通信學論文-光纖光纜和通信電纜技術(shù)發(fā)展與思考.doc

通信學論文-光纖光纜和通信電纜技術(shù)發(fā)展與思考摘要：綜述了近期光纖光纜和通信電纜在制造、施工及維護技術(shù)上的發(fā)展特點，分析了其發(fā)展趨勢，并就我國光纖光纜及通信電纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了一些值得思考的問題。關(guān)鍵詞光纖光纜通信電纜ITU-T建議技術(shù)發(fā)展1光纖技術(shù)發(fā)展的特點1.1網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對光纖提出新的要求下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）引發(fā)了許多的觀點和爭論。有的專家預言，不管下一代網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)展，一定將要達到三個世界，即服務(wù)層面上的IP世界、傳送層面上的光的世界和接入層面上的無線世界。下一代傳送網(wǎng)要求更高的速率、更大的容量，這非光纖網(wǎng)莫屬，但高速骨干傳輸?shù)陌l(fā)展也對光纖提出了新的要求。（1）擴大單一波長的傳輸容量目前，單一波長的傳輸容量已達到40Gbit/s，并已開始進行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上傳輸對光纖的PMD將提出一定的要求，2002年的ITU-TSG15會議上，美國已提出對40Gbit/s系統(tǒng)引入一個新的光纖類別（G.655.C）的提議，并建議對其PMD傳輸中的一些問題進行深入探討，也許不久的將來就會出現(xiàn)一種專門的40Gbit/s光纖類型。（2）實現(xiàn)超長距離傳輸無中繼傳輸是骨干傳輸網(wǎng)的理想，目前有的公司已能夠采用色散齊理技術(shù)，實現(xiàn)20005000km的無電中繼傳輸。有的公司正進一步改善光纖指標，采用拉曼光放大技術(shù)，可以更大地延長光傳輸?shù)木嚯x。（3）適應DWDM技術(shù)的運用目前322.5Gbit/sDWDM系統(tǒng)已經(jīng)運用，642.5Gbit/s及3210Gbit/s系統(tǒng)已在開發(fā)并取得很好的進展。DWDM系統(tǒng)的大量使用，對光纖的非線性指標提出了更高的要求。ITU-T對光纖的非線性屬性及測試方法的標準（G.650.2）最近也已完成，當光纖的非線性測試指標明確之后，對光纖的有效面積將會提出相應指標，特別是對G.655光纖的非線性特性會有進一步改善的要求。1.2光纖標準的細分促進了光纖的準確應用2000年世界電信標準大會批準將原G.652光纖重新分為G.652.A、G.652.8和G.652.C3類光纖；將G.655光纖重新分為G.655.A和G.655.B兩類光纖。這種光纖標準的細分促進了光纖的準確使用，細化標準的同時也提高了一些光纖的指標要求（如有些光纖幾何參數(shù)的容差變?。?，明確了對不同的網(wǎng)絡(luò)層次和不同的傳輸系統(tǒng)中使用的光纖的不同指標要求（如PMD值的規(guī)定），并提出了一些新的指標概念（如“色散縱向均勻性”等），對合理使用光纖取得了很好的作用。所有這些建議的修改、子建議的出現(xiàn)及新子建議的起草，都意味著光纖分類及指標、測試方法有某些改進，或有重要的提升；都標志著要求光纖質(zhì)量的提高或運用方向上的調(diào)整，是值得注意的光纖技術(shù)新動向。1.3新型光纖在不斷出現(xiàn)為了適應市場的需要，光纖的技術(shù)指標在不斷改進，各種新型光纖在不斷涌現(xiàn)，同時各大公司正加緊開發(fā)新品種。（1）用于長途通信的新型大容量長距離光纖主要是一些大有效面積、低色散維護的新型G.655光纖，其PMD值極低，可以使現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)的容量方便地升級至1040Gbit/s，并便于在光纖上采用分布式拉曼效應放大，使光信號的傳輸距離大大延長。