无源光网络的光线路相关技术研究

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1、无源光网络的光线路相关技术研究无源光网络的光线路相关技术研究 杜 喆，沈成彬，陈 文，蒋 铭 (中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）摘要 随着用户和业务对带宽需求的不断增加，基于以太网的无源光网络（PON）技术已 经受到国内外运营商的广泛关注。本文介绍了应用于无源光网络工程的新型光纤、光缆、 无源光器件以及一些新的施工工艺的原理和特点，并给出了这些新器材在近期“光进铜退” 接入网建设中的应用建议。 关键词 无源光网络；光进铜退；光缆；G.657；光分路器；平面光波导；冷接子1 无源光网络概述基于一点对多点（P2MP）网络拓扑结构的无源光网络技术是目前最热门的一种 FTTx 接入

2、技术。无源光网络的架构主要是从光纤线路终端设备（OLT）下行通过一根光纤 经由无源器件光分路器，将光信号分路广播给各光用户终端设备(ONT)，如图 1 所示。无源光网络的光缆网络可被划分为馈线光缆（feeder cable）段、配线光缆 （distribution cable）段和入户线光缆（drop cable）段，基本节点包括 OLT 局端、光缆分 配点、用户接入点以及 ONT 用户终端。其中馈线光缆是指局端设备 OLT 至光缆分配点 （分配器）之间的光缆，配线光缆从光缆分配点延伸到用户接入点，入户线光缆则从用户 接入点延伸到每一个 ONT 用户终端。每一段光缆的敷设条件、方式和工程施工方

3、法都不 尽相同，都有其特殊的需求，因此针对这些不同场景需要采用不同类型的光缆。用户接入 点是多个用户的光纤集中汇聚点，从用户接入点处以单条光缆（即入户线光缆）的形式进 入单个 ONT 用户终端。光缆分配点是多个用户接入点的光纤集中汇聚点，一般在这个地 点设置光分路器。在点到多点无源光网络中，主要在光缆分配点实现光纤光功率分配。当前 PON 的主要实现技术包括以太网无源光网络（EPON）和吉比特无源光网络 （GPON）两种。EPON 系统的上下行线路速率均为 1.25 Gbit/s，GPON 系统的上下行线路 速率分别为 1.25 Gbit/s 和 2.5 Gbit/s。 2 用于 PON 接入

4、网的新型光纤光缆及其应用就光纤接入网（特别是光纤到户）建设而言，PON 是一种新技术。其特殊的组网模 式和工程实施方式对光纤光缆提出了一些特殊的要求。针对这些新的要求，出现了一系列 新的光纤光缆，主要包括新型的抗弯曲光纤和一系列新型光缆。 2.1 新型光纤目前的城域光缆网的馈线光缆段、配线光缆段普遍采用 G.652 单模光纤。对于 G.652 单模光纤，ITU-T SG15 于 2003 年 3 月发布了新的 G.652 建议，该建议中包含了G.652A/B/C/D 4 种光纤。其中 G.652C/D 是低水峰光纤，即消除了 1 383 nm 处的水峰，使 光纤的可用波段进一步拓宽；与此相对，

5、G.652A/B 是未消除水峰衰减的传统 G.652 光纤。 另外，四者之间的差异还主要体现在 PMD（偏振模色散）上，其中 G.652A/C 定义的 PMD 系数要求0.5 ps/，而 G.652B/D 的 PMD 系数要求0.2 ps/，G.652B/D 相对 G.652A/C，更适合高速率、长距离的传输。由于无源光网络覆盖的范围一般在 20 km 以内，传输距离不长，速率不高（最新出 现的 EPON 的线路速率为 10 Gbit/s，单波长 40 Gbit/s 及以上的 PON 系统在相当长的一段 时间内不会出现） ，PMD 对系统传输性能的影响不是很大，G.652C 完全可以满足相当长

6、的 一段时间内业务的需求。综合考虑速率、损耗和成本的因素，在当前 EPON 网络建设的初 期，馈线光缆段、配线光缆段光缆应主要采用 G.652C 光纤，引入线也应该主要采用 G.652C。与馈线和配线光缆不同，入户光缆和室内布线光缆均不可避免地面临较大程度的弯 曲，在这种情况下要求光纤具有抗弯曲的性能，即在小弯曲半径的情况下仍然具有损耗小 的性能。在 2006 年 12 月，ITU-T 第十五工作组通过了一个新的光纤标准G.657 光纤， 名称为：“用于接入网的低弯曲损耗敏感单模光纤和光缆特性” 。在该标准中规定了两类光 纤，分别为侧重于保持向后兼容的 G.657A 光纤，以及侧重使弯曲性能达

