电信网络需求和气送光缆系统的研究

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　　一、系统概述
　　目前，中国电信网络已经实现了基于光纤的骨干网的传输和交换、本地网的中继及交换数字化，但接入网仍以模拟铜线为主要传送媒体，这已成为制约现代电信网进一步发展和完善的“瓶颈”，因此，要建设完善国家信息基础结构（NII），接入网是关键，

接入网技术的发展，将导致通信信息网的巨大变化，即语音、数据、图片、视像等各种信息业务综合一起传送，实现资源共享，逐步优化通信网络，大大提高网络效益。
　　
　　另一方面，随着个人交往范围的扩大和交往方式的改变，用户需求已开始从单一的电话业务向多种数据业务（包括并行计算机数据、帧中继、EDI分组数据业务）、静止（图文）、半静止（包括Internet）、活动视像等全业务综合通信信息网方向发展，计算机局域网和Internet的普及对通信业务网的接入能力也提出了强有力的挑战，特别是宽带通信业务和多媒体通信的发展推动了我国用户接入网的建设进入一个新的阶段。光纤到大楼（FTTB）、光纤到路边（FTTC）、光纤到小区（FTTZ）直至光纤到户（FTTH）的最终目标促使市场对光纤的需求日新月异。目前各通信运营商为了在新一轮宽带业务竞争中占据优势，在建设大规模的光缆网时面临着这样两个现实的问题：一是地下管孔资源严重缺乏。虽然政府出台多种办法，但通信运营商为了实现管道资源的共享付出了很大的代价，这就使得通信运营商的初期投资成本加大。二是光缆纤芯利用率低。由于市场对光纤的需求是一个渐进的过程，而运营商在组建光缆网时考虑到今后的宽带需求，一次性埋设的光缆芯数较大，这就导致光缆纤芯的利用率在很长一段时间内都非常低。根据对国内光缆纤芯使用情况的调查，国内干线光缆纤芯总的利用率不到20%，城域网中纤芯利用率也只有55%左右。通过这些事实，我们可以看出光缆网建设存在着两个矛盾：一是管道资源紧张，对现有管道资源不能重复利用。二是初期投资成本高，而投资利用率低。因此研制一种既能降低初始投资，又能随着客户的需求增长同步投资，而且能把现有的管道资源重复运用、放大容量，实现增值服务的梦想的产品迫不及待。有关资料显示，北美及欧州等地区早在二十世纪九十年代中期采用的气送光缆系统就能解决这样的矛盾。国内，目前只有江苏亨通光电股份有限公司等少数企业开展相关技术服务，而亨通光电则是其中的佼佼者。
　　
　　自从20世纪80年代由英国电信（British Telecom）首先提出气送光纤单元的概念至今，气送光缆系统的技术日趋完善，目前已臻成熟。气送光缆系统是一种利用来自空气压缩机的压缩空气（约10kg/cm2），通过吹气头将光纤单元吹入已安装的空心光缆管中的光缆敷设技术，其具备以下四个显著优点：
　　
　　1、可以降低初期投资成本并减少光纤闲置，一旦光纤数需要增加，即可在所需处吹入相应所需的光纤数；
　　
　　2、由于光纤单元是由压缩空气输送，整个光纤单元长度上由吹气压力分布引起的拉伸应力是十分微小的；
　　
　　3、可以在所需的光缆长度内持续敷设，所安装的是连续的光纤单元，从而明显减少了光纤的接头数；
　　
　　4、与传统管道光缆相比，结构简单，制造容易，因而系统成本低廉，价格便宜。
　　
　　气送光缆的常用气吹安装方法是用一个吹气头实现几十米至十几公里的敷设距离，典型的气送光缆敷设系统如图1所示。
　　　
　　二、气送光缆的主要结构
　　目前，气送光缆主要有中心不锈钢管型、中心全介质型和EPFU （Enhanced Performance Fiber Unit，高性能光纤单元)型三种，目前亨通光电已经全部领先开发完成，并已全面进入市场，销售业绩十分理想，三种气送光缆结构如图2所示。
　　　
　　随着世界光纤通信发展的潮流，亨通光电在不断吸收和消化国外先进技术基础上积极探索追求，目前气送光缆的外径可以做到相当的小，2～48芯a、b型气送光缆的外径在3～5mm，即使是96芯的气送光缆，也可以控制在6mm以下，而2~12芯c型气送光缆的外径则甚至连2mm都不到，如此微小的光缆外径，大大提高了光纤密度，从而有效地节省城市地下空间，提高了管道的利用率。
　　
　　气送光缆结构的设计目标是保护光缆中光纤在光缆敷设与运行时不受张力和径向应力，并提供适当的弯曲性能，同时还要在光缆的使用寿命内给光纤提供长期的环境保护。
　　
　　光缆敷设运行后，能影响光纤传输性能的因素有很多，主要有：
　　
　　光纤的宏弯与微弯损耗；
　　
　　光纤的应力腐蚀；
