Paulo Dainese，Merrion Edwards，Todd Rhyne，康宁公司；David Chen，Verizon公司
已部署的FTTH商业应用显示，在人口密集区域，FTTH是最经济有效的覆盖方式。这些地方的用户大多居住在多住户大楼（MDU），因此FTTH系统必须为MDU部署进行仔细优化。VTe光波通信
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世界领先的大多数运营商在MDU内部署FTTH时，都力争达到以下几个网络优化的目标：降低预安装成本，提高客户连接的建立速度，减少运营成本，提高覆盖范围、分路比和网络的用户数量。VTe光波通信
为了达到前两个目标，运营商需要提高部署速度和简化内部线路铺设的设备，还要降低劳动力和材料成本，减少安装过程中的返工次数。总之，在FTTH施工中，光缆必须像铜缆一样结实和灵活。VTe光波通信
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然而，光缆存在弯曲损耗过大、在狭窄的管道中难以压缩等问题，如图1所示。康宁和Verizon都研究过光纤的安装问题，确认光纤只可以弯曲到5mm半径。而且，研究表明，为了将总的弯曲损耗控制在十分之几dB，每个5mm弯曲的损耗不得大于0.1dB/弯。VTe光波通信
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传统单模光纤经过一个半径5mm的360o弯曲后，其损耗高达10dB（见附表）。而符合G.657标准的弯曲改进光纤，其损耗也有几个分贝。即使满足最严格的光纤弯曲标准G.657.B，一个完整弯曲的损耗也达到了1dB左右。VTe光波通信
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真正的抗弯曲光纤经过一个5mm弯曲后，其损耗可以小于0.1dB，能够满足MDU内部线路安装的要求。例如，参考文献1比较了不同MDU场合和不同光纤类型的损耗。在很小的拐角处，类似铜线安装的条件下部署抗弯曲光纤，其总损耗能低至0.2dB。VTe光波通信
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功率预算优化VTe光波通信
优化中心局和住户之间的光功率预算可以带来很多优势。例如，提高网络覆盖范围和分路比、降低整个网络的建设成本、提高用户数，进而降低每用户的成本、缩短投资回收期。因此，进行光功率预算是非常有价值和必要的。VTe光波通信
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典型的FTTH室内布线场合遇到的弯曲问题包括：a）走线安装弯曲；b）在MDU分布终端盒中收纳光纤；c）压力下弯曲。VTe光波通信
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不同的技术，包括BPON、GPON、EPON或RF视频覆盖等，具有不同的功率预算特点。例如，RF视频覆盖的损耗预算大约为26dB，而GPON从中心局到光网络终端（ONT）的损耗预算大约为28dB。不过，任何网络运营商都不愿承担任何连接技术的功率损耗。采用真正的抗弯曲光纤有助于他们优化网络结构。VTe光波通信
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如图2所示，如果室内布线中不存在任何弯曲，从中心局到用户的总衰减等于线缆自身、分路器、合路器和连接器的衰减之和。通过仔细控制元件质量、减小衰老损耗和环境影响，那么整个链路的损耗可以精确预测。也就是说，28dB的预算可以只留有0.4dB的余量。而由弯曲引起的额外损耗无法预计，这将导致功率预算失效，进而极大地提高了整个网络生存期光功率预算的失效概率。而且，在MDU中布线极易受到外界环境干扰，大大提高了弯曲引起的功率损耗。
光纤的挑战VTe光波通信
如何提高光纤的弯曲损耗性能是一项颇为有趣的工作。目前已经有一些技术可以显著降低光纤的弯曲损耗。不过，最主要的挑战仍然是如何保证抗弯曲光纤与旧有光纤的兼容，这是运营商部署新型光纤的必然要求。换言之，光纤结构必须同时解决弯曲损耗问题和向下兼容问题。图3a显示了一些已经得到广泛应用的光纤技术，以及在设计限制条件下的性能。Y轴为对数坐标，弯曲半径减少几个毫米，损耗就可以改变数十个dB。因此在比较不同技术时，必须注意弯曲半径。VTe光波通信
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如果可以避免MDU部署光纤时遇到的各种弯曲，那么总的光链路损耗只包括光纤损耗、分路器损耗、合路器损耗和连接器损耗。此时使用合适的维护与保养方法，大多数网络可以实现距离或分路器使用量的优化，实现最高的性价比。VTe光波通信
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从图中可以看出，标准单模光纤的弯曲损耗最大。而简单改进的小模场直径单模光纤（MFD）的弯曲损耗比标准单模光纤要小。典型单模光纤模场直径约9.2祄（1310nm波长时），而改进的MFD的模场直径大约8.6祄。不过，单模光纤的模场直径不能一味减小，还必须与原有光纤兼容。如果将模场直径减少，譬如5祄，那么弯曲损耗确实能够降低，但是其它参数也会有所改变，包括色散、零色散波长和截止波长等。它们之间的关系由物理定律决定，不可能单独改变其中一个。例如，降低截止波长，可避免模场色散或模场干涉。VTe光波通信
