長(zhǎng)飛何珍寶：高端多模光纖前景光明

　　ICCSZ訊（編輯：Debi）日前在“2013光纖通信發(fā)展報(bào)告會(huì)”上，長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司研發(fā)副總經(jīng)理何珍寶發(fā)表了題為《支撐下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新型光纖技術(shù)》的演講，何總認(rèn)為高端多模光纖前景光明。

　　大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)下一代光纖傳輸網(wǎng)要求更高

　　隨著高清電視、TB級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備、千萬(wàn)像素?cái)?shù)碼相機(jī)、大容量的智能手機(jī)以及便攜式多媒體播放器的大量涌現(xiàn)，給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了海嘯般數(shù)據(jù)的沖擊，人們迎來(lái)了大數(shù)據(jù)時(shí)代。而突發(fā)大數(shù)據(jù)的傳輸需要更大的帶寬和更高的傳輸速率，對(duì)下一代光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求：更高的傳輸速率，更大的傳輸容量，更低的傳輸成本。

　　光纖通信傳輸系統(tǒng)已經(jīng)由20世紀(jì)70年代中期第一個(gè)商用通信系統(tǒng)45Mbps的傳輸速率發(fā)展到如今102.3Tbps的傳輸速率，花了40年時(shí)間，傳輸速率增長(zhǎng)近220萬(wàn)倍!年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)40%。移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)由20世紀(jì)70年代末期的1G發(fā)展到現(xiàn)在的4G：傳輸速率由2.4kbit/s發(fā)展到100Mbps，35年傳輸速率增長(zhǎng)4萬(wàn)倍!年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)35%。以太網(wǎng)傳輸速率從90年代初10Mbps，發(fā)展到今天40Gbps，25年時(shí)間增長(zhǎng)了4000倍!年復(fù)合增長(zhǎng)率接近40%

　　此外，移動(dòng)終端為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)持續(xù)高速增長(zhǎng)數(shù)據(jù)流量，同時(shí)也給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了數(shù)據(jù)海嘯的沖擊!據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)報(bào)告，從2010年到2015年，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將從0.24EB/月增加到6.3EB/月，增加26倍，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)92%，年年翻番!“數(shù)字洪流”已經(jīng)來(lái)臨!

　　云計(jì)算也在快速發(fā)展。云計(jì)算應(yīng)用將以政府、電信、教育、醫(yī)療、金融、石油石化和電力等行業(yè)為重點(diǎn)，在中國(guó)市場(chǎng)逐步被越來(lái)越多的企業(yè)和機(jī)構(gòu)采用，市場(chǎng)規(guī)模急劇增長(zhǎng)。賽迪顧問(wèn)發(fā)布數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，2011年中國(guó)云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模為288.23億元，同比增長(zhǎng)72.3%;2013年將達(dá)到1174.12億元，2010年到2013年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)91.5%。

　　數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)也在快速增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)行業(yè)咨詢網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)，2010年數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品銷(xiāo)售規(guī)模達(dá)到841.4 億元，比2009年同期增長(zhǎng)18.2%，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)到2015年整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1800 億元以上。

　　移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)同樣也在推動(dòng)著光纖光纜市場(chǎng)的快速發(fā)展。據(jù)長(zhǎng)飛公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2002年到2012年的十年中，中國(guó)光纖市場(chǎng)需求量增長(zhǎng)了14倍，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到30%，市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速。在這10年中，光纖需求出現(xiàn)大的增長(zhǎng)，幾乎都與中國(guó)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)緊密相關(guān)!

　　2006年由于2G至2.5G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造，導(dǎo)致中國(guó)市場(chǎng)光纖需求增長(zhǎng)了117%!此后2007與2008年仍然保持著21%和40%的快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2009年，國(guó)家為刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)發(fā)放了3G牌照，三大運(yùn)營(yíng)商正式啟動(dòng)3G建設(shè)!從而導(dǎo)致了光纖需求又一次快速增長(zhǎng)，2009年比2008年增長(zhǎng)了73%!2010到2012年仍然保持著6%、27%和20%的穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

　　光纖通信系統(tǒng)傳輸速率增速卻在放緩!光纖通信技術(shù)在持續(xù)發(fā)展，但瓶頸顯現(xiàn)：傳輸速率持續(xù)快速增長(zhǎng)，增速放緩!最近十年，由于缺乏突破性新技術(shù)，傳輸速率的增長(zhǎng)已經(jīng)降到了20%，已經(jīng)遠(yuǎn)低于傳輸容量年增長(zhǎng)速率(超過(guò)40%)。單根光纖傳輸容量已經(jīng)接近香農(nóng)極限，所以需要尋找光纖傳輸容量突破方向。

