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1.1网络的发展对光纤提出新的要求
下一代网络(NGN)引发了许多的观点和争论。有的专家预言,不管下一代网络如何发展,一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层面上的无线世界。下一代传送网要求更高的速率、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已达到40Gbit/s,并已开始进行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上传输对光纤的PMD将提出一定的要求,2002年的ITU-TSG15会议上,美国已提出对40Gbit/s系统引入一个新的光纤类别(G.655.C)的提议,并建议对其PMD传输中的一些问题进行深入探讨,也许不久的将来就会出现一种专门的40Gbit/s光纤类型。
(2)实现超长距离传输
无中继传输是骨干传输网的理想,目前有的公司已能够采用色散齐理技术,实现2000~5000km的无电中继传输。有的公司正进一步改善光纤指标,采用拉曼光放大技术,可以更大地延长光传输的距离。
(3)适应DWDM技术的运用
目前32×2.5Gbit/sDWDM系统已经运用,64×2.5Gbit/s及32×10Gbit/s系统已在开发并取得很好的进展。DWDM系统的大量使用,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)最近也已完成,当光纤的非线性测试指标明确之后,对光纤的有效面积将会提出相应指标,特别是对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准确应用
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准确使用,细化标准的同时也提高了一些光纤的指标要求(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使用的光纤的不同指标要求(如PMD值的规定),并提出了一些新的指标概念(如“色散纵向均匀性”等),对合理使用光纤取得了很好的作用。所有这些建议的修改、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、测试方法有某些改进,或有重要的提升;都标志着要求光纤质量的提高或运用方向上的调整,是值得注意的光纤技术新动向。
1.3新型光纤在不断出现
为了适应市场的需要,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
主要是一些大有效面积、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方便地升级至10~40Gbit/s,并便于在光纤上采用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PureModePM系列新型光纤利用了偏振传输和复合包层,用于10Gbit/s以上的DWDM系统中,据称很适合于拉曼放大器的开发与应用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纤,据介绍已有传输100km长度以上单信道40Gbit/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
城域网设计中需要考虑简化设备和降低成本,还需要考虑非波分复用技术(CWDM)应用的可能性。低水峰光纤在1360~1460nm的延伸波段使带宽被大大扩展,使CWDM系统被极大地优化,增大了传输信道、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,一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,从而避免复杂的色散补偿设计,节约成本。如果将来在城域网光纤中采用拉曼放大技术,这种网络也将具有明显的优势。但是毕竟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着城域网模式的变化而不断变化。
(3)用于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用了多模光纤来代替数字电缆,因此多模光纤的市场份额会逐渐加大。之所以选用多模光纤,是因为局域网传输距离较短,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,容易连接与耦合,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62.5/125μm型多模光纤标准,但由于局域网发展的需要,它仍然得到了广泛使用。而ITU-T推荐的G.651光纤,即50/125μm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用。针对这些问题,目前有的公司已进行了改进,研制出新型的5O/125μm光纤渐变型(G1)光纤,区别于传统的50/125μm光纤纤芯的梯度折射率分布,它将带宽的正态分布进行了调整,以配合850nm和1300nm两个窗口的运用,这种改进可能会为50/125pm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,美国一些公司及大学研究所正在开发一种新的空芯光纤,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,减小了衰耗,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,预计其通信能力可达到目前光纤的100倍。欧洲和日本的一些业界人士也十分关注这一技术的发展,越来越多的研究证明空芯光纤似有可能。如果真能实用,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,这种光纤使用起来还会遇到许多棘手的问题,比如光纤的稳定性、侧压性能及弯曲损耗的增大等。因此,对于这种光纤的现场使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、使用环境的要求而发展的。新一代的全光网络要求光缆提供更宽的带宽、容纳更多的波长、传送更高的速率、便于安装维护、使用寿命更长等。近年来,光缆结构的发展可归纳为以下一些特点。
