光纤光缆和通信电缆的技术发展与思考.docx

光纤光缆和通信电缆的技术发展与思索I光纤技术发展的特点1.1网络的发展对光纤提出新的要求下一代网络（NGN）引发了很多的观点和争辩。有的专家预言，不管下一代网络如何发展，肯定将要达到三个世界，即服务层面上的IP世界、传送层面上的光的世界和接入乂面上的无线世界.下一代传送网要求更离的速率、更大的容量，这非光纤网莫属，但高速骨干传输的发展也对光纤提出了新的要求。（1）扩大单一波长的传输容量目前，单一波长的传输容量己达到40Gbit/s,并已起先进行160Gbit/s的探讨。40Gbits以上传输对光纤的PMD将提出肯定的要求，2002年的ITU-TSG15会议上，美国已提出对40Gbits系统引入一个新的光纤类别（G.655.0的提议，并建议对其PMD传输中的一些问题进行深化探讨,或许不久的将来就会出现一种特地的40Gbits光纤类型。（2）实现超长距离传输无中继传输是件干传输网的志向，目前有的公司已能够采纳色敢齐理技术，实现20005000km的无电中继传输。有的公司正进步改善光纤指标，采纳拉曼光放大技术，可以更大地延长光传输的距离.（3）适应DWDM技术的运用目前32X2.5Gbit/sDWDM系统已经运用，61X25Gbit/s及32XIOGbit/s系统已在开发并取得很好的进展。DWDM系统的大量运用，对光纤的非线性指标提出了更高的要求。ITU-T对光纤的非线性属性及测试方法的标准（G.650.2）最近也己完成，当光纤的非线性测减指标明确之后，对光纤的有效面积籽会提出相应指标，特殊是对G.655光纤的非线性特性会有进一步改善的要求。1.2 光纤标准的细分促进了光纤的精确应用2000年世界电信标准大会批准将原G.652光纤重新分为G.652.A.G.652.8和G.652.C3类光纤：将G.655光纤重新分为G.655.A和G.655.B两类光纤。这种光纤标准的细分促进了光纤的精确运用，细化标准的同时也提高了些光纤的指标要求（如有些光纤几何参数的容差变小）,明确了对不同的网络层次和不同的传输系统中运用的光纤的不同指标要求(如PMD值的规定)，并提出了-些新的指标概念(如“色散纵向匀称性”等),对合理运用光纤取得了很好的作用。全部这些建议的修改、子建议的出现及新子建议的起草，都意味着光纤分类及指标、测忒方法有某些改进，或有重要的提升；都标记者要求光纤质量的提高或运用方向上的调整，是值得留意的光纤技术新动向。1.3 新型光纤在不断出现为了适应市场的须要，光纤的技术指标在不断改进，各种新型光纤在不断涌现，同时各大公司正加紧开发新品种.(1)用于长途通信的新型大容量长距离光纤主要是些大有效而积、低色散维护的新型G.655光纤，其PMD值极低，可以使现有传输系统的容量便利地升级至10-4Wbi1.s,并便于在光纤上采纳分布式拉曼效应放大，使光信号的传输距离大大延长。如康宁公司推出的PUreMOde系列新型光纤利用了偏振传输和史合包旧，用10Gbit/s以上的DWDM系统中，据称很适合于拉些放大器的开发与应用。A1.cate1.Cab1.e推出的Tcra1.ightU1.tra光纤,据介绍已有传输100km长度以上单信道IOGbit/s、总容量10.2Tbit/s的记录。还有一些公司开发负色散大有效面积的光纤，提高了非线性指标的要求，并简化了色散补偿的方案，在长距离无再生的传输中表现出很好的性能，在海底光缆的长距离通信中效果也很好。(2)用于城域网通信的新型低水峰光纤城域网设计中须要考虑简化设备和降低成本，还须要考虑非波分或用技术(CWbM)应用的可能性.