通信光纤光缆设计发展分析

通信光纤光缆设计发展分析

伍俊

（宜昌供电公司电网建设中心湖北宜昌443003）

摘要：通信光缆是由若干根（芯）光纤（一般从几芯到几千芯）构成的缆心和外护层所组成。光纤与传统的对称铜回路及同轴铜回路相比较，其传输容量大得多；衰耗少；传输距离长；体积小；重量轻；无电磁干扰；成本低，是当前最有前景的通信传输媒体。本文对通信光纤光缆设计发展进行了详细的分析和探讨。

关键词：通信光纤光缆；设计发展

1、通信光纤光缆

通信光缆CommunicationOpticalFiberCable。通信光缆是由若干根（芯）光纤（一般从几芯到几千芯）构成的缆心和外护层所组成。光纤与传统的对称铜回路及同轴铜回路相比较，其传输容量大得多；衰耗少；传输距离长；体积小；重量轻；无电磁干扰；成本低，是当前最有前景的通信传输媒体。它正广泛地用于电信、电力、广播等各部门的信号传输上，将逐步成为未来通信网络的主体。光缆在结构上与电缆主要的区别是光缆必须有加强构件去承受外界的机械负荷，以保护光纤免受各种外机械力的影响。

2、通信光纤光缆结构组成

2.1缆心

缆心：它位于光缆的中心，是光缆的主体；它的作用是妥善安置光纤，使光纤在一定的外力作用下仍然能够保持优良传输性能。常用的缆心结构大体上分为如下四种：（1）层绞式，层绞式又分为松套和紧套两种。（2）骨架式，又称为槽式；（3）带式；（4）中心束管式，通常简称为束管式。

那么，光缆和电缆在结构上又有什么不同呢?不像电缆，本身导电的金属就有一定的强度，光缆必须设有加强构件，以承受机械拉伸负荷。光缆有两种放置加强构件的方式：1）放置在缆心中部的中心加强芯方式，常用于层绞式和骨架式。如上图所示。这种加强方式多被欧洲和日本采用。2）加强构件放置在护层外周的方式。这种方式多用于美国。

2.2护层

护层位于缆心的外围，由内护套和外护层组成。

2.2.1护套

光缆常用的护套属于半密封性的粘结护套。它由双面涂塑的铝带（PAP）或钢带（PSP）在缆心外纵包粘结构成。护套除了为缆心提供机械保护外，主要是阻止潮气或水进入缆心。PAP护套的光缆可以直接敷设于管道或架空安装。而PSP护套的光缆可用于直埋敷设。当然，还有更好的全密封金属护套，但制作成本较高。

2.2.2外护层

外护层（外护套）为光缆护套提供进一步的保护。就好像给光缆穿上"铠甲"一样，我们称它为铠装。通常在直埋、爬坡、水底、防鼠啮咬等场合下需要对光缆装铠。铠装的种类包括涂塑钢带、不锈钢带、单层钢丝、双层钢丝等，有时还使用尼龙铠装。在铠装层外还需要加上外被层以避免金属铠装受到腐蚀。为了防止潮气一旦进入光缆内部就四处扩散，大部分光缆在缆心内填充复合物（油膏），这种光缆称为充油光缆。它具有投资省，维护工作量小等优点。当然也有充气光缆，采用我们前面介绍的充气维护的方式，这样可以实现实时监控，具有及时排除故障的优点。缺点是成本较高。

3、通信光纤光缆设计发展分析

3.1总体设计考虑

数字光纤通信系统一般采用强度调制、直接检波的方式，即IM-DD方式。任何复杂的通信系统，其基本单元都是点到点的传输链路。它包括三大部分，即光发送机，光接收机和光纤线路。每一部分都涉及许多的光电器件，所以对链路的设计是一个复杂的工作，而每个元器件的选择都要经过若干次的反复。这里仅对原则性的问题作一下介绍。

3.2系统设计的一般步骤

3.2.1网络拓扑、线路路由选择

一般可以根据网络/系统在通信网中的位置、功能和作用，根据承载业务的生存性要求等选择合适的网络拓扑。一般位于骨干网中的、网络生存性要求较高的网络适合采用网络拓扑；位于城域的、网络生存性要求较高的网络适合采用环形拓扑；位于接入网的、网络生存性要求不高而要求成本尽可能低廉的网络适合采用星形拓扑或树形拓扑。