1)光缆结构根据使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,这决定了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使用环境条件以外,越来越多的与其施工方法、维护方法有关,必须统一考虑,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、阻燃材料等的采用,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,出现了如下一些类型。
·“干缆芯”式光缆:所谓“干缆芯”即区别于常用的填充管型的光缆缆芯。这种缆的阻水功能主要靠阻水带、阻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、施工和维护上的一些优点。首先是方便,因为阻水材料不含粘性脂类,操作使用比较方便安全;其次,干式光缆重量轻、易接续、易搬运,设备投资小、成本低,生产使用中也显得干净卫生,在长期使用中还可减少缆芯中各种元件之间的相对移动。特别是在接入网室内缆和用户缆中,好处更加明显。
·生态光缆:一些公司从环境保护及阻燃性能的要求出发,开发了生态光缆,应用于室内、楼房及家庭。现有光缆中使用的一些材料已不符合环保的要求,如PVC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害的。2001年ITU-T已通过了一项L45建议——“使电信网外部设备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(LifeCycleAnalysis,LCA)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,特别是光缆产品规定这样的指标已提到日程上来,如果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一些新材料,如对室内用缆,开发了含有阻燃添加剂的聚酞胺化合物,以及无卤性阻燃塑料等。
·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、抗冲击的要求都特别严格。
·浅水光缆(MarinizedTerrestrailCable,MTC):浅水光缆是区别于海底光缆而提出来的另一类结构的水下光缆,适合于在海岸边上、浅水中安装,无需中继、通信距离比较短的水下(如岛屿间、沿海岸边上的城市)敷设使用。这种光缆区别于海底光缆的环境,需要的光纤数不多(中等),但要求结构简单、成本较低,易于安装和运输,便于修复和维护。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提供了一组规范,随后也有可能形成相应的国际标准。
·微型光缆:为了配合气压安装(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使用中。对于气压安装的微型光缆,要求光缆与管道之间有一定的系数,光缆重量要准确,具有一定的硬度等。这种微型光缆和自动安装的方式是未来接入网,特别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非常适合这种安装。
·采用了纳米材料的光缆:近来,一些厂商已开发出纳米光纤涂料、纳米光纤油膏、纳米护套用聚乙烯(PE)及光纤护套管用纳米PBT等材料。采用纳米材料的光缆,利用了纳米材料所具有的许多优异性能,对光缆的抗机械冲击性能、阻水、阻气性都有一定的改善,并可延长光缆的使用寿命。目前此类材料尚处于试用阶段。
·全介质自承式光缆(ADSS):全介质光缆对防止电磁影响及防雷电都有优良的特性,而且重量轻、外径小,架空使用非常方便,在电力通信网中已得到大量的应用。预计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雷暴日高的敷设环境中一种很好的光缆类型的选择。在今后一段时间内,如何在满足要求的前提下,尽量减小ADSS光缆的外径,减轻光缆的重量,提高其耐电压性能是ADSS光缆研究改进的课题。
·架空地线光缆(OPGW):OPGW已出现了很长一段时间,近年来一直在改进和提高之中。OPGW的光纤单元中采用PBT,于套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一层热塑胶,不锈钢管用激光焊接长度可达数十公里,光纤在这样的多层保护管中得到了充分的机械保护。预计从现在到2005年,OPGW光缆的需求将会逐年上升,每年增加约2500km,到2005年预计可达到20000km。当然对OPGW光纤的防雷问题一直是业界十分关注的问题,也应配合具体环境和使用条件加以考虑,使之得到充分保护。
