"■作者：Alan Dowdell／Corning Inc.
譯者：J. R. Chen

傳輸的單位位元價格與新興的技術將決定供應商的光纖發展策略

當高速數據網路開始定義通訊的競爭圖像時，網路業者即著手尋找具有最低單位位元成本的光纖傳輸技術。然而，要在安裝尖端技術與維持可管理的光纖架構之間找出一個平衡點是相當困難的。
許多廠商相當支持未來的光纖技術，他們的策略之一是安裝多重線管。但是當光纖即將用盡時，這些業者常會面臨一個重要的決定：以新技術更新，譬如使用長頻帶（L-band）1565到1620 nm的通道；在光纖上使用更高速的分時多工（Time Division Multiplexing；TDM）；或是在相鄰線管內安裝新的纜線。這些「購買或更新」光纖的決定所需要的分析，其困難度與重要性通常與一開始決定「建置或租用」光纖時的相當。
當光纖網路系統持續演進時，網路業者將需依賴新技術，以便能使用較多的光纖頻寬。此外，他們亦將依賴下一代光纖以改進傳輸性能。以下列出在網路演進過程中，一些必須仔細考量的技術與經濟議題，以及利用一些可將更多位元塞入同一光纖上的可行方式。

#P#C頻帶單模光纖
長程網路用的光纖基本上可分成兩大類。第一類是標準單模光纖，亦稱為非色散位移光纖（Nondispersion-Shifted Fiber；NDSF，或ITU G.652），第二類是非零色散位移光纖（Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber；NZ-DSF，或ITU G.655），康寧公司（Corning）於1994年以SMF-LS光纖首度將其NZ-DSF商品化。

■L-頻帶的一個潛在問題是稱為激發雷蒙散射（Stimulated Raman Scattering）的非線性效應。這個效應傾向於把功率由低波長轉移到高波長，因而降低了系統餘裕（System Margin）。預先將頻道處理或是在中途放大器內以濾波處理是克服這個功率偏移的兩個方法。

光纖首先以在傳統鉺窗口（Erbium window）（C-頻帶，1530-1565 nm）內非常低的色散，從G.652演進到色散位移光纖（Dispersion-Shifted Fiber；DSF，或ITU G.653）。但是，當分波多工（Wavelength-Division Multiplexing；WDM）系統出現時，設計者在低色散的工作區域內發現一個稱為四波混合（Four-Wave Mixing；FWM）的非線性效應。很重要的是，能有一定大小的色散對於抑制FWM具有正面的效果，因此，供應商推出了在鉺窗口內有非零色散的光纖，這些G.655光纖的色散可能是正的，也可能是負的（參見圖一）。
#F#■圖一：不同光纖的色散情形~專為長途網路傳輸設計的非零色散光纖（NZ-DSF fiber）在傳統頻帶（C-band）與長頻帶（L-band）中的色散情形較為輕微。有些新進研發出來的光纖則採用大型有效區域（Aeff）來壓抑非線性效益。

正如光層網路系統已經由1310-nm單頻道系統演進到C-band的光放大緊密分波多工（Dense Wavelength-Division Multiplexing；DWDM）系統，網路業者亦將持續尋求新技術，以便能在已佈建的光纖上使用較多的頻寬，目前有幾種可能的方式可將更多的位元擺到光纖上。
當今的光中繼器（Repeater）與多波長系統在傳統的鉺窗口或者C頻帶運作，雖然這個窗口內的容量能以較高傳輸速率及較緊密的頻道間隔（Channel Spacing）來加以提高，光纖的衰減曲線也允許利用這個窗口上下的其他波長做可能的傳輸。

#P#L頻帶放大器技術
光放大器的設計者已經能利用改變鉺光纖的摻透（doping）特性、光纖本身的長度，以及激發的位準來增加另一個工作窗口。雖然依據規格，某些NZ-DSF能支持到1625 nm的放大，但所建議的L-頻帶放大器技術已經把放大窗口移到1610 nm附近，當頻道間隔是100-GHz時，整個L-頻帶窗口能多提供約50個頻道。
L-頻帶的一個潛在問題是稱為激發雷蒙散射（Stimulated Raman Scattering）的非線性效應。這個效應傾向於把功率由低波長轉移到高波長，因而降低了系統餘裕（System Margin）。預先將頻道處理或是在中途放大器內以濾波處理是克服這個功率偏移的兩個方法。
目前的設計仍然要求L頻帶放大器以獨立單元的方式佈建，L頻帶頻道先自C頻帶頻道分離，送入個別的放大器（一級或兩級），經放大後再與C頻帶頻道結合。因為C-與L-頻帶放大器使用不同的色散補償器，因此，每個頻帶都能就色散做最佳的補償。
L頻帶放大器能增加光纖的使用頻寬，因此，對於系統容量能提供相當的彈性與一定的助益。然而，網路業者仍需考量L-頻帶放大器所帶來一些成本的增加。L-頻帶放大器需要特殊的鉺光纖，這種光纖在現今的產量低於C-頻帶放大器所使用的光纖。其他需要考量的還有濾波器、耦合器與色散補償單元的成本，以及在C頻帶頻道上使用頻帶分歧器（Band Splitter）所造成較高的損失。
以L-頻帶的功能來翻新目前營運系統是另一個增加傳輸容量的方法，而在更新的時候，現有的訊務也許必須先旁路到其他光纖或路徑上。網路業者應當不可以對後勤與規劃的困難度掉以輕心。在轉移到L頻帶之前，以100-GHz的間隔充分利用現有的光纖仍然是比較經濟可行的。此外，倘若網路業者有多餘的光纖，則這些營運上的考量可能足以促成電信業者使用那些多餘的光纖，而非直接更新目前的系統。

