中國聯(lián)通G.654.E光纖入圍測試分析

張曜暉，趙璋卓，張 彬（中訊郵電咨詢設計院鄭州分公司，河南鄭州 450007）

0 前言

中國聯(lián)通擬在省際光纜干線工程建設中應用G.654.E 光纖光纜，并將開展G.654.E 光纖光纜的招標采購工作。在正式招標采購前，中國聯(lián)通依據(jù)企標對G.654.E 光纖進行了技術(shù)入圍測試。測試通過是后續(xù)中國聯(lián)通G.654.E 光纖光纜采購資格審查的必要條件。入圍測試工作遵從“面向產(chǎn)品、規(guī)則在先、測試在后、公開公正、雙盲測試”的基本原則開展。

2018 年5 月9 日，中國聯(lián)通G.654.E 光纖入圍測試公告在中國聯(lián)通采購與招標網(wǎng)、公開招標相關(guān)網(wǎng)站、通信新聞相關(guān)網(wǎng)站公布。公告共分為測試原則、測試依據(jù)、測試要求、基本流程、合格標準、測試申請材料遞交以及測試相關(guān)信息7個部分。

G.654.E光纖入圍測試公告發(fā)布后，得到了國內(nèi)外知名光纖廠家的積極響應。共有11 個廠家投放了12種G.654.E 產(chǎn)品參加測試。每種產(chǎn)品3 個樣品，共36個。

測試達到了預期目的。12 種樣品中，最終通過測試的樣品有11 種，測試總體通過率為92%。通過測試的G.654.E 光纖產(chǎn)品，可在中國聯(lián)通骨干光纜線路中使用。

1 概述

1.1 目前長途干線傳輸中面臨的問題及解決方向

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、DC高速互聯(lián)以及移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡流量呈爆炸式增長，網(wǎng)絡擴容速度不斷加快，對長途干線提出了超高速傳送的要求。但是，超100G 傳輸系統(tǒng)在現(xiàn)有G.652 上無電中繼距離受限、設備投資大，因此，對傳輸光纖提出了新的要求。

隨著偏振復用、數(shù)字信號處理、相干接收和超強糾錯編碼技術(shù)等高速傳輸關(guān)鍵技術(shù)的成熟，光纖的色散和偏振模色散不再是系統(tǒng)性能的限制因素，光纖衰減和非線性效應成為主要限制因素。通過降低光纖衰減系數(shù)，減小光纖鏈路總衰減，可以減少EDFA 光放站點，減小光放站引入的ASE 噪聲，從而提升傳輸性能，延長距離。非線性效應是光纖傳輸系統(tǒng)中固有的損傷效應，隨著輸入光功率的增加而顯著增加。通常通過增大輸入光功率，延長傳輸距離，但是會引入非線性效應損傷，而目前業(yè)內(nèi)尚未實現(xiàn)非線性效應損傷的有效補償。通過增大光纖有效面積，減小光纖中的能量密度，可以有效降低光纖中的非線性效應，從而提升系統(tǒng)傳輸性能，延長傳輸距離。

因此，當前光纖技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)兩大趨勢，第1是降低光纖損耗，第2 是增大有效面積。國內(nèi)運營商在選擇長途干線光纖發(fā)展的技術(shù)路線時，都傾向于選擇大有效面積與低損耗相結(jié)合的新型光纖，即新型的G.654.E光纖。

1.2 G.654.E光纖標準制訂及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在國際標準領(lǐng)域，自1997 年4 月ITU-T 對G.654定標以來，經(jīng)過數(shù)次更新，在2012年的G.654標準中將G.654 光纖分為A、B、C、D 4 個子類，主要區(qū)別在于MFD 范圍和宏彎性能上，但以上標準中均建議其光纖產(chǎn)品應用在海底光纜傳輸系統(tǒng)中。為適應陸地用超100 Gbit/s系統(tǒng)，ITU-T自2013年7月開始討論G.654.E光纖。在保持與現(xiàn)有陸地用單模光纖基本性能一致的前提下，增大光纖有效面積，同時降低光纖衰減系數(shù)，從而提升網(wǎng)絡傳輸性能。

與ITU-T標準修訂同時，中國聯(lián)通牽頭聯(lián)合長飛、烽火公司以及其他光纖光纜廠家參與共同編制的G.654 行標《截止波長位移單模光纖特性》已經(jīng)報送上級管理部門審批。該行標對G.654 光纖A、B、C、D、E各子類相關(guān)標準進行了詳細約定并定義了測量方法。

