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光纤光缆的技术应用与走向

2/14/2005来源:光纤通信人气:9349

光纤光缆的技术应用与走向(吴重阳) 20年来我国的光纤通信事业从无到有、从小到大,发展很快。但我国电话普及率才达 12%,低于世界平均水平(15%),大大落后于发达国家水平(40%)。2010年电话普及 单要达到38%的既定目标,还要付出巨大努力。大约15年内,满足基本电话业务要求仍是 我国电信发展的主要任务。因特网的兴起使通信网上数据信息业务量几乎每半年增加一倍, 超出了摩尔定律(每一年半增加一倍)。预计在数年之内,通信网上数据信息业务总量将 与电话业务总量相等,甚至超过。与此同时,可视通信、可视会议、家庭点播电视/电影 等图视信息业务也在不断增长。面对以上电话、数据、图视等三方面不断增大的需求,作 为当前传输质量最佳,频带最宽的光纤通信事业正如日中天。 光纤光缆行巡莅市场的强大牵引下,新技术、新产品、新材料层出不穷。哪些新技术 发展有前途,是方向?传输网(或称核心网,包括长途网、中继网)、接入网(馈线、配 线、引入第、室内线)、专用网(广电网、电力通信网、铁路通信、石油管道通信、军用 网)等通信线路各适于发展何种何样光缆?这些无疑都是我们十分关心的问题。 核心网用G655光纤光缆 截止去年,我国已建成八纵八横的国家干线网、大量的省级干线网、众多的市话中继 网,加上广电、联通、铁路、石油、军用等专用网,光缆总长度已超100万公里。这些线 路光缆中光纤基本上是G652单模光纤(只有京九光缆电甩少量G653色散位移光纤),且90 年代前期只开1310nm窗口,后期才开通1550nm窗口。传输速率国家级干线刚从622Mb/s (SDH的STM-4)提升到2.5Gb/s(SDH的STM-16)。近两年,波分复用刚刚起步,当前到 ×4、×8、×16×32。信息产业部已决定新建长速线路用G655光纤光缆。 1998年以来。美国由于数据业务,尤其是ip业务爆炸式的增长,核心网容量又成为紧 缺商品,为此电信界又掀起了一个建设新核心网高潮,仅国家级长速网就新建6个,光缆 总长度20万公里以上,这些网络统一采用新一代G655光纤,光纤主要用美国朗讯的低色散 斜率真波光纤和康宁公司的大有效面积LEAF光纤,光纤芯数平均高达100芯以上;普遍采 用以10Gb/s为基础的密集波分复用(波长间隔小于1nm,波分复用32信道以上)系统,光 缆总传输能力可高达10Tb/s:通信业务设计以数据信息业务特别是IP业务为主,也兼容话 音业务。 再过几年,我国也会再掀起一个建这样的新长途网的高潮。 1.光纤通信系统速率不断提高。 据3月中旬在美国巴尔的摩举行的OFC 2000会议材料获悉,世界光纤通信技术发展迅 猛。光纤通信系统试验最高速率已达3.28Tb/s。 该系统容量82×40Gb/s-(C波段40波分复用,L波段42波分复用,10Gb/s信号经× 4电时分复用成40Gb/s信号)、信道间隔100GHz(1550处0.8nm)、采用Raman/EDFA(拉 曼/掺铒光纤放大)放大技术。使用DCF(色散补偿光纤)和HS一DCF(高斜率色散补偿光 纤),最大跨题100km、传输距离300km (真波光纤)。 还有在C波段上搞180波分复用,信道间隔0.21nm,传输速率1.8Tb/s=180×10Gb/s 的试验系统。 ITU已有DWDM应用波长标准,在C 波段,从191500GHz(1565.50nm)开始每隔100GHz (1530nm,0.79nm;1550nm,0.80nm;1565nm,0.82nm)为一个中心波长,直到197200GHz (1520.25nm),共58个信道。这说明密集波分复用技术已成熟,产品已商业化。 