2.2光缆的自动维护、适时监测系统已逐渐完善,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可靠性是十分重要。在已开通的光网络中,光缆的维护和监测应该是在不中断通信的前提下进行的,一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,更有效的方式是直接监测正在通信的光纤。虽然ITU-T长时间收集和讨论了国际上的最新资料,于1996年了L.25光缆网络维护的建议书,对光缆的预防性维护和故障后维护规定了详细的维护范围和功能,但已经不能满足当前的需要,目前最新的建议是2001年12月IUT-TSG16会议通过的“光缆网络的维护监测系统”(L.40建议)。为了进一步缩短检测及修复时间,美国朗讯公司曾提出了新一代光纤测试及监控系统,能在1s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有故障预测及对断纤(缆)的快速反应能力。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备相连形成了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及时传送到维护中心进行适当处理,避免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器装置可监测外部设备光缆线路接头盒浸水的位置,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,当水渗人接头盒时,吸水性物质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。主要特点是将光缆网络、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减进行监测,发现有衰减变化即发出警报,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,发现问题(如护套进水等)即马上告警,达到更全面地预告故障发生的目的。
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基础上,加入了光纤选择器,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、支撑系统,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,还考虑了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HYA通信电缆需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,但是在实际使用中并不是特别理想,在通信距离、速率及质量上仍有一定的限制。对于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原因仍然要新建电缆网络的地区,应该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需要。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研究的电缆(即现有的HYA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,必须通过特殊的设计和制造来达到。但在20MHz以下,所有电缆都显示出充分适宜的传输性能。
美国已在1997年制定了用于宽带的对绞通信电缆标准(ANSI/ICEAS-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,可供数字网络使用。IEC对此问题也进行过较长时间的讨论,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、1~150对、最高频率30MHz等指标的建议,此建议的提出也许会为这种电缆开辟一个新的空间,我国也开始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蛰
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类电缆己逐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能力,用户可以同时收发宽带信息。因此超5类电缆比5类电缆在电阻不平衡性、绝缘电阻、对地电容不平衡性、传输速度等指标上都有提高,并且增加了近端串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一定的改进才能达到。6类电缆在超5类的基础上,又提高了传输频带,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一定的改进和创新,如采用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频同轴电缆,特别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、地下建筑、高层建筑室内等用户)对移动信号的要求不断提高,预计这类电缆将会有较好的发展前景。但对电缆指标的要求(如驻波比、屏蔽衰耗等要求)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考的问题
4.1积极创新开发具有自主知识产权的新技术
虽然这几年来,我国光缆电缆技术有很大发展,有一些具有自主知识产权的技术已在发挥作用,但是应该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,没有自主的知识产权,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%。实际上我国的光纤光缆技术应该说与国际水平己差距下大,因此我们作为世界第二的光缆大国,应该把开发具有自主知识产权的技术作为我们工作的重中之重,争取创造更多的光纤光缆专利。
