NGB入户光纤性能的研究

凌明伟，李远东

（浙江传媒学院 电子信息学院，浙江 杭州 310018）

1 引言

目前，各地的有线网络都在“构建以广电网络为基础、满足三网融合要求的下一代广播电视网”思想的指导下进行网络的双向改造，在现有网络基础、投资成本、技术成熟度、本地双向业务规划等实际因素的综合影响下，出现了HFC接入、基于Ethernet协议的接入及其他接入3大类并存的用户接入部分的改造技术。但从技术发展的趋势来看，这些均是NGB实现FTTH的过渡技术，FTTH才是NGB的真正目标。

2 影响NGB入户光纤的因素

2.1 NGB入户光纤的损耗机理

对于任何通信系统（包括无线与有线通信系统），信号的媒质损耗是需要重点考虑的传输参量，故直接影响FTTH性能的是入户光纤对NGB信号的损耗特性。引起任何一类ITU-T G.65x单模光纤损耗的机理主要有：

1）吸收损耗：

主要来自光纤纤芯中氢氧根离子及一些过渡金属离子（属杂质）对光波能量的吸收，吸收损耗基本上是可忽略的。

2）散射损耗：

主要是由于光纤本身材料不均匀（易引起光散射而导致Rayleigh散射损耗）及制造缺陷（光纤的纤芯直径沿轴向不均匀，易引起波导散射损耗）使得光功率的一部分以散射形式辐射出光纤之外引起的。散射损耗仅对短波长窗口的影响较大，在长波长窗口则可忽略。

3）温度特性：光纤的温度系数很小，只在零下25摄氏度时才开始考虑，故在室内环境中，光纤损耗随温度的变化可以不予考虑。

4）辐射损耗：

（1）微弯损耗：由光纤微弯（光纤轴线产生不断变化的曲率半径）产生。当光缆护套不均匀或成缆时产生非均匀的侧向压力时，易产生光纤微弯，光纤微弯仅使很小一部分的光能量损失掉（辐射出光纤之外）。

（2）宏弯损耗：当光缆受到外力（如沿拐角处敷设）而弯曲，且弯曲的半径比光纤的直径大很多时，光的传导模易变为辐射模从而导致光功率的损失（宏弯损耗），严重时甚至会引起光信号中断与光纤的催化性损坏（取决于光纤的具体种类与弯曲半径）。

2.2 对NGB入户光纤的特殊要求

NGB入户光纤的布放与室外光纤不同，要经过更多的宏弯，主要体现在以下几点：

1）要求布放得整齐美观，从而需要绕过各种具有不同曲率半径的障碍物；

2）要能承受由于意外操作或安装人员技术不熟练等而使光纤遭受的“急弯”；

3）要能承受在进入接线盒与插座内之前的多次小曲率半径的弯曲；

4）为方便将NGB业务引入新用户的室内，需预留一定长度的光纤，这些光纤一般是卷绕存贮的，空间的狭小使得存贮设备必须小型化，这就要减小卷绕半径，从而对入户光纤的弯曲性能有更高的要求。

综上，宏弯损耗是影响NGB入户光纤性能的最主要因素，故用于NGB实现FTTH的入户光纤须具有较好的 “宏弯损耗”指标。

3 常规单模光纤的宏弯损耗特性

1）宏弯损耗的物理模型：以光纤的芯/包层相对折射率差为0.65%、光纤工作波长与截止波长之比为1.192 31为条件进行理论分析，可得宏弯损耗曲线（见图1、图2）。传统单模光纤对弯曲（宏弯）很敏感，当工作波长越大或弯曲半径越小时，单模光纤对弯曲越敏感，即宏弯损耗越大。宏弯损耗为0 dB表示当光纤的弯曲半径大于临界弯曲半径时，宏弯损耗可忽略不计。

图1 常规单模光纤宏弯损耗与弯曲半径的关系

图2 常规单模光纤宏弯损耗与工作波长及弯曲半径的关系

2）宏弯损耗的经验模型：把光纤在半径不同的圆柱体上卷绕5圈后，用稳定光源及光功率计测试单模光纤的宏弯损耗，结果表明，单模光纤不但对较大的工作波长及较小的弯曲半径敏感，而且工作波长越大，光纤的临界弯曲半径就越大（对弯曲就越敏感）：1 550 nm时，临界弯曲半径约为14 mm；1 310 nm时，临界弯曲半径约为10 mm，如图3所示。

图3 常规单模光纤宏弯损耗的测试曲线

4 弯曲不敏感光纤

弯曲不敏感光纤的设计目标是最大限度地减小单模光纤的宏弯损耗，主要途径是改善单模光纤的折射率分布结构、减小光纤的模长直径、增大光纤的截止波长。B6.A[1]类光纤适合工作于1 260～1 625 nm的波长范围，与G.652 D的传输性能及互联性能完全相同，只是对“宏弯损耗”指标作了些许修改。B6.B类光纤设计的主要目的是用于 1 310 nm、1 550 nm、1 625 nm波长，在距离和空间受限的建筑物内部使用，且比B6.A类光纤更能充分改善光纤的宏弯损耗特性，B6.B类光纤 （弯曲不敏感光纤）的最大特点是：在同等条件下，其宏弯损耗比其他类型单模光纤要小得多，如图4所示，给出了3个工作窗口（1310nm、1550nm、1 625 nm）下，3种单模光纤在同等条件（以10 mm半径弯曲10圈）下的宏弯损耗实测值，在每个工作窗口中，从左到右分别为康宁G.652光纤、康宁G.655光纤、B6.B光纤。可见，相对传统单模光纤，专为接入网设计的B6.B类弯曲不敏感光纤对“宏弯损耗”指标的要求更严格，故B6.B类更适于作为NGB实现FTTH的入户光纤[2]。

图4 B6.B光纤与传统单模光纤的宏弯损耗对比

按照结构的不同，B6类光纤可分为包层折射率凹陷光纤、小模长直径光纤、纳米结构光纤、孔助光纤、光子晶体光纤，它们对弯曲的敏感性依次减小，图5为B6类光子晶体光纤的宏弯损耗特性 （经验模型），可见这类光纤对弯曲（宏弯）极不敏感，宏弯损耗很小。

图5 B6类光子晶体光纤的宏弯损耗特性

5 B6类光纤的商用现状

由于B6类光纤是专门针对FTTH接入网而设计的，且目前各国都在加速FTTH的发展，因此，光纤制造商正积极研制符合该类标准的入户光纤，国外的“住友”、“康宁”等以及国内的“亨通”、“中天”、“长飞”等都已推出了性能优良的B6类光纤。

[1]IEC 60793－2－50.Sectional specification for class B single－mode fibers[S].2008.

[2]ITU－T RecommendationG.657.Characteristics of a bending loss insentive single－mode optical fiber and cable for the access network[S].2006.