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将不同模场直径的光纤连接在一起还会面临连接损耗问题。ITU G.652定义了能够兼容的模场直径，限制了单纯减少模场直径以换取弯曲损耗性能的方法。图中以橙色系颜色标示的其它光纤都属于这种传统结构，因此都有类似问题：如果要维持兼容性，就无法采用前面的方法。VTe光波通信
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图3b比较了不同光纤的性能和兼容性，其中以标准单模光纤作为参照。右下侧的光纤均采用传统方法制造，即用化学沉积法形成所需的折射率分布。虽然这一类光纤保证了兼容性，但是性能提高非常受限。化学沉积法限制了这一类光纤的性能改进。VTe光波通信
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图3b中左上方的是特殊类型的光纤，譬如光子晶体光纤（PCF）和带孔光纤（HAF）。图3a也比较了此类光纤的性能。这些光纤在包层加入了空气孔结构，孔的尺寸大约为几个微米。HAF和PCF结构极大地提高了弯曲损耗性能，但是无法与已有的G.652光纤和现场连接方式兼容（熔接、连接器连接）。而且，它不兼容已有制造技术，难以扩大制造规模，这都限制了它在FTTH中的大规模应用。VTe光波通信
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图3b中右上侧是一种新型的光纤，它采用了可控纳米环结构。最近，它刚刚得到了商业应用。这种光纤能够与传统的G.652光纤兼容，同时性能提高了10倍。VTe光波通信
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这种光纤采用了与PCF和HAF类似的物理原理，但并没有改变截止波长。它与传统沉积法光纤的根本区别在于，采用了结构化的包层。而且，纳米结构的制造可以与OVD制造工艺兼容，达到传统光纤的生产规模，从而满足FTTH对产能、成本和质量的要求。VTe光波通信
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光纤结构要求每个5mm弯曲的损耗小于0.1dB，但是与已有的G.652光纤和光纤现场连接方式不兼容。因此要求新型光纤具备更高的弯曲损耗性能，而且兼容已有光纤。VTe光波通信
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a）增大低折射率区域可以降低光纤的弯曲损耗，提高弯曲损耗性能，但是与G.652光纤无法兼容；b）化学沉积折射率突变包层光纤的低折射率区域增大，弯曲性能会得到改善，但其工作波长很快会超过G.652和G.657要求的1260nm截止波长。VTe光波通信
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采用这种技术制造的光纤可以用任何熔接设备连接，几乎不需要改变熔接方法，用连接器连接也很简单。VTe光波通信
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纳米结构光纤是图3所示的折射率突变结构光纤的一种。如图4a所示，这种光纤的弯曲损耗性能与低折射率区域的尺寸有关，而该尺寸又与环结构和折射率有关。简单来讲，低折射率区域可以看作一个势垒，当光纤弯曲时，可以将光能量限制在纤芯内。提高低折射率区域尺寸就可以提高弯曲损耗性能。但它也存在性能与兼容性的折中问题。VTe光波通信
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结构型包层光纤中，折射率降低与波长的关系非常密切，而化学沉积法光纤中不存在这种问题。折射率随着波长增加而降低，使得工作波长变长，而在短波长时影响减少。VTe光波通信
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而且，传统的掺氟技术无法得到大的负折射率系数，而纳米结构却很容易就能实现。因此，光纤可以做到很大的折射率突变，这样一来限制光的能力更好。这种技术还能保持低的截止波长，与G.652标准单模光纤兼容。VTe光波通信
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纳米微结构光纤可以像铜线一样方便地安装，不需要过多考虑弯曲损耗的问题，将为FTTH的部署带来显著的技术与经济效益。运营商不再被弯曲损耗的功率补偿问题烦恼，避免了大量的重复劳动，为FTTH的发展起到极大的推进作用。
参考文献VTe光波通信
1. D.Z. Chen et al., "Requirements for Bend Insensitive Fibers for Verizon's FiOS and FTTH Applications," pres. at NFOEC, paper NTuC2, 2008.VTe光波通信