行標中G.654.E 子類將主要用于干線長距離傳輸應用場景，而由于該標準中模場直徑標稱值和容差范圍較大，衰減值也與G.652.D 光纖相當，與G.652.D 光纖相比優(yōu)勢并不明顯。中國聯(lián)通根據(jù)自身需求，計劃將G.654.E 光纖作為下一代骨干網(wǎng)建設的主用光纖，并在行標基礎上制定了企業(yè)標準《中國聯(lián)通G.654.E光纖技術(shù)規(guī)范》。企業(yè)標準歸一化了模場直徑、衰減特性和宏彎損耗等關(guān)鍵技術(shù)指標，滿足了中國聯(lián)通干線光纜網(wǎng)建設實際需要，為培育新型光纖市場，規(guī)范G.654.E 規(guī)格指標，擴大新型光纖規(guī)模應用，促進整個行業(yè)的健康發(fā)展做了極大貢獻。

G.654.E 行標與中國聯(lián)通企業(yè)標準的技術(shù)指標對比如表1所示。

表1 G.654.E行標與中國聯(lián)通企業(yè)標準技術(shù)指標對比表

中國聯(lián)通G.654.E 光纖企業(yè)標準的施行，規(guī)范了G.654.E 光纖的研發(fā)和生產(chǎn)方向，避免了類似G.655 光纖標準寬泛、兼容性差的情況。

國內(nèi)外主要光纖生產(chǎn)廠家，如康寧、OFS、長飛、亨通、中天、烽火、通鼎等，都已研發(fā)并推出G.654.E光纖。中國聯(lián)通企業(yè)標準推出后，各主流光纖廠商積極響應，陸續(xù)推出了符合中國聯(lián)通企業(yè)標準的G.654.E光纖產(chǎn)品。經(jīng)對各主要光纖廠家G.654.E光纖生產(chǎn)情況調(diào)研，認為G.654.E光纖產(chǎn)品已經(jīng)成熟，其技術(shù)規(guī)格和生產(chǎn)能力能夠滿足省際干線光纜網(wǎng)建設的需要。

1.3 中國聯(lián)通應用G.654.E光纖的必要性

為更好地評估G.654.E 光纖在陸地應用的性能，自2015年起，中國聯(lián)通與國內(nèi)外主流光纖光纜供應商共同開展了現(xiàn)網(wǎng)測試驗證工作，對新型光纖技術(shù)的應用性能進行詳細論證。

中國聯(lián)通分別在東部干線網(wǎng)絡和西部干線網(wǎng)絡開展試點，其中東部試驗網(wǎng)選擇了帶寬需求量大、最有可能優(yōu)先部署400G技術(shù)的山東濟南—青島段，光纜長度約430 km；西部試驗網(wǎng)選擇了工作環(huán)境復雜，途徑戈壁灘、天山以及草原的新疆哈密—巴里坤段，光纜長度約150 km，可以充分驗證架空敷設工藝對大有效面積光纖的影響及較惡劣環(huán)境下長期運行的光纜的性能。

實驗證明，400G雙載波PM-16QAM在G.654.E光纖上支持的傳輸距離明顯比G.652.D光纖長，超低損耗的110 μm2的G.654.E光纖的傳輸距離是現(xiàn)用G.652光纖的1.86倍；超低損耗的130 μm2的G.654.E光纖的傳輸距離是現(xiàn)用G.652光纖的2.3倍。G.654光纖大有效面積帶來的傳輸性能提升大于光纖損耗帶來的性能提升，應優(yōu)先采用大有效面積G.654光纖，同時降低G.652光纖衰減系數(shù)。實驗對比結(jié)果如圖1所示。

圖1 G.654.E光纖與G.652光纖400G系統(tǒng)開通實驗性能比較

實驗表明，G.654.E光纖通過降低非線性和衰減提高了傳輸性能，通過工藝和材料進步提高了在工程應用中的環(huán)境適應性，是一種綜合性能有了較大提高的新一代陸地光纜用光纖。傳輸性能的提高為更加靈活地設置傳輸系統(tǒng)方案提供可能性。

