光纤带光缆在接入网络中的应用

通信带宽需求的爆炸性增长使得光纤接入网络光纤数目的需求巨增,由此城市中用于通信的管道及沟槽资源显得愈来愈重要。作为光纤接入网络中的主干环路,采用普通光缆敷设不仅会占用宝贵的管道资源,而且在原有线路上重新敷设光缆还会造成光缆采购与线路敷设费用上的浪费。考虑到重复敷设光缆的一次性成本与将来出租光纤带宽的能力,并避免平行拉入多根光缆以优化已过度拥挤的城市管道系统,要合理地将含有数百芯光纤的光缆外径控制在一定范围内以利于光缆的管道敷设,最理想的方法是使用光纤带的设计。1997年以来国家已制订了专门的行业标准推广、管理光纤带及其光纤带光缆的制造及使用,目前光纤带光缆已普遍应用于中心城市内本地接入网络环路和重要通信链路中并不断向中等城市的接入网络发展。

同普通层绞式光缆相比,光纤带及其光缆具有很多更适于接入网络的优点：光纤组织有序并且易于辨别,便于维护;单位截面积光纤密度高节约管道资源与敷设费用;光纤带的处理比单纤更容易、安全,6芯及12芯结构易于线路分枝、配线和组合;光纤带可以一次完成接续,节约接续时间与费用;光纤得到更好的机械保护;松套管SZ绞合形式适于接入网络中的中间接入的特点。但光纤带及其光纤带光缆仍是一项具有相当技术含量的设计,在其制造过程中仍有很多与普通光缆不尽相同的地方。

首先,光纤带的制造水平好坏将直接影响到光纤带光缆的各种性能。光纤带由着色光纤按照一定色谱排列经紫外固化树脂包敷而成,紫外固化树脂的固化度、成带工艺的控制、设备的制造精度、原材料的使用都会对光纤带的制造造成影响，首先应对着色光纤进行几何尺寸、翘曲度与传输性能的优选;优选后的光纤经放线与收线的张力控制与光纤几何排列成带。其中光纤带中光纤排列的几何位置与光纤自身几何尺寸、翘曲度都是影响光纤带接续的重要因素;而固化树脂的选择、固化时间、固化度与光纤带扭转、可分离性、剥离等性能密切相关。较大的固化度会造成光纤带剥离上的困难,固化度不足会造成散纤和扭转上的缺陷。由于国内几家大型合资光缆生产厂商采用与国外厂家相同的生产设备、模具和工艺流程,因此光纤带的各种性能已能达到国际等同的制造水平,从而能达到较高的市场占有率。

层绞式光缆结构的优点在于采用松套管和SZ绞合,光纤余长稳定,易于线路分枝、配线、组合及中间接入,缺点是相对光纤外径较大,目前216芯的层绞式光纤带光缆能顺利地敷设在内径28mm的子管中。使用12芯光纤带的288芯层绞式带缆已广泛应用在北京、成都等电信中心城市的34mm内径的子管之中。

中心管式光纤带光缆具有外径小、单位截面积光纤密度高、使用原材料少等优点,因此相对价格较低,成为目前制造量最大的一型结构。其中6芯带结构主要应用于接入网络汇接网的下线或中小型城市干线环路,最大芯数一般不超过48芯。12芯中心管式光纤带光缆是目前市场上的用量最大的应用结构,以目前的技术水平而言,12芯结构最大光缆芯数将限制在216芯以内。一旦光纤叠层超过18时,光纤层叠体将难以保持稳定,因此需要更大芯数的光纤带成缆。以往已经提出的24芯带结构将光纤排列成平的一排,其中第12芯与第13芯相互直接接触,由于使用带缆熔接机,光纤带尾纤或其他商用光纤带附件,需将24芯带分成两个12芯带就变得困难了。两条基准的12芯光纤带由更薄的第二层紫外固化树脂封装在一起,以产生组件式结构的光纤带;其两个12芯子单元在端头能容易、安全地用手分开,并能象"拉链"那样沿光纤带的纵向继续分下去。由于12芯子单元是完整封装的,因此保持了原有12芯光纤带处理、熔接、与标准现场附件匹配的完整性。这样为客户提供了极大的便利。

