韋樂(lè )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(chǎng)商并沒(méi)有看得更遠。日前，中國電信科技委主任韋樂(lè )平在談及下一代傳送網(wǎng)時(shí)感慨：“國內光纖光纜企業(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(luò )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：國內光纖光纜企業(yè)無(wú)法提供這一產(chǎn)品，甚至連“嘗試推出”的想法都欠奉。

        在韋樂(lè )平看來(lái)，國內光纖光纜企業(yè)沒(méi)有長(cháng)遠規劃，但中電信卻不能不考慮。

干線(xiàn)更新的前瞻性

        上世紀90年代敷設的“八縱八橫”骨干網(wǎng)如今臨近“退役”，新一輪的光纖網(wǎng)絡(luò )建設已經(jīng)開(kāi)啟。然而，光纖的服役環(huán)境已發(fā)生變化。韋樂(lè )平介紹，未來(lái)5到10年，僅省際干線(xiàn)更新量就高達4萬(wàn)多公里。

        光纖作為基礎設施的一部分，極具“不動(dòng)產(chǎn)”性質(zhì)：一次到位、難以改動(dòng)，需要考慮其壽命期內所有潛在的網(wǎng)絡(luò )需求；并且，對現有的機房、再生站、供電系統等基礎設施的適應性要求，盡量少變動(dòng)這些基礎設施。新一輪骨干光纖的選用，考驗著(zhù)運營(yíng)商的前瞻性。畢竟，如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的距離大于未來(lái)系統傳送距離，運營(yíng)商可能不得不新建再生站來(lái)維持傳輸需求。運營(yíng)商需要盡量避免這一情況的出現。

        2013年，隨著(zhù)三大運營(yíng)商陸續啟動(dòng)100G集采，骨干網(wǎng)全面進(jìn)入100G時(shí)代。韋樂(lè )平根據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(gè)100G系統，“屆時(shí)，400G將是更合適的選擇。”400G的來(lái)臨，還有不到5年。

        今天敷設的、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的傳輸需求。但在同樣光纖環(huán)境下，系統容量越高、傳輸距離越短：400G的傳輸距離約為100G的1/3。解決問(wèn)題的辦法就是采用損耗更低的光纖。韋樂(lè )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(xiàn)性和損耗。”

        目前，業(yè)內根據光纖損耗，把光纖大致分為普通光纖、低損耗光纖、超低損耗光纖三類(lèi)，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(shí)現了100G系統的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，相當于后者翻倍，也就是總傳輸距離提升100%。”韋樂(lè )平稱(chēng)，即便是跨段數不變，也能帶來(lái)每跨段提升17%的距離，總傳輸距離也提升了17%，“現在，已經(jīng)沒(méi)有任何一項技術(shù)能給運營(yíng)商帶來(lái)這樣可觀(guān)的技術(shù)收益了。”

超低損耗的“收益”

        傳輸距離的提升，意味著(zhù)系統再生站的減少，減少每一個(gè)再生站都意味著(zhù)數千萬(wàn)元人民幣的投資。“從100G之后，系統容量越高，低損耗、超低損耗光纖能節約的再生站數量越多。”韋樂(lè )平統計，400G時(shí)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(zhù)光通信的發(fā)展，超低損耗光纖帶來(lái)的成本優(yōu)勢會(huì )越來(lái)越明顯。

        2012年下半年，中國電信北京研究院?jiǎn)?dòng)大型網(wǎng)絡(luò )模擬計算結果，在目前全國網(wǎng)絡(luò )架構基礎上，結合流量發(fā)展、網(wǎng)絡(luò )更新趨勢，假設骨干網(wǎng)10年內需要新建5萬(wàn)公里的超高速傳輸系統。模擬計算普通、低損耗、超低損耗光纖的網(wǎng)絡(luò )總成本。

        模擬分析給出的結論十分明顯：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(lái)的系統站點(diǎn)的減少，總傳輸系統成本降低了約10%，節約10億元；超低損耗光纖價(jià)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，光傳輸系統總成本降低了月25%，節約25億元。

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

        據統計，目前康寧、富通、長(cháng)飛、烽火已經(jīng)基本實(shí)現低損耗光纖的規?；a(chǎn)，年產(chǎn)能分別為800、300、300、500萬(wàn)纖芯公里，基本滿(mǎn)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(chǎng)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(yíng)商不習慣自己的供貨商名單太過(guò)單薄，這會(huì )有“產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險”。

        為了推動(dòng)超低損耗光纖產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，韋樂(lè )平赴多家國內光纖廠(chǎng)商“商談”，但結果令韋樂(lè )平大失所望：從事無(wú)源產(chǎn)業(yè)的光纖廠(chǎng)商，已經(jīng)習慣于規?；l(fā)展，他們更希望產(chǎn)業(yè)鏈“一百年不變”，“思想太落后”。

        韋樂(lè )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(kāi)展試點(diǎn)，以取得工程建設、維護經(jīng)驗。”

落后的不只是“思維”

        不過(guò)，超低損耗光纖的“難產(chǎn)”，可能并非是因為國內廠(chǎng)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(gè)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(kāi)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實(shí)。1972年康寧把光纖的損耗降到7dB/km，1973年貝爾實(shí)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(xué)家發(fā)現光纖的衰減降低到0.18dB/km后很難進(jìn)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(lái)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(chǎng)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(mǎn)足G.652規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(shí)符合G.652光纖標準，與現網(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，中天、亨通、通光等海纜廠(chǎng)商一直向康寧、日本住友、藤倉等領(lǐng)先企業(yè)進(jìn)口海底光纖，對于純硅芯工藝的積累為零。直至最近，長(cháng)飛方始研發(fā)出實(shí)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(cháng)跨段——唐古拉山口沱沱河至安多段，實(shí)現了海拔5000米、全長(cháng)300多公里無(wú)電中繼，是目前國內高海拔、高寒環(huán)境下最長(cháng)的無(wú)中繼光纖通信系統；也是在2011年，阿聯(lián)酋通信服務(wù)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(gè)酋長(cháng)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(luò )。

        兩年來(lái)，超低損耗光纖系統運行穩定，為運營(yíng)商大幅降低了建設成本，并免于復雜地形的運行、維護成本，陸續得到業(yè)內認可。

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