4.2开发具有先进技术水平、与使用环境、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。不难发现,光缆的结构越来越依赖于使用的环境条件及施工的具体要求,在海底光缆、浅水光缆、ADSS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展开,新一代的光缆结构和施工技术也会基于如微型光缆、吹入或漂浮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化,以便有限的敷设空间得到充分、灵活的利用。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经验,正逐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,为我们研究和创新接入网和用户驻地网光缆结构提供了很好的机会。应该说,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。今后应当在这方面下些功夫,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用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,为数字业务提供更好的服务
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ADSL等一些新业务,但是容量有限,当ADSL数量增大到一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准备。现有的市话电缆生产厂商应深入研究自身的生产工艺,在不改变(或不大改变)生产设备的情况下,认真设计和精心制造,把现有电缆的技术水平提高一个档次,以提供更宽频带的电缆,为更多更好地开拓数字新业务提供高质量的通道。
4.4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,采用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。与此相适应的是需要开发相应的元器件、工具和设备,并且要在体制上作一些改进与之相适应。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器以及美国提出的1s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十分重视。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,为了保证光缆网络工作的可靠性,在施工和维护中降低成本、节省劳力、节省时间,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势在必行。
4.5冷静地审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年下半年起由于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1.65~1.75亿光纤公里,远远超过了实际需求。加上当前电信基础建设的不景气,光纤过剩的现象不可避免。
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,特别是与整个电信行业的发展有密切的关系,但应看到,在挤出了网络泡沫的水份之后,随着光纤网络从骨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伸,光纤光缆及宽带数字电缆的市场必将增长。据KMI预计,2003年世界光纤市场将开始有较大的增长,而到2004年的市场规模将超过敷设量最高的2000年。
应该看到,信息通信业是一个充满生机与活力的朝阳产业,网络经济有着强大的生命力,信息技术、网络技术的发展,仍然是推动社会进步的重要动力,信息网络化仍然是当今世界经济、社会发展的强大趋势。因此我们应树立信心,在全球经济好转、通信市场复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。
关键词:光纤,光纤业务,FTTH
计算机工业界很多人士引以为自豪的是计算机技术的快速发展,同时,数据通信速率也在快速发展,最终,在计算机能力和通信能力的竞赛过程中,通信赢了。数据通信传输速率的快速发展更是让人难以想象,这样的发展速度要依靠光纤作为传输媒介的问世。光纤技术现已相对成熟,下面就光纤的优点和业务上的需求来研究一下光纤的发展趋势。
一、光纤优点
1。频带宽
频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高,可以传输信号的频带宽度就越大。目前,采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波,进行波分复用,可以容纳上百万个频道。
2.重量轻
因为光纤非常细,单模光纤芯线直径一般为4um~10um,外径也只有125um,。论文格式。比标准同轴电缆的直径47mm要小得多,加上光纤是玻璃纤维,比重小,使它具有直径小、重量轻的特点,安装十分方便。
3.抗干扰能力强
因为光纤的基本成分是石英,只传光,不导电,不受电磁场的作用,故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。因此,在光纤中传输的信号不易被窃听,因而利于保密。
4.保真度高
因为光纤传输一般不需要中继放大,不会因为放大引人新的非线性失真。只要激光器的线性好,就可高保真地传输电视信号。
5.工作性能可靠
一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多,发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器),可靠性自然也就高,故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。