低水峰光纤在1360146Onm的延长波段使带宽被大大扩展，使CWDM系统被极大地优化，蝌大了传输信道、增长了传输距离。一些城域网的设计可能不仅要求光纤的水峰低，还要求光纤具有负色散值，方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以组合运用这种负色散光纤与G.652光纤或G.655标准光纤，利用它来做色散补偿，从而避开困难的色散补偿设计，节约成本。假如将来在城域网光纤中采纳拉曼放大技术，这种网络也将具有明显的优势。但是终归城域网的规范还不是很成熟，所以城域网光纤的规格将会随若城域网模式的变更而不断变更。(3)用局域网的新型多模光纤由于局域网和用户驻地网的高速发展，大量的综合布线系统也采纳了多模光纤来代替数字电缆，因此多模光纤的市场份额会渐渐加大。之所以选用名模光纤，是因为局域网传输距尚较短，虽然多模光纤比单模光纤价格贵50%100%,但是它所配套的光器件可选用发光二极管，价格则比激光管便宜很多，而且多模光纤有较大的芯径与数值孔径，简洁连接与耦合，相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125IIm型多模光纤标准，但由于局域网发展的须要，它仍旧得到了广泛运用。而ITU-T举荐的G.651光纤，即50/125Um的标准型多模光纤，其芯径较小、耦合与连接相应困难一些，虽然在部分欧洲国家和日本有一些应用，但在北美及欧洲大多数国家很少采纳。针对这些问题，目前有的公司已进行了改进，研制出新型的50/125Um光纤渐变型(G1.)光纤,区分于传统的50/125m光纤纤芯的梯度折射率分布，它相带宽的正态分布进行了调整，以协作850nm和130Onm两个窗口的运用，这种改进可能会为50125pm光纤在局域网运用找到新的市场.(4)前途未卜的空芯光纤据报道，美国些公司及高校探讨所正在开发种新的空芯光纤，即光是在光纤的空气够传输.，从理论上讲，这种光纤没有纤芯，减小J'衰耗，增长了通信距离，防止了色散导致的干扰现象，可以支持更多的波段，并且它允许较强的光功率注入，预料其通信实力可达到目前光纤的100倍。欧洲和日本的些业界人士也特别关注这一技术的发展，越来越多的探讨证明空芯光纤似有可能。假如久能好用，就能解决现有光纤系统长距离传输的问题，并大大降低光通信的成本。但是，这种光纤运用起来还会遇到很多麻烦的问题，比如光纤的稔定性、侧压性能及弯曲损耗的增大等.因此,对于这种光纤的现场运用还需做进一步的探讨。2光缆技术的发展特点2. 1光网络的发展使得光缆的新结构不断涌现光缆的结构总是随着光网络的发展、运用环境的要求而发展的。新一代的全光网络要求光缆供应更宽的带宽、容纳更多的波长、传送更高的速率、便于安装维护、运用寿命更长等.近年来，光缆结构的发展可归纳为以下一些特点。 )光缆结构依据运用的网络环境有了明确的光纤类型的选择，如干线网光纤、城域网光纤、接入网光纤、局域网光纤等，这确定f大范围内光缆光纤传输特性的要求，具体运用的条件还有可依据的细分的标准及指标:2)光缆结构除考虑光缆运用环境条件以外，越来越多的与其施工方法、维护方法有关，必需统一考虑，配套设计；3)光缆新材料的出现，促进了光缆结构的改进，如干式阻水料、纳米材料、阻燃材料等的采纳,使光缆性能有明显改进。不同的场合和不同的要求造成了光缆的多结构的发展趋势，新的光缆结构以及在现有结构上不断改进的各种结构也在不断涌现，出现了如下些类型。 “干缆芯”式光缆：所谓“干缆芯”即区分于常用的填充管型的光缆缆芯。