　　
　　吸氢；
　　
　　这些因素会在光纤应力、湿气和其他污染物、光纤材料和环境温度变化的作用下相互影响。
　　
　　二、空心光缆管
　　空心光缆管由微管与母管两部分组成，如图3、图4所示。
　　　
　　微管是由低密度聚乙烯挤出形成，同步还将摩擦系数最低的固体润滑剂硅胶质挤压进管道内壁，微管的直径相当小，通常可以为6mm甚至更低（主要为与气送光缆相匹配）。微管的内壁平滑，硅芯层具与微管材料高密度聚乙烯具有相同的物理和机械性能，有较低的摩擦导气性能（摩擦系数≤0.15），不与水反应。有时采用纵向导气槽（凹槽）结构，以进一步降低摩擦系数。
　　
　　几根微管捆扎在一起形成微管束（一般为2、4、7），在管束外表面覆以PE（室外场合）管或PVC（有阻燃需求的室内场合）管，即母管。母管一般为硅心管，其芯层也是硅胶质，也可在母管内放置一层铝带，硅芯层或铝带层的目的并非阻水，而是使得微管能很容易地从母管中分离。这样，不同芯数的气送光缆根据不同时期不同需要（如图3所示）而分批吹入微管内后，在光缆管内可以获得足够的抗侧压、抗拉伸强度。
　　
　　空心光缆管采用传统光缆技术牵引到城市管道内或直埋于城市地下，但其操作简易性则远远优于传统光缆的施工。只要客户需要，单根微管可以随时从母管中分离出来，还可以通过使用相应的光缆管连接件（如图5所示），很轻松的进行连接，以获得任意的连续的无漏通道。
　　　
　　三、吹缆机
　　吹缆机是气送光缆系统中一个核心部分之一（如图1所示）。气送光缆被导入吹缆机之后，由吹缆机的两个橡皮驱动轮进行驱动牵引。橡皮轮具备足够的扭矩，足以能将气送光缆从馈送轮上牵引下来并克服因气送机气密性而产生在缆上的压力。
　　
　　气送光缆进入微管以后，就开始受到管内强大的压缩空气流的影响，分布于气送光缆所通过长度的管内的空气动力和流体静力的相互作用，共同将缆向前推进！光缆敷设速度一般约为30米每分钟，如图6所示。
　　　
　　四、气送光缆系统敷设距离
　　气送光缆系统采用一部吹缆机时最大的一次敷设距离直接取决于套管摩擦系数、套管和气送光缆的直径和系统运行的气压，路由内管道的弯曲也有一定的影响。根据实际操作经验，结合以上各项影响因素，理论上在150psi的最大气压下，6mm的微管，最大一次气吹距离在1000m左右，在亨通光电的部分已经实施工程中，气吹光缆的一次敷设距离甚至已经达到了3000m（线路状况非常良好的情况）。当然，针对接入网的实际情况而言，1000m左右的敷设距离基本上就已经能涵盖大部分的实际应用场合。
　　
　　五、气送光缆系统的光学性能
　　江苏亨通光电股份有限公司对诸多已验收运行的气送光缆工程作过很多试验，并正在进一步跟踪观测其光学性能状态。我们对气送光缆安装前与安装后的状态进行了检测，图7和图8是一个8芯的单模气送光缆的检测结果对比。
　　
　　从衰减记录图表，我们可以很清楚地看出，气送光缆技术对光纤的传输性能并没有多大的影响。此段工程自安装到现在，一直处于被监测状态，衰减并未产生明显变化。
　　　
　　六、结束语
　　随着IP技术等新型电信业务的迅猛发展和市场竞争的日趋激烈，各大网络运营商都在寻找有效解决管道瓶颈、降低网络成本、增加业务收入的最佳方案。江苏亨通光电股份有限公司推行的气送光缆系统，为基于网络技术的运营商提供了全新的光缆网建设思路，使得运营商不再为越来越凸现的管道资源紧张所困扰，并在根本上解决了光缆网建设中普遍存在的一次性成本高、投资回报周期长的根本性难题。
　　
　　采用气送光缆系统技术之后，既便于光缆维护和光纤更新；同时又便于今后通过调整光纤芯数来达到容量要求，因为光纤需要不断地更新换代，以适应用户对通信容量和通信速率的要求。采用气送光缆系统技术之后可以很方便地通过更换管道内的光纤来达到光纤升级的目的，而不需要更换整根光缆。另外，在敷设微型气送管道的同时，根据需要适当预留一些空管道，当需要时再吹入光纤，这样既保证了使用，又不造成浪费，而且还机动灵活，在我国光纤通信高速发展的过程中，不可预见性时有发生，因而这种气送光缆系统技术不失为一种上佳的选择。
　　
　　综上所述，微缆系统技术将是一场光缆网建设的全新革命，而不仅仅是局部的技术改进或更新。该技术的供应商不再是单纯的光缆生产厂商，而要为运营商提供从网络设计到工程施工的光缆网建设的整体解决方案。可以预见的是，气送光缆系统技术的不断发展和成熟，必将推动我国网络建设的良性发展。

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