6.成本不断下降
目前,有人提出了新摩尔定律,也叫做光学定律(Optical Law)。该定律指出,光纤传输信息的带宽,每6个月增加1倍,而价格降低1倍。光通信技术的发展,为Internet宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富,随着技术的进步,成本还会进一步降低;而电缆所需的铜原料有限,价格会越来越高。显然,今后光纤传输将占绝对优势,成为建立全省、以至全国有线电视网的最主要传输手段。
7.损耗低
在同轴电缆组成的系统中,最好的电缆在传输800MHz信号时,每公里的损耗都在40dB以上。相比之下,光导纤维的损耗则要小得多,传输1、31um的光,每公里损耗在0.35dB以下若传输1.55um的光,每公里损耗更小,可达0.2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍,使其能传输的距离要远得多。此外,光纤传输损耗还有两个特点,一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗,不需要像电缆干线那样必须引人均衡器进行均衡;二是其损耗几乎不随温度而变,不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。
二、业务上的需求和市场的竞争
伴随着计算机的广泛应用,计算机网络数目在不断的增加,Internet用户数量也在不断增加,使得通信容量不断的加大,因此,数据通信的带宽要求显得更加重要。目前,为了解决数据能够在主干网络中顺利的传输,在通信介质方面,对于主干网络都采用了光纤作为传输媒介。光纤作为主干网络的传输媒介,解决了主干线路数据负载问题,使得数据能够顺利传输。光纤在主干网络中取代了传统的铜线介质,但“最后一英里”问题上,还没有完全的普及光纤,这就造成本地回路成为主干网络的瓶颈。随着3G网络的不断发展,用户“最后一英里”问题应该尽快解决。目前,采用的接入方式有:FTTH、FTTB、FTTC。
相关数据表明,2002年至2006年,我国宽带上网用户比例由9%上升到52%。宽带用户成为大多数,这标志着我国互联网已经进入宽带时代。宽带接入已经成为固网运营商增长的第一驱动力。而宽带业务的需求必然刺激相关宽带技术的发展和应用,光纤具有近似于无限的带宽,端到端的全光网络是宽带接入的最终解决方案。随着光纤接入成本不断下降、铜缆接入网运维成本的攀升,运营商网络将向以宽带为特征的下一代网转型。论文格式。随着今后更多高带宽业务的出现,FTTH上马也是大势所趋。论文格式。
正是基于这种共识,各固网运营商在铺网时都遵循光进铜退的准则,将投资重心转向光纤接入网。新建商业楼宇与住宅区原则上采用光纤覆盖,控制铜缆投资。FTTH已经从实验室中走出,真正贴近普通用户,迎来了快速增长的新时期。
在最近几年,FTTH已经出现了良好的发展势头。FTTH,一方面受到了企业用户和高端家庭用户的欢迎,与将来可能需要一次次地带宽升级相比,一劳永逸的光纤接入更受他们的青睐。FTTH使得在家里能享受各种不同的宽带服务,如VOD、在家购物、在家上课等。 另一方面,铜线和光纤价格的一涨一跌,也使得部署FTTH的成本正呈现下降的趋势。长远来看,DSL的成本已经基本上达到了极值点,但FTTH还有很大的下降空间,而且从运维成本上来说,与DSL相比FTTH有更加明显的优势。
三、结束语
总之,作为宽带接入的最终发展方向,FTTH在中国,乃至亚太地区的发展尤为迅猛。我们可以预期,凭借着层出不穷的宽带应用以及日益庞大的用户规模,中国、亚太地区FTTH将率先成为宽带接入的主流,引领全球光接入产业的腾飞。应该说,光纤网络在未来的发展空间是很广泛的,光纤作为传输媒介,应该主宰未来的通信市场
参考文献
【1】 潘爱民。《计算机网络》【M】清华大学出版社,2004年8月
【2】 及燕丽。《现代通信系统》电子工业出版社,2005年12月
3G对室内分布系统的要求
3G网络的主要业务量来自于室内。根据香港SUNDAY对业务数据的采集结果可知,3G业务的室内话务量占总话务量的一半以上。而NTTDoCoMo的最新统计数据显示,大约70%的业务量来自于室内。综合考虑建筑物结构、电磁波传播环境和容量需求方面的因素,将室内分布场景细分为以下几类,见图1。
和2G网络相比,3G网络在深层次覆盖时存在诸多不足。此外,由于3G系统自干扰的特性,会引起“呼吸效应”现象和“远近效应”现象。因此,网络规划时需要考虑减少网络的满载率,同时也要考虑切换区域大小的设置问题。
由于室外站进行室内覆盖对信号的控制和深度覆盖不能做到最优,严重影响用户的满意度。韩国最大的移动通信商SKT的数据显示,大部分服务质量差的位置都在室内,且往往是由于宏蜂窝基站覆盖不到位造成的。
相比之下,室内分布系统不仅可以在话务密集地区进行有效的话务吸收,解决室内“无死角”覆盖,而且减轻了室外站小区“呼吸效应”,降低了室外系统的负荷,从而能够提高整个网络的质量和容量。
3G室内分布系统
传统的室内覆盖系统将不同系统割裂开来,采取单独建设、单独维护的策略。但由于我国目前网络存在多种系统,且频段跨度较大,所以室内分布系统应该采用多系统的宽频室内覆盖方案,即一套天馈系统来实现多系统信号的同时覆盖。
其中,信号源主要包括室内宏蜂窝基站、室内微蜂窝基站和直放站等。从系统容量和功率需求的角度,根据不同话务需求和覆盖场景选择不同的信号源。比如,对于大话务量地区,宜采用宏蜂窝基站作室内分布系统的信号源,能够插入多块基带处理板,满足话务密集地区的需求;对于写字楼等室内用户集中、话务量较高区域,可以考虑建设微蜂窝室内分布系统;对于隧道、地铁车站、地下商场、地下酒吧等强调覆盖而非容量的场所,可以考虑用室内直放站引入基站信号。