2 ITU-T关于G.655光纤的新标准 1996年ITU-T提出了非零色散位移单模光纤G.655的建议,经过1998年以来的大量应用, ITU-T今年十月能通过G.655光纤的新标准。新标准把G.655光纤分作两类:G.655.A和 G.655.B。G.655.A光纤适用G.691和G.692高至STM一64(10Gb/s)的传输系统,波道间隔 ≥200GHz。由于该类光纤对PMD不做要求,在较长的传输距离和较高的比特高时,系统性 能可能会有所降低。G.655.B光纤适用于速率高到10Gb/S(STM--64)的系统,波道间隔 ≤100GHz。许多海缆应甩到这类光纤。为了某些海缆应用的最佳化。可选择不同于此类光 纤现规定的相关限值。例如有时光缆截止波长可达1500nm。 1 G.652光纤进并高速率、长距离传输试验 近年来世界上一些大公司,在G.652光纤上加上其他先进技术进行了高速率、长距离 传输试验,取得了不少进步。 富士通采用(Raman+EDFA)放大技术。在G.652光纤上,于C、L两波段用128波分复 用传输10Gb/S信号实现了总速率为1.28Tb/S的通信,该系统最大跨距140km,总传输距 离840km。 NTT用40Gb/S电子系统再8波分复用(波长间隔200GHz)在367km线路上实现了总速率 为320Gb/S的通信。 还有一公司采用色散补偿光纤(DCF)加掺铒光纤放大(EDFA),在160kmG.652光纤 上传输了80Gb/S。 朗讯用20.1km反色散补偿(IDF)光缆(色散一18.7ps/nm.km,色散斜率一0.067ps /nm2.km,损耗0.23dB/km)与22.1kmG.652光纤光缆(色散17ps/nm.km,色散斜率0.0 66ps/nm2.km,损耗0.20dB/km)一起敷设线路,进行试验,认为可节省光缆长度15-20%。 2.ITU-T关于G.652光纤的新标准 为了适应光纤通信的新发展,ITU-T将较大幅度修改1997版G.652光纤标准。新标准 将把G.652光纤分成三类:G.652.A、G.652.B、G.652.C。G.652.A光纤基本上和原标准一 样,适于传输最高速率到2.5Gb/S(STM-16),只是部分指标有所提高。如模场直径由 原来9-10μm±10%变成8.6-9.5μn±0.7μm; 包层直径由原来125μm±2μm变成125.0 ±1μm;模场同心度误差由原不超过1μm变成不超过0.8μm;筛选应力原提0.35Gpa和 0.69Gpa两档,现只有0.69 Gpa一档;1550nm宏弯损耗由1.0dB变成0.5dB。另外截止波长 只提光缆截止彼长。G.652.B光纤提升到适于传输最高速率到10 Gb/S(STM-64),在 1550nm波长区要传输高速率需要进行色散调节,如前面提到加色散补偿光纤(DCF)或反 色散光纤(RDF)。光纤指标除G.652.A要求之外加上要求PMD。G.652.C光纤是一种新加 的低水峰光纤,它在G.652.B光纤基础上再把应用波长扩展到1360nm-1530nm,由于要传 输10Gb/S,也要求 PMD值在规定范围内、在新扩展波段内因色散比1550nm区小,可以有 更大的传输距离。此类光纤要传输高速率有时也要采用色散调节技术。G.652.C光纤实质 上就是Lucent的全波光纤。G.652.C该类单模光纤适于G.957、G.691和G.692高至STM一64 的传输系统。在1550nm波长区传输高比特率,往往需要色散调节技术。该类光纤允许 G.957传输到1360nm以上和1530nm以下的波段。在该扩展波段(1360nm<λ<1530nm)的 色散较小,可增大传输距离或减小所需的色散补偿程度。 