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骨干网“光改”:普通光纤VS超低损光纤

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019-12-21     浏览次数:    
  虽然我国已经成为全球最大的光纤光缆产业基地,但是,在这层光鲜亮丽的窗户纸背后,却明显看出产业链厂商们的懈怠,“安于现状”是病,国内一些企业的通病。中国电信科技委主任韦乐平在谈及下一代传送网时感慨:“国内光纤光缆企业,思维太落后。”
  据悉,一般光纤“服役”年限普遍为20年,今天的光纤要考虑到今后20年的网络需求,电信企业就应当抓紧商用“超低损耗光纤”(Ultra Low Loss,ULL),但是我们看到的却是:国内光纤光缆企业无法提供这一产品,最可怕的是,它们连“尝试推出”的想法都没有。
  铺骨干网,选光纤很重要
  上世纪90年代铺设的“八纵八横”骨干网如今临近“退役”,新一轮的光纤网络建设已经开启。然而,光纤的服役环境却无时无刻不在发生着变化。韦乐平介绍,未来5到10年,仅省际干线更新量就高达4万多公里。
  光纤作为基础设施的一部分,极具“不动产”特质:一次到位、难以改动,需要考虑其寿命期内所有潜在的网络需求;并且,为了适应现有的机房、再生站、供电系统等基础设施,应尽量少作变动和新建。如此一来,面对新一轮的骨干网改造,就看运营商们的眼光远不远了。
  2013年,随着三大运营商陆续启动100G集采,骨干网全面进入100G时代。韦乐平根据目前的流量趋势判断:到2017年,中国骨干网最大截面带宽约为38T,需要5个100G系统,“届时,400G将是更合适的选择。”400G的来临,还有不到5年。
  今天我们部署光纤,必须考虑到100G、400G、1T乃至更高容量通信系统的传输需求。但是,在同样的光纤环境下,系统容量越高、传输距离越短:400G的传输距离约为100G的1/3。解决问题的最直接办法就是采用损耗更低的光纤。韦乐平分析:“相干通信的采用,使得制约速率的关键不再是CD、PMD,而是非线性和损耗。”
  普通光纤、低损耗光纤、超低损耗光纤
  业内根据光纤损耗,把光纤大致分为普通光纤、低损耗光纤、超低损耗光纤三类。其中,普通光纤衰减为0.20dB/km左右,低损耗光纤、超低损耗光纤的衰减分别小于0.185dB/km、0.170dB/km。目前,业内只有康宁公司可以提供商用的超低损耗光纤,2010年,华为、康宁曾在超低损耗光纤上首次实现了100G系统的3000公里传输。
  相比于普通光纤,低损耗、超低损耗光纤可分别减少跨段损耗2dB、3dB。“如果把3dB折合成跨段数,相当于后者翻倍,也就是总传输距离提升100%。”韦乐平称,即便是跨段数不变,也能带来每跨段提升17%的距离,总传输距离也提升了17%,“现在,已经没有任何一项技术能给运营商带来这样可观的技术收益了。”
  普通光纤 VS. 低损耗光纤
  传输距离的提升,意味着系统再生站的减少,而减少每一个再生站,就意味着数千万元人民币的投资。统计数字显示,从100G之后,系统容量越高,低损耗、超低损耗光纤能节约的再生站数量越多。到了400G时代,相比于普通光纤,低损耗光纤可减少20%的400G再生站,而超低损耗光纤更可以减少40%。
  2012年下半年,中国电信北京研究院启动大型网络模拟计算结果,在目前全国网络架构基础上,结合流量发展、网络更新趋势,假设骨干网10年内需要新建5万公里的超高速传输系统。模拟计算普通、低损耗、超低损耗光纤的网络总成本。
  模拟分析给出的结论十分明显:相比于普通光纤,低损耗光纤的光缆工程成本增加不到1%,但由于衰减降低带来的系统站点的减少,总传输系统成本降低了约10%,节约了10个亿;超低损耗光纤价格是普通光纤的3倍,但考虑到光缆成本、人工成本占大头,且保持不变,总光缆成本提升10%,但再生站明显减少,光传输系统总成本降低了月25%,能够节约25个亿,这可不是小数字了。