信号分布系统可以分为无源分布系统,有源分布系统和混合分布系统三种形式。无源分布系统是通过无源器件进行分路,经由馈线将无线信号尽可能平均地分配到覆盖单元上,从而实现室内信号的均匀分布;有源分布系统中加入了功率放大器这一类有源设备。信号经过各级衰耗后,到达末端时,可以利用放大器放大以达到理想的强度,保证覆盖效果。也可以混合采用无源系统和有源系统的部分器件,建立一套混合的信号分布系统。
覆盖方式主要有三种,即分布式天线系统(DAS)、泄漏电缆系统和混合方案。
分布式天线系统能够支持从400MHz到2.5GHz很宽的频率范围;对于建筑物内部结构狭长的特别区域,例如公路隧道、铁路隧道、矿井等,可选用泄漏电缆分布系统,泄漏电缆不需要室内天线,通过电缆上泄漏信号进行覆盖;多系统的宽频室内覆盖方案共用天馈线系统,具有相当灵活的可扩展性。但是在多网合一的室内分布系统的设计中,对系统间干扰的分析和抑制至关重要。
3G室内分布系统的设计
在室内分布系统方案设计中,需要考虑三方面的因素:降低室外信号对室内的影响;减少室内信号外泄;室内环境的特殊性所带来的传输与空间衰耗。
首先,由于室外基站会对室内系统造成影响,所以必须对来自室外基站的信号进行测量,以了解室外宏站对室内系统的影响。
其次,室内分布系统的信号泄漏容易造成对室外信号的干扰,容易导致室外用户选用室内信号,使软切换增多,从而影响室外的掉话率。在3G工程设计阶段就需要控制过多的软切换区,减少室内天线的输出电平,控制信号泄漏电平。在靠近窗户、门口等边缘区域,应采用方向性较好的定向天线,以减少信号的泄漏从而优化切换关系。
最后,由于频率上的差异,多系统共用室内分布系统不可避免地带来了不同系统间在室内分布系统上功率损耗不一致的情况。比如,在2GHz下信号的馈线损耗,空间损耗和隔墙损耗都有增加。所以,应根据实际情况采用“多天线低功率”方式进行覆盖,合理布防天线。
链路预算
1.容量预分析
A地的人流量是2000人/小时,设手机人均使用率为25%,A地移动电话用户数为2000*25%=500/小时。用户均匀分布,平均每用户忙时话务量为0.02Erl,则A地总的话务量为10Erl,按照20%的余量,最大吸收话务量为12Erl。系统信号源为微蜂窝基站,根据Erlang-B公式表,当呼损率为2%时,两个载频容量为8.20Erl。因此采用4个载频容量足够提供系统使用。
2.覆盖场强预分析
吸顶全向天线的输出口功率为7dBm,增益为3dBi。距天线的最远覆盖距离约为10m。自由空间传播损耗是58dB,贯穿损耗和多径衰落分别是15dB和10dB。则边缘场强=7+3-58-15-10=-74dBm。
覆盖电梯的定向板状天线的输出口功率为11dBm,增益为8.5dBi。距天线的最远覆盖距离约为20m,20m自由空间传播损耗是64dB,贯穿损耗和多径衰落分别是20dB和15dB。则边缘场强=11+8.5-64-20-15=-79.5dBm。
一般以移动终端的发射功率来确定漏泄射频同轴电缆的最大覆盖长度。移动终端的最大输出功率为2W,系统要求的最低场强为-105dBm。频率为2GHz,95%耦合损耗为86dB,耦合损耗的波动余量为5dB。漏泄同轴电缆的衰减常数为44dB/km,跳线及接头损耗为2dB,地铁系统车体的屏蔽作用和吸收损耗为10dB。则最大覆盖距离=(33-(-105)-86-5-2-10)/44=795m
在新的通信系统中,覆盖、容量和质量不再独立,需要综合考虑;多业务的同时存在也需要均衡考虑;重要的是,需要兼顾多网同时进行通信的状况;干扰也将成为未来移动通信的最大攻克难点。而这些对馈线、漏缆、器件及附件和天线的性能都提出了很高的要求。
链接作者简介
袁卫文:现为中天日立射频电缆有限公司(ZTT)技术部研发工程师。1990年毕业于中国人民国防科工委指挥技术学院。曾在西安卫星测控中心(XSCC)任雷达工程师。多次获国防科工委及XSCC的科技进步奖项。
在智能建筑中,综合布线系统起着非常重要的作用,它将整个建筑的各种信息融合在一起,形成一个网络,进行相互通信。综合布线系统的设计优劣直接影响智能建筑是否人性化。本节描述了综合布线系统的特点,然后针对其特点,介绍了其组成结构。
1.1综合布线系统的特点综合布线的特点主要包括以下几方面:系统的开发性、先进性、可靠性、灵活性、兼容性和经济性[3]。(1)系统的开放性。以往的布线系统,人们挑选布线设备后,就会将相互之间的布线方式和通信媒介都固定了,若想更换新设备,变得非常麻烦,现在的布线系统开放,更换方便快捷。(2)系统的先进性。现在的综合布线系统取代以往昂贵、繁杂的布线方式,使得便于集中管理和维护,具有先进性。(3)系统的可靠性。现在的综合布线系统,布线材料都是由质量高的材质和对接的方法进行部署,具有很高的性能,并且信息通信线路稳定可靠。同时使用专业的调试仪器来测试每条布线系统中线路的衰减率和阻抗,大大的提升了整个布线系统工作的可靠性。(4)系统的灵活性。现在的综合布线系统都是将整个系统进行模块化,然后对每个子模块给出相应的设计方案,这样如果要变更系统,那么只需要变更需要变更的子模块即可,从而使得综合布线系统中的每个子模块都具有通用和灵活性。(5)系统的兼容性。综合布线系统其自身是与对应的应用系统没有关系,是相对对立的个体,可以在多种不同的应用系统中使用。(6)系统的经济性。在经济上,综合布线比原始布线开销小,原始布线改造需要大量的人力是时间,更换和管理都很难维护,现在的综合布线可适应相当长时间需求,节省了时间和经济。
1.2综合布线系统组成综合布线系统主要由以下子模块组成,其中包括:水平布线子模块、建筑群子模块、管理子模块、干线子模块、工作区子模块、设备间子模块[4]。(1)水平布线子模块。该模块由建筑内部间所有的接线,以及该接线连接到所有区域内部插座间的电缆组成。在该模块内,可以进行语音、图像、视频等信号传输的电缆和光纤。(2)建筑群子模块。该模块将多个建筑物中的电视、电话和数据构建成综合的建筑群系统。(3)管理子模块。该模块是把建筑中水平和垂直模块的所有设备进行组合,其中光纤配线架和铜缆配线架为其重要的设备。采用电缆线多跳的特性,使得布线系统更加可靠和灵活。(4)干线子模块。该模块主要有一些线缆组成,这些线缆将设备间子模块、管理子模块和水平子模块进行相互的连接。这些线缆的部署方式有:环型、星型、状型、总线型和树等。(5)工作区子模块。该模块是指建筑内部所有的终端设备到信息插座的整个区域,在这个区域内,计算机、电视等设备可以被支持。(6)设备间子模块。该模块是对大楼中所安装的主配线架进行维护和管理,通过在楼宇中合适的地方安装进出设备线和配架线。