如康寧公司推出的PureModePM系列新型光纖利用了偏振傳輸和復合包層，用于10Gbit/s以上的DWDM系統(tǒng)中，據(jù)稱很適合于拉曼放大器的開發(fā)與應用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纖，據(jù)介紹已有傳輸100km長度以上單信道40Gbits、總?cè)萘?0.2Tbits的記錄。還有一些公司開發(fā)負色散大有效面積的光纖，提高了非線性指標的要求，并簡化了色散補償?shù)姆桨?，在長距離無再生的傳輸中表現(xiàn)出很好的性能，在海底光纜的長距離通信中效果也很好。（2）用于城域網(wǎng)通信的新型低水峰光纖城域網(wǎng)設(shè)計中需要考慮簡化設(shè)備和降低成本，還需要考慮非波分復用技術(shù)（CWDM）應用的可能性。低水峰光纖在13601460nm的延伸波段使帶寬被大大擴展，使CWDM系統(tǒng)被極大地優(yōu)化，增大了傳輸信道、增長了傳輸距離。一些城域網(wǎng)的設(shè)計可能不僅要求光纖的水峰低，還要求光纖具有負色散值，一方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以組合運用這種負色散光纖與G.652光纖或G.655標準光纖，利用它來做色散補償，從而避免復雜的色散補償設(shè)計，節(jié)約成本。如果將來在城域網(wǎng)光纖中采用拉曼放大技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)也將具有明顯的優(yōu)勢。但是畢竟城域網(wǎng)的規(guī)范還不是很成熟，所以城域網(wǎng)光纖的規(guī)格將會隨著城域網(wǎng)模式的變化而不斷變化。（3）用于局域網(wǎng)的新型多模光纖由于局域網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)的高速發(fā)展，大量的綜合布線系統(tǒng)也采用了多模光纖來代替數(shù)字電纜，因此多模光纖的市場份額會逐漸加大。之所以選用多模光纖，是因為局域網(wǎng)傳輸距離較短，雖然多模光纖比單模光纖價格貴50100，但是它所配套的光器件可選用發(fā)光二極管，價格則比激光管便宜很多，而且多模光纖有較大的芯徑與數(shù)值孔徑，容易連接與耦合，相應的連接器、耦合器等元器件價格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125m型多模光纖標準，但由于局域網(wǎng)發(fā)展的需要，它仍然得到了廣泛使用。而ITU-T推薦的G.651光纖，即50/125m的標準型多模光纖，其芯徑較小、耦合與連接相應困難一些，雖然在部分歐洲國家和日本有一些應用，但在北美及歐洲大多數(shù)國家很少采用。針對這些問題，目前有的公司已進行了改進，研制出新型的5O/125m光纖漸變型（G1）光纖，區(qū)別于傳統(tǒng)的50/125m光纖纖芯的梯度折射率分布，它將帶寬的正態(tài)分布進行了調(diào)整，以配合850nm和1300nm兩個窗口的運用，這種改進可能會為50/125pm光纖在局域網(wǎng)運用找到新的市場。（4）前途未卜的空芯光纖據(jù)報道，美國一些公司及大學研究所正在開發(fā)一種新的空芯光纖，即光是在光纖的空氣夠傳輸。從理論上講，這種光纖沒有纖芯，減小了衰耗，增長了通信距離，防止了色散導致的干擾現(xiàn)象，可以支持更多的波段，并且它允許較強的光功率注入，預計其通信能力可達到目前光纖的100倍。歐洲和日本的一些業(yè)界人士也十分關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究證明空芯光纖似有可能。如果真能實用，就能解決現(xiàn)有光纖系統(tǒng)長距離傳輸?shù)膯栴}，并大大降低光通信的成本。但是，這種光纖使用起來還會遇到許多棘手的問題，比如光纖的穩(wěn)定性、側(cè)壓性能及彎曲損耗的增大等。因此，對于這種光纖的現(xiàn)場使用還需做進一步的探討。2光纜技術(shù)的發(fā)展特點2.1光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得光纜的新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)光纜的結(jié)構(gòu)總是隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、使用環(huán)境的要求而發(fā)展的。