7、到最高的 G.657B 光纤。这两类光纤的性能参数如表 1 所示。目前市场上已经出现满足 G.657 标准的抗弯曲 光纤，有的抗弯曲光纤的弯曲半径甚至可以达到 5 mm。G.657 光纤通常通过改变掺杂剂或 者掺杂剂的位置及分布来实现降低折射率，从而达到提高光纤的弯曲性能。实现抗弯曲的 代价是每次弯曲会引入不超过 0.1 dB 的附加衰减。卓越的抗弯曲性能使 G.657 光纤可以像铜缆一样，沿着建筑物内很小的拐角安装。 运营商不但可以使用非熟练技术工人来进行安装操作，而且降低了复工率，进一步降低了 运营商的光纤网络安装成本。另外，可以使光纤接头盒的体积减小一半，这对于空间狭小 的场合是非常重要

8、的。因此，在当前的 FTTH 接入网建设中，在入户段和用户室内布线段 应尽可能采用 G.657 光纤。G.657A 光纤保持了与现有 G.652 光纤的兼容，易于与配线段光 纤进行连接，而且 G.657A 光纤的 10/15 mm 的弯曲半径基本能够满足大多数场景的需求。 G.657B 光纤的纤芯和包层结构与 G.652 光纤存在较大差异，二者连接工艺复杂，弯曲导致 的附加衰减较大。在当前的 FTTH 接入网建设过程中，入户段和室内布线光缆应主要采用 G.657A 光纤。 2.2 新型光缆无源光网络使用的光纤光缆根据使用环境的不同，可分为室外光缆、室内光缆和室 内外两用光缆。 2.2.1 室外

9、光缆常用的室外管道光缆按结构可分 3 类：中心束管式光缆、层绞式光缆和骨架槽式光 纤带光缆，如图 2 所示。中心束管式光缆是专门根据光纤特性而设计的缆型，光纤置于束管的中间，并在束 管内注入油膏，使光纤自由地悬浮在缆芯的中间，光纤完全与空气和水隔离，且光纤在芯 管内的自由空间大，能很好地缓解光纤的应力及减少微弯损耗，对光纤保护最好。这种光 缆的光纤密度极高，结构紧凑；具有抗压抗拉性强、热收缩性小的特点，有效避免光缆中 光纤受力，从而保证光纤具有良好的光学传输性能、机械和温度性能等特点。层绞式光缆中心一般以单根磷化钢丝作为加强构件，周围以 SZ 绞方式紧密排列着 内含多芯光纤及油膏的松套管，松套

10、管的间隙充满阻水油膏，外包阻水包带、轧纹铝带 （GYSTA 型）或钢带（GYSTS 型） ，外护套采用优质线性低密度或高密度黑色聚乙烯塑料。 这种光缆的松套管材料本身具有耐水解特性和较高的强度，管内充以特种油膏，对光纤进 行关键性保护；通过控制光纤余长和调整绞合节距，可使光缆具有很好的抗拉性能和温度 特性；松套管和加强芯间用缆膏填充绞合在一起，保证了松套管和加强芯间的防水性能。 根据不同的要求，层绞式光缆还有多种抗侧压措施。骨架槽式光纤带光缆采用螺旋槽结构和 SZ 槽结构，将已制好的光纤带，叠放在骨 架槽中制成缆芯，缆芯外加防护材料制成。这种光缆的主要特点有：光纤组装密度高，光 缆直径相对小；

11、采用高密度聚乙烯材料，抗侧压性能好，对光纤带有很好的保护，同时可 防止开剥光缆时损伤光纤；骨架槽沿光缆成螺旋式旋转，以保证放置于槽内的光纤带有足 够的余长，保证了光缆的抗拉、弯曲和温度特性；光缆用遇水膨胀的阻水带而非油膏填充， 既保证了光缆的阻水性能，又极大地提高了接续效率，便于施工和维护。以上 3 种室外光缆具有不同的结构特点，因此适用的环境也不尽相同，特点对比如 表 2 所示。在接入网中，还有部分场合需要采用架空的敷设方式。对于架空场合，可以采用“8”字型自承式光缆。这种光缆由光纤松套管、金属中心加强件、双面涂塑钢带粘结 PE 护套、阻水缆膏以及钢绞线等部件构成，如图 3 所示。它采用 S

