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5G新基建提速,光通信如何踏浪前行?

据GSA数据,截至7月底,全球38个国家和地区开通了92张5G商用网络,还有126个国家和地区的392家运营商宣布投资部署5G网络。
发布时间:2020-08-12 09:28        来源:通信产业网        作者:高超

在G.652.D光纤仍占市场主流的当下,随着5G新基建的展开,一些新型光纤光缆正在获得市场的青睐。

据GSA数据,截至7月底,全球38个国家和地区开通了92张5G商用网络,还有126个国家和地区的392家运营商宣布投资部署5G网络。

而在中国,截至今年6月,全国共建成开通25万座5G基站。同时有运营商表示,部分地区已经提前完成了今年5G网络部署任务。预计到今年第3季度末,全国300余座城市将开通5G商用网络。

为此,中国移动研究院教授级高级工程师李允博表示,5G建设进入实质阶段,5G网络部署进一步加快,光网络作为5G新基建的重要一环,将给光纤光缆行业带来了新机遇和挑战。

新需求

随着新冠肺炎疫情得到有效控制,以5G、数据中心为代表的新基建正迅速展开,作为网络新基建的重要基础材料,光纤光缆的需求量也逐步提升。但同时,5G新基建也对光纤光缆的性能提出了新的要求。

在5G前传网络层面,中国移动提出了MWDM技术。据介绍,该技术包括AAU彩光模块、AAU侧无源波分复用器、DU侧有源WDM设备,构成统一管控的前传网络。

为进一步扩展MWDM应用场景,满足10km以上链路预算需求,中国移动与产业链合作,开展了新型色散优化光纤的技术研究。李允博表示,因为在5G前传网络长波长区域,G.652.D普通光纤的发送与色散代价(TDP)会超过6db,需要通过优化前传网络的色散来降低TDP。

传统光纤由一个芯层和一个包层组成,而上述新型光纤采用在光纤芯层外增加多层包层的折射率剖面设计,使得光脉冲能量在高折射率和低折射率区均匀分布,降低波导色散。通过理论分析,在1380nm波长处色散<3.5ps/nm/km。

在CWDM系统中,中国移动分别在1271nm、1351nm、1371nm波长和三种不同温度下测试了整个系统的TDP。通过新型光纤验证测试,在不同波长上,尤其是在长波长的不同温度下,TDP均小于0.5db,与G.652.D光纤相比,新型光纤为WDN系统增加至少2.5db的余量。

在骨干网层面,单波400G即将开启,并进入长周期。李允博表示,在建立400G光系统的过程中,光纤是最基础的资源,为了配合400G时代的开启,需要加快G.654.E新型光纤的应用、并完善工程部署规范要求。

事实上,早在2018年,中国移动便组织了G.654.E光缆现网试点测试。结果表明,G.654.E相比G.652.D,链路衰减平均改善约0.02dB/km,光缆自身衰减平均改善约0.02dB/km,与预期一致。此外,G.654.E相比同缆G.652.D,承载的同速率系统OSNR余量均有提升(1.82-2.78dB),入纤功率均有约1dB的提升。

因此,李允博认为,从超高速传输技术发展来看,兼具低非线性效应(大有效面积)和低衰减系数的G.654.E光纤是200G、400G及未来Tbit/s超高速传输技术的首选光纤。

不过,李允博也指出,在实际部署中,为降低光纤损耗,应避免大有效面积超低损新型光纤与传统光纤的混合熔接,采用与新型光纤匹配的跳纤、尾纤和系统,加强现网应用中G.654.E光纤熔接质量管理,编制G.654.E光纤熔接操作手册。

据悉,中国移动正在计划部署新的400G骨干网,通过叠加基于G.654.E光纤为基础,以光交叉为主的新平面,打造高性能的光传输网络。

新产品

随着新需求的出现,光通信行业进入了新产品的发布周期,将一批新型光纤光缆推向市场。

在前不久揭晓的中国移动2020年至2021年普通光缆产品集采中,共有长飞光纤、亨通光电、烽火通信、杭州富通等14家企业中标。其中,长飞光纤以近20%的中标份额成为此次集采的最大赢家,体现了该公司在光通信领域较强的竞争实力。