  “这还只计算了中国电信,如果加上联通、移动,那带来的改变该有多少?”韦乐平表示,低损耗光纤在成本增加极少的情况下,减少系统总成本,优势明显,近期可以采用。
  据统计,目前康宁、富通、长飞、烽火已经基本实现低损耗光纤的规模化生产,年产能分别为800、300、300、500万纤芯公里,基本满足中国电信骨干网需求。
  相比于低损耗光纤,超低损耗光纤的成本优势更为突出。但是,全球光纤厂商中只有康宁可以提供超低损耗光纤的商用产品,已经习惯于“主导产业链”的运营商不习惯自己的供货商名单太过单薄,这会有“产业链风险”。
  为了推动超低损耗光纤产业链发展,韦乐平赴多家国内光纤厂商“商谈”,但结果令韦乐平大失所望:光纤厂商已经习惯于规模化发展,他们更希望产业链“一百年不变”,他们说他们过的很安逸,不想自找麻烦。
  韦乐平指出:“目前,超低损耗光纤可以先在局部的大跨段光缆中开展试点,以取得工程建设、维护经验。”我们必须拿出实际行动,让产业链上的任何一方都看到成果,到那时,它们才能了解到使用超低损耗光纤的好处。
  回顾,低损耗光纤的发展史
  不过,超低损耗光纤的“难产”,也不能完全归结于是国内厂商的“思维”落后。毕竟,超低损耗光纤的技术与工艺,很大程度上是另外一个课题。
  1966年,高锟博士提出:光纤的高损耗并不是其本身固有的,而是由材料中所含的杂质引起的。他预言:降低材料中的杂质含量,可使光纤的损耗降至20dB/km甚至更小。此理论提出之后,产业界开始致力于光纤损耗的降低。
  1970年,康宁公司成功地研制了损耗为17dB/km的低损耗石英光纤,把光纤通信由理论变成了现实。1972年康宁把光纤的损耗降到7dB/km,1973年贝尔实验室又把光纤的损耗又降到2.5dB/km。到1985年,G.652光纤损耗最低已达0.19dB/km。
  但其后,科学家发现光纤的衰减降低到0.18dB/km后很难进一步降低。究其原因,主要是因为G.652光纤需要在纤芯中掺杂稀土元素锗来保证光纤的传输性能,这些“掺杂”元素增加了光纤的损耗,使其距离光纤的理论最低值——0.15dB/km尚有一定差距。
  1986年,第一根超低损耗光纤研制成功,但市场需求不足,超低损耗光纤仅用于海底通信等对损耗要求极高的领域。2008年,康宁率先推出商用且满足G.652规范的的超低损耗光纤——SMF-28 ULL,与普通光纤工艺不同,康宁借鉴了海底光纤技术,采用纯硅芯工艺,在纤芯区采用纯二氧化硅、包层掺氟,最大限度降低本征衰耗,衰耗低于0.168dB/km,同时符合G.652光纤标准,与现网兼容。
  海缆等特种光纤一直是我国光纤产业链的薄弱环节,中天、亨通、通光等海缆厂商一直向康宁、日本住友、藤仓等领先企业进口海底光纤,对于纯硅芯工艺的积累为零。直至最近,长飞方始研发出实验室超低损耗光纤样品,但距离产业化尚有不少距离。
  2011年,国家电网在“电力天路”青藏直流联网工程中,将康宁超低损耗光纤应用于其中最长跨段——唐古拉山口沱沱河至安多段,实现了海拔5000米、全长300多公里无电中继,是目前国内高海拔、高寒环境下最长的无中继光纤通信系统;也是在2011年,阿联酋通信服务供应商Du公司采用康宁超低损耗光纤连接阿联酋全部7个酋长国,并且跨越复杂的沙漠地形,直接连接到沙特阿拉伯网络。
  两年来,超低损耗光纤系统运行稳定,为运营商大幅降低了建设成本,并免于复杂地形的运行、维护成本,陆续得到业内认可。
  超低损耗光纤已经登上舞台,留给国内厂商的响应时间已经不多了。
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