2面向智能建筑的综合布线系统设计
在智能建筑中的布线设计,需要按照一定的设计规则来进行,通常来说,可以依照以下设计步骤:(1)首先,需要去了解建筑物内各个办公室用户间的通信需求,然后对给出了这些需要进总体的评估,确定各个办公室内需要安装的语音点和通信点的位置。然后结合《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》标准,设计用户提出的信息点。最后根据这些信息点的数目来确定安装的空间大小,以及未来需要扩展的空间容量。(2)了解建筑内不同用户对布线系统设备的要求,综合评估用户的意见,其中评估的内容有:设备、数据、语音和监控等。由于线缆传输距离受到限制,所以为了使得达到通信的要求,将采用同轴光缆、电缆和数据电缆等来代替线缆。(3)弱电系统的垂直和水平通道是由建筑的模式来决定的。为了使得整个建筑系统的布线合理化,需要根据上述的通道来选取布线设备之间的位置结构以及各个设备机房见的设置结构。(4)通过1,2中了解和评估的用户需求,以及考虑未来的建筑内部布线系统的变化或者扩展,需要在现有的布线基础上留有足够的接口和空间,使得系统具有可扩展性。(5)上述的需求评估后,就可以对建筑物内的布线系统的方案进行设计,同时确定出布线的介质和所需要相关的硬件设备。(6)最后,绘图人员就会根据上述的设计方案,绘制出整个楼层的布线平面图和系统的综合布线图。
3总结与展望
【关键词】光纤入户;方案设计;EPON技术
一、工程设计背景
目前,中国已建成世界上最大的、先进可靠的电力专用光纤通信网络,但总体上又呈现“骨干网强、接入网弱”、“高端强,低端弱”的态势,电网“最后一公里”的380V及220V用户接入网光纤化率极低,目前光纤接入占比仅0.14%。通过对电力光纤入户技术方案和经济性的分析,可以看出:电力光纤入户技术可行,实施容易,只要投入较少的费用把现有的技术进行适当整合和提升,就可以实现光纤到户和理想的宽带接入。同时,电力光纤到户与我国信息产业发展的各项政策、战略步伐,与世界信息产业技术的发展方向是完全同步和融合的。电力光纤入户还能够充分利用电力公司综合实力和成本优势,节约新建建筑小区光纤入户成本,实现能源流、信息流的高度集成和综合应用,抢占广电、电信运营商通道市场,收取租赁费,延伸服务范围,开拓新的业务领域和利润增长点。
二、关键应用技术
1.EPON技术
EPON(以太网无源光网络)是基于以太网的无源光网络,遵循载波侦听、多路访问的规则,通过单纤双向传输,资源利用率高。光纤到户采用PFTTH的接入方式和EPON体系结构组网,EPON系统主要由OLT和ONU设备组成,OLT布置在电力小区局端机房,ONU布置在用户端。
2.光/电分配技术
常规的低压分支柜只能对电缆进行分支,不能对其中的光缆进行分支。2011年由河北省电力公司研制的光电分配柜将原来单一的低压电缆分支柜和光缆分支箱结合为一体,将OPLC低压电缆在光电分配柜中进行分支,实现了电与电、光与光的集中分配,然后再经OPLC低压电缆输出,光电分配柜具有外形美观、结构紧凑、占用空间小、便于施工、节约电缆资源、光电集中管理与维护等特点。
3.OPLC技术
OPLC是一种将光单元复合在低压电力电缆内,具有电力传输和光通信传输组合的电缆,其适用于额定电压0.6/1kV及以下电压等级。
三、设计方案
(一)总体方案
本论文将对保定地区试点项目国宅花园小区开展方案设计,该小区是保定中国电谷智能电网综合建设工程的子项目“配电自动化”及“智能电网光纤到户的试点小区。
1.小区情况调查
(1)小区建筑情况
小区共12栋高层,均为板楼;电表分布为每层集中;总户数2009户。
(2)电力设施配套情况
高压外线:由两路10kV电缆及光纤引入。
配电室(开关站):小区共设3个配电室,由10kV电缆引入总开闭所。
配电室至各楼:由各配电室出低压OPLC复合缆至各楼配电间,低压电缆采用三相四线制,敷设方式为‘井-管’式,电缆桥架敷设。
楼内分配电室:每栋居民楼地下一层设两个配电室:居民照明配电室和动力配电室。居民照明配电室内每楼每单元设1面分线配电柜,3#楼商业设一面分线柜;每楼动力配电室内设2面分线配电柜。
楼内分配电室至各户及用电点:楼内分配电室至居民各户采用三相预分支电缆。动力电表安装于楼内动力配电柜,电表以下电缆由用户自理。
(3)用户三网融合带宽需求
下行业务所需带宽(Mbps):IPTV(10-12)、视频通信(2)、上网业务(4)、VoIP(200Kbps),总计接入带宽17-19Mbps。
上行业务所需带宽(Mbps):语音、视频通信(2)、上网业务(1),总计接入带宽2M-4Mbps。
2.建设方案
依据板楼典型设计方案,制定电力光纤到户组网方案如下:
1#-12#楼光缆分配点设置在每栋楼负一层的楼宇配电间,并配置1个光缆交接箱,共计32个光缆交接箱。
(1)1#楼用户接入点
1#楼1单元32层,每层用户数为4户,共计128户。根据用户接入点规划原则:设置6个用户接入点。2单元同1单元。
(2)2#楼用户接入点
2#楼建筑结构与1#相同,接入点设置同1#楼。
(3)3#用户接入点
3#楼有2个单元,33层,每层用户数为4户,共计264户。按一个单元进行设计,其他单元参照执行。根据用户接入点规划原则:设置6个用户接入点。
(4)4#楼用户接入点
4#楼有2个单元,一单元28层,每层用户数为4户,共计112户;二单元26层,每层用户数为4户,共计102户。一单元用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。二单元用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。