#P#降低頻道間隔
頻道間隔正不斷演變並且持續推動技術的進步。國際電信聯盟（The International Telecommunication Union；ITU）建議把DWDM頻道放在一個特定的區間內，彼此相隔100 GHz（0.8 nm）。一個增加傳輸容量的方法是以這個間隔的一半來傳送信號（即相隔50 GHz或0.4 nm）。這樣實際上可以將頻道數量加倍。但是，視TDM速率與功率等參數的不同，FWM的非線性效應可能會增加，因為它與頻道間隔的關係十分密切。
在比較緊密的頻道間隔的狀況下，如10 Gbits/sec或更高，色散會是個光纖方面的妥協。較高的色散會導致不同波長的脈波以較少的時間聚集，因而降低FWM效應。然而，這須要較多的補償（相當於較高的損失與成本），並且讓運作於較高的TDM速率顯得更困難。

■色散管理的重要目的為在每個線內放大器（In-Line Amplifier；ILA）的地點維持低殘餘色散，以確保波長可以比較輕易的加入或取出。

採用比較密集間隔的頻道可能增加系統整體的成本，提高每條光纖內的頻道數目將令傳送器需要具有較高的穩定度與較陡峭的濾波器。其他的成本增加還包括供應商必須開發管理與監測這些頻道的系統，這些都可能限制業者向主動光纖更新的意願。

#P#更高的傳輸速度
在一定時間區間內傳送較多脈波是另一個可行的升級方法，目前也已經有40 Gbits/sec的實地試驗與80 Gbits/sec的實驗室內的實驗正在進行。從光纖的觀點來看，提高傳輸速度需要提高相同倍數的功率，而在每個頻道增加傳輸功率將會導致如SPM、XPM與 FWM等更非線性效應的發生。另一個別於提高功率的方法就是減少傳輸長度。無論採用那個方法，色散補償的機制必須精準，並能對每個路徑加以調變。
如同所有的新技術，現今已商品化的設備中，40 Gbits/sec或更高速的初始單位位元價格必然偏高。一旦零件價格開始下降，系統數量開始上升時，一般期待這些40 Gbits/sec的系統將會展現比2.5-到10-Gbits/sec技術更強大的經濟優勢--就如同10 Gbits/sec對2.5 Gbits/sec的狀況一般。

#P#S頻帶需要定義
縱使未曾正式定義，目前短波帶（S頻帶）是位於1450 nm到1530 nm的區域。雖然摻鉺光纖放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifiers；EDFA）能對C與L頻帶的寬廣頻道提供一個經濟有效的放大方法，但是，目前對於S頻帶仍沒有相當的放大元件。
在S-頻帶方面，有兩種被看好的放大技術正在發展當中：以非線性雷蒙散射（Raman-scattering）為基礎的雷蒙放大器（Raman Amplifier），以及與傳統EDFA相似的銩（Thulium）放大器。有關這兩種技術在性能與成本上存活能力的研究亦正在進行著。
一旦決定了最佳放大器的技術後，下一步就是開發傳送器（transmitters）以支援這個區域的DWDM。

#P#光纖網絡
大部份屬於整體擁有的長途網路在每一個環路或線管內都是同一類型的光纖。但是，一些較小型的網路業者就常被迫在某些路徑上採用任何可能取得的光纖類型。這麼一來，在主要的人口聚集點之間就可能混合著不同種類的光纖。由這種光纖所組成的路徑並不會造成問題，只要信號在主接合點經過電氣再生的處理。然而，當光路徑的長度在光網絡的架構下不斷增加時，各種鎔接損失（Splice Loss）與色散管理就會變得愈來愈重要。
色散管理的重要目的為在每個線內放大器（In-Line Amplifier；ILA）的地點維持低殘餘色散，以確保波長可以比較輕易的加入或取出。這個管理技巧須要在每個ILA點除了光塞取模組（Optical Add/Drop Module；OADM）外，還需使用色散補償模組（Dispersion-Compensation Modules；DCM）。在NDSF上同時使用DCM與OADM，要比在NZ-DSF上貴且複雜，因為其色散較高。
長途網路的傳輸技術持續以驚人的速度演變著，只要所提出的方案具有一定的經濟效益便可存活。設備供應商為了想在傳輸上維持最低單位位元成本，因此將努力持續推出新產品。然而，最基本的問題是，新的光纖設計應該不能在纜線作業、彎曲需求、或鎔接技術上造成劇烈的改變。另一方面，下一代光纖必須藉由增加Aeff、dispersion magnitude/slope與新技術，諸如L-頻帶傳輸、較高的TDM速率，及工作於S-頻帶等，將壓抑非線性效應（nonlinear effects）所造成的缺點降至最低。
#F#■圖二：另一個視窗：短頻帶~短頻帶（S-band）是C-band中「最藍」（bluest）的頻道。雖然S-band尚未被正式定義，不過它的區域大致介於1450 與1530nm之間。
#F#■圖三：自然發生的鎔接效能~在融接不同世代的光纖時，融接損失效能將隨著模態實地直徑（mode-field-diameter）錯誤配對的增加而升高。

作者
E. Alan Dowdell是康寧公司（Corning Inc.）的歐洲市場開發經理。"