使用组件式24芯光纤带的中心管式光纤带具有结构紧凑、外径小等突出特点。以288芯为例,光缆外径仅19.3mm,通过多次现场实际应用表明：该结构光缆能十分顺利地敷设在内径28mm的塑料子管内,光缆、熔接、接头等性能指标及标准附件的配合都达到客户期冀的要求。

当光缆芯数超过1000芯时,骨架式或U型槽式光纤带光缆由于大结构的紧凑性,可操作性会具有一定优势。基于对光纤到户的超前冲动,日本发展了超大芯数骨架式带缆并将该技术转移至国内。事实上由于目前阶段光缆芯数尚无需超大,而且骨架式结构要解决的技术难点远远多于其它两种形式,欧美仅进行了相关的技术研究,日本也因所需投入的资金过于巨大以致实施的实际数目有限,直至其FTTH计划失败。

光纤接续准备时间与光缆类型直接相关,研究表明,采用中心管式光纤带光缆设计与其他设计诸如松套管或光纤束光缆比较具有最短的准备时间。对于相同芯数的光纤带光缆,光纤带芯数小易于分支,接续时返工率低,但接续工作量大;光纤带芯数大返工率相对较高,但对于几何尺寸控制精确的大芯数光纤带,其接续速度快、接续质量和返工率与小芯数光纤带相差甚小。大芯数光缆由于芯数的增大,光缆外径也相应增大,采用小芯数光纤带的光缆直径则比相应的大光纤带芯数的光缆外径大,有时这会给施工带来困难。基于以上原因,在光纤带芯数选择时,我们建议当光缆芯数小于216芯时,优先选用12芯带中心管式结构,当光缆芯数在216～288芯时,选用12芯带层绞式结构或24芯带中心管式光纤带光缆。当光缆芯数大于288芯时,选用小外径中心管式光纤带光缆即经济,又可满足在现有管道的敷设安装。

同普通光缆一样,除良好的光学性能外,光纤带光缆还要具有良好的力学性能及耐环境特性;考虑到我国管道浸水等因素,建议光纤带光缆均应采取挡潮层设计,即松套管内外填充油膏或其它阻水材料以达到阻水的要求,更好保护光纤寿命和光学性能长期稳定;良好的光纤及光纤带尺寸可保证施工接续的质量。在进局或特殊需要阻燃的场合下,考虑采用无卤阻燃聚烯烃护套料的阻燃光纤带光缆及非金属结构以防治电磁影响、雷电或电力线路的伤害。

在城市管道、沟槽中,鼠害的影响是不容忽视的。尽管目前国际上缺乏权威的鼠咬试验,通过一些电信营运商及制造商的研究表明:具有钢带结构的光缆可以承受大多数鼠类的啮咬,采用特殊塑料的护层结构也能满足全非金属结构光缆耐鼠咬的要求。在我国南方,十余年前就已出现白蚁危害市话电缆的案例,目前使用尼龙或其它防蚁环保材料的光缆可以满足光缆的耐白蚁啮咬性能。但以上材料的使用会增大光缆的成本及影响光缆的敷设,因此应按照具体实情来选择所需的光缆护层结构。

随着EFDA放大技术和密集波分复用技术的成熟,非零色散光纤已得到大量应用,因此在接入网络中采用波分复用传输已有市场需求。而最有可能首先实现光纤全光网应用的区域也是使用WDM技术的城域网或本地网主干结构。因此应考虑所需主干环的大小、技术要求、成本及设计目标来确定使用普通G652光纤、正色散G655光纤或最新的负色散G655光纤的光纤带光缆。最新的数据表明国外已有大量城域网工程已在使用G655光纤带光缆,而且发展趋势不断增长。新的G655光纤由于光纤的特殊设计在光纤带制作上会采用不同的工艺参数。

综上所述,光纤带光缆特别适用于接入网络尤其是接入网主干环路中使用,采用光纤带光缆的接入网络更容易规划并能节约大量的线路敷设时间与费用。选择的光纤、光纤带及其光缆的设计与制造水平会直接影响接入网络的传输性能。作为国际先进产品的24芯光纤带带缆、G655光纤带光缆中的使用使国内接入网络的光缆水平达到与国际先进水平同步,因此我们预计并期望各种光纤带光缆在未来接入网络中能得到更快的增长。