虽然在中国缔造了全球最大的光纤光缆产业基地,但产业链厂商并没有看得更远。日前,中国电信科技委主任韦乐平在谈及下一代传送网时感慨:“国内光纤光缆企业,思维太落后。”
光纤“服役”年限普遍为20年,今天的光纤要考虑到今后20年的网络需求,基于这一考虑,中国电信希望能抓紧商用“超低损耗光纤”(UltraLowLoss,ULL),但遗憾的是:国内光纤光缆企业无法提供这一产品,甚至连“尝试推出”的想法都欠奉。
在韦乐平看来,国内光纤光缆企业没有长远规划,但中电信却不能不考虑。
干线更新的前瞻性
上世纪90年代敷设的“八纵八横”骨干网如今临近“退役”,新一轮的光纤网络建设已经开启。然而,光纤的服役环境已发生变化。韦乐平介绍,未来5到10年,仅省际干线更新量就高达4万多公里。
光纤作为基础设施的一部分,极具“不动产”性质:一次到位、难以改动,需要考虑其寿命期内所有潜在的网络需求;并且,对现有的机房、再生站、供电系统等基础设施的适应性要求,尽量少变动这些基础设施。新一轮骨干光纤的选用,考验着运营商的前瞻性。毕竟,如果两个网络节点的距离大于未来系统传送距离,运营商可能不得不新建再生站来维持传输需求。运营商需要尽量避免这一情况的出现。
2013年,随着三大运营商陆续启动100G集采,骨干网全面进入100G时代。韦乐平根据目前的流量趋势判断:到2017年,中国电信骨干网最大截面带宽约为38T,需要5个100G系统,“届时,400G将是更合适的选择。”400G的来临,还有不到5年。
今天敷设的、拥有20年生命周期的光纤,必须考虑到100G、400G、1T乃至更高容量光通信系统的传输需求。但在同样光纤环境下,系统容量越高、传输距离越短:400G的传输距离约为100G的1/3。解决问题的办法就是采用损耗更低的光纤。韦乐平分析:“相干通信的采用,使得制约速率的关键不再是CD、PMD,而是非线性和损耗。”
目前,业内根据光纤损耗,把光纤大致分为普通光纤、低损耗光纤、超低损耗光纤三类,其中,普通光纤衰减为0.20dB/km左右,低损耗光纤、超低损耗光纤的衰减分别小于0.185dB/km、0.170dB/km。目前,业内仅康宁公司可以提供商用的超低损耗光纤,2010年,华为、康宁曾在超低损耗光纤上首次实现了100G系统的3000公里传输。
相比于普通光纤,低损耗、超低损耗光纤可分别减少跨段损耗2dB、3dB。“如果把3dB折合成跨段数,相当于后者翻倍,也就是总传输距离提升100%。”韦乐平称,即便是跨段数不变,也能带来每跨段提升17%的距离,总传输距离也提升了17%,“现在,已经没有任何一项技术能给运营商带来这样可观的技术收益了。”
超低损耗的“收益”
传输距离的提升,意味着系统再生站的减少,减少每一个再生站都意味着数千万元人民币的投资。“从100G之后,系统容量越高,低损耗、超低损耗光纤能节约的再生站数量越多。”韦乐平统计,400G时代,相比于普通光纤,低损耗光纤可减少20%的400G再生站;而超低损耗光纤可以减少40%。随着光通信的发展,超低损耗光纤带来的成本优势会越来越明显。
2012年下半年,中国电信北京研究院启动大型网络模拟计算结果,在目前全国网络架构基础上,结合流量发展、网络更新趋势,假设骨干网10年内需要新建5万公里的超高速传输系统。模拟计算普通、低损耗、超低损耗光纤的网络总成本。
模拟分析给出的结论十分明显:相比于普通光纤,低损耗光纤的光缆工程成本增加不到1%,但由于衰减降低带来的系统站点的减少,总传输系统成本降低了约10%,节约10亿元;超低损耗光纤价格是普通光纤的3倍,但考虑到光缆成本、人工成本占大头,且保持不变,总光缆成本提升10%,但再生站明显减少,光传输系统总成本降低了月25%,节约25亿元。