新一代的全光網(wǎng)絡(luò)要求光纜提供更寬的帶寬、容納更多的波長、傳送更高的速率、便于安裝維護、使用壽命更長等。近年來，光纜結(jié)構(gòu)的發(fā)展可歸納為以下一些特點。1）光纜結(jié)構(gòu)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有了明確的光纖類型的選擇，如干線網(wǎng)光纖、城域網(wǎng)光纖、接入網(wǎng)光纖、局域網(wǎng)光纖等，這決定了大范圍內(nèi)光纜光纖傳輸特性的要求，具體運用的條件還有可依據(jù)的細分的標準及指標；2）光纜結(jié)構(gòu)除考慮光纜使用環(huán)境條件以外，越來越多的與其施工方法、維護方法有關(guān)，必須統(tǒng)一考慮，配套設(shè)計；3）光纜新材料的出現(xiàn)，促進了光纜結(jié)構(gòu)的改進，如干式阻水料、納米材料、阻燃材料等的采用，使光纜性能有明顯改進。不同的場合和不同的要求造成了光纜的多結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，新的光纜結(jié)構(gòu)以及在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上不斷改進的各種結(jié)構(gòu)也在不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了如下一些類型?！案衫|芯”式光纜：所謂“干纜芯”即區(qū)別于常用的填充管型的光纜纜芯。這種纜的阻水功能主要靠阻水帶、阻水紗和涂層組合來完成，其防水性能、滲水性能都與傳統(tǒng)的光纜相同，但它具有生產(chǎn)、運輸、施工和維護上的一些優(yōu)點。首先是方便，因為阻水材料不含粘性脂類，操作使用比較方便安全；其次，干式光纜重量輕、易接續(xù)、易搬運，設(shè)備投資小、成本低，生產(chǎn)使用中也顯得干凈衛(wèi)生，在長期使用中還可減少纜芯中各種元件之間的相對移動。特別是在接入網(wǎng)室內(nèi)纜和用戶纜中，好處更加明顯。生態(tài)光纜：一些公司從環(huán)境保護及阻燃性能的要求出發(fā)，開發(fā)了生態(tài)光纜，應用于室內(nèi)、樓房及家庭?，F(xiàn)有光纜中使用的一些材料已不符合環(huán)保的要求，如PVC燃燒時會放出有毒性氣體，光纜穩(wěn)定劑中有時含鉛，都是對人體及環(huán)境有害的。2001年ITU-T已通過了一項L45建議“使電信網(wǎng)外部設(shè)備對環(huán)境的影響最小化”建議，通過對光纜、電纜光器件及電桿等基于壽命周期怦估（LifeCycleAnalysis，LCA）的方法來確定產(chǎn)品對環(huán)境的影響。由于環(huán)境因素正日益受到重視，對通信外部設(shè)備，特別是光纜產(chǎn)品規(guī)定這樣的指標已提到日程上來，如果不在材料和工藝上下功夫就難以達到環(huán)保的要求。因此已有不少公司針對此類問題開發(fā)了一些新材料，如對室內(nèi)用纜，開發(fā)了含有阻燃添加劑的聚酞胺化合物，以及無鹵性阻燃塑料等。海底光纜：海底光纜近年來有根快的發(fā)展，它要求長距離、低衰減的傳輸，而且要適應海底的環(huán)境，對抗水壓、抗氣損、抗拉伸、抗沖擊的要求都特別嚴格。淺水光纜（MarinizedTerrestrailCable，MTC）：淺水光纜是區(qū)別于海底光纜而提出來的另一類結(jié)構(gòu)的水下光纜，適合于在海岸邊上、淺水中安裝，無需中繼、通信距離比較短的水下（如島嶼間、沿海岸邊上的城市）敷設(shè)使用。這種光纜區(qū)別于海底光纜的環(huán)境，需要的光纖數(shù)不多（中等），但要求結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，易于安裝和運輸，便于修復和維護。ITU-T在2001年提出了ITU-TG.972定義下的淺水光纜建議，為建設(shè)類似的水下光纜提供了一組規(guī)范，隨后也有可能形成相應的國際標準。微型光纜：為了配合氣壓安裝（或水壓安裝）施工系統(tǒng)的運用，各種微型的光纜結(jié)構(gòu)已在設(shè)計和使用中。對于氣壓安裝的微型光纜，要求光纜與管道之間有一定的系數(shù)，光纜重量要準確，具有一定的硬度等。