　　空分復(fù)用技術(shù)——無(wú)奈的選擇

　　由于新的光纖中繼放大器技術(shù)一直未能取得突破，目前僅僅能夠使用光纖的工作波長(zhǎng)帶寬為95nm(1530nm~1625nm)，大約為可利用的光纖工作波長(zhǎng)帶寬的四分之一強(qiáng)。按照此波長(zhǎng)帶寬計(jì)算，單根光纖的傳輸容量的香農(nóng)極限大約為100Tbps，而我們的傳輸速率已經(jīng)接近香農(nóng)極限。

　　如果沒(méi)有找到新的技術(shù)，按照目前的趨勢(shì)，到2020年光纖網(wǎng)絡(luò)容量將出現(xiàn)飽和，互聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量將超過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)信息傳輸容量。匪夷所思，我們現(xiàn)代化城市中所苦惱的交通堵塞也會(huì)發(fā)生在信息高速通路上!我們?cè)鯓訑[脫這種危機(jī)?答案是無(wú)奈的，空分復(fù)用技術(shù)將可能是我們被迫的選擇!

　　回顧光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展歷程，在每次傳輸技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)瓶頸時(shí)，復(fù)用技術(shù)都能很好地幫助渡過(guò)難關(guān)。時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)大幅度地提高了單信道的傳輸速率;波分復(fù)用(WDM)大幅度地提高了光纖帶寬的利用率;極化復(fù)用(PDM)技術(shù)大幅度地提高了光纖色散冗余極限問(wèn)題;空分復(fù)用技術(shù)實(shí)際上不是解決光纖問(wèn)題，而是解決光纜尺寸大的問(wèn)題，解決管道資源緊缺的問(wèn)題，解決光纖通信系統(tǒng)成本高的問(wèn)題。

　　空分復(fù)用技術(shù)有三種實(shí)現(xiàn)形式：少模光纖、多芯單模光纖、多芯少模光纖。少模光纖特點(diǎn)

　　在中短距離傳輸中模間色散對(duì)系統(tǒng)影響很小，而且插損影響小，在傳輸過(guò)程中不同模式的間耦合影響很小。由于少模光纖有效面積比單模光纖更大，因此對(duì)非線性抵制能力更好。而且少模光纖在制造上較容易實(shí)現(xiàn)，測(cè)試和應(yīng)用技術(shù)較為成熟，但采用少模光纖實(shí)現(xiàn)的容量提供相比于G.652光纖并沒(méi)有驚人的提高。

　　空分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式之二——多芯光纖多芯光纖并非是一個(gè)新概念，早期在醫(yī)療和激光領(lǐng)域中光纖束 和光纖傳像束等屬于多芯光纖概念。多芯光纖在長(zhǎng)距離傳輸中各個(gè)芯子之間的串?dāng)_對(duì)系統(tǒng)傳輸影響很小;每個(gè)光纖芯子的剖面設(shè)計(jì)可以兼容大有效面積和超低損耗性能;傳輸容量非常容易擴(kuò)大，基于7芯光纖傳輸實(shí)驗(yàn)顯示，傳輸容量可到幾百Tbps。多芯光纖的方案實(shí)現(xiàn)了單根光纖1Pbps的信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)，突破了香農(nóng)極限;多芯光纖在制造難度、測(cè)試難度、接續(xù)難度和施工難度上比少模光纖要大得多。

　　相比于多根單模光纖的傳輸，多芯光纖具有優(yōu)勢(shì)三大優(yōu)勢(shì)——光纜小型化、工簡(jiǎn)單化、成本下降。

　　相比于多根單模光纖的傳輸，多芯光纖傳輸需要解決的問(wèn)題連接問(wèn)題：近年來(lái)出現(xiàn)的多芯光纖自動(dòng)熔接方案表明多芯光纖的自動(dòng)化熔接是可行的， 但是工程化還需要等待一段時(shí)間;器件兼容問(wèn)題：多芯光纖系統(tǒng)存在EDFA和OADM等器件的兼容問(wèn)題; 最近出現(xiàn)了直接采用多芯摻鉺光纖放大器的方案和基于多芯光纖的ROADM設(shè)備方案， 這些研究將進(jìn)一步推動(dòng)多芯光纖的工程化應(yīng)用。光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)問(wèn)題：在光傳輸網(wǎng)中，一般需要實(shí)現(xiàn)N：1的光纖自動(dòng)倒換保護(hù)。采用多芯光纖結(jié)構(gòu)，由于這些光纖是一通俱通，一斷俱斷，因此必須安排其它光纖作為自動(dòng)倒換保護(hù)光纖，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)帶來(lái)不利因素。

