400G波分传输系统中新型光纤的应用

1、光传输系统新挑战---5G需求

5G时代的到来，尤其以虚拟现实技术、高清视频、物联网技术的提出和发展，对信息通信系统提出了更大容量、更高速率、更低时延等需求。根据目前预测，5G网络相对现行4G移动网络，在性能上将有巨大的提升：5G 网络移动数据容量相对现行网络将增长500~1000倍，个人用户使用速率提升20~100倍，传输速率峰值将超过10 Gbit/s，系统时延降80%~90%，网络综合性能提升超过1000倍。

5G通信旨在成为“史上最节能、最具效率、应用最广泛的通信系统”，对以WDM光传输系统为核心技术的光传送网也提出了前所未有的挑战。为了实现高带宽、高速率的光网络互联，对光通信传输系统的研发重点也逐渐由主流的100G开始转向400G甚至更高容量的系统场景。以此为需求，高阶调制、混合调制、概率整形、灵活栅格等一系列新技术被广泛研究和应用于WDM传输系统中。

2、400G光传输解决方案---高阶调制

以高阶调制技术的发展为例，400G光传输系统主要为多子载波偏振复用高 阶正交幅度调制（PM-QAM），如4SC-PM-QPSK、2SC-PM-8QAM、2SC-PM-16QAM，其主要性能如表1所示。从传输性能来看：同等传输速率下，高阶调制具有更高的频谱效率，系统容量更大；同时高阶调制的波特率低，相应的光谱带宽小，具有更佳的FOADM/ROADM级联穿通能力；但高阶调制的抗噪声容限低，需更高的OSNR容限以保证系统的可靠传输，对应更小的传输距离。从现阶段工程实用化来看，2SC-PM-16QAM波特率与现有100G技术接近，可利用现有成熟的高带宽光电器件实现，是目前最为成熟的400G传输技术。

3、400G 传输性能提升——新型光纤

高阶调制码型的传输距离主要受限于光接收机的高OSNR容限 ，以PM- 16QAM为例 ，理论上要求16QAM码型的传输系统比QPSK码型的系统OSNR 容限高6.7dB，对应16QAM传输距离约为QPSK的1/4，传输距离的显著缩短限制了高阶调制在400G传输系统中的应用。因此在长距离光传输系统中，考虑使用新型光纤以改善 400G 高阶调制码型的系统传输距离。

目前我国第一批铺设的光纤使用年限已达15~20年，光纤损耗较为严重，适逢光纤大规模更新换代的时机，运营商希望通过铺设新型低损耗光纤来使得400G传输系统在骨干网得以普及。目前主流的新型低损光纤包括 ULL（Utra Low Loss）G.652 超低损光纤和 LEAF（Large Effective Area Fiber）G.654 光纤。新型光纤在材料结构上与普通G.652不同，常规G.652光纤纤芯为掺锗二氧化硅，包层由纯二氧化硅构成，损耗约为0.2 dB/km，色散系数为16.5 ps/nm/km，有效模场面积为80μm2；超低损耗光纤的纤芯材料为纯二氧化硅，包层为掺氟二氧化硅，以降低光纤损耗，超低损G.652的损耗系数为0.18 dB/km，色散系数与有效面积与常规 G.652光纤相近；超低损大有效面积G.654光纤的传输损耗可以低于0.16 dB/km，色散系数为22 ps/nm/km，有效面积为110~130 μm2。

根据理论计算可知，超低损G.652光纤和G.654光纤能使得典型400G 2SC-PM-16QAM 系统传输距离分别提高40%和70%。另外超低损光纤也有望应用于无电中继超长链路传输、海底光缆传输方面。

来源：邮电设计技术