隨著人與人之間的溝通和交流的越來越便捷，我們正在習慣于生活在一個超級連接的世界中。社交網絡，云計算，視頻播放和3D高清節(jié)目的出現正改變著我們的世界，而這些“帶寬殺手”級的業(yè)務和應用也給各層網絡(從骨干網到接入網)帶來了前所未有的壓力。我們在看到各種智能終端和各種“app”應用繁榮的同時，也需要關注實現世界超連接的物理基礎：光纖。
光纖創(chuàng)新：下一代網絡的基礎
為滿足各種“帶寬殺手”應用的需求，全球各國都通過FTTX等方式部署了高速的寬帶接入網絡，而寬帶接入的快速發(fā)展也對城域和骨干網絡的傳輸容量的提出了更高需求。根據Infonetics做的預測，到2013年底，為滿足對帶寬的需求，40G和100G系統(tǒng)的部署量將會大大增加。對高速率系統(tǒng)而言，光纖的低衰減是一個非常關鍵的參數。此外對部署量超過一半以上的10G速率系統(tǒng)，光纖的低色散特性則是運營商降低網絡成本的重要因素。下面將會詳細探討這些光纖參數對10G或更高速率系統(tǒng)傳輸的影響，以及低偏振模色散(PMD)和低時延特性光纖的應用場景。
高速率系統(tǒng)：低損耗光纖和OSNR挑戰(zhàn)當系統(tǒng)升級到更高速率時，如果采用同樣的信號調制方式，系統(tǒng)速率增加10倍，光信噪比(OSNR)則需要提高10dB。即10G/bs系統(tǒng)升級到100G/bs系統(tǒng)，需要增加額外10dB光信噪比才能保障信號的質量，維持誤碼率不劣化。如何解決OSNR的問題?一方面我們可以從系統(tǒng)設備上想考慮，目前已經開發(fā)出先進的調制模式和數字信號處理芯片(DSP)以及相干檢測技術，能提高系統(tǒng)OSNR(大約5dB)，但對于100G或更高速率系統(tǒng)，以及低成本的非相干的100G系統(tǒng)而言，OSNR預算仍然不夠。我們是否能夠從光纖的角度考慮，通過光纖的技術創(chuàng)新來提供一種低成本，滿足系統(tǒng)OSNR要求的解決方案?
回答這個問題之前，首先討論一下影響系統(tǒng)OSNR的幾個因素。第一，系統(tǒng)的OSNR和入射到光纖的信號光功率成正比，而信號光功率又正比于光纖的有效面積。第二，OSNR反比于系統(tǒng)光纖段的損耗，降低光纖衰減可以減少光纖段的損耗;同樣的跨段損耗，低損耗光纖可以在光放站間傳輸更長距離。綜上所述可以從提高光纖有效面積和降低光纖衰減系數兩個方面來優(yōu)化系統(tǒng)的OSNR。
另外還需要考慮改進光纖的參數需要考慮是否能現有光纖規(guī)范如G.655，G.652規(guī)范兼容的問題。降低光纖的衰減系數不會影響與光纖標準兼容，而增加光纖的有效面積則容易引起與現有的ITU規(guī)范的不兼容。因此需要根據不同應用場景來使用不同類型和屬性的新型光纖。
低損耗光的優(yōu)勢
降低光纖的衰減，可獲得更多的OSNR冗余，因此可以提升網絡的容量和性能，減少支出，提供更穩(wěn)定的網絡。
提供最大傳輸容量
通信系統(tǒng)一般包含發(fā)送設備和接收設備，中間每隔80到100公里左右有信號放大器。系統(tǒng)升級到更高速率，意味著需要更高的OSNR，如果設備上沒辦法提供足夠的OSNR，那么只有通過減少每個跨段的距離或者在系統(tǒng)中增加另外的光電光再生設備來實現，這會需要運營商增加投資成本。如果采用低損耗光纖，為系統(tǒng)留有足夠的OSNR冗余，在將來系統(tǒng)升級到高速率時不需要增加額外投資或減少傳輸距離。下面的兩個測試結果很好的證明了這一點。
康寧在112Gb/s的系統(tǒng)上測試了最新發(fā)布的海底光纖Vascade EX3000，這種光纖具有大有效面積和超低損耗。測試系統(tǒng)共有16個通道，每個跨段100km，只用了EDFA放大器。在如此高速率下傳輸距離達到了7200km，這是類似系統(tǒng)配置下傳輸的最遠距離。這個測試為我們展示了了大有效面積和低損耗為擴展系統(tǒng)傳輸距離所帶來的優(yōu)勢。