　　在帶寬需求不斷快速增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)下，100Gbps開(kāi)始走向規(guī)模商用，預(yù)計(jì)400Gbps或1Tbps等超100Gbps技術(shù)將于2016年后步入規(guī)模商用，但光纖非線性效應(yīng)成為制約超100Gbps傳輸系統(tǒng)發(fā)展的最重要因素。光纖非線性效應(yīng)不管是克爾效應(yīng)還是受激散射效應(yīng)都與光功率密度相關(guān)，超100Gbps系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)更大的系統(tǒng)容量通常采用更密集的光載波和高階碼光調(diào)制。

　　由于更密集的光載波意味著更大的非線性損傷，而且高階調(diào)制對(duì)非線性引入的噪聲更敏感，超100Gbps系統(tǒng)的非線性損傷對(duì)系統(tǒng)性能影響較100Gbps系統(tǒng)嚴(yán)重得多。

　　如為減小非線性損傷而降低每載波的光功率，那么對(duì)于同樣的光纖鏈路超100Gbps系統(tǒng)所能達(dá)到OSNR會(huì)更低，無(wú)電中繼傳輸距離被縮短，從而不能滿足系統(tǒng)應(yīng)用要求。因此光纖的非線性是超100Gbps系統(tǒng)中不得不重點(diǎn)突破的技術(shù)難題。研究表明超100Gbps系統(tǒng)增大光纖的有效面積可以降低光纖的非線性效應(yīng)。

　　高端多模光纖將成大勢(shì)所趨 前景光明

　　高端多模光纖 40/100G以太網(wǎng)將成為趨勢(shì)

　　高端多模光纖解決方案成本優(yōu)勢(shì)明顯

　　高端多模光纖OM3/OM4在高速網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)勢(shì)明顯

　　高端多模光纖技術(shù)優(yōu)勢(shì)也很明顯。高傳輸速率系統(tǒng)對(duì)光源提出更高的要求，廉價(jià)的LED光源已經(jīng)不能滿足高速多模傳輸系統(tǒng)要求;高速率多模傳輸系統(tǒng)的光源為激光(laser)光源。

　　高端多模光纖OM3/OM4等可以滿足10Gbps/40Gbps傳輸系統(tǒng)的要求;傳輸距離可超300m/150m。

　　高端多模光纖市場(chǎng)趨勢(shì)顯著

　　高端多模光纖市場(chǎng)占比快速擴(kuò)大

　　隨著數(shù)據(jù)中心傳輸速率不斷增高和數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，作為低成本方案的高端多模光纖傳輸系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心得到廣泛應(yīng)用，高端多模光纖市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。

　　中國(guó)的4G牌照的發(fā)放，第五代移動(dòng)通信5G的信息已經(jīng)撲面而來(lái)，歐洲電信已經(jīng)確定2020年將實(shí)現(xiàn)5G商用。接入速率高達(dá)1Gbps的5G基站將使用什么樣的光纖解決方案?低成本方案的高端多模光纖傳輸系統(tǒng)有可能充當(dāng)主要角色，高端多模光纖前景可期。

　　多模光纖的光纜以緊套為主，而作為OM3/OM4的普通50μm光纖，其抗彎曲性能欠佳，因而抗彎曲的OM3/OM4光纖可提高光纜客戶和終端用戶的支付意愿(WTP)，前景更為看好。

　　多模光纖的帶寬不斷得到突破：采用PCVD工藝已經(jīng)在生產(chǎn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了10000MHz.km以上的帶寬; 科研人員已經(jīng)成功在400多米的多模光纖上進(jìn)行了40Gb/s的傳輸，將傳輸距離增加了1.5倍多;

　　伴隨著傳輸速率的日益提高，傳輸設(shè)備的電子瓶頸開(kāi)始顯現(xiàn)，硅光子時(shí)代的逐步到來(lái)，高端多模光纖將在消費(fèi)電子(AOC)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，高端多模光纖將展開(kāi)新的篇章。