这种缆的用水功能主要兼阻水带、阳水纱和涂层组合来完成，其防水性能、渗水性能都与传统的光缆相同，但它具有生产、运输、施工和维护上的些优点e苜先是便利，因为阻水材料不含粘性脂类，操作运用比较便利平安：其次，干式光缆重量轻、易接续、易搬运，设备投资小、成本低，生产运用中也显得干净卫生，在长期运用中还可削减缆芯中各种元件之间的相对移动“特殊是在接入网空内缆和用户缆中，好处更加明显。 生态光缆：一些公司从环境爱护及阻燃性能的要求动身，开发了生态光缆，应用于室内、楼房及家庭”现有光缆中运用的一些材料已不符合环保的要求，如PYC燃烧时会放出有毒性气体，光缆稳定剂中有时含铅，都是对人体及环境有杏的。2001年ITU-T已通过了项1.45建议“使电信网外部设缶对环境的影响最小化”建议，通过对光缆、电缆光器件及电杆等基于寿命周期怦估(1.ifeCyc1.eAna1.ysis,1.CA)的方法来确定产品对环境的影响。由于环境因素正日益受到重视，对通信外部设备，特殊是光缆产品规定这样的指标已提到日程上来，假如不在材料和工艺上下功夫就难以达到环保的要求。因此已有不少公司针对此类问题开发了些新材料，如对室内用缆，开发了含有阻燃添加剂的聚附胺化合物，以及无囱性阻燃盥料等。 海底光缆：海底光缆近年来有根快的发展，它要求长距离、低衰减的传输，而且要适应海底的环境,对抗水压、抗气损、抗拉伸、抗冲击的要求都特殊严格。 浅水光缆(MarinizedTerrestrai1.Cab1.e,MTC)：浅水光缆是区分于海底光缆而提出来的另一类结构的水卜.光缆，适合于在海岸边上、浅水中安装，无需中继、通信即离比较短的水下(如岛峭间、沿海岸边上的城市)敷设运用.这种光缆区分于海底光缆的环境，须要的光纤数不多(中等)，但要求结构简洁、成本较低，易于安装和运输，便于修纪和维护。ITU-T在2001年提出了ITU-TG.972定义下的浅水光缆建议，为建设类似的水下光缆供应了一组规范，随后也有可能形成相应的国际标准。微型光缆：为J'协作气压安装(或水压安装)施工系统的运用，各种微型的光缆结构已在设计和运用中。对于气压安装的微型光缆，要求光缆与管道之间有肯定的系数，光缆重量要精确，具有肯定的硬度等。这种微型光缆和自动安装的方式是将来接入网，特殊是用户驻地网络中综合布线系统很有潜力的一种方式，如在智能建筑中运用的智能管道中就特别适合这种安装。采纳了纳米材料的光缆：近来，些厂商已开发出纳米光纤涂料、纳米光纤油膏、纳米护隹用聚乙烯(PE)及光纤护套管用纳米PBT等材料。采纳纳米材料的光缆，利用了纳米材料所具有的很多优异性能，对光缆的抗机械冲击性能、阻水、阻气性都有肯定的改善，并可延长光缆的运用寿命目前此类材料尚处T试用阶段。全介版自承式光缆(ADSS):全介质光缆对防止电感影响及防雷电都有优乩的特性，而且重量轻、外径小，架空运用特别便利，在电力通信网中己得到大量的应用。预料2000-2005年，每年电力部门对ADSS光缆需求约15000km°ADSS同时也是电信部门在对抗电磁干扰及需暴日高的敷设环境中种很好的光缆类型的选择，在今后一段时间内，如何在满意要求的前提下，尽量减小A1.)SS光缆的外径，减轻光缆的重量，提高其耐电压性能是Ai)SS光缆探讨改进的课题。 架空地线光缆(0PGW)：OpGW己出现/很长一段时间，近年来始终在改进和提高之中。OPGN的光纤单元中采纳PBT,于食管外面再加上一层不锈钢管，有的还在塑料套管与不锈钢管之间加上层热塑胶，不锈钢管用激光焊接长度可达数十公里，光纤在这样的多忆爱护管中得到了充分的机械受护.预料从现在到2005年，OPGW光缆的需求将会逐年上升，每年增加约2500km,到2005年预料可达到20000km。