卓越的性能
低損耗光纖在骨干網中可以擴展系統(tǒng)傳輸距離，減少EDFA數量，在接入網中可以優(yōu)化中心局的設置，增加用戶覆蓋數目。用低損耗的G655或G.652光纖代替原有光纖部署在傳輸網絡中，低的光纖損耗可以簡化系統(tǒng)，減少放大器的數量，或者同樣速率下可以傳輸更遠的距離，無論哪種方式使得系統(tǒng)更簡單，更有效。
技術穩(wěn)定
再回到骨干網或核心網，低損耗光纖技術可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。當前網絡中大量使用全光交換技術，網絡中插入光交換可能會引入較高的插入損耗，從而影響跨段傳輸的長度和系統(tǒng)鏈路傳輸距離。采用低損耗光纖帶來的OSNR冗余可以彌補插入光交換帶來的損耗，減少由此而產生系統(tǒng)傳輸距離的影響
低色散光纖的應用
Infonetics的研究報告表明，當一些網絡已經運行在40G或100G的速率時，仍然有大量的網絡運行在10G速率。當這些網絡需要擴容或升級時，投入大量資金購買昂貴的相干檢測設備或采用復雜的調制方式并不是一個最有性價比的方案。這種情況下，采用G.655光纖是一個簡化鏈路設計和降低投入的有效方案。
低色散光纖通過減少色散補償模塊(DCM)的方式來簡化系統(tǒng)的方式已經被大家熟悉。以一個560km，10G速率的傳輸鏈路為例，如果使用G.652光纖，需要8個跨段，每個光放站要配置DCM模塊和雙階EDFA放大，以補償CDM模塊引入的插入損耗。如果采用G.655光纖，則可以減少其中5個DCM模塊，而光放站也只需要使用更經濟的單階放大模塊。
低偏振模色散
在長途網絡里面采用低偏振模色散的光纖是大家的一個共識。鏈路的低偏振模色散可以防止未來技術升級時碰到PMD過大而無法開通的問題，如系統(tǒng)升級到高速率或引入其他新的傳輸技術。而且使用低PMD的光纖可以簡化40G的系統(tǒng)，不需要采用復雜的DSP來對PMD進行補償。
長途網絡中時延的重要性
時延是指信號從發(fā)送到接收經歷的時間延遲。這個參數對于金融市場中高頻交易者而言至關重要。高頻交易的金融公司支付了大量金錢，來獲得比競爭對手少幾毫秒獲取交易信息的時間，因為往往這幾毫秒導致的交易損失會對金融市場產生重大影響。通信鏈路的時延和幾個方面的因素有關：電路的信號處理，放大設備，DCM(如果有配置的話)，以及信號沿光纖傳輸的時延，而這直接和鏈路的長度成正比，鏈路越長，時延越大。
考慮以上各因素對時延的相對影響，很明顯對時延影響最大的因素是信號在光纖中的傳輸時間。如果傳輸距離超過10公里，光纖時延是最主要部分。而時延正比于光纖的群折射率，因此降低光纖的群折射率就能減小傳輸時延。相對于傳統(tǒng)的摻鍺的纖芯，純硅纖芯的超低損耗光纖(如康寧SMF-28○RULL和Vascade○REX2000光纖)的群折射率減小了0.4%。看起來這個數字微不足道，但如果信號往返跨越大西洋，純硅光纖有150us的時延優(yōu)勢，這對于倫敦和紐約兩地的股票交易所得交易者而言已經非常具有吸引力了。
通信業(yè)正在處在一個超級連接世界，這大部分歸功于寬帶接入技術。寬帶接入的發(fā)展也推動了對接入，城域和骨干網的容量需求。創(chuàng)新是這個超級連接世界的重要推動力，具體到光纖的未來發(fā)展，光纖的損耗(衰減)，色散，PMD和時延是最重要的方面。創(chuàng)新一直以來都是康寧最重要的價值觀之一，通過創(chuàng)新康寧提供了滿足下一代網絡發(fā)展要求的低損耗技術并結合PMD，色散，時延的特性。這些新型光纖有助于節(jié)約投資，提升網絡性能，幫助最終實現全世界的超級連接。