韋樂平:應加強超低損耗光纖的研發(fā)與發(fā)展

        雖然在中國締造了全球最大的光纖光纜產(chǎn)業(yè)基地，但產(chǎn)業(yè)鏈廠商并沒有看得更遠。日前，中國電信科技委主任韋樂平在談及下一代傳送網(wǎng)時感慨：“國內(nèi)光纖光纜企業(yè)，思維太落后。”

        光纖“服役”年限普遍為20年，今天的光纖要考慮到今后20年的網(wǎng)絡需求，基于這一考慮，中國電信希望能抓緊商用“超低損耗光纖”(Ultra Low Loss，ULL)，但遺憾的是：國內(nèi)光纖光纜企業(yè)無法提供這一產(chǎn)品，甚至連“嘗試推出”的想法都欠奉。

        在韋樂平看來，國內(nèi)光纖光纜企業(yè)沒有長遠規(guī)劃，但中電信卻不能不考慮。

干線更新的前瞻性

        上世紀90年代敷設(shè)的“八縱八橫”骨干網(wǎng)如今臨近“退役”，新一輪的光纖網(wǎng)絡建設(shè)已經(jīng)開啟。然而，光纖的服役環(huán)境已發(fā)生變化。韋樂平介紹，未來5到10年，僅省際干線更新量就高達4萬多公里。

        光纖作為基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，極具“不動產(chǎn)”性質(zhì)：一次到位、難以改動，需要考慮其壽命期內(nèi)所有潛在的網(wǎng)絡需求；并且，對現(xiàn)有的機房、再生站、供電系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的適應性要求，盡量少變動這些基礎(chǔ)設(shè)施。新一輪骨干光纖的選用，考驗著運營商的前瞻性。畢竟，如果兩個網(wǎng)絡節(jié)點的距離大于未來系統(tǒng)傳送距離，運營商可能不得不新建再生站來維持傳輸需求。運營商需要盡量避免這一情況的出現(xiàn)。

        2013年，隨著三大運營商陸續(xù)啟動100G集采，骨干網(wǎng)全面進入100G時代。韋樂平根據(jù)目前的流量趨勢判斷：到2017年，中國電信骨干網(wǎng)最大截面帶寬約為38T，需要5個100G系統(tǒng)，“屆時，400G將是更合適的選擇。”400G的來臨，還有不到5年。

        今天敷設(shè)的、擁有20年生命周期的光纖，必須考慮到100G、400G、1T乃至更高容量光通信系統(tǒng)的傳輸需求。但在同樣光纖環(huán)境下，系統(tǒng)容量越高、傳輸距離越短：400G的傳輸距離約為100G的1/3。解決問題的辦法就是采用損耗更低的光纖。韋樂平分析：“相干通信的采用，使得制約速率的關(guān)鍵不再是CD、PMD，而是非線性和損耗。”

        目前，業(yè)內(nèi)根據(jù)光纖損耗，把光纖大致分為普通光纖、低損耗光纖、超低損耗光纖三類，其中，普通光纖衰減為0.20dB/km左右，低損耗光纖、超低損耗光纖的衰減分別小于0.185dB/km、0.170dB/km。目前，業(yè)內(nèi)僅康寧公司可以提供商用的超低損耗光纖，2010年，華為、康寧曾在超低損耗光纖上首次實現(xiàn)了100G系統(tǒng)的3000公里傳輸。

        相比于普通光纖，低損耗、超低損耗光纖可分別減少跨段損耗2dB、3dB。“如果把3dB折合成跨段數(shù)，相當于后者翻倍，也就是總傳輸距離提升100%。”韋樂平稱，即便是跨段數(shù)不變，也能帶來每跨段提升17%的距離，總傳輸距離也提升了17%，“現(xiàn)在，已經(jīng)沒有任何一項技術(shù)能給運營商帶來這樣可觀的技術(shù)收益了。”

超低損耗的“收益”

        傳輸距離的提升，意味著系統(tǒng)再生站的減少，減少每一個再生站都意味著數(shù)千萬元人民幣的投資。“從100G之后，系統(tǒng)容量越高，低損耗、超低損耗光纖能節(jié)約的再生站數(shù)量越多。”韋樂平統(tǒng)計，400G時代，相比于普通光纖，低損耗光纖可減少20%的400G再生站；而超低損耗光纖可以減少40%。隨著光通信的發(fā)展，超低損耗光纖帶來的成本優(yōu)勢會越來越明顯。

        2012年下半年，中國電信北京研究院啟動大型網(wǎng)絡模擬計算結(jié)果，在目前全國網(wǎng)絡架構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合流量發(fā)展、網(wǎng)絡更新趨勢，假設(shè)骨干網(wǎng)10年內(nèi)需要新建5萬公里的超高速傳輸系統(tǒng)。模擬計算普通、低損耗、超低損耗光纖的網(wǎng)絡總成本。

        模擬分析給出的結(jié)論十分明顯：相比于普通光纖，低損耗光纖的光纜工程成本增加不到1%，但由于衰減降低帶來的系統(tǒng)站點的減少，總傳輸系統(tǒng)成本降低了約10%，節(jié)約10億元；超低損耗光纖價格是普通光纖的3倍，但考慮到光纜成本、人工成本占大頭，且保持不變，總光纜成本提升10%，但再生站明顯減少，光傳輸系統(tǒng)總成本降低了月25%，節(jié)約25億元。

