城域网中光纤光缆的探讨

       摘 要 城域网的建设是今后光纤网络建设的一个热
点，根据城域网的特点和系统技术要求选择光纤光缆是网络设计
的重要组成部分。本文根据城域网的特点和需求，对市场上现有
的光纤光缆做了详细的分析和探讨，提出了城域网规划中光纤光
缆选择的原则和具体的建议。
　　关键词 城域网 CWDM 光纤光缆 光纤带
　　城域网是以宽带光传输为开放平台，通过各类网关实现话
音、数据、图像、多媒体、IP接入等业务和各种增值业务及智能
业务，并与各运营商长途网互通的本市（地）综合业务网络。是
连接城市政府机关、厂矿、教育科研等企事业单位、公司和家庭
用户的宽带接入网以及和国外连接的Internet高速接口。作为数
据骨干网和长途电话网在城域范围内的延伸覆盖，城域网承担着集团用户、商用大楼、智能小区的业务接
入和电路出租任务，具有覆盖面广、投资量大、接入技术多样、接入方式灵活的特点。 同长途骨干网相
比, 城域网面临更加复杂多变的业务环境,它要直接支持大用户,需要频繁的业务量疏导和带宽管理能力。
但其传输距离却短得多,通常只有50～80km, 因而很少应用光纤放大器,光纤色散也不是问题。那么,在这样
的应用环境下要最经济有效地流通业务,科学合理地选择光纤光缆是城域网设计中重要的一环。
　　1 城域网规划设计的一般原则
　　目前， 在城域网规划中根据城市规模大多划分为核心层、汇聚层及接入层三个平面，每个层面完成不
同的功能。核心层面多用于实现城域传输网与骨干传输网及数据网的互连转发及本城域网内大颗粒的业务
调度，其网络结构应相对稳定，高可靠性、大容量的业务调度能力及传输能力是其关键特性。 汇聚层负责
一定区域内多业务的汇聚及疏导，用于扩大核心层节点的业务覆盖范围，强大的多业务调度及汇聚、处理
能力是其节点设备的特点。接入层负责各接入点业务的传输，提供细颗粒业务的传送、调度及处理。目
前，城域传输网的接入层面越来越靠近用户，业务量小且呈现出多样性的特点，因此多样化的接口和协议
处理能力、良好的网络可扩展性是接入层节点设备的关键特性， 在接入层面与相关的接入技术相配合，可
选用多种技术，如用MSTP提供统一的传输业务平台就是一种良好的选择。据城域网的结构和需求， 城域网
规划一般应遵循下列原则：以业务驱动传输网络建设，既要保持与原有网络的兼容并存，又要考虑到业务
接入的多样性和网络的可持续演进；以先进且成熟的技术提升网络的竞争力，充分保证业务传送的效率和
业务调度的灵活性， 网络构架安全合理、层次清晰；网络整体规划，分布实施，分层建设，适度超前；要
有统一网管，与现有的网络要易于互联互通，保证网络的可运营、可维护。按照城域网规划设计的一般原
则， 城域网规划设计中光纤光缆选型和组网一般应符合以下要求: 光纤、 光缆选型和设计应满足特定时
期通信业务的需求，并满足城域网未来发展的需求。要以先进且成熟的光纤光缆技术提升网络的竞争力；
按网络整体规划，分布实施，分层建设，适度超前的要求；把着眼点要放在需求上，综合考虑业务量、地
理环境、应用场合、网络结构和技术等因素。力求选用的光纤、光缆既能满足近期的业务量的需求，又能
兼顾到中、长期业务发展的需求。以下主要对市场上各种光纤在城域网中的应用做一些探讨，根据城域网
规划设计的要求对一些新型光纤光缆的选择提出一些具体的建议。
　　2 早期光纤的应用
　　光通信的序幕是从多模光纤和长寿命的激光器的研究拉开的。随后50mm和62.5mm多模光纤雄踞市场多
时，主要因为早年在光纤上运行的应用传输距离有限，带宽需求未达巅峰；加上62.5mm光纤产量与日俱
增，成本随之下降，加快了普及速度。但随着网络速率的上升和带宽需求成级数的增长，多模光纤由于衰
减大，模间色散的影响，已经不能满足大带宽，超高速网络的需求，一般仅使用在LAN（本地网络）和校园
网中，在城域网中，一般不再使用。单模光纤由于自身良好的性能在市场上逐渐占据主导地位。而且随着
光通信的发展而不断更新换代，产品的性能因此不断提高。早期生产的一些单模光纤如非色散位移单模光
纤G.652A和B在性能上已无法与目前新型产品相抗衡，但鉴于上述光纤光缆在网络中的应用极为广泛，其价
格优势和兼容性使得这类光纤仍有市场空间。在城域网汇聚和接入层上，对光纤传输性能要求相对较低，
可以考虑采用此类光纤以降低投资成本。
　　2.1 G.652A、B单模光纤
　　G.652A光纤一般只能支持2.5Gbit/s及其以下速率的单信道SDH传输系统，对缆内光纤的PMD系数不作要
求。 G.652B光纤可以支持10Gbit/s速率的传输系统和某些40Gbit/s的应用。一般要求缆内光纤的PMD系数
小于0.5ps/km1/2。 G.652A、B单模光纤在C波段1530～1565nm和L波段1565～1625nm的色散较大，一般为17
～22ps/nm·km，系统速率达到2.5Gbit/s以上时，需要进行色散补偿，在10Gbit/s时系统色散补偿成本较
大，它是目前传输网中最为普遍的一种光纤。 在城域范围内的本地网中，不适于采用G.652A、B光纤组成1
0Gbit/s全光传输网络。仅能够用于短距离高速传输。但其极低的价格可以让运营商在城域网短距离的光纤
