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國內(nèi)外光纖光纜現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

湖北自考網(wǎng) 來源: 時間:2005-11-09 00:00:00
——光纜通信在我國已有20多年的使用歷史,這段歷史也就是光通信技術(shù)的發(fā)展史和光纖光纜的發(fā)展史。光纖光纜在我國的發(fā)展可以分為這樣幾個階段:對光纜可用性的探討;取代市內(nèi)局間中繼線的市話電纜和PCM電纜;取代有線通信干線上的高頻對稱電纜和同軸電纜。這兩個取代應(yīng)該說是完成了;現(xiàn)正在取代接入網(wǎng)的主干線和配線的市話主干電纜和配線電纜,并正在進(jìn)入局域網(wǎng)和室內(nèi)綜合布線系統(tǒng)。目前,光纖光纜已經(jīng)進(jìn)入了有線通信的各個領(lǐng)域,包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍用通信等領(lǐng)域。

1 光纖

——符合ITU-T G.652.A規(guī)定的普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展,光中繼距離和單一波長信道容量增大,G.652.A光纖的性能還有可能進(jìn)一步優(yōu)化,表現(xiàn)在1550nm區(qū)的低衰減系數(shù)沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數(shù)和零色散點(diǎn)不在同一區(qū)域。符合ITU-T G.654規(guī)定的截止波長位移單模光纖和符合G.653規(guī)定的色散位移單模光纖實(shí)現(xiàn)了這樣的改進(jìn)。G.653光纖雖然可以使光纖容量有所增加,但是,原本期望得到的零色散因?yàn)椴荒芤种扑牟ɑ祛l,反而變成了采用波分復(fù)用技術(shù)的障礙。

——為了取得更大的中繼距離和通信容量,采用了增大傳輸光功率和波分復(fù)用、密集波分復(fù)用技術(shù),此時,傳輸容量已經(jīng)相當(dāng)大的G.652普通單模光纖顯得有些性能不足,表現(xiàn)在偏振模色散(PMD)和非線性效應(yīng)對這些技術(shù)應(yīng)用的限制。在10Gb/s及更高速率的系統(tǒng)中,偏振模色散可能成為限制系統(tǒng)性能的因素之一。光纖的PMD通過改善光纖的圓整度和/或采用“旋轉(zhuǎn)”光纖的方法得到了改善,符合ITU-T G.652.B規(guī)定的普通單模光纖的PMDQ通常能低于0.5ps/km1/2,這意味著STM-64系統(tǒng)的傳輸距離可以達(dá)到大約400km。G.652.B光纖的工作波長還可延伸到1600nm區(qū)。G.652.A和G.652.B光纖習(xí)慣統(tǒng)稱為G.652光纖。

——光纖的非線性效應(yīng)包括受激布里淵散射、受激拉曼散射、自相位調(diào)制、互相位調(diào)制、四波混頻、光孤子傳輸?shù)?。為了增大系統(tǒng)的中繼距離而提高發(fā)送光功率,當(dāng)光纖中傳輸?shù)墓鈴?qiáng)密度超過光纖的閾值時則會表現(xiàn)出非線性效應(yīng),從而限制系統(tǒng)容量和中繼距離的進(jìn)一步增大。通過色散和光纖有效芯面積對非線性效應(yīng)影響的研究,國際上開發(fā)出滿足ITU-T G.655規(guī)定的非零色散位移單模光纖。利用低色散對四波混頻的抑制作用,使波分復(fù)用和密集波分復(fù)用技術(shù)得以應(yīng)用,并且使光纖有可能在第四傳輸窗口1600nm區(qū)(1565nm-1620nm)工作。目前,G.655光纖還在發(fā)展完善,已有TrueWave、LEAF、大保實(shí)、TeraLight、PureGuide、MetroCor等品牌問世,它們都力圖通過對光纖結(jié)構(gòu)和性能的細(xì)微調(diào)整,達(dá)到與傳輸設(shè)備的最佳組合,取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。

——為了在一根光纖上開放更多的波分復(fù)用信道,國外開發(fā)出一種稱為“全波光纖”的單模光纖,它屬于ITU-T 652.C規(guī)定的低水吸收峰單模光纖。在二氧化硅系光纖的譜損曲線上,在第二傳輸窗口1310nm區(qū)(1280nm-1325nm)和第三傳輸窗口1550nm區(qū)(1380nm-1565nm)之間的1383nm波長附近,通常有一個水吸收峰。通過新的工藝技術(shù)突破,全波光纖消除了這個水吸收峰,與普通單模光纖相比,在水峰處的衰減降低了2/3,使有用波長范圍增加了100nm,即打開了第五個傳輸窗口1400nm區(qū)(即1350nm-1450nm區(qū)),使原來分離的兩個傳輸窗口連成一個很寬的大傳輸窗口,使光纖的工作波長從1280nm延伸到1625nm。