节点之间的光缆线路路由选择要服从通信网络发展的整体规划，要兼顾当前和未来的需求，而且要便于施工和维护。选定路由的原则：线路尽量短直、地段稳定可靠、与其他线路配合最佳、维护管理方便。

3.2.2确定传输体制、网络/系统容量的确定

准同步数字系列（PDH）：主要适用于中、低速率点对点的传输。

同步数字系列（SDH）：不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。20世纪90年代中期，SDH设备已经成熟并在通信网中大量使用，由于SDH设备良好的兼容性和组网的灵活性，新建设的骨干网和城域网一般都应选择能够承载多业务的下一代SDH设备。

网络/系统容量一般按网络/系统运行后的几年里所需能量来确定，而且网络/系统应方便扩容以满足未来容量需求。目前城域网中系统的单波长速率通常为2.5Gbit/s、骨干网单波长速率通常为10Gbit/s，而且根据容量的需求采用几波到几十波的波分复用。

3.2.3工作波长的确定

工作波长可根据通信距离和通信容量进行选择。如果是短距离小容量的系统，则可以选择短波长范围，即800～900nm。如果是长距离大容量的系统，则选用长波长的传输窗口，即1310nm和1550nm，因为这两个波长区具有较低的损耗和色散。另外，还要注意所选用的波长区具有可供选择的相应器件。

3.2.4光纤/光缆的选择

光纤有多模光纤和单模光纤，并有阶跃型和渐变型折射率分布。对于短距离传输和短波长系统可以用多模光纤。对于长距离传输和长波长系统一般使用单模光纤。

光纤/光缆是传输网络的基础，光缆网的设计规划必须要考虑在未来15-20年的寿命期内仍能满足传输容量和速率的发展需要。另外，光纤的选择也与光源有关，LED与单模光纤的耦合率很低，所以LED一般用多模光纤，但1310nm的边发光二极管与单模光纤的耦合取得了进展。另外，对于传输距离为数百米的系统，可以用塑料光纤配以LED。

3.2.5光源的选择

选择LED还是LD，需要考虑一些系统参数，比如色散、码速率、传输距离和成本等。LED输出频谱的谱宽比起LD来宽得多，这样引起的色散较大，使得LED的传输容量较低，限制在2500（Mb/s）•km以下（1310nm）；而LD的谱线较窄，传输容量可达500（Gb/s）•km（1550nm）。

典型情况下，LD耦合进光纤中的光功率比LED高出10～15dB,因此会有更大的无中继传输距离。但是LD的价格比较昂贵，发送电路复杂，并且需要自动功率和温度控制电路。而LED价格便宜，线性好，对温度不敏感，线路简单。设计电路时需要综合考虑这些因素。

3.2.6光检测器的选择

选择检测器需要看系统在满足特定误码率的情况下所需的最小接收光功率，即接收机的灵敏度，此外还要考虑检测器的可靠性、成本和复杂程度。PIN-PD比APD结构简单，温度特性更加稳定，成本低廉，低速率小容量系统采用LED+PIN-PD组合。若要检测极其微弱的信号，还需要灵敏度较高的APD，高速率大容量系统采用LD+APD组合。

3.2.7估算中继距离

估算中继距离：根据影响传输距离的主要因素（损耗和色散）来估算。以上是设计步骤的主要内容，另外还有光纤线路码型设计的问题。中心问题：确定中继距离。尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。

4、结束语

随着电力系统全国输电电网包括超长距离输电线路的建设，电力系统光纤通信传输网络是以确保电网安全稳定经济可靠运行为首要任务，电力系统光纤通信网是电力系统各类生产调度和生产管理信息的传输平台。因此，建设大容量、高可靠性的光纤通信电路对于保证电网安全可靠运行和管理是十分必要的。

参考文献

[1]胡童童.基于网络通信的光纤、光缆传输系统的设计[J].吉林大学，吉林省，211工程院校，985工程院校,教育部直属院校.

[2]甘华，光纤数字通信系统对光缆在线监测系统串扰影响的分析与光路设计[J].电信工程技术与标准化,2001年06期.