当然对OPGw光纤的防雷问题始终是业界特别关注的问题,也应协作具体环境和运用条件加以考虑，使之得到充分爱护。 .2光缆的自动维护、适时监测系统已渐渐完善，可保证大容量高速率的光缆不中断传输光缆的维护对于保证网络的牢靠性是特别重要。在已开通的光网络中，光缆的维护和监测应当是在不中断通信的前提下进行的，般通过监测空闲光纤（暗光纤）的方式来检测在用光纤的状态，更有效的方式是干脆监测正在通信的光纤。虽然ITU-T长时间收集和探讨了国际上的最新资料，于1996年发布了1.25光缆网络维护的建议书，对光缆的预防性维护和故阵后维护规定f具体的维护范围和功能,但已经不能满意当前的须要，F1.前最新的建议是2001年12月IUT-TSG16会议通过的“光缆网络的维护监测系统”（1.40建议）。为了进步缩短检测及修夏时间，美国朗讯公司曾提出f新一代光纤测试及监控系统，能在IS内发出故障告警，3min内找到故障点，且工作人员可以遥控操作，据称该系统还将开发仃故障预料及对断纤（缆）的快速反应实力。日本、意大利等国电信企业也提出了一些系统方案，日本NTT方案：在局内运用光纤选择器与系统的测试设备和传输设省相连形成一种可对光纤状况进行实时监测的系统，保证有用信号在通过光纤选择器测试证明良好的光纤上传输，对有故障的光纤可以预选监测出来刚好传送到维护中心进行适当处理，避开不良状况进入有用的光传输信道，从而起到在运行中对整个光通信系统的支撑作用：在局外通过水敏传感牌装宜可监测外部设备光缆线路接头盒浸水的位厘，水敏传感器安装在空闲的光纤上，水敏传感器中装有吸水性膨胀物，当水港人接头盒时，吸水性物痂会膨胀使得接头盒中的光纤受力，也就是使得这一空闲光纤弯曲，从而使光纤的损耗增加，在监测中心的OTDR上就会反映出来。意大利的方案：此方案是一种综合处理的新型连续光缆监测系统.主要特点是招光缆网络、光纤及光缆护套的监测综合在一起，既利用了OTDR系统周期性地对光纤的衰诚进行监测，发觉有衰减变更即发出警报，并进行故障定位，同时也能连续监测光缆护套的完整性，包括护套对地绝缘电阻的监测，发觉问题（如护套进水等）即立刻告警，达到更全面地预报故障发生的目的。比较日本和意大利电信部门提出的光缆维护支撑系统的方案可见：日本方案在OTDR自动适时测试光纤的展础上，加入了光纤选择耦，在外线上装设水敏传感器并进行护套监测，形成了一套较完整的自动维护、支探系统，真正做到不中断光通信的维护。意大利的方案中除监测光纤性能以外，还考虑f护套绝缘电阻的自动监测。由此两例可以看出全自动的光缆维护应是一种发展方向。3通信电缆的发展特点3. 1宽带的IIYA通信电缆须要更好地为数字通信新业务服务原有的电缆网络虽然可以支持一些数字新业务，但是在实际运用中并不是特殊志向，在通信距离、速率及质址上仍有肯定的限制.对丁新的网络当然是以光纤为主，对于光纤所不能达到的地方或因各种经由仍旧要新建电缆网络的地区，应当考虑新型宽带结构的HYA电缆（铜芯聚乙烯绝缘综合护套市内通信电缆），以便更能符合新业务发展的须耍.一些公司对现有的电缆高频特性作了测试，他们得到的结论是所探讨的电缆（即现有的HY市话电缆）不能达到5类电缆的技术要求，户外电缆要实现j类电缆的特性，必需通过特殊的设计和制造来达到。但在20MHZ以下，全部电缆都显示出充分相宜的传输性能。美国已在1997年制定了用于宽带的对线通信电缆标准（NSIICEAS-98-688-1997及S-99-689-1997）,包括非填充和填充两种型式“传输频宽已扩展到100MHz,可供数字网络运用。