因此，中國聯(lián)通決定將G.654.E 光纖作為新一代骨干網(wǎng)主用光纖。

2 中國聯(lián)通開展G.654.E光纖入網(wǎng)測試情況

中國聯(lián)通決定在骨干光纜網(wǎng)中應用新型G.654.E光纖，從而拉開了G.654.E 光纖正式工程應用的帷幕。2018 年5 月9 日在中國聯(lián)通采購與招標網(wǎng)上發(fā)布了“中國聯(lián)通G.654.E光纖入圍測試公告”。

2.1 入網(wǎng)測試的總體思路

測試公告中依據(jù)中國聯(lián)通G.654.E 企業(yè)標準，公布了測試項目和技術(shù)指標。采用自愿報名的方式，歡迎所有能夠生產(chǎn)符合標準的G.654.E 光纖廠家參加入圍測試。測試工作遵從“面向產(chǎn)品、規(guī)則在先、測試在后、公開公正、雙盲測試”的基本原則開展。

為保證測試的公正性，參加測試的光纖生產(chǎn)廠商將參加測試的樣品光纖復繞到組織方提供的標準光纖盤上，制成標準樣品（每廠家3 個樣品）。標準樣品為盲樣，每個樣品有唯一的樣品編號。參加測試的3個樣品中有1個不滿足技術(shù)指標要求即視為未通過測試（不合格），并規(guī)定最終結(jié)果由中國聯(lián)通傳輸專家委員會認定。

2.2 對G.654.E光纖技術(shù)指標要求

中國聯(lián)通G.654.E光纖的入網(wǎng)測試檢測項目包括4個部分，分別為尺寸參數(shù)、傳輸性能、機械性能和環(huán)境性能。其指標要求符合《中國聯(lián)通G.654.E光纖技術(shù)規(guī)范》。尺寸參數(shù)測試項目及具體指標要求如表2所示。

表2 尺寸參數(shù)及指標要求

傳輸性能測試項目及具體指標要求如表3所示。

表3 傳輸性能及指標要求

機械性能測試項目及具體指標要求如表4所示。

環(huán)境性能測試項目分為環(huán)境試驗后光衰減變化要求和環(huán)境試驗后機械性能要求如表5、表6所示。

表4 機械性能及指標要求

表5 環(huán)境試驗后光衰減變化要求

表6 環(huán)境試驗后機械性能變化要求

2.3 國內(nèi)外參加測試的廠家介紹

G.654.E 光纖入圍測試公告發(fā)布后，共有11 個廠家，投放12 種G.654.E 產(chǎn)品參加測試（長飛提供了2 種G.654.E產(chǎn)品）。合計37個樣品（每種產(chǎn)品3個樣品，共36 個，另外長飛提供1 盤G.652.D 光纖做對照測試用）。詳細廠家信息見表7。

表7 報名參加入圍測試廠家列表

由表7 可以看到，國內(nèi)主要光纖生產(chǎn)廠家都已報名參加本次G.654.E 光纖入圍測試。本次入圍測試也是對致力于研發(fā)G.654.E光纖廠家的激勵與促進。

2.4 測試過程

正式測試從2018 年6 月4 日開始，依照公告中的測試項目對盲樣進行測試。測試過程中對不合格的測試盲樣進行了多次復測確認，以排除偶然因素。至2018年8月8日順利完成了全部樣品的測試。

測試表明，大部分樣品符合測試公告中的測試要求，尚有部分樣品不合格，主要表現(xiàn)在浸水項。經(jīng)研究認為，因G.654.E為新型光纖，現(xiàn)有國際和國內(nèi)標準對其測試方法規(guī)范尚不完善?？紤]到通信行業(yè)的發(fā)展及對新型光纖研究開發(fā)的鼓勵，決定未通過測試項目的廠商可以重新提供光纖樣品，由中國聯(lián)通組織復測。

2018 年10 月18 日完成了新樣品的復測，結(jié)果表明，除1個樣品的翹曲度不合格外，參加復測的樣品的所有測試指標都滿足中國聯(lián)通指標要求，其中重點關(guān)注的浸水指標都在0.01 dB/km以下，該項指標合格。

至此，本次中國聯(lián)通G.654.E 光纖入圍測試全部完成。

3 測試結(jié)果分析

3.1 測試結(jié)果

本次參加測試共有12種產(chǎn)品，37個樣品（含1個作為對照的G.652.D光纖盲樣）。其中G.652.D光纖模場直徑特征明顯，可以輕易從測試數(shù)據(jù)中分辨出G.652.D光纖盲樣。其余36個盲樣中，共有15個指標、10個樣品不合格，存在同一不合格樣品有多個項目不合格的情況。15個不合格指標分布在4個測試項目中。測試數(shù)據(jù)如表8所示。不合格總體分布如圖2所示。

