光通信的 3 个波段新秀,还不知道吗?

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5G 网络迅猛发展,网络数据传输需求呈指数增长,光网络作为底层的承载网络,其传输能力对 5G 网络发展至关重要。

扩展光网络传输能力的一大法宝就是不停深挖光纤可用的波段资源,也就是不断扩展光网络的传输道路宽度。传输道路宽了,光网络的传输能力自然就提升了。

近期,光网络涌现出波段新秀 CE、Cpp、C+L 波段,为扩展光网络传输能力增砖加瓦。

下面小编就给大家聊聊光纤的这些波段。

传统波段

光纤通信顾名思义就是光作为信息载体,光纤作为传输介质的通信。但是,不是所有的光都适合光纤通信。光的波长不同(可以简单理解为颜色不同的光),在光纤中的传输损耗就不同。传输损耗大的光,就没办法携带信息在光纤中传输了。

经过科学家长期研究,最先发现波长为 850nm 的光可以作为光通信使用的光,这个波段也被直接称为 850nm 波段。但是,850nm 波段的波长区域传输损耗比较大,也没有合适的光纤放大器。因此,850nm 波段仅适宜于短程传输。

而后,科学家又探索出“低损耗波长区域”光波段,也就是 1260nm~1625nm 区域的光,最适合在光纤中传输。传输损耗和光波段关系参见下图。

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1260nm~1625nm 区域又被细分为五个波段:O 波段、E 波段、S 波段、C 波段和 L 波段。

O 波段

O 波段波长范围为:1260nm~1360nm。此波段的光色散导致的信号失真最小,损耗最低,为早期的光通信波段。因此,被命名为 O-band(O 波段),其中 O 指“Orignal(原始)”。

E 波段

E 波段波长范围为:1360nm~1460nm,E 波段是五个波段中最不常见的波段。E 指“extended(扩展)”。从上面传输损耗和光波段关系图中,可以看到 E 波段有一个明显的不规则传输损耗凸点。这个传输损耗凸点是因为 1370nm~1410nm 波长的光被氢氧根离子(OH-)吸收,所以导致传输损耗急剧加大,这个凸点也被称为水峰

由于受早期光纤工艺限制,在光纤玻璃纤维中,经常残留有水(OH 基)杂质,导致 E 波段的光在光纤中传输的衰减最高,无法正常用于传输通信使用。

随着光纤加工工艺的提高,出现了 ITU-T G.652.D 光纤,使得 E 波段光的传输衰减变得比 O 波段低,解决了 E 波段光的水峰问题。

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S 波段

S 波段波长范围为:1460nm~1530nm。S 指“short-wavelength(短波长)”。S 波段光的传输损耗比 O 波段要低一些,常被用于 PON(无源光网络)系统的下行波长。

C 波段

C 波段波长范围为:1530nm~1565nm。C 指“conventional(常规)”。C 波段光的传输损耗最低,被广泛用于城域网、长途、超长途以及海底光缆系统。波分网络中也经常用到 C 波段。

L 波段

L 波段波长范围为:1565nm~1625nm。L 指“long-wavelength(长波长)”。L 波段光的传输损耗第二低。当 C 波段光不足以满足带宽需求的时候,L 波段光会作为补充用于光网络。

U 波段

除了以上五个波段之外,其实还有一个波段会被用到,那就是 U 波段。U 波段的波长范围是 1625nm~1675nm。U 指“ultra-long-wavelength(超长波长)”。U 波段则主要用于网络监控。

下面来小结一下这些传统波段。

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CE / Cpp / C+L 波段

光通信常用波段是:传统 C 波段的 1529.16nm ~ 1560.61nm 波长范围。这里所提及的新秀波段 CE / Cpp / C+L,是指当前光通信为扩展传统 C 波段传输资源而引入的新波段资源。

从前面的传统波段分析可知,要想扩宽光通信所使用的 C 波段,可以向临近短波长波段(S 波段)和长波长波段(L 波段)求支援。这好比,要想扩建现有道路,就只能看看道路两旁的荒地是否可用,有荒地就可以扩宽道路。

接下来我们看看新秀波段 CE / Cpp / C+L,向 S 和 L 波段借用了哪些资源呢?

CE 波段

CE(C Extended)波段也称 C + 波段。那 CE 波段较 C 波段“+”了哪些波长范围呢?我们可以将 C 波段资源划分为 80 个通路传输信息,其中每个通路占用 0.4 nm 的波段范围资源。因此,C 波段也称为 C80 波段。CE 波段借用了 L 波段(即长波长波段)部分波长资源,波长范围扩展为是 1529.16nm ~ 1567.14nm,CE 波段资源可划分为 96 个通路传输信息,也就是 C96 波段。CE 波段的传输容量相对于 C 波段,增加了 20%。

Cpp 波段

Cpp(C plus plus)波段也称为 C++ 波段。Cpp 波段不仅像 CE 波段那样,向 L 波段借用波长资源,也同时向 S 波段借用资源,波长范围扩展为 1524.30nm ~ 1572.27nm。按照每个通路占用 0.4 nm 的波段范围资源划分,波段资源可以划分为 120 个通路传输信息。因此 Cpp 波段也被称为 C120 波段。Cpp 波段的传输容量相对于 C 波段,增加了 50%。

C+L 波段

C+L 波段从字面上可了解到,C 波段和 L 波段的资源都用于光通信。同样按照每个通路占用 0.4 nm 的波段范围资源划分,C+L 波段常见传输方案有如下 3 种。

C120+L80:Cpp 波段(120 个通路)+L 波段(80 个通路),实现 200 波系统。其中 L 波段实际为 L + 波段,波长范围为 1575.16nm ~ 1617.66nm。C120+L80 传输方案的传输容量较 C 波段增加了 1.5 倍。

C96+L96:CE 波段(96 个通路)+L 波段(96 个通路),实现 192 波系统。其中 L 波段实际为 L++ 波段,波长范围为 1575.16nm ~ 1626.43nm。C96+L96 传输方案的传输容量较 C 波段增加了 1 倍多。

C120+L96:Cpp 波段(120 个通路)+L 波段(96 个通路),实现 216 波系统。其中 L 波段实际为 L++ 波段,波长范围为 1575.16nm ~ 1626.43nm。C120+L96 传输方案的传输容量较 C 波段增加了约 2 倍。

最后,一张图展示一下这三个新秀波段。

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总结

总之,科学家已经将光纤可用波长资源拓展到非常大的范围。但是,这些波段资源可以真正应用到 5G 等通信系统中,还受到下面因素影响。

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