敷设中极大的降低成本。
　　2.2 G.653色散位移光纤
　　G.653色散位移光纤在C波段和L波段的色散一般为-1～3.5ps/nm·km，在1550nm是零色散，系统速率可
达到20Gbit/s和40Gbit/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM
扩容时，会出现非线性效应，导致信号串扰，产生四波混频FWM，因此不适合采用DWDM，故G.652C难以满足
城域网带宽不断增加和和速率高的要求。城域网的典型距离一般小于80km，因此很少使用光放大器， 所以
光纤的群速度色散并不是主要的限制条件。较为重要的是，城域网通常要求支持大量终端用户并且倾向于
频率带宽的不断增加以及加强管理能力，减少增减业务的成本。实现这一要求的办法之一是将业务分配到
数百个波长上（每个波长采用低、中速率）并采用全光的分路，上下路波长。从这个角度考虑，理想的光
纤应当能够容纳更多的波长。因此在城域网的规划中，首先应该充分了解国际、国内光纤市场情况和各种
光纤特点、性能，在此基础上，根据系统的传输特点对城域网光纤做出合理的选择。为此下面介绍一些近
年来市场上出现的一些新型光纤光缆。
　　3 WDM技术和新型光纤
　　3.1 WDM技术和G.652C
　　根据城域网的特点，传输距离通常不超过100km，因而在长途网中必须使用的外调制器和光放大器不一
定使用。这样波长数的增加和扩展就不再受光放大器的频带的限制，同时就可以使用波长间隔较宽、波长
精度和稳定度较低的光源，合波器，分波器和其他的元器件，使元器件特别是无源器件的成本大幅度下
降，从而使整个城域网系统成本降低。与此同时，随着技术和应用的发展，WDM（波分复用）技术正从长途
传输领域向城域网领域扩展。适用在城域网领域的WDM技术统称为城域WDM技术。城域WDM系统最大的特点就
是成本低，但能满足城域网的要求。这也是城域WDM技术的生命力所在。城域DWDM（密集波分复用）来源于
长途DWDM技术，技术成熟，传输距离远，波长数多（32/40），可以组建比较大的OADM环网（200km）。因
此城域DWDM技术是一项很有前途的长远的城域网解决方案，但目前市场上DWDM系统的价格还是非常高，适
用于城域网的核心层。为了进一步降低城域WDM多业务平台的成本，出现了CWDM(粗波分复用)技术。CWDM系
统的最大优势在于成本更低。主要表现在CWDM系统不需要激光器制冷、波长锁定和精确镀膜等复杂技术，
大大的降低了设备的成本。另一方面CWDM系统波长间隔达20nm之宽，允许波长漂移6.5nm，这样对激光器的
要求就大大降低了，相应的系统功耗就小，可以节约电源备用蓄电池和设计的复杂性，从而降低成本。总
之CWDM是针对边缘网络需求产生的技术，设备体积小，功耗低，更重要的是价格低，相对性价比高，适用
于城域网的接入层，这样可以解决光纤短缺的问题，提高光纤资源的利用效率。届时,网络可以将不同速率
和性质的业务分配给不同的波长,在光路上进行业务量的选路和分插。运营商在竞争区域就可以租用单根光
纤传送多种业务。在这类应用中,开发具有尽可能宽的可用波段的光纤成为关键。目前影响可用波段的主要
因素是1385nm附近的水吸收峰,只要在光纤内部有几个OH离子ppb（parts per billion）就足以导致在1385
nm附近产生几分贝的衰减,使1350～1450nm中约100nm宽的频谱因衰减太高而无法使用。若能设法消除这一
水峰,则光纤的可用频谱可望大大扩展,无水峰光纤就是在这种形势下诞生的。不同公司制造的无水峰光纤
具有不同的名字,根据ITU-T的建议无水峰光纤的编号为G.652C，统一的名称为波长扩展的非色散单模位移
光纤。目前市场上有多家公司的产品，下面以美国朗讯科技公司的无水峰光纤——全波光纤为例进行讲
述。全波光纤采用了一种新的生产工艺,几乎可以完全消除内部的氢氧根（OH）离子,从而可以比较彻底地
消除由之引起的附加水峰衰减。光纤衰减将仅由硅玻璃材料的内部散射损耗决定，在1385nm处的衰减可低
达0.31dB/km。这使光纤的损耗在1310～1600nm都趋于平坦。由于内部已清除了氢氧根， 因而光纤即便暴
露在氢气环境下也不会形成水峰衰减，具有长期的衰减稳定性。除了没有水峰以外,全波光纤与普通的标准
G.652匹配包层光纤一样。然而,由于没有了水峰,光纤可以开放第5个低损传输窗口,从而带来一系列好处：
（1）可用波长范围增加100nm,使光纤可以提供从1280～1625nm的完整传输波段,全部可用波长范围比常规
光纤增加约一半,可复用的波长数大大增加,使得CWDM可以开通16个波长。
（2）在上述波长范围内,光纤的色散仅为1550nm波长区的一半,因而,容易实现高比特率长距离传输。例如
在1400nm波长附近,10Gbit/s速率的信号可以传输200km而无需色散补偿。
（3）可以将不同的业务分配给最适宜的波长传输,改进网络管理。例如可以在1310nm波长区传输模拟图像
信号,在1350～1450nm波长区传输高速信号（高达10Gbit/s）,在1450nm以上波长区传输其他信号。
　　当可用波长范围大大扩展后,容许使用波长间隔较