IEC对此问题也进行过较长时间的探讨.2001年，IEC62255-1文件”用于高比特频率数字接入电信网络的多对数电缆”提出了0.4个0.8mm线径、I150对、最高猱率30MHZ等指标的建议，此建议的提出或许会为这种电缆开拓一个新的空间，我国也起先了这方面的探讨和研制，并正在建立相应的标准。3.2超5类及6类电缆将替代5类电缆成为布线系统发展的超越随着智能化大楼、智能化建筑小区对宽带布线的要求愈来愈高，超5类和6类电缆已渐渐成为布线系统中的主流.超5类电缆与5类电缆的频带都是100MHz,但其具有双向通信的实力，用户可以同时收发宽带信息。因此超5类电缆比5类电缆在电网不平衡性、绝缘电网、对地电容不平衡性、传输速度等指标上都有提高，并且增加了近端申音衰减功率和等电平远端串音功率等一些指标，因此在工艺和结构上要做肯定的改进才能达到。6类电缆在超5类的基础上，又提高了传输频情，达到250MHz,其相应的指标也有较大的提高。同时，6类电缆要求不但有严格的工艺，而且不少厂商在结构上也有肯定的改进和创新，如采纳泡沫皮绝缘芯线或皮泡皮绝缘芯线、骨架式结构隔离线对等都改善了电缆的高频特性.3. 3物理发泡射频同轴电缆及漏泄同轴电缆将具有较好的发展前景由于移动通信的高速发展，无线电基路用物理发泡射嫉同轴电缆，特殊是超柔形结构的室内电缆、路由连结电缆都有了较大的市场需求。同时，随着移动通信信号覆盖面的不断扩大，基站站数的增多，以及边缘地区（电梯、地铁、地卜.建筑、高2建筑室内等用户）对移动信号的要求不断提高，预料这类电缆将会有较好的发展前斌。但对电缆指标的要求（如驻波比'屏蔽哀耗等要求）已明显提高,要求电缆的工艺及结构应不断改进，以与之适应。4光纤光缆及通信电缆技术与产业发展中几个值得思索的问题3.1 主动创新开发具有自主学问产权的新技术虽然这儿年来，我国光缆电缆技术有很大发展，有些具有自主学问产权的技术已在发挥作用，但是应当看到这种比例仍是很小的，国内有近200家光纤光缆厂，但大多产品单一，没有自主的学问产权，技术含量较低，竞争力不强。有资料统计，1997-1999年国内企业申请光通信专利的有132件,其中光纤38件，光缆只有19件，而同期外国公司在中国申请光通信专利达550件，其中光纤光缆37件。还有资料报道：从1997年以来，国内光通信核心技术专利是90件，我国自主申请的只有9件，仅占10%。事实上我国的光纤光缆技术应当说与国际水平己差距卜大，因此我们作为世界其次的光缆大国，应当把开发具有自主学问产权的技术作为我们工作的重中之重，争取创建更多的光纤光缆专利。3.2 开发具有先进技术水平、与运用环境、施工技术相配套的新产品电信网络在不断发展的同时也对光缆电缆产品不断提出新的要求。不难发觉，光缆的结构越来越依靠于运用的环境条件及施工的具体要求，在海底光缆、浅水光缆、N）SS及OpGW光缆的开发中，会对这一点有深刻的体会。而今后光缆建设的重点将会随着接入网、用户驻地网的建设不断绽开，新代的光缆结构和族工技术也公基丁如微型光缆,吹入或潦移安装及迷你型微管或小管系统的全套技术而有一系列新的变更，以便有限的敷设空间得到充分、敏捷的利用。这当中也包含了若干光缆设计、制造工艺、光纤光缆材料、施工安装方面的新的技术课题。一些国家或公司已取得了一些阅历，正渐渐形成新的系统技术专利。我国的用户众多，接入网和用户驻地网具有很多的特色,对接入光缆也会有更多的要求，为我们探讨和创新接入网和用户驻地网光缆结构供应了很好的机会“应当说，多数光缆技术我们是跟在国外最新技术的后面，虽然紧跟了先进技术，但自我创新的成份太少。今后应当在这方而下些功夫，走自己的创新之路。在有中国特色的接入网及用户驻地网中多采纳一些有中国特色的光电缆产品，4. 