(5)5#楼、9#楼用户接入点
5#楼有2个单元,28层。每层3户,合计168户。9#楼有1个单元,28层。每层3户,合计84户,按一个单元进行设计,其余单元参照执行,根据用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。
(6)6#楼用户接入点
6#楼共计2个单元,25层,每层用户数为3户,共计148户。按一个单元进行设计,其他单元参照执行。根据用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。
(7)7#楼用户接入点
7#楼共计1个单元,30层,每层用户数为2户,共计56户。根据用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。
(8)8#楼用户接入点
8#楼共计2个单元,17层,每层用户数为2户,共计68户。按一个单元进行设计,其他单元参照执行。根据用户接入点规划原则:设置3个用户接入点。
(9)10#楼和11#楼用户接入点
10#楼有2个的单元,一单元与二单元建筑结构相同,30层,每层用户数为3户,共计180户。11#楼有1个的单元,30层,每层用户数为3户,共计90户。按一个单元进行设计,其他单元参照执行。一单元用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。
(10)12#楼用户接入点
12#楼有3个的单元,一单元25层,每层用户数为3户,二单元和三单元25层,每层用户数为3户,共计231户。一单元用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。二单元和三单元用户接入点规划原则:设置5个用户接入点。
(11)幼儿园用户接入点
设置1个用户接入点。
(二)设备材料选型
1.线缆配置
(1)馈线光缆(主、分配电室到楼宇配电间或楼宇单元配电间)
采用三相复合低压电缆(OPLC)。按最大容量考虑,每单元用于承载用电信息采集纤芯数为6芯,承载三网融合业务纤芯数为6芯,考虑40%的冗余,为11.2芯,参考OPLC纤芯规格,可配置24芯OPLC。
(2)配线光缆(楼宇配电间或楼宇单元配电间到用户接入点)
采用管道光缆。按最大容量考虑,用于承载用电信息采集纤芯数为6芯,承载三网融合业务纤芯数为6芯,考虑40%的冗余,为5.6芯,参考管道光缆纤芯规格,可配置24芯管道光缆,共计118根。
(3)入户光缆(用户接入点到ONU终端)
共2100根2芯皮线光缆。
2.OLT配置
根据用电信息采集和三网融合业务PON口需求数量,考虑实际OLT技术指标,配置2台96口的OLT设备。
3.ONU终端
用电信息采集ONU配置:1-12#楼每个接入点设计用户不超过24户,故每个用户接入点配置1台ONU,ONU配置RS-485接口,使用485线串接各楼层的电能表。共需118台。1#、2#、3#配电室的公有负荷部分电能表分别按32(最大)考虑,需要配置3个ONU,1#、2#、3#配电室各一个,分别使用485线接入各自配电室公有部分计量点的电能表。三网融合ONU配置:1#-12#楼共计2009户,需要配置2009台ONU,按30%用户配置,需要配置602台ONU,放置在用户户内。
4.光分路器
用电信息采集光分路器配置:根据工程情况,配置3个1:32光分路器(一级分光)。三网融合光分路器应依据用户接入点的配置和容量进行配置:1-12#楼每个接入点设计用户不超过24户,全部采用一级分光,配置1:32光分路器,共需118台。
(三)细化设计
1.光缆敷设
馈线光缆路由:4#、5#、6#、11#、12#楼和幼儿园由1#配电室沿电缆沟、槽敷设至楼宇配电间,1#、2#、3#楼由1#配电室敷设至2#配电室至楼宇单元配电间。7#、8#、9#、10#楼由1#配电室敷设至3#配电室至每栋楼的楼宇单元配电间。
配线光缆路由:由楼宇单元配电间敷设至用户接入点。
2.设备放置
根据配电室布置图,选择合适的通信设备布置位置,做到强弱电分离,并预留足够操作空间。
3.光纤接续
光缆接续时需要采用光纤配线架(ODF),并配合分光器、皮线光缆,使用光纤热熔或冷接技术,实现光纤接续。光纤配线接续的主要节点情况包括:
(1)小区配电室光纤接续
图1 小区配电室光纤接续图
图中A点:将OPPC中光纤电缆分离,纤芯接入ODF;B点:将至各楼光纤复合低压电缆中光纤束管与电缆分离,纤芯接入ODF;C点:在交接箱内根据业务需求用光纤跳线跳接。
(2)楼宇配电柜处光纤接续
图2 楼宇配电柜光纤接续图
图中A点:将入楼光纤复合低压电缆中光纤束管与电缆分离,纤芯接入ODF;B点:将至楼层分线箱或单元分线箱光纤复合低压电缆中光纤束管与电缆分离,纤芯接入ODF;C点:在交接箱内根据业务需求加装相应分光比分光器,用光纤跳线跳接。
(3)楼层电表箱处光纤接续
图中A点:将光纤复合低压电缆中光纤与电缆分离,分为公用通道和专用通道两部分;B点:利用485线将光纤与光纤电表连接,并将485串接;C点:将光纤复合低压电缆中光纤与电缆分离利用光纤冷接子接入分光器;D点:利用光纤冷接子将光纤与分光器连接,出线经抄表ONU转换为485口;E点:将公用通道光纤纤芯接入分光器,并通过ODF配线。
图3 楼层电表箱光纤接续图
(4)户内光纤接续
图4 户内光纤接续图
图中A点:将入户光纤复合低压电缆中光纤与电缆分离,纤芯接入用户面板盒;B点:利用光纤跳线,将光纤接到用户ONU,经ONU转换成以太网(LAN)出口。
四、小结
通过对试点入户小区进行方案设计,争取做出本地区电力光纤入户工程方案的标准化设计,为今后全面推开此类工程建设打下良好基础。
其它在本阶段未解决的问题与难点将在今后进一步的学习和探讨中进行针对性的研究,争取通过本次方案设计为本地区电力光纤入户推进工作创造良好开端。
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