毫秒獲取交易信息的時間，因?yàn)橥@幾毫秒導(dǎo)致的交易損失會對金融市場產(chǎn)生重大影響。通信鏈路的時延和幾個方面的因素有關(guān)：電路的信號處理，放大設(shè)備，DCM(如果有配置的話)，以及信號沿光纖傳輸?shù)臅r延，而這直接和鏈路的長度成正比，鏈路越長，時延越大。

考慮以上各因素對時延的相對影響，很明顯對時延影響最大的因素是信號在光纖中的傳輸時間。如果傳輸距離超過10公里，光纖時延是最主要部分。而時延正比于光纖的群折射率，因此降低光纖的群折射率就能減小傳輸時延。相對于傳統(tǒng)的摻鍺的纖芯，純硅纖芯的超低損耗光纖(如康寧SMF-28○RULL和Vascade○REX2000光纖)的群折射率減小了0.4%。看起來這個數(shù)字微不足道，但如果信號往返跨越大西洋，純硅光纖有150us的時延優(yōu)勢，這對于倫敦和紐約兩地的股票交易所得交易者而言已經(jīng)非常具有吸引力了。

通信業(yè)正在處在一個超級連接世界，這大部分歸功于寬帶接入技術(shù)。寬帶接入的發(fā)展也推動了對接入，城域和骨干網(wǎng)的容量需求。創(chuàng)新是這個超級連接世界的重要推動力，具體到光纖的未來發(fā)展，光纖的損耗(衰減)，色散，PMD和時延是最重要的方面。創(chuàng)新一直以來都是康寧最重要的價值觀之一，通過創(chuàng)新康寧提供了滿足下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求的低損耗技術(shù)并結(jié)合PMD，色散，時延的特性。這些新型光纖有助于節(jié)約投資，提升網(wǎng)絡(luò)性能，幫助最終實(shí)現(xiàn)全世界的超級連接。

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