什么是G.654.E光纤？适合使用在什么场景？
1 概述
通信技术的发展日新月异，光纤通信中单芯容量也以每3～5年翻一番的速度在快速增长，但通信用光纤的主要类型及光纤的主要传输指标多年却没有大的变化，譬如，当前广泛使用的G.652D光纤，使用已经有近20年的历史。
近几年，在部分长途干线中开始使用一种新型的G.654E光纤，并取得了较好的使用效果。那么，什么是G.654E光纤？G.654E光纤会不会取代传统的G.652D光纤呢？
2 G.654光纤发展史
上世纪80年代中期，为了满足海底光缆长距离通信的需求，开发了一种应用于1550nm波长的纯石英纤芯单模光纤，它在该波长附近上的衰减比G.652光纤要低10%以上。这种光纤被定义为G.654光纤，其时的名称是“1550nm波长衰减最小单模光纤”。
到了90年代，WDM技术开始在海底光通信系统中使用。WDM技术使一根光纤中同时传输数十条甚至上百条光波道，并且随着光纤放大器的使用，大功率的多波长光信号被耦合进一根光纤，聚集在很小的界面上，光纤开始表现出非线性特性。由于光纤的非线性效应，当入纤光功率超过一定值时，系统的传输性能会随着入纤光功率的增加而逐渐下降。
光纤的非线性效应与光纤纤芯的光功率密度有关，在入纤光功率不变时，通过增大光纤的有效面积，降低纤芯的光功率密度，可降低非线性效应对传输性能的影响。因此，G.654光纤开始在增大有效面积上做起了文章。
光纤有效面积的增加会导致截止波长的增大，但截止波长的增加必须加以控制，以免影响光纤在C波段（1530nm～1565nm）的使用；所以，G.654光纤的截止波长定在1530nm。2000年，ITU在对G.654光纤标准修订时，将名称修改为“截止波长位移单模光纤”。
至此，G.654光纤具备了低衰减和大有效面积2个特征。之后，用于海缆通信的G.654光纤也主要围绕衰减和有效面积作优化，并逐渐发展成了A/B/C/D四个子类。
3 G.654E光纤的特征
陆地干线传输线路中的光纤类型以G.652D为主，随着WDM系统单载波速率超过100G，光纤的非线性效应对传输性能的影响愈加严重，科研人员很自然地想把G.654光纤移植到陆地长途干线传输系统中使用。
相对于海底使用，陆地用G.654光纤的宏弯损耗要求要严格得多（宏弯损耗与G.652D一致），而对光纤的有效面积、衰减指标则要比海底用要求宽泛，这样就形成了G.654E光纤的标准。G.654光纤各个子类的主要传输指标差异见下表。
| 类别 |
ITU-T G.654 |
|||||
| A |
B |
C |
D |
E |
||
| 应用场景 |
海缆 |
陆缆 |
||||
| 模场直径@1550nm(μm) |
9.5～10.5 （±0.7） |
9.5～13.0 （±0.7） |
9.5～10.5 （±0.7） |
11.5～15.0 （±0.7） |
11.5～12.5 （±0.7） |
|
| 1550nm衰减系数最大值(dB/km) |
0.22 |
0.20 |
0.23 |
|||
| 宏弯 |
R30mm-100圈@1625nm(dB) |
≤0.5 |
≤2 |
≤0.1 |
||
| PMD系数最大值（ps/km1/2） |
0.5 |
0.2 |
||||
| 色散 |
1550nm色散系数 （ps/nm*km） |
≤20 |
≤22 |
≤20 |
≤23 |
17～23 |
| 1550nm色散斜率 （ps/nm2*km） |
≤0.07 |
0.05～0.07 |
||||
4 G.654E相比G.652D的优缺点
（1）G.654E光纤的优点
单载波超100G的WDM系统，随着单载波速率的提升，系统的OSNR容限要求越高。OSNR与入纤光功率、光放段的衰减等因素有关。G.654E光纤的大有效面积、低衰减特性，能有效提升OSNR。
G.654E光纤有效面积主要分110 um2(A110)和130 um2(A130)两种，2015～2018年间国内建设的干线线路使用了A110和A130两种光纤，2018年之后建设的干线线路只采用了A130光纤。G.654E(A130)光纤的有效面积比G.652D(A80)光纤增加了约47%，在非线性效应不变的情况下，最佳入纤光功率可提升1.7dB左右。
G.654E光纤的衰减典型值要比G.652D光纤低约0.02dB/km，一个80km长的光放段，采用G.654E光纤的衰减要比G.652D光纤低约1.6dB。
由于陆地干线传输系统中光放站的位置往往是确定的，入纤光功率的提升和光纤衰减的降低并不能明显减少光放站的数量。在光放站设置基本不变的情况下，G.654E光纤相比G.652光纤，OSNR可提升3dB左右。
（2）G.654E光纤的缺点
G.654E光纤的截止波长为1530nm，这就限制了G.654E光纤在1530nm以下波长的使用。当前，城域网中单光模块超100G的传输系统多工作在1310nm波长附近（O波段），如5G回传的核心层、汇聚层系统，所以，G.654E光纤并不适合在城域网中使用。
G.654E光纤的市场规模远不能与G.652D光纤相比，这也导致了G.654E光纤的价格居高不下。当前，G.654E裸纤的单价约为G.552D光纤的10倍。
5 G.654E光纤的使用场景
当前，各运营商在省际、省内干线建设的光缆中，使用G.654E光纤的光缆皮长近15000公里，使用效果与上文的分析基本相符。这足以说明，G.654E光纤在省际干线中使用的必要性。
相比省际干线，省内干线的单载波速率通常较低、复用段内光放段的数量要低得多，系统对OSNR的容限要求相应较低，所以，省干线路中采用G.654E光纤的必要性并不高，建议采用G.652D低损光纤（裸纤单价约为普通G.652D的1.5倍）。不过，若G.654E光纤不应用到省内干线，受制于规模效应，价格居高不下的局面恐难以改变。
城域网中，有些光传输系统使用的波长处于G.654E光纤的截止波长范围内，故G.654E光纤不适合在城域传输中使用。
图/文：老丁头； 审阅：沈家明 齐尚波
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