——為了提高光纜傳輸密度,國外開發(fā)了一種多芯光纖。據(jù)報道,一種四芯光纖的玻璃體部分呈四瓣梅花狀,涂覆層外形為圓形,其外徑與普通單芯光纖相同(見圖1a)。光纖的折射率分布采用突變型時,光纖的平均衰減在1310nm波長上為0.375±0.01dB/km;在1550nm波長上為0.225±0.01dB/km。這種光纖的接頭采用硅棒加熱可縮套管的方法(見圖1b),其接頭損耗的平均值為
0.17dB,標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.10dB。

2 核心網(wǎng)光纜

——我國已在干線(包括國家干線、省內(nèi)干線和區(qū)內(nèi)干線)上全面采用光纜,其中多模光纖已被淘汰,全部采用單模光纖,包括G.652光纖和G.655光纖。G.653光纖雖然在我國曾經(jīng)采用過,但今后不會再發(fā)展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統(tǒng)容量,它在我國的陸地光纜中沒有使
用過。

——干線光纜中采用分立的光纖,不采用光纖帶。

——干線光纜主要用于室外,在這些光纜中,曾經(jīng)使用過的緊套層絞式和骨架式結(jié)構(gòu),目前已停止使用。當(dāng)前我國廣泛使用的干線光纜有松套層絞式和中心管式兩種結(jié)構(gòu),并且優(yōu)先采用前者。松套層絞式光纜采用SZ絞合結(jié)構(gòu)時的生產(chǎn)效率高,便于中間分線,同時也能使光纜取得良好的拉伸性能和衰減溫度特性,目前它已獲得廣泛采用。

——骨架式光纜的設(shè)計原理雖然和松套層絞式光纜相似,但是目前的實(shí)際工藝技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計目標(biāo),使光纜拉伸性能難于達(dá)到規(guī)定的要求。這一點(diǎn)已為國內(nèi)有關(guān)的光纜產(chǎn)品檢測所證實(shí),為此.目前我國的干線網(wǎng)已不再使用骨架式光纜。

——在長途線路中,由于距離長、分支少,光纜在系統(tǒng)中所占費(fèi)用比例相對較高。因此,干線光纜將通過采用G.655光纖和波分復(fù)用、密集波分復(fù)用技術(shù)來擴(kuò)大容量。光纜本身的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)己相對成熟,不會有大的改變。但是,光纜的某些防護(hù)結(jié)構(gòu)和性能仍有待開發(fā)完善。例如,全介質(zhì)光纜具有眾所周知的優(yōu)良防雷和防強(qiáng)電的性能,但它的直埋結(jié)構(gòu)和防鼠性能始終不盡人意,是值得開發(fā)的課題。

——據(jù)國外報道,采用玻纖增強(qiáng)塑料圓絲銷裝結(jié)構(gòu)和外護(hù)層中夾入玻璃紗層的結(jié)構(gòu),或者在護(hù)套料中摻雜0.4%的驅(qū)獸劑微囊,都能取得良好的防鼠效果。

——海底光纜所受機(jī)械力,特別是拉力的作用,往往比陸地光纜要嚴(yán)峻得多。為此,海底光纜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性的研究,以及光纜加強(qiáng)構(gòu)件蠕變問題的研究,對確保光纖光纜的安全使用都是很重要的。據(jù)報道,針對使用環(huán)境條件開發(fā)了某些實(shí)用產(chǎn)品,例如,8000m深海用的輕型光纜,2000m深海、有船只拖掛危險地區(qū)用的輕鎧光纜,1500m深海、多巖石、有船只拖掛危險地區(qū)用的單鎧光纜,400m深海、多巖石、多浪、有船只拖掛危險地區(qū)用的單鎧光纜,200m深海、多巖石、易磨損和壓碎、有船只拖掛危險地區(qū)用的專門鎧裝光纜,以及防鯊魚用的特殊光纜。

——光纖的氫損問題在海底光纜中更加引入關(guān)注。據(jù)報道,普通單鋼絲鎧裝和雙鋼絲鎧裝的光纜,經(jīng)8-10年之后,在1550nm波長上可測試到0.01-0.O4dB/km的氫損。在光纜填充物中加入吸氫材料和采用金屬密封管作松套管,則沒有出現(xiàn)光纖的氫損現(xiàn)象。