3利用已有设备与技术,改善HYA市话电缆的相应特性,为数字业务供应更好的服务对于已经敷设的铜电缆，我们只能在现有条件下尽量利用其特性开通数字新业务。而现有的HYA电缆，虽然亦可开通ADS1.等些新业务，但是容量有限，当ADS1.数量增大到肯定限度后还是会出现干扰问题,而且还会影响以前开通的业务。因此，对新敷设的铜电缆，希望能提出一些新的宽带指标要求，为将来开通更多更好的新业务作好打算。现有的市话电缆生产厂商应深化探讨自身的生产工艺，在不变更（或不大变更）生产设备的状况下，仔细设计和细心制造，把现有电缆的技术水平提高一个档次，以供应更宽频带的电缆，为更多更好地开拓数字新业务供应高质量的通道。4.1 改进光缆电缆的施工和维护方法目前，为了适应城市施工的特点，国际上较重视不挖沟的方式施工光、电缆,采纳小地沟或微地沟技术安装光缆，同时对光缆网进行自动监测，保证光缆网络不中断通信维护。与此相适应的是须要开发相应的元涔件、工具和设备，并旦要在体制上作些改进与之相适应。ITU对NH开发光缆用浸水传感器、光纤自动测试时的光纤选择耦以及美国提出的IS告警、3min内定位的指标及意大利提出的光纤纤芯与光缆护套指标综合监测等方案都特别重视。在现代化的光网络中，这些方式已经起到明显的作用.由此可见，为保证光缆网络工作的牢靠性，在施工和维护中降低成本、节约劳力、节约时间，逐步推广新的施工方法，逐步完善光缆网络的自动监测维护系统和提高光缆网络的不中断维护水平已缈在必行。4.2 冷静地谛视当前电信市场的发展，促进光纤光缆和通信电缆产业的发展2001年下半年以来，光纤光缆需求下降，这当然与世界电信行业的整体下滑以及宽带网络泡沫的破灭有很大关系，但更多的则是受到从1999年F半年起由丁光纤紧缺而各大公司扩产过多的影响.据资料介绍，在2000年，全球光纤厂商的投资额达到26亿美元，为1999年的6倍，按推算到2002年全球光纤的产能将达到1651.75亿光纤公里，远远超过了实际需求。加上当前电信基础建设的不景气，光纤过剩的现象不行避开。光纤光缆及通信电缆的市场走势虽然受到国际经济大形势发展的影响，特殊是与整个电信行业的发展有亲密的关系，但应看到，布挤出/网络泡沫的水份之后，随若光纤网络从竹干网的扩建到接入网、城域网的扩散以及向用户驻地网的不断延长，光纤光缆及宽带数字电缆的市场必将增长。据KMI预料，2003年世界光纤市场将起先有较大的增长，而到2004年的市场规模将超过敷设量最高的2000年.应当看到，信息通信业是个充溢朝气与活力的朝阳产业，网络经济有着强大的生命力，信息技术、网络技术的发展，仍旧是推动社会进步的乖要动力，信息网络化仍旧是当今世界经济、社会发展的强大趋势。因此我们应树立信念，在全球经济好转、通信市场笑苏及我国西部开发等有利条件下抓住机遇.促进光纤光缆和通信电缆技术与产业取得更大的进展。4.3 抓住西部大开发的大好机遇，发展光缆电缆技术与产业西部大开发是国家的重大策略，国家制定有利的政策，政府对发展通信等行业也蜴予了大力的支持。西部是一个地域困难、分布较宽、通信相对落后的地区。经济大发展中，通信要先行,须要些与之相适应的光纤光缆及通信电缆的先进产品来协作发展的需求。因此，符合条件的产品将会在这里找到很好的市场。西电东送、西气东输等巨大工程也须要大量的高质量的ADSS、OPGW等型式的光缆及各种电缆相配套.因此光纤光缆和通信电缆的各种技术、产品及成果都会在西部开发中得到发挥。同时西部现代化的建设对我们的产品提出了很多新的难题,光纤光缆和电缆行业在开发大西部的同时也会得到更好的改造和创新的机会，促进自身技术水平的提升和发展