圖2 測試結(jié)果總體分析

3.2 測試結(jié)果分析

測試結(jié)果中，共有模場直徑、翹曲、浸水衰減、溫度特性4 類指標有樣品不合格。具體結(jié)果如下（表9到表12中的斜杠前后數(shù)據(jù)表示多次測試）。

表8 測試數(shù)據(jù)表

a）1 550 nm 模場直徑（指標要求：12.5±0.5 μm）。模場直徑不合格項如表9所示。

表9 模場直徑不合格項（單位：μm）

表9 中2 個盲樣采用多種測試方法測試，模場直徑超出指標要求上限13 μm。模場直徑為G.654.E 測試的重要指標之一，2 個樣品全部不符合中國聯(lián)通G.654.E光纖入圍測試技術(shù)指標要求。

b）翹曲度（指標要求：翹曲半徑≥4.0 m）。翹曲半徑不合格項見表10。不合格的主要原因是在拉絲過程中，光纖在橫截面上密度和熱應力的不均勻?qū)е碌摹?/p>

表10 翹曲半徑不合格項（單位：m）

c）浸水后衰減變化值。指標要求：在1550 nm衰減變化≤0.05 dB/km；在1 625 nm 衰減變化≤0.05 dB/km。浸水后衰減變化不合格項見表11。

表11 浸水后衰減變化不合格項（單位：dB/km）

由表11 可知，共有9 個盲樣測試數(shù)據(jù)不合格，其中“9342173”、“1643217”2 個樣品結(jié)果較貼近要求指標，其余樣品均遠大于指標要求。

d）溫度特性。指標要求：在1 550 nm 衰減變化≤0.05 dB/km；在1 625 nm 衰減變化≤0.05 dB/km。溫度特性不合格項見表12。

表12 溫度特性不合格項（單位：dB/km）

3.3 復測結(jié)果

測試不合格項主要集中在翹曲度和浸水實驗上。翹曲度測試中，其中1 個樣品經(jīng)過11 次測試，4 次大于4 m，7次小于4 m，平均值3.55 m，未達到4 m 的標準要求，判定為不合格。結(jié)果如表13所示。

表13 光纖翹曲度測試表（不合格樣品）

浸水實驗是另外1 個重點測試項目，由不合格廠家重新提供樣品，共12個樣品進行浸水測試。浸水測試周期為30天，測試結(jié)果如表14所示。

浸水測試表明，此次參測樣品浸水指標都小于要求的0.05 dB/km，浸水指標合格。

表14 浸水樣品測試數(shù)據(jù)（單位：dB/km）

其他指標也都按檢測要求進行了復測，2018年11月1 日，復測的全部項目完成，所有復測樣品中，除1個樣品的翹曲度指標不合格外，其他樣品各項指標均滿足中國聯(lián)通的測試指標要求，通過了本次復測。

4 結(jié)論

隨著未來超100G傳輸技術(shù)的發(fā)展，中國聯(lián)通在業(yè)內(nèi)率先啟動了G.654.E 光纖的標準化、入圍測試及工程招標工作，為G.654.E 光纖在國內(nèi)的工程應用和技術(shù)發(fā)展開辟了道路。

參加本次中國聯(lián)通G.654.E 光纖入圍測試的共11個廠家12種產(chǎn)品，每種產(chǎn)品3個樣品，最終有1個樣品未能通過測試，合格率為97%。按照測試規(guī)則，參加測試的3 個樣品中有1 個未通過測試即視為該產(chǎn)品未通過測試，因此，本次入圍測試未通過的產(chǎn)品為1 個，產(chǎn)品的測試通過率為92%。

中國聯(lián)通G.654.E 光纖入圍測試的順利完成，為下一步中國聯(lián)通省際干線光纜線路工程中招標采購G.654.E光纜創(chuàng)造了條件，本次測試通過的光纖產(chǎn)品將獲得此次招標采購的入圍資格。

后續(xù)中國聯(lián)通將繼續(xù)在北京—上海、上?！獜V州、北京—廣州等光纜新建工程中加快中國聯(lián)通G.654.E新型光纖的應用速度，進一步推動中國聯(lián)通基礎網(wǎng)絡的技術(shù)領(lǐng)先。