12、Z 层绞结构，紧凑的结构 确保光缆在恶劣的环境下，光纤不受到应力；加强件外和缆芯内充满阻水缆膏，确保了光 缆防潮、阻水效果；光缆柔韧性和抗弯曲能力优良；钢绞线作自承件满足极高的抗拉强度。“8”字型自承式光缆在敷设过程中无需架设吊线和挂钩，施工效率高，有效降低施 工费用，可以十分简单地实现电杆与电杆、电杆与楼宇、楼宇与楼宇之间的架空敷设。 2.2.2 室内光缆常用室内光缆根据所含光纤的芯数不同，分为单芯光缆、双芯光缆、多芯光缆和光 纤带光缆。依据用途不同，又可分为垂直布线光缆和水平布线光缆。垂直布线光缆一般选 用多芯室内光缆或光纤带室内光缆，结构如图 4（a） 、4（b） 、4（c）所示。水平布

13、线光缆 一般选用单芯、双芯和多芯室内光缆，如图 4（d） 、4（e）所示。适用于无源光网络的室 内光缆一般采用紧套结构，具有体积小，重量轻，阻燃，柔韧性好，便于用颜色和标记等 特点。另外，室内光缆一般没有填充阻水油膏，所以便于接续和施工，适用于室内设备、 楼层平面、楼间和楼内主干等布线安装。室内布线应结合具体工程要求的芯数、布线方式、现场环境等因素选择合适的室内 光缆。比如，对于塔楼，竖井内的垂直布线应采用垂直布线光缆，楼层内的布线应采用水 平布线光缆，FTTH/FTTB 场景入户/楼应采用 12 芯的小芯数光缆。此外，为了适应 FTTH/FTTO 场景下楼内布线的需求，出现了多芯室内分支光缆

14、和 多芯室内束状光缆（其性能和应用见表 3） 。多芯室内分支光缆是由若干根单芯紧套光缆绞合成缆后，再套上 PVC 或低烟 无卤(LSZH)材料外护套构成，其特点是每根子光缆单元采用 Kevlar 加强，强度高，体积小， 重量轻；整体结构紧凑，不含油膏，易于施工和接续；适用于建筑物内垂直布线，尤其适 合于多信息点的布线。多芯室内束状光缆是由若干根紧套光纤或紧套光纤单元绞合成缆后，再套上 PVC 或低烟无卤材料外护套构成，其结构特点是：纤芯数多，结构紧凑，直径小，重量轻， 柔韧性好；全介质结构设计，满足室内不同安装需求，尤其适合高层建筑以及办公大楼多 信息点的布线场合。 2.2.3 室内外两用光缆

15、在无源光网络中会存在光缆引入由室外向室内过渡的情况，通常要求光缆兼顾有室 外光缆良好的机械、防雷性能又要具备室内光缆的阻燃性能，同时要求有比较好的柔韧性 等特性。目前大芯数的室内外两用光缆，可以有效减少光缆的交接次数，降低光缆的接续、 敷设成本，适用于国内的大多数楼型。而对于别墅，通常可采用单芯或双芯的一体化光缆 引入。 2.2.4 入户线光缆对于 FTTH 的应用，光缆直接铺设至用户家中，安装时需要像电缆一样穿墙掏接， 并且由于用户一般不具备光纤维护的知识和技能，因此入户线光缆在柔韧度、抗拉性、耐 久性方面比普通的布线光缆有更高的要求，甚至要求防水、抗鼠咬等。基于以上考虑，入 户线光缆通常使

16、用的类型有如下几种。（1）皮线光缆皮线光缆俗称“8”字型光缆，通过高强度平行加强件加强，上部带有金属支持线。 其特点是结构尺寸小，重量轻，适用于小区内布线；“8”字型结构和独特的凹槽设计提供 优异的剥离性能；全干式结构，施工方便、快捷。（2）铠装光缆铠装光缆与传统光缆的最大区别在于它针对光纤易折断、易被损坏的缺点，使用一 种细小的可挠性不锈钢套管来保护光纤，再在套管外加上阻燃 PVC 被覆。这样独特的设计， 使铠装光缆抗张力强、耐侧压、耐弯折、耐重复弯曲、防鼠咬；跳接线的施工布线变得简 洁方便，可以如同电线般轻松使用；降低施工过程中的损耗，并可提高光缆的使用寿命。除了以上的光缆品种外，还有许多具有新特性的入户线光缆品种，譬如毯下光缆， 该光缆为扁平结构，光缆两侧采用非金属加强件抗拉、承重，光纤单元在中心部分，用于 室内的地毯下布线，方便灵活。随着无源光网络的不断发展，相信高性能的适用于无源光 网络的光纤光缆产品还将不断涌现。 2.3 无源光网络工程中光缆的选用 2.3.1 馈线光缆在无源光网络中，馈线光缆通常使用室外