不过,随着国内光通信厂商产能的提升,以及市场需求增长后劲不足,国内普通光纤光缆市场出现了供过于求的局面,价格战频现。对此,长飞光纤率先转换赛道,推出了一系列新产品,以满足5G新基建过程中出现的新需求。

在诸多新产品中,面向5G前传的色散平坦新型光纤是最大的亮点。据悉,该新型光纤通过优化波导色散,降低1260—1380nm波段色散,使得色散曲线斜率更小。其中在1260nm波长处,新型光纤色散≥-7.5ps/nm/km,G.652.D光纤的色散介于-5.4ps/nm/km和-4ps/nm/km之间;在1380nm处,新型光纤色散 ≤1.8ps/nm/km,G.652.D光纤的色散介于4.9ps/nm/km和6.1ps/nm/km之间。其它关键性能,两者相兼容。

此外,同等条件下,新型光纤至少比G.652.D光纤的传输距离远5km;在同样的传输距离内,使用同样的光模块下,新型光纤可为系统留下更多的维护余量。如果余量相同,新型光纤可以使用成本更低的光模块。

测试结果也表明,新型光纤在CWDM/MWDM系统中的应用,结果和预算一致,全波长的色散代价都能控制在1dB以内。且在不同速率、不同长度以太网系统中的应用,新型光纤可以完全兼容以太网的传输。在100G DSP系统中的应用,新型光纤完全兼容。

与此同时,针对即将全面部署的400G系统,长飞光纤推出了更低衰减系数和更大有效面积的G.654.E光纤。据介绍,该产品已成功应用在三大运营商多个G.654.E干线光缆线路工程项目,并通过现网400G测试,支持未来10年到20年的网络需求,为5G商用成熟之后的网络带宽需求提供了比较优秀的光纤光缆解决方案。

为了应对5G发展带来的管道资源紧张,满足城域网中低衰减的需求,解决工程部署中光纤尾端经常被弯曲导致的传输通道损耗骤增与速率降低问题,长飞光纤推出了200μm的小尺寸光纤——BILL光纤。

而为了满足5G时代云数据中心规模扩大的刚需,长飞公司打造了全系列高品质多模光纤产品,并成功服务东风汽车、京东、中国铁路等客户的数据中心,在国内市场保持份额领先。

随着这些新产品的发布,长飞光纤进一步巩固了其在光通信行业的领先地位。

新未来

5G网络部署的速度正在加快,对光纤光缆等基础材料的性能要求也在提升。光通信行业又将面临新的技术、新的需求和新的挑战。

目前,如何通过多维复用,进一步提升光纤的容量,就是在光通信行业正在探讨的新技术领域之一。

李允博表示,对于光纤而言,波长、模式、纤芯是三个相互独立的维度,可以进行任意的排列组合,实现多个维度的复用,以达到增加可用通道数的目的。传统的WDM系统无论如何拓展使用波段,都仅为一维复用,使用的是单模光纤。

在一维复用的基础上,运营商可以考虑引入少模光纤,进行多模传输。也就是说,在各个模式上均可以独立携带波长信道,当增加模式后,可在模式维度上增加信道数量,此为二维复用。

在二维复用基础上,运营商还可以考虑引入多芯少模光纤,让各个纤芯均可独立携带模式信道,当增加纤芯后,可在纤芯维度上增加信道数量,此为三维复用。

三个维度相互独立,所以不影响各维度上的一维拓展。同时,在已有WDM系统中所使用的各种技术均可平滑迁移到多维复用当中继续使用。这样可以使光纤的容量得到进一步增长。

因此,李允博表示,面向未来5G网络大规模应用,运营商要提前做好G.654.E部署准备。光通信行业,也可以结合5G前传网络需求,进一步探讨新型色散优化光纤的应用可行性,以及空分复用技术在提升光纤容量方面的可行性。

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