3 接入網(wǎng)光纜

——接入網(wǎng)中的光纜距離短,分支多,分插頻繁,為了增加網(wǎng)的容量,通常是增加光纖芯數(shù)。特別是在市內(nèi)管道中,由于管道內(nèi)徑有限,在增加光纖芯數(shù)的同時增加光纜的光纖集裝密度、減小光纜直徑和重量,是很重要的。

——接入網(wǎng)使用G.652普通單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。低水峰單模光纖適合于密集波分復(fù)用,目前在我國已有少量的使用。

——接入網(wǎng)用光纜中廣泛采用光纖帶型式,它可使光纜適應(yīng)芯數(shù)大和光纖集裝密度高的要求,而且可以通過光纖帶整帶接續(xù)的方式提高光纜接續(xù)效率。但是,在小芯數(shù)光纜情況下,也直接采用分立的光纖。

——由于光纖帶光纜中光纖集裝密度增大,可能損害光纜的拉伸性能和衰減溫度特性,以及有可能損害光纖的傳輸衰減。因此,在獲得大芯數(shù)、小外徑要求的同時,光纖帶光纜還有許多課題值得研究。

——接入網(wǎng)光纜主要用于室外,目前有松套層絞式、中心管式和骨架式三種類型。雖然這些結(jié)構(gòu)在國內(nèi)都得到應(yīng)用,但是都還需要在獲得高集裝密度、小尺寸、良好性能、便于制造、低成本和便于使用(例如便于分線和下線)等方面經(jīng)受考驗(yàn)。

——在中心管式光纜中,為了獲得更大的芯數(shù),往往采用增大光纖帶芯數(shù)的方法,例如,采用24芯光纖帶。據(jù)報道:采用24芯光纖帶生產(chǎn)864芯的光纜,可以作到大于目前正式采用的1000芯骨架式光纜的集裝密度。這種24芯光纖帶由兩根12芯子帶構(gòu)成,要求既要保持整帶的穩(wěn)定和牢固,又要易于手工分成兩根結(jié)構(gòu)獨(dú)立完整的12芯帶,便于整帶熔接。

——松管結(jié)構(gòu)中的光纖與松管壁之間有較大的空隙。據(jù)國外報道,如果采用柔軟聚氯乙烯制造的半緊套管集裝12根光纖(見圖2),管外徑為1.4mm,壁厚為0.2mm,則管子的截面積只有常規(guī)松套管的大約30%。不用中心加強(qiáng)構(gòu)件,用螺旋絞或SZ絞方式把12根這樣的半緊套管絞合成纜芯,然后在纜芯外加上中心管式結(jié)構(gòu)的護(hù)套,構(gòu)成144芯光纜。這種光纜適合于在管道內(nèi)用牽引方法或氣送方法安裝。

——國外目前實(shí)際使用的骨架式光纜的最大芯數(shù)為1000芯,在它的骨架上有13個槽,共可放入125根8芯光纖帶,這種8芯帶可以方便地分成兩個4芯帶。近年來,骨架式光纜在減小光纜外徑和重量、增加光纜的柔軟性和改善光纜使用性能方面,也不斷有所探討和報道。最早的骨架式光纖帶光纜采用螺旋槽結(jié)構(gòu),為了和松套SZ層絞式光纜一樣便于下線,骨架式光纜也推出了SZ槽結(jié)構(gòu)。光纖帶在其厚度方向極易彎曲,在其寬度方向很難彎曲,即使強(qiáng)迫在寬度方向彎曲,則一定會使光纖帶發(fā)生折轉(zhuǎn),同時會使光纖帶兩邊的光纖產(chǎn)生一定的應(yīng)力。據(jù)報道,通過采用專門的骨架槽截面的設(shè)計,可以適應(yīng)光纖帶的這種折轉(zhuǎn)。近年來在減輕光纜重量方面也有一些探索,為了減少加強(qiáng)構(gòu)件重量而采用非金屬FRP加強(qiáng)構(gòu)件代替鋼絞線;為了減少光纜重量而干用內(nèi)層為泡沫聚乙烯外層為實(shí)心聚乙烯的骨架和全部為泡沫聚乙烯的骨架,但為了保持骨架槽的內(nèi)壁表面光滑,這兩種骨架中采用內(nèi)層為泡沫聚乙烯外層為實(shí)心聚乙烯的骨架更適用。

4 室內(nèi)光纜

——室內(nèi)光纜往往需要同時用于話音、數(shù)據(jù)和視頻信號的傳輸。并目還可能用于遙測與傳感器。

——國際電工委員會(IEC)在光纜分類中所指的室內(nèi)光纜,筆者認(rèn)為至少應(yīng)包括局內(nèi)光纜和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機(jī)房內(nèi),布放緊密有序和位置相對固定。綜合布線光纜布放在用戶端
結(jié)束
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