G.652和G.655光纤组合应用应注意的问题

0 前言

　　截至2004年底，全国光缆线路总长度达到338.4万km，长途光缆线路长度为64.6万km。其中，绝大部分光缆线路采用了G.652和G.655光纤，仅有极少量的光缆线路采用了G.653光纤。G.652和G.655光纤从开始应用到广泛应用的20多年发展历程中，经过了几代产品的更新换代，现在网上的光缆线路已是几代同堂。因此，在光通信系统组网应用中势必会碰到不同品种、不同品牌、不同年代、不同子类的产品组合在一个网上应用的问题。

1 G.652和G.655光纤技术的演变情况

　　随着通信网络对传输带宽的需求日益剧增，光传输设备的单波长传输速率也从开始应用的低速率，迅速提高到现在的10 Gbit/s，甚至40 Gbit/s，同时对光纤也提出了更高的要求。因此，光通信系统的技术和产品不断更新换代推动了光纤技术的迅速演变和发展，这一点仅从G.652和G.655光纤标准的不断更新就可以得到证明。

1.1 G.652光纤

　　1984年，ITU-T制定了G.652单模光纤光缆的第一个版本，经过1988、1992、1996、2000和2003年的5次修改，又于2005年进行了第6次修改，形成了目前的最新版本（第七版本）。在第六版本中将G.652光纤派生分为G.652A、G.652B、G.652C、G.652D，共4个子类。

　　G.652光纤是最先在网上应用的单模光纤，是通信网中应用最广泛、数量最多的一种光纤。由于G.652光纤开发得较早，因此，产品质量稳定可靠，产品的标准也非常成熟，不管是哪一个厂商生产的光纤，其一致性都比较好。广东电信长途线路局对不同厂商的G.652光纤进行了对接试验，结果表明熔接衰减都比较小。广东省电信工程公司对网上使用的不同厂商、不同时期的光纤色散进行了普遍测试，结果表明，色散值比较稳定，1 550 nm波长的色散基本上都不超过18 ps/（nm·km）。这就为传输网络的规划设计及建设带来极大方便。

1.2 G.655光纤

　　G.655光纤是1994年专门为新一代光放大密集波分复用传输系统设计和制造的新型光纤。1996年，ITU-T制定了G.655非零色散位移单模光纤光缆的特性标准的第一个版本，在短短的几年中，经过2000和2003年2次修改，形成了目前的最新版本（第三版本）。最新的标准将G.655光纤分成G.655A、G.655B、G.655C，共3个子类。

　　G.655光纤是近几年市场需求推动下研制的新产品，相对G.652光纤而言技术标准不十分成熟，考虑到所有厂商的利益，它的模场直径和色散的标准订得比较宽松。不同厂商可以根据各自的工艺和技术制造出满足宽松标准的不同产品，因此，产品具有多样性（不同的有效截面和色散配置），这就给使用者带来了一定的麻烦。

2 光纤组合应用时应注意的问题

2.1 G.652光纤组合应用时应注意的问题

　　G.652光纤的产品一致性非常好，线路维护中可以用不同厂商的产品互相替换使用。但是到目前为止，网上应用的光纤不是单一的G.652光纤，而是有不同时期、不同厂商制造的多种子类光纤。传输网规划设计时会碰到多种子类混合应用的情况，这时应根据构成传输系统中各传输段实际应用的光纤子类，按就低不就高的原则，以G.652A或G.652B的主要技术性能指标进行统一考虑。

　　光纤线路的衰减一般要求进行实地测量，按测量结果进行功率预算。

　　1 550 nm波长的色度色散可以统一按18 ps/（nm·km）进行色散预算。如果是在C+L波段开波分复用系统，其最大波长的色散可以按20 ps/（nm·km）进行色散预算。

2.2 G.655光纤组合应用时应注意的问题

　　不同时期、不同厂商的G.655光纤组合应用的情况和G.652光纤的情况相差较大。例如，G.655光纤的模场直径为（8～11）±0.7　μm，比G.652光纤的模场直径要求宽松了许多；G.655光纤的色散可正可负，最小值可大可小，可以任意配置。各厂商可以根据设备的具体情况和生产技术水平，制定自己产品的主要技术性能指标。有的厂商为争夺市场，不断推出有别于其他厂商的所谓技术亮点（技术参数不同），因此，造成现在网上所用的G.655光纤存在以下问题：

　　a） 不同厂商产品的主要技术参数（模场直径和色散系数）不一样。

　　b） 同一厂商、但不同时期产品的主要技术参数（模场直径和色散系数）不一样。

　　c） 同一厂商、同一时期的不同子类产品的主要技术参数（色度色散和偏振模色散系数）有差异。

　　因此，组网时碰到不同时期、不同厂商的G.655光纤混合应用，或不同时期、同一厂商的产品混合应用，或同一时期、同一厂商的不同子类产品混合应用时，应根据各传输段的实际应用光纤的情况，特别注意以下几个问题：

