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光纖光纜和通信電纜技術(shù)發(fā)展與思考

湖北自考網(wǎng) 來源: 時間:2005-11-09 00:00:00
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)絡的發(fā)展對光纖提出新的要求

下一代網(wǎng)絡(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)絡如何發(fā)展,一定將要達到三個世界,即服務層面上的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40 Gbit/s,并已開始進行160 Gbit/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-T SG15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)2000~5000km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32×2.5Gbit/s DWDM系統(tǒng)已經(jīng)運用,64×2.5Gbit/s及32×10Gbit/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.C 3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10~40Gbit/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Pure Mode PM系列新型光纖利用了偏振傳輸和復合包層,用于10 Gbit/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。Alcatel cable推出的Teralight Ultra光纖,據(jù)介紹已有傳輸100km長度以上單信道40Gbit/s、總?cè)萘?0.2 Tbit/s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)設計中需要考慮簡化設備和降低成本,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1360~1460nm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50%~100%,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62.5/125μm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50/125μm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/125μm光纖漸變型(G1)光纖,區(qū)別于傳統(tǒng)的50/125μm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。

·“干纜芯”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(Life CycleAnalysis,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(Marinized Terrestrail Cable,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-T G.972定義下的淺水光纜建議,為建設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
結(jié)束
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