“这还只计算了中国电信,如果考虑到联通、移动,那带来的改变该有多少?”韦乐平分析:“低损耗光纤在成本增加极少的情况下,减少系统总成本,优势明显,近期可以采用。”根据这一结论,2013年中国电信声明:今后骨干网光缆建设采购将全部采用兼容G.652D标准的低损耗光纤。
据统计,目前康宁、富通、长飞、烽火已经基本实现低损耗光纤的规模化生产,年产能分别为800、300、300、500万纤芯公里,基本满足中国电信骨干网需求。
相比于低损耗光纤,超低损耗光纤的成本优势更为突出。但是,全球光纤厂商中仅康宁可以提供超低损耗光纤的商用产品,已经习惯于“主导产业链”的运营商不习惯自己的供货商名单太过单薄,这会有“产业链风险”。
为了推动超低损耗光纤产业链发展,韦乐平赴多家国内光纤厂商“商谈”,但结果令韦乐平大失所望:从事无源产业的光纤厂商,已经习惯于规模化发展,他们更希望产业链“一百年不变”,“思想太落后”。
韦乐平指出:“目前,超低损耗光纤可以先在局部的大跨段光缆中开展试点,以取得工程建设、维护经验。”
落后的不只是“思维”
不过,超低损耗光纤的“难产”,可能并非是因为国内厂商的"思维"落后。毕竟,超低损耗光纤的技术与工艺,很大程度上是另外一个课题。
1966年高锟博士提出:光纤的高损耗并不是其本身固有的,而是由材料中所含的杂质引起的。他预言:降低材料中的杂质含量,可使光纤的损耗降至20dB/km甚至更小。此理论提出之后,产业界开始致力于光纤损耗的降低。
1970年,康宁公司成功地研制了损耗为17dB/km的低损耗石英光纤,把光纤通信由理论变成了现实。1972年康宁把光纤的损耗降到7dB/km,1973年贝尔实验室又把光纤的损耗又降到2.5dB/km。到1985年,G.652光纤损耗最低已达0.19dB/km。
但其后,科学家发现光纤的衰减降低到0.18dB/km后很难进一步降低。究其原因,主要是因为G.652光纤需要在纤芯中掺杂稀土元素锗来保证光纤的传输性能,这些“掺杂”元素增加了光纤的损耗,使其距离光纤的理论最低值0.15dB/km尚有一定差距。
1986年,第一根超低损耗光纤研制成功,但市场需求不足,超低损耗光纤仅用于海底通信等对损耗要求极高的领域。2008年,康宁率先推出商用且满足G.652规范的的超低损耗光纤SMF-28ULL,与普通光纤工艺不同,康宁借鉴了海底光纤技术,采用纯硅芯工艺,在纤芯区采用纯二氧化硅、包层掺氟,最大限度降低本征衰耗,衰耗低于0.168dB/km,同时符合G.652光纤标准,与现网兼容。
海缆等特种光纤一直是我国光纤产业链的薄弱环节,中天、亨通、通光等海缆厂商一直向康宁、日本住友、藤仓等领先企业进口海底光纤,对于纯硅芯工艺的积累为零。直至最近,长飞方始研发出实验室超低损耗光纤样品,但距离产业化尚有不少距离。
2011年,国家电网在“电力天路”青藏直流联网工程中,将康宁超低损耗光纤应用于其中最长跨段唐古拉山口沱沱河至安多段,实现了海拔5000米、全长300多公里无电中继,是目前国内高海拔、高寒环境下最长的无中继光纤通信系统;也是在2011年,阿联酋通信服务供应商Du公司采用康宁超低损耗光纤连接阿联酋全部7个酋长国,并且跨越复杂的沙漠地形,直接连接到沙特阿拉伯网络。
两年来,超低损耗光纤系统运行稳定,为运营商大幅降低了建设成本,并免于复杂地形的运行、维护成本,陆续得到业内认可。