　　a） 设计中做功率预算时，凡是G.655光纤，无论是大有效截面，还是小有效截面的光纤，都要特别注意设备与线路连接中有一个容易被忽视的衰减问题。目前，光通信设备的光收发器件引出连接件的光纤基本上都采用G.652光纤。由于G.652光纤的技术标准中没有对1 550 nm波长的模场直径做出规定，但通过测试得知G.652光纤在1 500 nm波长的模场直径在10.5 μm左右，比大有效截面的G.655光纤的模场直径还要大许多。就是说设备与线路连接中总会存在一个G.655光纤与G.652光纤连接损耗大的问题。连接损耗的大小将在2.3节中讨论。

　　b） 光缆线路的色度色散通常比较稳定，它不会由于施工或使用环境变化而改变。设计组网时应尽量避免不同色散系数的光纤混用在同一个传输段落，因为，在采用补偿技术时，由于不同光纤的色散斜率不同，会增加补偿技术的难度。但在实际组网中，经常会碰到不同厂商的产品、不同时期建设的光缆在同一个网上应用。由于G.655光纤色散的标准比较宽松，给不同的厂商有许多选择，因此，造成不同厂商、不同时期、不同子类的产品，其色度色散的不一致（同一波长的色散最大值不同、色散斜率不同）。此种情况，最好的解决办法是实地测试。

　　在做长距离高速数字传输通信系统的色度色散预算时，应根据实地测量结果进行。

　　c） 光缆线路的偏振模色散影响因素较多，不仅受光缆本身的影响，也与应用环境有很大关系。通常应该进行实地勘查和PMD测试，根据实测值进行系统设计。

2.3 G.652和G.655光纤混合应用时应注意的问题

　　G.652和G.655光纤混合应用不仅会有2.2节b）款所列的问题，而且还有一个截止波长不同的问题，因此，通常不提倡这二种光纤混合应用的做法。实际上，为了充分利用现有资源，运营商往往要求采用二种光纤混合应用的做法。下面谈几点混合应用中应注意的问题。

2.3.1 功率预算应注意的问题

　　不论G.652和G.655光纤以什么样的方式连接（活连接或熔接），连接损耗都会受到不同模场直径产生的影响。

　　理论上，模场直径差异产生的附加连接损耗可以用式（1）计算。

　　L=-20lg■■+■ （1）

式中：

　　Ma——A光纤的模场直径

　　Mb——B光纤的模场直径

　　例如，A光纤的模场直径为8.4 μm（1 550 nm），B光纤的模场直径为9.7 μm（1 550 nm），根据式（1）可得到理论上的附加连接损耗约为0.09 dB。这个值与接头损耗双向测试值代数和的平均值比较接近。但实际传输的光信号不是从A流向B，就是从B流向A，影响传输的是单一方向的损耗。其单向的损耗要远远大于理论值。笔者曾做过熔接试验，用模场直径为9.6 μm的大有效截面积（72 μm2）和模场直径为8.0 μm的小有效截面积（50 μm2）的G.655光纤分别与G.652光纤（在1 550 nm波长时，其模场直径为10.5 μm，有效截面为85 μm2左右）进行熔接。

　　大有效截面G.655光纤与G.652光纤熔接，1 550 nm波长时，平均熔接损耗为0.58 dB，最大熔接损耗为0.60 dB。

　　小有效截面 G.655光纤与G.652光纤熔接，1 550 nm波长时，平均熔接损耗为1.71 dB，最大熔接损耗为1.89 dB（相当于9 km光纤的衰减）；1 310 nm波长时，平均熔接损耗为2.31 dB，最大熔接损耗为2.42 dB。

　　尽管在光缆线路施工中，接头损耗是以双向测试值代数和的平均值进行统计的，但在实际传输中，这个单向损耗是实实在在存在的，不能被平均掉。

　　从光信号单一方向的传输来看，接头1处光信号从大有效截面的光纤流向小有效截面的光纤，事实上是存在一个大的衰减；而接头2处光信号从小有效截面的光纤流向大有效截面的光纤，此处不会产生增益。OTDR测试的负衰减值，只不过反映该接头处的衰减变化率，并不意味着有增益。最好的情况是没有衰减，即衰减为0。因此，在系统设计功率预算时，应充分注意这个问题。

　　a） 如果G.655光纤线路的衰减是以OTDR测试结果进行设计，则应根据所用G.655光纤的模场直径大小，选择相应的最大值，来扣减功率预算的指标。

　　b） 如果G.655光纤线路的衰减是采用稳定光源和光功率计以直读法测试，由于这种测试的连接方式基本相同，其测试结果已包含了光信号从大有效截面的光纤流向小有效截面的光纤所引起的衰减，因此，系统设计时可直接采用测试结果，不需考虑扣减功率预算的指标。