        “這還只計算了中國電信，如果考慮到聯(lián)通、移動，那帶來的改變該有多少?”韋樂平分析：“低損耗光纖在成本增加極少的情況下，減少系統(tǒng)總成本，優(yōu)勢明顯，近期可以采用。”根據(jù)這一結(jié)論，2013年中國電信聲明：今后骨干網(wǎng)光纜建設(shè)采購將全部采用兼容G.652D標準的低損耗光纖。

        據(jù)統(tǒng)計，目前康寧、富通、長飛、烽火已經(jīng)基本實現(xiàn)低損耗光纖的規(guī)模化生產(chǎn)，年產(chǎn)能分別為800、300、300、500萬纖芯公里，基本滿足中國電信骨干網(wǎng)需求。

        相比于低損耗光纖，超低損耗光纖的成本優(yōu)勢更為突出。但是，全球光纖廠商中僅康寧可以提供超低損耗光纖的商用產(chǎn)品，已經(jīng)習慣于“主導產(chǎn)業(yè)鏈”的運營商不習慣自己的供貨商名單太過單薄，這會有“產(chǎn)業(yè)鏈風險”。

        為了推動超低損耗光纖產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，韋樂平赴多家國內(nèi)光纖廠商“商談”，但結(jié)果令韋樂平大失所望：從事無源產(chǎn)業(yè)的光纖廠商，已經(jīng)習慣于規(guī)模化發(fā)展，他們更希望產(chǎn)業(yè)鏈“一百年不變”，“思想太落后”。

        韋樂平指出：“目前，超低損耗光纖可以先在局部的大跨段光纜中開展試點，以取得工程建設(shè)、維護經(jīng)驗。”

落后的不只是“思維”

        不過，超低損耗光纖的“難產(chǎn)”，可能并非是因為國內(nèi)廠商的"思維"落后。畢竟，超低損耗光纖的技術(shù)與工藝，很大程度上是另外一個課題。

        1966年高錕博士提出：光纖的高損耗并不是其本身固有的，而是由材料中所含的雜質(zhì)引起的。他預言：降低材料中的雜質(zhì)含量，可使光纖的損耗降至20dB/km甚至更小。此理論提出之后，產(chǎn)業(yè)界開始致力于光纖損耗的降低。

        1970年，康寧公司成功地研制了損耗為17dB/km的低損耗石英光纖，把光纖通信由理論變成了現(xiàn)實。1972年康寧把光纖的損耗降到7dB/km，1973年貝爾實驗室又把光纖的損耗又降到2.5dB/km。到1985年，G.652光纖損耗最低已達0.19dB/km。

        但其后，科學家發(fā)現(xiàn)光纖的衰減降低到0.18dB/km后很難進一步降低。究其原因，主要是因為G.652光纖需要在纖芯中摻雜稀土元素鍺來保證光纖的傳輸性能，這些“摻雜”元素增加了光纖的損耗，使其距離光纖的理論最低值——0.15dB/km尚有一定差距。

        1986年，第一根超低損耗光纖研制成功，但市場需求不足，超低損耗光纖僅用于海底通信等對損耗要求極高的領(lǐng)域。2008年，康寧率先推出商用且滿足G.652規(guī)范的的超低損耗光纖——SMF-28 ULL，與普通光纖工藝不同，康寧借鑒了海底光纖技術(shù)，采用純硅芯工藝，在纖芯區(qū)采用純二氧化硅、包層摻氟，最大限度降低本征衰耗，衰耗低于0.168dB/km，同時符合G.652光纖標準，與現(xiàn)網(wǎng)兼容。

        海纜等特種光纖一直是我國光纖產(chǎn)業(yè)鏈的薄弱環(huán)節(jié)，中天、亨通、通光等海纜廠商一直向康寧、日本住友、藤倉等領(lǐng)先企業(yè)進口海底光纖，對于純硅芯工藝的積累為零。直至最近，長飛方始研發(fā)出實驗室超低損耗光纖樣品，但距離產(chǎn)業(yè)化尚有不少距離。

        2011年，國家電網(wǎng)在“電力天路”青藏直流聯(lián)網(wǎng)工程中，將康寧超低損耗光纖應用于其中最長跨段——唐古拉山口沱沱河至安多段，實現(xiàn)了海拔5000米、全長300多公里無電中繼，是目前國內(nèi)高海拔、高寒環(huán)境下最長的無中繼光纖通信系統(tǒng)；也是在2011年，阿聯(lián)酋通信服務供應商Du公司采用康寧超低損耗光纖連接阿聯(lián)酋全部7個酋長國，并且跨越復雜的沙漠地形，直接連接到沙特阿拉伯網(wǎng)絡。

        兩年來，超低損耗光纖系統(tǒng)運行穩(wěn)定，為運營商大幅降低了建設(shè)成本，并免于復雜地形的運行、維護成本，陸續(xù)得到業(yè)內(nèi)認可。

        超低損耗光纖已經(jīng)登上舞臺，留給國內(nèi)廠商的響應時間已經(jīng)不多了。