這種微型光纜和自動安裝的方式是未來接入網(wǎng)，特別是用戶駐地網(wǎng)絡(luò)中綜合布線系統(tǒng)很有潛力的一種方式，如在智能建筑中運用的智能管道中就非常適合這種安裝。采用了納米材料的光纜：近來，一些廠商已開發(fā)出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護套用聚乙烯（PE）及光纖護套管用納米PBT等材料。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對光纜的抗機械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命。目前此類材料尚處于試用階段。全介質(zhì)自承式光纜（ADSS）：全介質(zhì)光纜對防止電磁影響及防雷電都有優(yōu)良的特性，而且重量輕、外徑小，架空使用非常方便，在電力通信網(wǎng)中已得到大量的應用。預計20002005年，每年電力部門對ADSS光纜需求約15000km。ADSS同時也是電信部門在對抗電磁干擾及雷暴日高的敷設(shè)環(huán)境中一種很好的光纜類型的選擇。在今后一段時間內(nèi)，如何在滿足要求的前提下，盡量減小ADSS光纜的外徑，減輕光纜的重量，提高其耐電壓性能是ADSS光纜研究改進的課題。架空地線光纜（OPGW）：OPGW已出現(xiàn)了很長一段時間，近年來一直在改進和提高之中。OPGW的光纖單元中采用PBT，于套管外面再加上一層不銹鋼管，有的還在塑料套管與不銹鋼管之間加上一層熱塑膠，不銹鋼管用激光焊接長度可達數(shù)十公里，光纖在這樣的多層保護管中得到了充分的機械保護。預計從現(xiàn)在到2005年，OPGW光纜的需求將會逐年上升，每年增加約2500km，到2005年預計可達到20000km。當然對OPGW光纖的防雷問題一直是業(yè)界十分關(guān)注的問題，也應配合具體環(huán)境和使用條件加以考慮，使之得到充分保護。2.2光纜的自動維護、適時監(jiān)測系統(tǒng)已逐漸完善，可保證大容量高速率的光纜不中斷傳輸光纜的維護對于保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性是十分重要。在已開通的光網(wǎng)絡(luò)中，光纜的維護和監(jiān)測應該是在不中斷通信的前提下進行的，一般通過監(jiān)測空閑光纖（暗光纖）的方式來檢測在用光纖的狀態(tài)，更有效的方式是直接監(jiān)測正在通信的光纖。雖然ITU-T長時間收集和討論了國際上的最新資料，于1996年發(fā)布了L.25光纜網(wǎng)絡(luò)維護的建議書，對光纜的預防性維護和故障后維護規(guī)定了詳細的維護范圍和功能，但已經(jīng)不能滿足當前的需要，目前最新的建議是2001年12月IUT-TSG16會議通過的“光纜網(wǎng)絡(luò)的維護監(jiān)測系統(tǒng)”（L.40建議）。為了進一步縮短檢測及修復時間，美國朗訊公司曾提出了新一代光纖測試及監(jiān)控系統(tǒng)，能在1s內(nèi)發(fā)出故障告警，3min內(nèi)找到故障點，且工作人員可以遙控操作，據(jù)稱該系統(tǒng)還將開發(fā)有故障預測及對斷纖（纜）的快速反應能力。日本、意大利等國電信企業(yè)也提出了一些系統(tǒng)方案。日本NTT方案：在局內(nèi)運用光纖選擇器與系統(tǒng)的測試設(shè)備和傳輸設(shè)備相連形成了一種可對光纖狀況進行實時監(jiān)測的系統(tǒng)，保證有用信號在通過光纖選擇器測試證明良好的光纖上傳輸，對有故障的光纖可以預選監(jiān)測出來及時傳送到維護中心進行適當處理，避免不良狀況進入有用的光傳輸信道，從而起到在運行中對整個光通信系統(tǒng)的支撐作用；在局外通過水敏傳感器裝置可監(jiān)測外部設(shè)備光纜線路接頭盒浸水的位置，水敏傳感器安裝在空閑的光纖上，水敏傳感器中裝有吸水性膨脹物，當水滲人接頭盒時，吸水性物質(zhì)會膨脹使得接頭盒中的光纖受力，也就是使得這一空閑光纖彎曲，從而使光纖的損耗增加，在監(jiān)測中心的OTDR上就會反映出來。意大利的方案：此方案是一種綜合處理的新型連續(xù)光纜監(jiān)測系統(tǒng)。主要特點是將光纜網(wǎng)絡(luò)、光纖及光纜護套的監(jiān)測綜合在一起，既利用了OT