　　如果采用OTDR以及稳定光源和光功率计两种方法进行测量，将会发现这两种方法的测试结果有较大的差别。

2.3.2 色度色散预算应注意的问题

　　传输系统有可能由不同品种（G.652和G.655）的光缆传输段（光放段）组成。正如前面所说，光缆线路的色度色散通常比较稳定，它不会由于施工或使用环境变化而发生变化。其色度色散预算可按以下几点考虑：

　　a） 凡是由G.652光缆组成的传输段，其1 550 nm波长的色度色散统一按18 ps/（nm·km）考虑，C+L波段的最大波长的色度色散可按20 ps/（nm·km）考虑。

　　b） 凡是能确定所用的G.655光缆是采用哪一个光纤厂商、何时生产的哪个子类的光纤，并能掌握其色散参数的，可按其标称值进行设计，否则只能逐段实地测试，根据测试结果进行设计。

　　c） 根据传输方向相关传输段的每段光缆线路总色散之和，核算色散对传输距离的限制。

2.3.3 偏振模色散预算应注意的问题

　　光缆线路偏振模色散（PMD）的大小，除了与光纤质量和光缆结构内在的原因有决定性的直接关系外，还与光缆在敷设和使用过程中周围环境等因素有关。因此，即使在光缆线路工程竣工资料中已明确记录了竣工时的光纤链路的偏振模色散值，也不能以此数据进行设计，因为光缆线路在运行中会不断地受到外界条件的改变而变化。例如路由的改迁、线路故障的修复或同管道路由上其他线缆的施工而造成光纤线路位置的移动等。因此，光纤传输系统工程设计时，必须做偏振模色散的实地测量，以测量结果进行设计。

　　在传输系统中由于色散的影响，一般来说，当时延差达到一个比特周期的0.3倍时，将引起1 dB的功率损失。而PMD的测量值是一个平均值，偏振摸的瞬时值有可能达到平均值的3倍。这样，为了保证由于PMD的瞬时最大值影响造成功率损失也不超过1 dB，那么，取定PMD平均值造成脉冲展宽必须小于一个比特周期的0.1倍来考虑。因此，在核算偏振模色散对传输距离的制约时，应根据传输系统的最高传输速率，计算其一个比特的周期（T），以及根据实地测量链路的偏振模色散系数（PMDQ），按式（2）计算光纤链路的偏振模色散受限的最大传输距离（D）。

　　D=■■ （2）

2.3.4 关于截止波长应注意的问题

　　截止波长描述的是光纤从多模转变为单模的那一临界波长点。一般光纤的截止波长应该低于系统的工作波长。

　　在ITU建议中，G.652光纤的截止波长应不大于1 260 nm， G.655光纤的截止波长应不大于1 450 nm。就是说，G.652光纤不仅可以单模工作在1 310 nm波长，也可以工作在1 550 nm波长。但G.655光纤却只能单模工作在1 550 nm波长。而不保证在1 330 nm波长能单模工作。

　　正由于上述理由，传输系统设计时，一般应尽可能避免出现G.652和G.655光纤混合组网的情况发生。但由于运营商实际资源的紧缺和市场需求的紧迫，有时是回避不了的，不得不采用G.652和G.655光纤混合组网。凡遇到G.652和G.655光纤混合组网时，应注意以下几个问题：

　　a） G.652和G.655光纤混合组网，是一个应急的过渡措施，在资源条件许可时应进行调整。

　　b） G.652和G.655光纤混合组网时，应强调只在1 550 nm波长工作，系统设计的功率预算、色度色散预算和偏振模色散预算可参照2.3.1~2.3.3条。

　　c） 当无法回避需要在G.652和G.655光纤混合组成的传输网中，实现在1 310 nm波长上传送。例如A、B、C三点原来已有G.652光缆线路，并在1 331 nm波长上开通了STM-4传输系统。因业务发展需要，运营商要求充分利用原有设备，将该系统延伸到D， C、D之间原为G.655光缆线路。

　　由于G.655光纤在1 310 nm波长上不能保证单模工作，如果延伸到D，首先可能会引入一个模式色散，或发生非线性问题，其次是G.655光纤在1 310 nm波长的色度色散可能较大。这两个问题都将使传输系统的性能严重劣化。作为工程设计，如果没有充分的数据去验证其可行，笔者认为不能这样去做。但如果设备厂商愿意提供设备，作为试验项目进行试验还是可以的。建议运营商和设备商进行联合试验，试验成功后再正式用于工程建设中。

3 结束语

　　光缆线路是寿命较长的基础资源，随着时间的推移、市场需求和技术进步的推动，网上的光缆品种势必会越来越多。因此，由不同品种、不同年代、不同厂商、不同子类的光纤光缆产品构成的光纤线路混合组网应用肯定会经常发生。本文只是根据实践体会谈了一点看法，仅作参考。

----《邮电设计技术》

作者：谢桂月 肖军