3、大有前途的全波光纤光缆 朗讯在G.652光纤基础上开发出一种新工艺,完全消除了1385nm处的QH离子吸收峰, 开辟了1350nm-1450nm的新波段(称第五波段)、使得此种光纤在1280nm--1625nm整个波 段内都可传输光信号,称为全波光纤。用全波光纤可在第二被授(1280nm-1325nm)开 WDM模拟视频;在第五波段(1350nm-1450nm)开密集波分复用(波长间隔0.8μm,120 个信道)高比特率(10Gb/s)传输系统;在1450nm1625nm(包括三被段、四波段),开 2.5Gb/S DWDM传输系统。去年秋天以来,亨通公司已将全波光纤成统用于广电、电信系 统。 接入网用光缆 接入网包括本地交换设备与用户终端设备之间的实施系统,即本地局端与用户端之 间的机线全部设备。接入网线路又可分为馈线(本地局端业务接口与交接箱之间)、配 线(交接箱与分配点之间)、引入线(分配点之间与用户接口之间)以及室内线。在整 个通信网中,传输网(或称核心网)线路总长只会占到30%以下,而直通用户的错综复 杂的接人网的线路长度会占到70%以上。我国从1998年才启动接入网的建设高潮,可见 光纤光缆的用武宁地县多么的宽广。 电力网用光缆 近两年来我国电力网上兴起了一个建光通信系统的高潮,主要光缆类型为ADSS光缆 (全介质自承式光缆)和OPGW光缆(光纤复合架空地线)。 1 ADSS光缆 享通公司 1998年开发ADSS光缆投放市场,1999年初通过信息产业部鉴定。结构为松 套层绞式结构。中心加强件用FRP(玻璃增强纤维),其弹性模量≥50Gpa。外加强件用 杜邦公司KeVlar49(弹性模量114Gpa,断裂伸长2.5%)。外护套采用北欧化工耐电痕料 ME6080PE(光缆所处场强在12kV以上,25kV以下)或普通 PE料(光线所处场强在12kV以 下)。光缆设计原则一是获得最佳的应力一应变特性,二是使光缆比载做得尽可能小。 具体设计——主要是计算光缆所需承受最大负载力(根据档距、坡度、弧垂、光缆自重、 冰载、风载),限定光缆在最大负载下的最大应变限量(<8.5%),计算芳纶需用量 (根据优缆最大应变限量、光缆最大负载力、光缆截面积、芳纶弹性模量和截面积), 计算光缆断裂强度,考虑保险系数,设计光纤应变窗口(取9‰,使光缆发生最大应变时, 光纤基本无应变)。结构设计和制造工艺尽量使光缆结构紧凑,在减小缆外径同时尽量 增大负载力,芳给施放张力一致,光缆外护套光滑圆整。光缆做成后认真作光缆各项实 验(温度试验、渗水试验、应力一应变试验、风振、蠕变、舞动、耐电痕、过滑轮等)。 光缆施工时要根据具体杆塔情况、输电状况作电场分析,选取光缆挂点,选配合运金具, 计算出并控制好机械力。 2 OPGW光缆 亨通集团现正开发OPGW光缆,采用不锈钢管松套光纤(中心管式光纤余长控制8‰, 层统式光纤余长控制为0-2‰)再统合铝包钢线或铝合金线。该光缆企业 标准制定参 照IEC60794-4-1-1999《架空高压输电线复合光缆》、IEC1396《OPGW的电气、机械和 物理性能要求及试验方法》、IEEEI 138-1994(用于公用电力线路OPGW的结构标准)。 光缆设计制造原则是光纤单元加入地线中不损害架空地线原有的电气性能(短路电流和 雷击电流),机械性能(最大允许拉力MAT,额定抗拉强度 RTS,应力/应变和弯曲性能 ),光纤单元加入应尽量少增加地线的外径和重量,不致因缆自重和冰、雪。风负载过 大而过多地增加杆塔的负载。另一方面光纤单元应保护光纤免受环境变化、外力、长期 与短期的热效应、潮气等原因引起的损坏。光纤单元与外层续会单线应绞合成一个整体 以防止由于振动和舞动、风或冰的负荷、温度变化、雷击和短路电流对——性能的影响。 对成品光缆作机械性能、充气性能(短路电流)环境性能(衰减温度特性、滴流试验、 渗水性能)、风激振动、过滑轮、舞动等试验。 摘自《通信产业报》